نظام إدارة المباني منخفض التكلفة القائم على إنترنت الأشياء (BMS) باستخدام Arduino Mega 2560 و Raspberry Pi 4 للمراقبة الذكية والأتمتة
Title A Low-Cost IoT Based Buildings Management System (BMS) Using Arduino Mega 2560 And Raspberry Pi 4 For Smart Monitoring and Automation
الباحث الرئيس محمد عزير
التخصص: الهندسة الكهربائية
التخصص الدقيق: Building management system
المستخلص: يقدم هذا العمل نظام إدارة المباني القائم على إنترنت الأشياء (IoT) للمراقبة والتحكم وإدارة الطاقة في المباني لتوفير طريقة فعالة لاستخدام الطاقة. توفر الأنظمة الحالية بشكل أساسي مراقبة المعلمات المختلفة مع وظائف تحكم / أتمتة محدودة. لا توفر الحلول الحالية أيضًا اتخاذ القرار التلقائي وإدارة السلامة المتقدمة وتتبع الموارد. ومع ذلك ، يوفر النظام المقترح طريقة شاملة للمراقبة والتحكم واتخاذ القرار التلقائي فيما يتعلق بالمعايير البيئية والكهربائية المختلفة في المباني ، مثل درجة الحرارة والرطوبة والغبار والفولت ، وما إلى ذلك ، باستخدام شبكة استشعار لاسلكية منخفضة التكلفة ( WSN). تتكون بنية النظام المقترح من خمس طبقات وتستخدم مستشعرات تمثيلية متصلة بمتحكمات Arduino Mega 2560 لجمع البيانات ، و NodeMCUs ESP8266 للاتصالات اللاسلكية ، وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة Raspberry Pi4 لاتخاذ القرار ، ولوحة القيادة nod-RED التي تعمل محليًا على Raspberry Pi 4 لتوفير واجهة مستخدم سهلة الاستخدام. يستخدم النظام أيضًا بروتوكول الاتصال للنقل عن بُعد في قائمة انتظار الرسائل (MQTT) عبر شبكة Wi-Fi ويعتمد تمامًا على الأجهزة المحلية في البنية ولا يحتاج إلى خدمات الحوسبة السحابية. يوفر النظام المقترح نوعين مختلفين من الأتمتة ، أي أتمتة السلامة لسلامة الأجهزة المختلفة ذات الميزات المتقدمة ، وأتمتة الطاقة. النظام المقترح قادر أيضًا على توفير التحكم في الرطوبة داخل الغرفة وتتبع وحساب الموارد المتاحة في أي منشأة. النظام المقترح منخفض التكلفة وقابل للتطوير ويمكن استخدامه في أي مبنى. تظهر نتائج المحاكاة أن النظام المقترح عالي الكفاءة.
Abstract: This work presents an internet of things (IoT) based building management system (BMS) for monitoring, control, and energy management in buildings to provide an efficient way of energy utilization. Existing systems mainly provide monitoring of different parameters with limited controlling/automation functions. Existing solutions also do not provide automatic decision-making, advanced safety management, and resource tracking. However, the proposed system provides a comprehensive way of monitoring, controlling, and automatic decision making regarding different environmental and electrical parameters in buildings, i.e., temperature, humidity, dust, volt, etc., by using a low-cost wireless sensor network (WSN). The architecture of the proposed system consists of five layers and uses analog sensors which are connected to Arduino Mega 2560 microcontrollers for data collecting, NodeMCUs ESP8266 for wireless communication, Raspberry Pi4 microcomputers for decision making, and nod-RED dashboard which runs locally on a Raspberry Pi 4 to provide a friendly end-user interface. The system also uses the Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) communication protocol through Wi-Fi and completely relies on the local devices in the architecture and does not need cloud computing services. The proposed system provides two different kinds of automation, i.e., safety automation for the safety of different devices with advanced features, and energy automation. The proposed system is also able to provide humidity control inside a room and to track and count the available resources in any facility. The proposed system is low cost, scalable, and can be used in any building. Simulation results show that the proposed system is highly efficient.