Κατάλογος Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ιπποκράτη Στρατάκη

με θέμα

Ανάπτυξη Ενεργειακά Αυτόνομου Συστήματος Συλλογής Μετρήσεων Αισθητήρων, Συνεργαζόμενου με Μη-Επανδρωμένα Ιπτάμενα Οχήματα

Development of an Energy-Autonomous System for the Acquisition of Sensor Measurements, Cooperating with Unmanned Aerial Vehicles

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης (επιβλέπων)
Καθηγητής Γεώργιος Σταυρακάκης  
Καθηγητής Παναγιώτης Παρτσινέβελος 

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως στόχο την ανάπτυξη ενός πρωτότυπου κόμβου για χρήση σε Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων - WSN, ο οποίος θα μπορεί να τοποθετηθεί από μη-επανδρωμένο drone. Αναπτύχθηκε ένα σύστημα το οποίο θα μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικές εφαρμογές ανάλογα με τους αισθητήρες και τα υποσυστήματα που θα το συνοδεύουν. Το σύστημα συνδυάζει σε μια πλακέτα κύκλωμα αποθήκευσης ενέργειας, παροχής σταθερής τάσης για τα λογικά κυκλώματα και τους αισθητήρες, κύκλωμα προστασίας τάσης και δυνατότητα σύνδεσης συσκευών μέσω ειδικών βυσμάτων.
Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται οι βασικοί τομείς που χρειάζονται για την υλοποίηση, παρόμοια συστήματα που υπάρχουν και χρησιμοποιούνται ήδη στις μέρες μας καθώς και γιατί μπορεί ένα τέτοιο σύστημα να βοηθήσει περεταίρω στην εγκατάσταση και υλοποίηση δικτύων αισθητήρων.
Στο δεύτερο μέρος γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση όλων τον δομικών μονάδων ενός τέτοιου συστήματος. Αναλύονται συστήματα συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων, συγκομιδής και αποθήκευσης ενέργειας, επικοινωνίας όπως και μέθοδοι μέγιστης απορρόφησης ισχύος από πηγές ενέργειας.
Στο τρίτο μέρος παρουσιάζεται η διαδικασία ανάπτυξης του πρωτότυπου συστήματος. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται όλα τα στάδια της σχεδίασης, της επιλογής στοιχείων για τα κυκλώματα, της μονάδας επεξεργασίας και του τρόπου επικοινωνίας.
Στο τέταρτο μέρος περιγράφονται οι πειραματικές διατάξεις μαζί με τα διάφορα πειράματα που έγιναν για την επιβεβαίωση της σωστής λειτουργίας του συστήματος. Ενδεικτικά έγιναν πειράματα σε όλα τα υποσυστήματα για την σωστή λειτουργία τους ως προς την συγκομιδή ενέργειας, την παροχή σταθερής τάσης, την εμβέλεια του επιλεγμένου συστήματος επικοινωνίας και την αυτονομία ολόκληρου του συστήματος με πραγματικές μετρήσεις.
Στο τελευταίο μέρος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα των πειραμάτων και αναλύονται πιθανές βελτιώσεις αλλά και επεκτάσεις ώστε το σύστημα να βελτιωθεί και να αποκτήσει ακόμα μεγαλύτερη χρησιμότητα.

Abstract 

The target of this thesis is the development of a prototype node tailored for deployment in Wireless Sensor Networks (WSN) via unmanned aerial vehicles (UAVs), known as drones. The developed system is versatile, allowing adaptation to diverse applications based on the integrated sensors and subsystems. Housed on a single board, the system comprises energy harvesting and storage, provides a constant voltage supply for logic circuits and sensors, incorporates a voltage protection circuit, and facilitates device connectivity through specialized connectors.
The first section introduces the fundamental aspects crucial for implementation, highlighting existing similar systems and emphasizing the potential advantages of such a system in facilitating the placement and integration of sensor networks.
The next section conducts a comprehensive literature review of the constituent elements essential for such a system. This encompasses an analysis of systems for data collection and processing, energy harvesting and storage, communication methods, and strategies for maximizing power production from energy sources.
The third section analyzes the developmental of the prototype system. It outlines each stage, from design considerations to component selection for circuits, processing units, and communication modalities.
In the fourth section, detailed descriptions of experimental setups are provided, along with an account of various experiments conducted to validate the proper functioning of the system. Noteworthy, experiments include assessments of subsystems concerning energy harvesting, consistent voltage supply, the range of the chosen communication system, and the overall system's autonomy, through experimental measurements.
The concluding part encapsulates insights drawn from the experimental results, presenting conclusions and deliberating on potential enhancements and extensions to refine the system's utility and effectiveness.