Система комплексного моніторингу мікроклімату у приміщенні на основі технологій ІоТ

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorКлятченко, Ярослав Михайлович
dc.contributor.authorОрел, Богдан Вадимович
dc.date.accessioned2024-12-26T08:30:22Z
dc.date.available2024-12-26T08:30:22Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractУ сучасному світі мікроклімат у приміщеннях має ключове значення для здоров'я та комфорту людей. Використання технологій Інтернету речей відкриває нові можливості для контролю та регулювання мікроклімату, а саме: дозволяють відстежувати параметри мікроклімату віддалено та автоматично регулювати їх, збирати та аналізувати дані для виявлення тенденцій та закономірностей, інтегруватися з іншими системами будівель. Існуючі прилади моніторингу мікроклімату мають кілька суттєвих недоліків, які впливають на їхню ефективність та зручність використання. Більшість таких пристроїв мають суттєві обмеження щодо обсягів збереженої інформації, що унеможливлює узагальнення отриманих результатів для визначення проблем мікроклімату у приміщенні. Пристрої, що є доступними за ціною, мають дуже обмежений функціонал, мають низьку точність вимірювання, не мають можливості калібрування датчиків, не надають дистанційного доступу до результатів вимірювання. Це значно звужує коло споживачів та галузей використання дешевих пристроїв моніторингу якості повітря. Пристрої, що мають більш розширений функціонал, мають зависоку ціну, що стає серйозною перешкодою на шляху їх використання широким колом користувачів. Перелічені недоліки існуючих моделей моніторів мікроклімату показують необхідність розробки більш доступних рішень з вдосконаленим функціоналом на основі технологій інтернету речей, які б відповідали сучасним вимогам до стану мікроклімату в приміщеннях різного призначення. Мета роботи Метою дисертації є розробка ефективної системи комплексного моніторингу мікроклімату у приміщеннях різного призначення на основі технологій ІоТ, яка забезпечить безперервний збір та аналіз параметрів мікроклімату для досягнення оптимальних умов з урахуванням вимог комфортності. Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі: ‒ аналіз існуючих систем моніторингу мікроклімату у приміщенні з метою визначення проблем, що потребують вдосконалення; ‒ визначення вимог до системи моніторингу мікроклімату у приміщенні; ‒ визначення поняття мікроклімату та його оптимальних параметрів; ‒ розробка архітектури системи інтернету речей для моніторингу мікроклімату у приміщенні; ‒ розробка структурної та функціональної схем системи; ‒ розробка та оптимізація алгоритмів обробки та передачі даних; ‒ розробка прототипу системи; ‒ розробка веб-інтерфейсу системи; ‒ тестування та аналіз отриманих даних. Об’єкт дослідження – процеси моніторингу параметрів мікроклімату у приміщеннях різного призначення. Предмет дослідження – програмно-апаратні засоби та методи побудови системи комплексного моніторингу мікроклімату, що базується на технологіях IoT. Методи дослідження У роботі використовуються порівняльний аналіз, методи оцінки кліматичних показників (вимірювання ємності полімеру, вимірювання опору провідника, інфрачервоної дисперсії світла, електрохімічної емісії), методи моделювання, програмування, обробки та візуалізації отриманих результатів. Наукова новизна Наукова новизна роботи полягає у тому, що запропонована нова структурна організація системи моніторингу мікроклімату, яка складається з апаратного та програмного модулів, яка перевершує існуючі аналоги на ринку за рахунок декількох ключових аспектів. По-перше, система дозволяє вимірювати більшу кількість показників у реальному часі, що підвищує точність та детальність моніторингу кліматичних умов. По-друге, вона забезпечує зберігання великого обсягу статистичних даних без використання зовнішніх серверів, що знижує витрати на обслуговування та дозволяє проводити ретельний аналіз середовища у приміщенні. Крім того, розроблена система оснащена можливістю заміни та калібрування датчиків, що робить її більш гнучкою та довговічною. Ці характеристики дозволяють підвищити ефективність контролю кліматичних параметрів приміщень і роблять систему конкурентоспроможною на ринку завдяки її доступній вартості та розширеній функціональності. Практична цінність Розроблена ефективна система комплексного моніторингу мікроклімату у приміщеннях різного призначення, яка забезпечує безперервний збір та аналіз параметрів мікроклімату, віддалений доступ до зібраних даних за допомогою зручного та інтуїтивно зрозумілого веб-інтерфейсу. Система доступна широкому колу