tesi triennale

Download Tesi Triennale

Post on 08-Jul-2015

164 views

Category:

Technology

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Lo scopo di questa Tesi mostrare come le piattaforme Arduino e Android possano essere utilizzate in un sistema di Ambient Intelligence per il monitoraggio dei sensori e l'interazione con gli attuatori. La prima parte del lavoro stata quella di progettare e sviluppare con lhardware e il software fornito da Arduino le schede necessarie per il sistema: Una scheda per il monitoraggio ambientale, attraverso la lettura di quattro sensori (temperatura, umidit, luce, gas) (vedi figura a lato); Una scheda per la presenza allinterno della stanza attraverso un lettore di tag RFID e NFC, un sensore di movimento PIR e un sensore di suono ad alta sensibilit che comunicano i loro dati con un modulo ZigBee; Una scheda per la comunicazione ZigBee; Una scheda per gli attuatori e per il riconoscimento di dispositivi Android attraverso un USB Host. Queste schede sono state installate in una Wireless Sensor Network (WSN) e comunicheranno con un server creato ad hoc attraverso tecnologie wireless e wired. Il server ha il compito di elaborare i dati grezzi che arrivano dalle schede, salvarli in un database, renderli disponibili a un client web che li possa visualizzare attraverso uninterfaccia (saranno rappresentati i dati letti delle ultime ore attraverso dei grafici) e di mettere a disposizione servizi utili per interrogazioni da parte di dispositivi Android. Un altro servizio implementato stato quello di un modulo software con il quale, attraverso una rete di Bayes per lauto apprendimento appositamente creata per il progetto, possibile prevedere lo stato della stanza in basa alla lettura dei sensori/dispositivi sopra elencati. Tale modulo in grado di rilevare se c un incendio, se c un intrusione, ma anche se c attivit lavorativa di una singola persona o se c una conferenza oppure se c una condizione anomala per cui bisogna azionare determinati attuatori. Attraverso la lettura di eventi di basso livello (sensori, tag di utenti entrati nel locale, ecc), il modulo riesce a prevedere con buona probabilit quale lo stato della stanza in quel momento. Linterfaccia utente del sistema raggiungibile via Web attraverso una pagina presente sul server, oppure attraverso unapplicazione Android (vedi figura a lato) che permette di visualizzare i dati letti dai sensori, di ricevere notifiche push in caso di eventi di alto livello (rilevati dai moduli sopra descritti), attraverso il servizio Google Cloud Messaging, o azionare gli attuatori in remoto.

TRANSCRIPT

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI

    UN SISTEMA DI AMBIENT INTELLIGENCE

    BASATO SU ARDUINO E ANDROID DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN AMBIENT

    INTELLIGENCE SYSTEM BASED ON ARDUINO AND ANDROID

    Relatore

    Chiar.mo Prof. GIANNI CONTE

    Correlatore/i

    Dott. Ing. MARCO PICONE

    Dott. Ing. MICHELE AMORETTI

    Tesi di Laurea di

    MIRKO MANCIN

    Anno Accademico 2011-2012

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Introduzione e contesto

    Ambient Intelligence

    o Potenziamento dei servizi offerti dalla domotica e il sostegno alle interazioni umane

    o Supporto a servizi efficienti e distribuiti

    o User-friendliness

    Open Source Open Hardware

    Modularit e basso costo

    Sistema distribuito e mobile

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Obiettivi della Tesi

    Studio dei principi dellAmbient Intelligence e del Machine-to-Machine attraverso tecnologie Open Hardware e Open Source

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence che, tramite il monitoraggio di alcune grandezze

    fisiche ambientali, consenta di determinare le diverse situazioni

    domestiche presenti

    Realizzazione di un client su piattaforma mobile in grado di ricevere notifiche in tempo reale e interagire con il sistema

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Componenti utilizzati Arduino

    (microcontrollore per la raccolta dei dati provenienti dai sensori)

    - Sensing (Sensori ambientali, PIR, RFID, ecc)

    - Networking (Ethernet,WiFi, ZigBee)

    Server (adibito alla raccolta dati e per ospitare il software per lintelligenza)

    Reti di Bayes (servizio per lAmbient Intelligence del sistema. Determina lo stato attuale della stanza)

    Piattaforma Android (client che permette la ricezione di notifiche e linterazione con il sistema)

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    WSN

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

    2A 3 1

    2B

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Scheda Arduino UNO che raccoglie i dati ambientali

    e li invia al server attraverso un modulo WiFi.

