Інформаційна система моніторингу метеопараметрів з використанням концепції (технології) Інтернету Речей (IoT)

Abstract

У магістерській дипломній роботі розроблено IoT – систему моніторингу метеопарметрів на одноплатному мінікомп’ютері Raspberry Pi 4 Model B та цифровому давачі атмосферного тиску, температури і вологості BME280. IoT система моніторить температуру, відносну вологість повітря і атмосферний тиск. Програмне забезпечення IoT системи моніторингу метеопараметрів має меню, яке надає доступ до функцій налаштування MQTT брокера та IoT платформи, створення БД, запису в БД значення метеопараметрів з датою і часом проведеного вимірювання, читання записаних метеоданих з БД, видалити базу метеоданих, налаштувати частоту вимірювань та одиниці вимірювання. Розроблено структурну схему та макет IoT – системи моніторингу метеопараметрів на безпаєчній макетній платі. Розроблено алгоритм роботи IoT системи моніторингу метеопараметрів. Розроблено бібліотеку для роботи з цифровим давачем BME280 з використанням бібліотеки WiringPi. Розроблено ПЗ для створення, запису, читання і видалення бази метеоданих з використанням бібліотеки libmysqlclient (MySQL C API) і СУБД MariaDB. Створено десктопне ПЗ IoT – система моніторингу метеопараметрів з GUI на базі крос-платформної бібліотеки GTK+3 і графічного фреймворка GLG Toolkit. Створено ПЗ (MQTT – клієнт) для комунікації по протоколу MQTT з IoT – платформами ThingsBoard, Adafruit IO та брокером Mosquitto. Створено панелі візуалізації метеоданих на IoT - платформах та з використанням Node-RED для Mosquitto MQTT – клієнта. Досліджено роботу макету IoT – системи моніторингу метеопараметрів.In the master’s thesis, the IoT weather monitoring system based on the Raspberry Pi minicomputer, using the BME280 digital atmospheric pressure, temperature and humidity sensor has been developed. The IoT system monitors temperature, relative humidity and atmospheric pressure. The IoT weather monitoring system has the menu that gives the access to user to set up MQTT broker, IoT visualization platform, create the weather database, write the weather data with measurement time and date stamps into the database, read the written weather data from the database, adjust the sample frequency and measurement units. The general structure and prototype of the IoT weather monitoring system on the solderless breadboard have been developed. The operation algorithm of the IoT weather monitoring system has been developed. The Raspberry Pi software modules for communication with the BME280 sensor have been developed in C using the WiringPi GPIO access library. The software for creating and deleting the weather database, writing the weather data into the database and reading them from the database has been developed using the libmysqlclient (MySQL C API) library and open-source RDBMS MariaDB. The desktop software with GUI for the IoT weather monitoring system has been created using the GTK+3 widget library and graphical framework GLG Toolkit. The software (MQTT client (publisher)) for communication with the ThingsBoard, Adaftuit IO IoT platforms and Mosquitto broker has been developed. The dashboards for the weather data visualization on the IoT platforms and the MQTT client (subscriber) of the Mosquitto broker using Node-RED have been created. The prototype of the IoT weather monitoring system has been studied. Key words: IoT (Internet of Things), weather monitoring system, single-board computer Raspberry Pi 4 Model B, digital sensor BME280, Raspbian OS, C/C++, WiringPi library, RDBMS MariaDB, SQL, GTK+3, GLG Toolkit, MQTT, Mosquitto broker, Node-RED, IoT platforms ThingsBoard, Adafruit IO, Geany.