Σχεδίαση και υλοποίηση ενός oλοκληρωμένου οικιακού αυτοματισμού απομακρυσμένης εποπτείας με έμφαση σε ευφυείς και IoT τεχνολογίες

Abstract

Τα έξυπνα σπίτια αποτελούν πλέον μια ολοένα αυξανόμενη πραγματικότητα στον σύγχρονο κόσμο, προσφέροντας στους χρήστες τη δυνατότητα να παρακολουθούν και να ελέγχουν το οικιακό τους περιβάλλον με ευκολία, είτε εντός, είτε εκτός κατοικίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη σχεδίαση και ανάπτυξη ενός τέτοιου συστήματος, που βασίζεται στις πλατφόρμες Arduino, ESP32 και Raspberry Pi, ενώ ενσωματώνει σύγχρονες IoT τεχνολογίες για την αυτοματοποίηση και την απομακρυσμένη εποπτεία της κατοικίας. Αρχικά παρουσιάζεται η έννοια του έξυπνου σπιτιού και η επίδρασή της στην καθημερινότητα του χρήστη. Στη συνέχεια πραγματοποιείται ανάλυση των βασικών τεχνολογιών και εργαλείων που χρησιμοποιήθηκαν, συμπεριλαμβανομένων ασύρματων τεχνολογιών δικτύωσης όπως το Wi-Fi (IEEE 802.11) και το LoRaWAN, καθώς και του πρωτοκόλλου ανταλλαγής μηνυμάτων MQTT, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές Internet of Things. Παράλληλα παρουσιάζεται η μορφή ανταλλαγής δεδομένων JSON. Γίνεται αναφορά στα εργαλεία ανάπτυξης, συγκεκριμένα στο Home Assistant OS, στο Arduino IDE και στο Fritzing, ενώ παρουσιάζονται αναλυτικά οι πλατφόρμες Arduino, ESP32 και Raspberry Pi, με τις αντίστοιχες εκδόσεις τους. Αναλύονται τα πρωτόκολλα επικοινωνίας υλικού SPI, I2C και UART, καθώς και το σύνολο των αισθητήρων και ενεργοποιητών που επιλέχθηκαν για την υλοποίηση των σεναρίων αυτοματοποίησης. Η υλοποίηση του συστήματος καλύπτει ένα ολοκληρωμένο σύνολο σεναρίων, τόσο για τους εσωτερικούς χώρους της κατοικίας όσο και για τους εξωτερικούς χώρους. Για τη διασύνδεση και εποπτεία του συστήματος χρησιμοποιείται το Home Assistant σε συνδυασμό με τον broker Mosquitto MQTT, εξασφαλίζοντας αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ των κόμβων. Για την αποθήκευση των χρονοσειρών δεδομένων αξιοποιείται η βάση δεδομένων InfluxDB, ενώ για την οπτικοποίησή τους χρησιμοποιείται το εργαλείο Grafana, επιτρέποντας την ανάλυση ιστορικών δεδομένων μέσω δυναμικών γραφημάτων. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν κατάλληλα dashboards εντός του Home Assistant για την εποπτεία και τον έλεγχο όλων των λειτουργιών του συστήματος σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, παρατίθενται συμπεράσματα σχετικά με τις βασικές δυνατότητες και τους περιορισμούς της υλοποίησης, καθώς και ιδέες και σκέψεις για περαιτέρω ανάπτυξη και επέκταση του συστήματος, με στόχο την αναβάθμιση των έξυπνων λειτουργιών και τη βελτίωση της εμπειρίας χρήστη.