споживачів, її впровадження у різних галузях суттєво покращить якість моніторингу стану мікроклімату, що надасть можливість швидше та більш ефективно реагувати на зміни мікроклімату та вживати відповідних заходів для його покращення. Апробація результатів дисертації Основні положення та результати роботи були представлені та обговорені на 2 науково-технічних конференціях, а саме: XVІ науково-практичній конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп’ютинг» ПМК-2023 (Київ, 28-30 листопада 2023 р.) та XVІІ науково-практичній конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп’ютинг» ПМК-2024 (Київ, 20-22 листопада 2024 р.). Публікації Основні результати досліджень викладені в 2 тезах доповідей у збірниках тез доповідей конференцій: Клятченко Я. М., Орел Б. В. Сучасні мікроконтролери як основа для пристроїв інтернету речей. Прикладна математика та комп’ютинг ПМК 2023 : збірник тез доповідей XVI наук.-практ. конференції магістрантів та аспірантів, 28-30 лист. 2023 р. Київ : КПІ, 2023. С. 212-217; та Клятченко Я. М., Орел Б. В. Компоненти системи моніторингу мікроклімату на базі технологій інтернету речей. Прикладна математика та комп’ютинг ПМК 2024 : збірник тез доповідей XVII наук.-практ. конференції магістрантів та аспірантів, 20-22 лист. 2024 р. Київ : КПІ, 2024. Структура та обсяг роботи Магістерська дисертація складається з вступу, трьох розділів, висновків по кожному розділу та загальних висновків по роботі в цілому, списку використаних літературних джерел (52 найменування). Повний обсяг дисертації – 144 сторінки, у тому числі пояснювальна записка – 101 аркушів, 50 рисунків, 12 таблиць. Ключові слова мікроклімат, інтернет речей, моніторинг, Arduino IDE, C++, JavaScript, SQLite3, СУБД, TVOC, UART, I2C, ESP32.
dc.description.abstractotherRelevance of the topic In the modern world, the indoor microclimate is of key importance for people's health and comfort. The use of Internet of Things technologies opens up new opportunities for microclimate control and regulation, namely, it allows monitoring microclimate parameters remotely and automatically adjusting them, collecting and analyzing data to identify trends and patterns, and integrating with other building systems. Existing microclimate monitoring devices have several significant drawbacks that affect their efficiency and ease of use. Most of such devices have significant limitations regarding the amount of stored information, which makes it impossible to generalize the obtained results to determine indoor microclimate problems. Affordable devices have very limited functionality, have low measurement accuracy, do not have the ability to calibrate sensors, and do not provide remote access to measurement results. This significantly narrows the circle of consumers and industries for the use of cheap air quality monitoring devices. Devices with more advanced functionality have too high a price, which becomes a serious obstacle to their use by a wide range of users. The listed shortcomings of the existing models of microclimate monitors show the need to develop more affordable solutions with improved functionality based on Internet of Things technologies that would meet modern requirements for the state of the microclimate in rooms of various purposes. The purpose of the work The purpose of the dissertation is to develop an effective system for comprehensive monitoring of microclimate in premises for various purposes based on IoT technologies, which will ensure continuous collection and analysis of microclimate parameters to achieve optimal conditions taking into account comfort requirements. To achieve this goal, the following tasks are solved: ‒ analysis of existing indoor microclimate monitoring systems in order to identify problems that require improvement; ‒ determination of requirements for the indoor microclimate monitoring system; ‒ definition of the concept of microclimate and its optimal parameters; ‒ development of the architecture of the Internet of Things system for indoor microclimate monitoring; ‒ development of structural and functional schemes of the system; ‒ development and optimization of data processing and transmission algorithms; ‒ system prototype development; ‒ development of the web interface of the system; ‒ testing and analysis of the received data. The object of the research is processes of monitoring microclimate parameters in premises for various purposes. The subject of the research is hardware and software tools and methods of building a system of integrated microclimate monitoring