Raspberry Pi -pohjaisen IoT-anturijärjestelmän suunnittelu
Jäppinen, Janne; Korpinen, Katriina; Nykyri, Mikko (2017)
Kandidaatintyö
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201706147190
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201706147190
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutkittiin kirjallisen tutkimuksen sekä kokeellisen osuuden avulla esineiden Internetin (IoT) arkkitehtuuria: antureita, verkkoja, laitteita, palvelimia, ohjelmistoja ja käyttöliittymiä. Tutkimuksen tavoitteena oli suunnitella IoT-järjestelmä Café IoT, jolla voidaan demonstroida ja tutkia IoT-käyttöä digitaalisessa toimitusketjussa.
Tämän tutkimuksen tuloksena saatiin suunniteltua IoT-testialusta, joka koostuu Raspberry Pi’eista, antureista, palvelimesta ja niihin liittyvistä ohjelmistoista. IoT-testialusta suunniteltiin anturoimaan ympäristöään sekä monitoroimaan kahvinkeittimen toimintoja. Keittimen sähkönkulutuksesta päätellään, onko kahvi keittymässä, ja kahvivaraston massasta varastoidun kahvin määrä. Ympäristöä seurataan liiketunnistimella sekä ilmanlaatumittarilla. Testialustalle suunniteltiin web-pohjainen käyttöliittymä, josta voi seurata reaaliajassa kahvihuoneesta kerättyä dataa numeerisessa ja graafisessa muodossa.
Tutkimuksessa havaittiin, että Raspberry Pi soveltuu IoT-laitteeksi sen kattavien liitäntöjen ja erilaisten dataväylien takia. Kuitenkin, analogisten tulojen puutteen takia Raspberry Pi ei ole kaikkiin sovelluksiin ideaalinen valinta, sillä analogisten antureiden liittäminen vaatii AD-muunnoksen. Raspberry Pihin on laaja tarjonta ohjelmistoja IoT-käyttöä varten, kuten esimerkiksi graafinen ohjelmointityökalu Node-RED. Tutkimuksessa saatiin aikaan toimiva perusrunko jonka pohjalta laitteiston toteutus ja jatkokehitys voi alkaa. In this Bachelor’s thesis, the architecture of IoT systems is researched via literary research and a case study. Sensors, networks, devices, servers, software and user interfaces are researched. The goal of the study was to demonstrate and research digital supply chains in an IoT environment.
As a result of this study, an IoT testbed was designed. The testbed consists of Raspberry Pis, sensors, a server and associated software. IoT testbed was designed to sense its environment and to monitor the functionalities of a coffee maker. Whether coffee is being brewed or not is determined by the electrical power consumption of the coffee maker. The amount of stored coffee grounds is determined by storage mass. The environment is monitored with a motion sensor and air is monitored with an air quality meter. A web-based user interface was designed, on which data gathered from the coffee room can be viewed in numerical and graphical form in real time.
During the research, it was noticed that Raspberry Pi is capable for IoT use because of its many inputs and outputs in different varieties. However, Raspberry Pi lacks analog inputs and therefore it is not an ideal choice as an IoT device. In order to use analog sensors, an analog-to-digital converter is needed. There are lots of available software for IoT use for Raspberry Pis, for example a graphical programming tool Node-RED. A working basis of an IoT system was developed during the research, upon which the realization of the system and further development can begin.
Tämän tutkimuksen tuloksena saatiin suunniteltua IoT-testialusta, joka koostuu Raspberry Pi’eista, antureista, palvelimesta ja niihin liittyvistä ohjelmistoista. IoT-testialusta suunniteltiin anturoimaan ympäristöään sekä monitoroimaan kahvinkeittimen toimintoja. Keittimen sähkönkulutuksesta päätellään, onko kahvi keittymässä, ja kahvivaraston massasta varastoidun kahvin määrä. Ympäristöä seurataan liiketunnistimella sekä ilmanlaatumittarilla. Testialustalle suunniteltiin web-pohjainen käyttöliittymä, josta voi seurata reaaliajassa kahvihuoneesta kerättyä dataa numeerisessa ja graafisessa muodossa.
Tutkimuksessa havaittiin, että Raspberry Pi soveltuu IoT-laitteeksi sen kattavien liitäntöjen ja erilaisten dataväylien takia. Kuitenkin, analogisten tulojen puutteen takia Raspberry Pi ei ole kaikkiin sovelluksiin ideaalinen valinta, sillä analogisten antureiden liittäminen vaatii AD-muunnoksen. Raspberry Pihin on laaja tarjonta ohjelmistoja IoT-käyttöä varten, kuten esimerkiksi graafinen ohjelmointityökalu Node-RED. Tutkimuksessa saatiin aikaan toimiva perusrunko jonka pohjalta laitteiston toteutus ja jatkokehitys voi alkaa.
As a result of this study, an IoT testbed was designed. The testbed consists of Raspberry Pis, sensors, a server and associated software. IoT testbed was designed to sense its environment and to monitor the functionalities of a coffee maker. Whether coffee is being brewed or not is determined by the electrical power consumption of the coffee maker. The amount of stored coffee grounds is determined by storage mass. The environment is monitored with a motion sensor and air is monitored with an air quality meter. A web-based user interface was designed, on which data gathered from the coffee room can be viewed in numerical and graphical form in real time.
During the research, it was noticed that Raspberry Pi is capable for IoT use because of its many inputs and outputs in different varieties. However, Raspberry Pi lacks analog inputs and therefore it is not an ideal choice as an IoT device. In order to use analog sensors, an analog-to-digital converter is needed. There are lots of available software for IoT use for Raspberry Pis, for example a graphical programming tool Node-RED. A working basis of an IoT system was developed during the research, upon which the realization of the system and further development can begin.