Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13223
Title: Σχεδιασμός και υλοποίηση ενός IoT (Internet of Things) συστήματος για την απομακρυσμένη διεξαγωγή εργαστηριακών πειραμάτων
Other Titles: Design and implementation of an Internet of Things system for the remote conduct of laboratory experiments
Authors: Μπολέτης, Σταύρος
Keywords: Απομακρυσμένη διαχείριση
Διαδίκτυο των Πραγμάτων
Εργαστήριο
Keywords (translated): Internet of Things (IoT)
Remote management
Abstract: Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε ένα IoT (Internet of Things) σύστημα το οποίο αναλαμβάνει την απομακρυσμένη διαχείριση εργαστηριακών διατάξεων. Η πειραματική διάταξη που φιλοξενείται στο συγκεκριμένο σύστημα περιλαμβάνει ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα υλοποίησης πολλαπλών Low Pass φίλτρων 2ης τάξης. Τα φίλτρα αυτά τροφοδοτούνται με σήματα από την γεννήτρια συχνοτήτων TG 2000 της AIM-TTi (AIM & THURLBY THANDAR INSTRUMENTS). Οι χρήστες του συστήματος είναι σε θέση να υλοποιήσουν διάφορα Low Pass φίλτρα 2ης τάξης σύμφωνα με τις ωμικές αντιστάσεις και τους πυκνωτές που είναι διαθέσιμοι στο κύκλωμα. Επίσης μπορούν να τροφοδοτήσουν τα φίλτρα που υλοποίησαν με σήματα διαφορετικού πλάτους, συχνότητας και τύπου μέσω της διαθέσιμης γεννήτριας συχνοτήτων. Η διεξαγωγή του πειράματος πραγματοποιείται μέσω κατάλληλα διαμορφωμένης ιστοσελίδας η οποία παρέχει στον χρήστη όλες τις παραπάνω διαθέσιμες παραμετροποιήσεις και του επιτρέπει να παρατηρεί τις κυματομορφές των σημάτων εισόδου και εξόδου του φίλτρου. Ο έλεγχος της ηλεκτρονικής διάταξης που υλοποιήθηκε πραγματοποιείται μέσω του κώδικα που αναπτύχθηκε με την γλώσσα προγραμματισμού C και φορτώθηκε στην πλατφόρμα Arduino Mega 2560. Η δειγματοληψία των σημάτων του πειράματος πραγματοποιείται με την χρήση του εξωτερικού ADC (Analog to Digital Converter) MCP 3008 της Microchip Technology ο οποίος επικοινωνεί με το Arduino Mega 2560 μέσω κατάλληλης software SPI (Serial Peripheral Interface) λογικής που υλοποιήθηκε στα πλαίσια της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας. Για την απομακρυσμένη διαχείριση της γεννήτριας συχνοτήτων TG 2000 αναπτύχθηκε με την γλώσσα προγραμματισμού Python κώδικας ο οποίος εκτελείται στην πλατφόρμα Raspberry Pi 3. Η επικοινωνία της γεννήτριας με το Raspberry Pi 3 πραγματοποιείται μέσω του πρωτοκόλλου USB (Universal Serial Bus). Ο κώδικας που φορτώθηκε στο Raspberry Pi 3 και έχει υλοποιηθεί με την γλώσσα προγραμματισμού Python λαμβάνει επίσης τα δεδομένα του πειράματος από το Arduino Mega 2560 με το οποίο επικοινωνεί μέσω του πρωτοκόλλου I2C (Inter Integrated Circuit). Τα δεδομένα αυτά μεταφέρονται στην ιστοσελίδα μέσω του Mosquitto MQTT (MQ Telemetry Transport) broker server που έχει εγκατασταθεί στο Raspberry Pi 3. Στον κώδικα που έχει υλοποιηθεί στο Raspberry Pi 3 πραγματοποιείται επίσης και η επεξεργασία των αιτημάτων που καταφθάνουν από την ιστοσελίδα μέσω του MQTT πρωτοκόλλου. Η ιστοσελίδα του ΙοΤ συστήματος υλοποιήθηκε με την χρήση της πλατφόρμας Web2py και χρησιμοποιεί τον Rocket wsgiserver webserver και την SQLite βάση δεδομένων για τις ανάγκες του συστήματος. Για την σύνδεση των χρηστών στην ιστοσελίδα είναι αναγκαία η δημιουργία λογαριασμού για την οποία χρειάζεται η έγκριση του διαχειριστή του συστήματος. Μόλις ένας χρήστης συνδεθεί στην ιστοσελίδα του πειράματος είναι σε θέση να παρατηρήσει μέσω ενός GUI (Graphical User Interface) την συνοπτική περιγραφή του πειράματος και των κυκλωμάτων καθώς και τις γραφικές απεικονίσεις των σημάτων εισόδου και εξόδου του φίλτρου που υλοποίησε.
Abstract (translated): This Master Thesis presents the design and development of an IoT (Internet of Things) system which was built in order to undertake the remote management of experiments and lab equipment of an electronics laboratory. An experimental setup was developed and hosted on this system consisting of different electronic circuits for the implementation of multiple Low Pass 2nd order filters. The inputs of these filters are fed with signals, generated from the TG 2000 frequency generator of AIM-TTi (AIM & THURLBY THANDAR INSTRUMENTS). The users of the system can implement various Low Pass 2nd order filters according to the available resistors and capacitors of the experiment setup. Through the available frequency generator users can also supply the implemented filters with signals of varying width, frequency and type. The whole experiment is conducted through an appropriately designed website which enables the user to observe the waveforms of the input and output signals of the filter. The control of the implemented electronic circuit of the experimental setup is accomplished with the code that developed using C wiring programming language which is running on an Arduino Mega 2560 platform. The sampling of the experiment signals is performed using the external ADC (Analog to Digital Converter) MCP 3008 of Microchip Technology which communicates with the Arduino Mega 2560 via an appropriate software SPI (Serial Peripheral Interface) logic. For the remote control of the TG 2000 frequency generator, a program with Python programming language was developed, which is executed on a Raspberry Pi 3 platform. The communication between the Raspberry Pi 3 and the frequency generator is accomplished using the USB (Universal Serial Bus) protocol. The above described program running on the Raspberry Pi, is also responsible for collecting the experiment’s data from the Arduino Mega 2560. The communication between Raspberry Pi and Arduino Mega 2560 is accomplished through I2C (Inter Integrated Circuit) protocol. The data are being transferred to the website via the Mosquitto MQTT (MQ Telemetry Transport) broker server which is installed in an Raspberry Pi 3. The code that has been implemented in Raspberry Pi 3 also processes the requests that arrive from the website through the MQTT broker server. The IoT system’s website was implemented with Web2py platform and utilizes the Rocket wsgiserver webserver and the SQLite database. In order to connect to the website, users must create an account. System administrator can accept or reject a new user’s request to create an account. If the user’s request is accepted, he can enter the remote experiment website and conduct an experiment. At the time a user successfully connects to the system, a suitable GUI (Graphical User Interface) is offered, where the user can conduct the experiment. At this GUI user can implement the desired filter and set the frequency, the amplitude and the waveform of the filter’s input signal. After the execution of the experiment user can observe the graphical representations of the filter’s input and output signals.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Msc_Μπολέτης.pdf6.16 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons