Розробка IoT системи для моніторингу якості харчових продуктів
Автор: Березіна Анастасія Артурівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Березіна А.А., Корпильов Д.В.(керівник). Розробка IoT системи для моніторингу якості харчових продуктів. Магістерська кваліфікаційна робота – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024. Метою даного дослідження є розробка IoT-системи для моніторингу умов зберігання харчових продуктів, яка використовуватиме датчики температури DS18B20, DHT21 та тепловізійну камеру AMG8833 у поєднанні з платформою ESP32. Система дозволить у реальному часі відстежувати температуру продуктів, передавати ці дані через інтернет та забезпечувати автоматизоване оповіщення про критичні зміни умов зберігання. Одним із найбільш перспективних підходів для вирішення проблеми зберігання харчових продуктів є використання систем Інтернету речей (IoT), які дозволяють здійснювати безперервний моніторинг та аналіз температурних умов у режимі реального часу. IoT-системи забезпечують можливість зчитування даних із сенсорів та передачі їх на сервер для подальшого аналізу та збереження. Це дає змогу користувачам швидко реагувати на відхилення від встановлених температурних меж, запобігаючи псуванню продуктів. Серед викликів, які слід врахувати, є забезпечення точності вимірювань, оскільки від цього залежить ефективність системи в запобіганні псуванню продуктів. Важливою є також енергоефективність для довготривалої автономної роботи. Надійність передачі даних має вирішальне значення, адже система працює в реальному часі. Крім того, потрібно забезпечити кібербезпеку та захист інформації, а також розробити алгоритми для точного аналізу даних з теплових карт. Враховуючи зазначені виклики, впровадження IoT-системи для моніторингу температурних умов зберігання харчових продуктів із використанням датчиків DS18B20, DHT21 та AMG8833 у поєднанні з платформою ESP32 стає важливим кроком для підвищення безпеки продуктів та їх тривалого зберігання. Ця робота є актуальною як з технічної, так і з економічної точок зору, оскільки вона сприяє зменшенню продовольчих втрат і підвищенню ефективності логістичних процесів. Завдання магістерської дипломної роботи полягає в розробці IoT-системи для моніторингу та забезпечення оптимальних температурних умов зберігання продуктів. Основні завдання дослідження: Провести аналіз існуючих IoT-систем для моніторингу температурних умов зберігання продуктів. Вивчити принципи роботи датчика температури DS18B20, DHT21 теплової камери AMG8833 і платформи ESP32. Розробити апаратну частину системи, здатну зчитувати температурні показники та передавати їх на сервер для подальшої обробки. Створити програмне забезпечення для збору, обробки та візуалізації даних з датчиків, з можливістю моніторингу умов у реальному часі. Провести тестування системи в реальних умовах для оцінки її працездатності в різних умовах зберігання продуктів. Оцінити точність вимірювань системи і визначити її ефективність у запобіганні порушенням оптимальних умов зберігання. Наукова новизна цієї магістерської роботи полягає в інтеграції сенсорних технологій в єдину IoT-систему для автоматизованого моніторингу умов зберігання продуктів. Основні аспекти новизни дослідження включають: Інтеграція температурного сенсора DS18B20, DHT21 та тепловізійної камери AMG8833 створює комбіновану систему моніторингу, яка дозволяє як відстежувати точні температурні дані, так і візуалізувати теплові карти. Це унікальний підхід до контролю температурних зон у середовищі зберігання, що дозволяє виявляти холодні та гарячі області на поверхні продуктів, запобігаючи псуванню. Використання платформи ESP32 забезпечує обробку та передачу даних на віддалений сервер, дозволяючи здійснювати моніторинг в реальному часі. Ця розподілена система моніторингу створює можливість оперативного реагування на порушення умов зберігання. Оптимізація алгоритмів збору, обробки та передачі даних з сенсорів підвищує ефективність системи, знижуючи затримки у передачі результатів. Це дозволяє своєчасно отримувати дані для швидкої реакції на зміни в температурному середовищі. Впровадження системи попереджень через інтернет (наприклад, e-mail, SMS, push-повідомлення) у випадках виходу температурних показників за межі норми забезпечує миттєве інформування користувачів про можливі загрози псування продуктів. Дослідження ефективності застосування комбінованих сенсорів у контексті IoT спрямоване на забезпечення продовольчої безпеки. Система, розроблена в цій роботі, може стати прототипом для ширшого застосування у складських приміщеннях, супермаркетах, підприємствах харчової промисловості та при транспортуванні продуктів. Дипломний проєкт містить: 82 ст., __ рис., _ табл., 33 посилань на використані джерела. Ключові слова: Інтернет речей (IoT), Моніторинг температури, Безпека зберігання продуктів, Інтеграція сенсорів, Мікроконтролер ESP32, Температурний сенсор DS18B20, Тепловізійна камера AMG8833, Передача даних, Хмарне зберігання даних, Моніторинг у реальному часі, Бездротовий зв’язок, Попередження про температуру, Теплова візуалізація. Перелік використаних літературних джерел: 1. Y. Gu, W. Han, L. Zheng, and B. Jin, "Using IoT Technologies to Resolve the Food Safety Problem – An Analysis Based on Chinese Food Standards," in Web Information Systems and Mining: International Conference, WISM 2012, Chengdu, China, October 26-28, 2012.Proceedings, F. L. Wang, J. Lei, 2. Adafruit Industries. DS18B20 Digital Temperature Sensor Data Sheet. Adafruit, 2020. [Online] Available at: https://www.adafruit.com/product/374 3. DFRobot. AMG8833 Thermal Imaging Camera. DFRobot, 2021. [Online] Available at: https://www.dfrobot.com/product-1677.html 4. Banzi, Massimo, and Shiloh, Michael. Getting Started with ESP32. O’Reilly Media, 2021. 5 X. Zhao, H. Fan, H. Zhu, and H. Fu, "The Design of the Internet of Things Solution for Food Supply Chain," presented at the 2015 International Conference on Education, Management, Information and Medicine, 2015 6. Munir, Kashif. Internet of Things: Applications and Challenges. Springer, 2020. 7. Zigbee Alliance. IoT Protocols for Industrial Automation. IEEE, 2019. 8. Guerrero, Jose. Practical IoT Projects with ESP32: Monitoring and Automation. Apress, 2022. 9. Finkenzeller, Klaus. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. Wiley, 2019. 10. Zhu, Hongke, et al. Smart Sensors Networks: Principles, Applications, and Future Trends. Elsevier, 2020. 11. Raza, S., et al. Internet of Things for Healthcare: Security, Privacy, and Scalability. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019. 12. Bucella, I., et al. IoT-Based Systems for Smart Environments. Springer, 2021. 13. Al-Fuqaha, Ala, et al. Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2020.