based on IoT technologies. Research methods The work uses comparative analysis, methods of evaluating climatic indicators (measurement of polymer capacity, measurement of conductor resistance, infrared dispersion of light, electrochemical emission), modeling methods, programming, processing and visualization of the obtained results. Scientific novelty The scientific novelty of the work lies in the new structural organization of the microclimate monitoring system, consisting of hardware and software modules, which surpasses existing analogues on the market due to several key aspects. First, the system allows measuring a larger number of indicators in real time, which increases the accuracy and detail of monitoring of climatic conditions. Secondly, it provides storage of a large volume of statistical data without the use of external servers, which reduces maintenance costs and allows for thorough analysis of the indoor environment. In addition, the developed system is equipped with the ability to replace and calibrate sensors, which makes it more flexible and durable. These characteristics make it possible to increase the effectiveness of controlling the climatic parameters of the premises and make the system competitive on the market due to its affordable cost and extended functionality. Practical value A system of complex microclimate monitoring in premises of various purposes has been developed, which provides continuous collection and analysis of microclimate parameters, remote access to the collected data using a convenient and intuitive web interface. The system is available to a wide range of consumers, its implementation in various industries will significantly improve the quality of monitoring the state of the microclimate, which will provide an opportunity to respond more quickly and effectively to changes in the microclimate and take appropriate measures to improve it. Approbation of the results of the dissertation The main provisions and results of the work were presented and discussed at 2 scientific and technical conferences, namely: XVI scientific and practical conference of master's and postgraduate students "Applied Mathematics and Computer Science" PMK-2023 (Kyiv, November 28-30, 2023) and XVII scientific and practical conference of master's and postgraduate students "Applied Mathematics and Computer Science" PMK-2024 (Kyiv, November 20-22, 2024). Publications The main research results are presented in 2 theses of reports in the collection of theses of conference reports: Klyatchenko Y. M., Orel B. V. Modern microcontrollers as a basis for Internet of Things devices. Applied Mathematics and Computing PMK 2023 : abstracts of reports of the XVI scientific and practical conference of master's and postgraduate students, November 28-30, 2023. Kyiv: KPI, 2023. P. 212-217; and Klyatchenko Y. M., Orel B. V. Components of the microclimate monitoring system based on Internet of Things technologies. Applied Mathematics and Computing PMK 2024 : abstracts of reports of the XVII scientific and practical conference of master's and postgraduate students, November 20-22, 2024. Kyiv: KPI, 2024. Structure and scope of work The master's thesis consists of an introduction, three sections, conclusions on each section and general conclusions on the work as a whole, a list of used literary sources (52 titles). The full volume of the dissertation – 144 pages, including an explanatory note - 101 pages, 50 drawings, 12 tables. Key words microclimate, Internet of Things, monitoring, Arduino IDE, C ++, JavaScript, SQLite3, DBMS, TVOC, UART, I2C, ESP32.
dc.format.extent112 с.
dc.identifier.citationОрел, Б. В. Система комплексного моніторингу мікроклімату у приміщенні на основі технологій ІоТ : магістерська дис. : 123 Комп'ютерна інженерія / Орел Богдан Вадимович. – Київ, 2024. – 112 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/71352
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectмікроклімат
dc.subjectінтернет речей
dc.subjectмоніторинг
dc.subjectArduino IDE
dc.subjectC++
dc.subjectJavaScript
dc.subjectSQLite3
dc.subjectСУБД
dc.subjectTVOC
dc.subjectUART
dc.subjectI2C
dc.subjectESP32
dc.subjectmicroclimate
dc.subjectInternet of Things
dc.subjectmonitoring
dc.subject.udc004.382.7
dc.titleСистема комплексного моніторингу мікроклімату у приміщенні на основі технологій ІоТ
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
Orel_BV_KV32mp_magistr_2024.docx
Розмір:
20.44 MB
Формат:
Microsoft Word XML
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (СПСКС)
Магістерські роботи