    Sensore di

    luminosit

    Sensore

    di CO2

    Sensore di

    temperatura

    e umidit

    Modulo per

    comunicazione

    WiFi

    Scheda per il monitoraggio ambientale

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

    1

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Schede Arduino UNO che monitorano la presenza di persone allinterno dellambiente. Comunicano tra di loro con il protocollo ZigBee e inviano i dati al server

    attraverso la porta Ethernet.

    Modulo Xbee Modulo Xbee

    Microfono

    PIR

    Lettore

    RFID

    TAG

    RFID

    Ethernet

    Schede per il riconoscimento e lidentificazione

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

    2A 2B

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Ventole = impianto di

    condizionamento

    Led = Illuminazione

    Servo motore = Finestre

    Ethernet

    Scheda per gli attuatori e lUsb Host Scheda Arduino Mega ADK con cui vengono simulati gli attuatori. presente anche

    un Usb Host attraverso cui possibile collegare un device Android.

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

    3

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Modello probabilistico che rappresenta un insieme di eventi con le loro

    dipendenze condizionali, rappresentati per mezzo di un grafo aciclico diretto.

    Reti di Bayes

    Per esempio una rete Bayesiana

    potrebbe rappresentare la relazione

    probabilistica esistente

    tra le cause diverse per cui i prati di

    Watson e Holmes possono essere

    bagnati (effetti).

    Dati gli effetti, la rete pu essere

    usata per calcolare la probabilit

    di diverse cause.

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Reti di Bayes

    Nel nostro caso, date le letture dei sensori, si determina lo

    stato in cui la stanza si trova con maggiore probabilit.

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Client Android

    Ricezione di notifiche push

    con il servizio GCM Monitoraggio dei sensori

    Interazione con gli attuatori

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Google Cloud Messaging

    Lo scopo principale di GCM quello sia di inviare nuovi contenuti

    presenti sul server, al software in esecuzione sul device Android.

    Le caratteristiche principali di GCM sono:

    Velocit dinvio dei messaggi (qualche centinaia di millisecondi)

    Sicurezza (solo i dispositivi registrati ricevono le notifiche)

    Non necessario che il software sia in esecuzione per ricevere i messaggi.

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Google Cloud Messaging

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Testing Il sistema progettato stato testato su diverse casistiche e con tempi di

    campionamento differenti. In particolare si valutata la veridicit della

    risposta della rete di Bayes.

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Testing

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    VIDEO

    DIMOSTRATIVI

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma A.A. 2011/2012 - Parma, 09/10/2012

    Video

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma A.A. 2011/2012 - Parma, 09/10/2012

    Video bad conditions

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    Conclusioni

    Il sistema realizzato ha esplorato nuove tecnologie per l'Ambient

    Intelligence. La soluzione proposta il primo tassello di un sistema

    per l'apprendimento automatico di comportamenti e abitudini

    degli utenti, in grado di anticipare i bisogni migliorando le proprie

    performance nel tempo.

    Progettazione e realizzazione di un sistema di Ambient Intelligence basato su Arduino e Android

    Sviluppi futuri

    Server su controller embedded (tipo Raspberry PI)

    Integrare nuovi sensori

    Applicazione Android per monitorare diversi ambienti

    Tecniche di apprendimento basate sui feedback degli utenti

  • Distributed Systems Group Universit Degli Studi di Parma

    2012 - Parma

    PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI

    UN SISTEMA DI AMBIENT INTELLIGENCE

    BASATO SU ARDUINO E ANDROID DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN AMBIENT

    INTELLIGENCE SYSTEM BASED ON ARDUINO AND ANDROID

    Relatore

    Chiar.mo Prof. GIANNI CONTE

    Correlatore/i

    Dott. Ing. MARCO PICONE

    Dott. Ing. MICHELE AMORETTI

    Tesi di Laurea di

    MIRKO MANCIN

    Anno Accademico 2011-2012

Recommended

View more >