Sistem za spremljanje okolja

KOVAČEVIĆ, MIRNESA (author), Žemva, Andrej (mentor)

Spremljanje okolja na splošno je bistveno za določitev kakovosti našega delovnega in življenjskega okolja. S spremljanjem informacij o okolju okoli nas lahko ugotovimo, kako vpliva na nas in na izdelke našega dela. Za podjetja je pomembno, da ne spremljajo samo različnih okoljskih parametrov z namenom, da bi svojim zaposlenim zagotovili zdrav in varen delovni prostor, ampak tudi za nadzor kakovosti svojih izdelkov. V tem dokumentu je opisan sistem za spremljanje okolja za take namene. Sistem naj zajame različne vrste podatkov v različnih področjih laboratorija: • V kotih in v sredini sobe je potrebno zajemati podatke o temperaturi, vlagi, tlaku, svetlobi in kakovosti zraka. • V omaricah za suho shranjevanje je potrebno zajemati podatke o temperaturi in vlagi. • Pri kompresorju je potrebno zajemati podatke o temperaturi, vlagi, pritisku in vibracijah. • V ventilacijski omari je potrebno zajemati podatke o temperaturi, vlagi in diferencijalnem pritisku. • V napravi za preizkuševanje čipov je potrebno zajemati podatke o temperaturi in vlagi. Sistem je realiziran z merilnimi enotami, ki vsebujejo modul Wi-Fi in potrebne senzorje, in s centralno enoto, Raspberry Pi. Merilno enoto predstavlja tiskano vezje, ki vsebuje modul Wi-Fi (ESP32) ter senzorje za merjenje potrebnih parametrov. Merilne enote zbirajo podatke in jih pošiljajo centralni enoti. Centralno enoto predstavlja Raspberry Pi, ki obdeluje podatke in jih shranjuje v bazo podatkov (Slika 1). Merilna enota je zasnovana tako, da vse senzorje dodamo na eno ploščico in jih lahko nato po potrebi dodajamo nanjo. Za oblikovanje ploščice je uporabljena programska oprema Altium Designer. Ploščica ima 4 plasti. Na zgornji in spodnji plasti so signalne linije. Druga plast je ozemljitev, tretja pa je napajalna plast s 3,3 V napajalne napetosti. Na ploščici so naslednji senzorji: • senzor za temperaturo, vlago, zračni tlak, svetlobo in kvaliteto zraka BME680 proizvajalca Bosh Sensortech, • senzor za svetlobo - OPT3001-Q1 proizvajalca Texas Instruments, • senzor za vibracije - IIS2DH proizvajalca ST Microelectronic, • senzor za pritisk - SSCDANN150PG2A5 (ima merilno območje do 10 bar, za merjenje pritiska v kompresorju) in SSCDRRN005ND2A5 (diferencialni senzor, ki ima merilno območje +/- 5 inH 2 O, za merjenje diferencialnega pritiska v ventilacijskih sitih) proizvajalca Honeywell, • senzor za trdne delce - HPM serija senzorjev proizvajalca Honeywell (na ploščici se dejansko nahaja konektor za ta senzor). Raspberry Pi s pomočjo skript Python obdeluje in shranjuje podatke. Da Raspberry Pi dobi podatke, se mora ESP32 (merilna enota) povezati na njegovo dostopno točko. Komunikacija med merilnimi enotami in Raspberry Pi-jem je vzpostavljena s protokolom MQTT. MQTT je protokol za objavljanje/naročanje sporočil, ki temelji na načelu objavljanja in naročanja na teme. Ko se ESP32 poveže na dostopno točko Raspberry Pi-ja, lahko objavlja sporočila na določeno temo, Raspberry Pi pa se naroči na to temo in dobi podatke. Potem te podatke obdela in jih shrani v določene podatkovne baze. Poleg glavne podatkovne baze na glavnem strežniku (MS SQL), sta še dve podatkovni bazi na rezervnem strežniku (MariaDB) na Raspberry Pi-ju. Ena podatkovna baza na strežniku MariaDB je narejena v primeru, da nekdo zbriše podatke na glavnem strežniku MSSQL, druga pa v primeru, da Raspberry Pi izgubi povezavo Ethernet z glavnim strežnikom. Grafični vmesnik sistema je realiziran z lokalno spletno stranjo na Raspberry Pi-ju. Za programiranje aplikacije na strežniku je uporabljen programski jezik Python, za programiranje in oblikovanje spletne strani na strani uporabnika je uporabljen JavaScript z jeziki HTML in CSS. Za postavitev spletne strani je uporabljen strežnik NGINX z aplikacijskim strežnikom uWSGI. NGINX je uporabljen zaradi visoke zmogljivosti obdelave zahtev HTTP, uWSGI pa zaradi tega, ker vsebuje protokol uwsgi in lahko prevaja aplikacije Python spletnemu strežniku. Sistem je narejen tako, da dovoli dodajanje dodatnih merilnih enot brez večjih sprememb. Uspešno deluje že skoraj eno leto in izpolnjuje vse zahteve podjetja.

• Language: Slovenian
• Keywords: spremljanje okolja, raspberry pi, esp32, spletna stran, baza podatkov, mqtt, python, flask
• Work type: Bachelor thesis/paper
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Year: 2020
• PID: 20.500.12556/RUL-118173
• Publication date in RUL: 25.08.2020

Secondary language

• Language: English
• Title: Environment Monitoring System

Abstract

In this thesis, I designed and built an environment monitoring system for monitoring the utilities and supplies in the laboratory of Renishaw d.o.o. company. The system was realized with multiple PCB units (with Wi-Fi modules and sensors) placed in different places in the room. They are collecting data from sensors and sending them to the Raspberry Pi for processing and storing in the database. The communication between measuring units and Raspberry Pi was established with MQTT protocol by connecting the units to the Raspberry Pi’s access point. The interface of the system was realized by hosting a local website on the Raspberry Pi. The programming language used for coding was mainly Python.

• Keywords: environment monitoring, raspberry pi, esp32, website, database, mqtt, python, flask