Розробка системи моніторингу мікроклімату на базі Raspberry Pi та сенсорів для відстеження параметрів навколишнього середовища

Abstract

Бакалаврська кваліфікаційна робота присвячена розробці системи моніторингу мікроклімату. Система забезпечує вимірювання температури та вологості в приміщенні з використанням одноплатного комп’ютера Raspberry Pi [2] та датчика DHT11. Відображення даних у реальному часі відбувається через спеціально розроблений Android-додаток [3]. Основна мета дослідження полягає у створенні зручного програмно-апаратного інструменту для ефективного віддаленого моніторингу параметрів мікроклімату. Такі системи є важливими для забезпечення комфортних умов у житлових чи офісних приміщеннях, а також для оптимізації енергоспоживання, що відповідає сучасним тенденціям розвитку технологій Інтернету речей (IoT) [1]. У процесі виконання роботи було детально вивчено актуальні технології Інтернету речей [1], розглянуто специфіку роботи з мікрокомп'ютерами типу Raspberry Pi та методи їх практичного застосування [2]. Також було освоєно ключові принципи та підходи до розробки мобільних додатків для платформи Android [3]. Особливу увагу приділено конфігурації серверної частини на Raspberry Pi, апаратній інтеграції з датчиком DHT11, а також розробці протоколу обміну даними та забезпеченню їх надійної передачі до мобільного додатка через локальну мережу. Для реалізації функціональної робочої моделі системи використано мову програмування Python [4] для розробки серверних компонентів. Для структурованого зберігання часових рядів вимірювань застосовано систему керування базами даних, що працює з SQL-запитами [6]. Клієнтський мобільний додаток створено за допомогою середовища розробки Android Studio та мови програмування Java [5]. Процес розробки включав етапи ретельного налаштування апаратного забезпечення, програмування серверної логіки, створення та адміністрування бази даних. Також було спроектовано інтуїтивно зрозумілий інтерфейс користувача для Android-додатка. На завершальному етапі проведено комплексне функціональне тестування всієї системи для перевірки її працездатності та стабільності роботи. У першому розділі здійснено огляд сучасних технологій моніторингу мікроклімату та архітектур IoT-систем [1]. У другому розділі обґрунтовано вибір оптимальних апаратних компонентів для реалізації системи та детально описано проектування серверної частини. У третьому розділі розроблено програмне забезпечення для всіх компонентів системи, описано процес створення Android-додатка [3], реалізовано взаємодію між сервером і додатком, а також проведено тестування працездатності системи. Четвертий розділ присвячений питанням охорони праці при роботі з комп'ютерною та мікроконтролерною технікою.The bachelor's thesis is dedicated to the development of a microclimate monitoring system. The system provides measurement of temperature and humidity in a room using a Raspberry Pi single-board computer [2] and a DHT11 sensor. Real-time data visualization is performed through a specially developed Android application [3]. The main goal of the research is to create a convenient hardware and software tool for effective remote monitoring of microclimate parameters. Such systems are important for ensuring comfortable conditions in residential or office spaces, as well as for optimizing energy consumption, which aligns with modern trends in the development of Internet of Things (IoT) technologies [1]. During the work, current Internet of Things (IoT) technologies [1] were studied in detail, the specifics of working with microcomputers such as Raspberry Pi and methods of their practical application [2] were examined. Key principles and approaches to mobile application development for the Android platform [3] were also mastered. Particular attention was paid to configuring the server-side on the Raspberry Pi, hardware integration with the DHT11 sensor, as well as developing a data exchange protocol and ensuring their reliable transmission to the mobile application over the local network. To implement a functional working model of the system, the Python programming language [4] was used for the development of server components. A database management system operating with SQL queries [6] was employed for the structured storage of measurement time series. The client-side mobile application was created using the Android Studio development environment and the Java programming language [5]. The development process included stages of meticulous hardware setup, server logic programming, database creation and administration. An intuitive user interface for the Android application was also designed. At the final stage, comprehensive functional testing of the entire system was conducted to verify its operability and stability. The first section provides an overview of modern microclimate monitoring technologies and IoT system architectures [1]. The second section substantiates the choice of optimal hardware components for implementing the system and details the server-side design. In the third section, the software for all system components was developed, the process of creating the Android application was described [3], the interaction between the server and the application was implemented, and the system's performance was tested. The fourth section is devoted to occupational safety when working with computer and microcontroller technology