Дослідження системи резервного зберігання даних мобільної платформи на основі мікроконтролера Raspberry pi

Abstract

Актуальність теми дослідження. Сучасний аграрний сектор, зокрема тепличні господарства, перебуває у фазі активної цифрової трансформації. Ефективність вирощування культур у закритому ґрунті напряму залежить від здатності точно контролювати та підтримувати стабільні параметри мікроклімату — температуру, вологість, освітленість та тиск. Збір цих даних у режимі реального часу є критично важливим для прийняття агрономами оперативних управлінських рішень. Водночас, постійний збір даних генерує великі масиви інформації (часові ряди), які самі по собі стають цінним активом. Втрата цих історичних даних через збій обладнання, пошкодження носія або програмну помилку унеможливлює ретроспективний аналіз, виявлення довгострокових тенденцій та погіршує якість прогнозування. Традиційні серверні рішення для моніторингу та резервного копіювання часто є дорогими у впровадженні та обслуговуванні, а також енергозатратними, що робить їх нерентабельними для багатьох малих та середніх агропідприємств. Виникає потреба у розробці мобільної, автономної та економічно ефективної системи, яка б поєднувала функції збору даних та їх надійного резервного зберігання. Використання одноплатних комп'ютерів, таких як Raspberry Pi, для цих завдань є перспективним напрямком, що дозволяє створити гнучке та масштабоване рішення. Мета і задачі дослідження. Метою дипломної роботи є розробка та дослідження системи резервного зберігання даних з сенсорів мікроклімату теплиці (BME280, BH1750), реалізованої на мобільній платформі Raspberry Pi, з організацією захищеного веб-доступу до візуалізованих даних. Для досягнення поставленої мети було визначено наступні задачі: - Проаналізувати функціональні задачі систем моніторингу в аграрному секторі та дослідити особливості IoT-платформ на базі одноплатних комп'ютерів. - Виконати огляд сучасних баз даних часових рядів (Time-Series Databases) та проаналізувати методи та схеми резервного копіювання даних. - Обґрунтувати вибір апаратної платформи (Raspberry Pi) та програмного стеку (Python, InfluxDB, Grafana) для реалізації системи. - Розробити апаратну частину системи, включаючи схеми підключення сенсорів BME280 та BH1750 до Raspberry Pi. - Розробити та налагодити програмне забезпечення для автоматичного збору даних з сенсорів та їх запису до бази даних InfluxDB. - Реалізувати та протестувати механізм автоматизованого резервного копіювання бази даних за схемою 7-4-4. - Налаштувати систему візуалізації даних (Grafana) та організувати до неї захищений мобільний доступ за допомогою технології Cloudflare Zero Trust. - Провести тестування розробленого прототипу системи та оцінити його працездатність. Об'єкт дослідження – процес збирання, обробки та резервного зберігання аграрних даних (параметрів мікроклімату). Предмет дослідження – методи та засоби реалізації мобільної системи моніторингу та резервного зберігання даних на базі апаратної платформи Raspberry Pi та програмного стеку InfluxDB/Grafana. Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувався комплексний підхід, що включав: - методи системного аналізу (для огляду існуючих рішень та обґрунтування вибору компонентів системи); - методи цифрової схемотехніки (при розробці схем підключення апаратних компонентів); - методи об'єктно-орієнтованого програмування (при написанні скриптів збору даних на мові Python ); - методи адміністрування систем та баз даних (при розгортанні стеку InfluxDB/Grafana та налаштуванні резервного копіювання ); - метод експериментального дослідження (для тестування працездатності розробленого прототипу). Наукова новизна одержаних результатів полягає у розробці комплексної архітектури мобільної системи, що поєднує прямий збір даних з сенсорів на Raspberry Pi, їх акумуляцію у спеціалізованій базі даних часових рядів (InfluxDB) та реалізацію гібридної схеми резервного копіювання (7-4-4). Новизна також полягає у застосуванні технології Zero Trust (на базі Cloudflare Tunnel) для організації захищеного віддаленого доступу до даних моніторингу, що не вимагає наявності статичної IP-адреси та відкриття портів на стороні об'єкта, що значно підвищує безпеку системи. Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці готового до впровадження, бюджетного та енергоефективного прототипу системи моніторингу та резервного зберігання даних. Запропоноване рішення дозволяє агрономам оперативно аналізувати мікроклімат теплиці , отримувати доступ до візуалізованих графіків (температури, вологості, тиску, освітленості) з будь-якого мобільного пристрою та бути впевненими у збереженні історичних даних. Це сприяє прийняттю обґрунтованих управлінських рішень та слугує інструментом для цифровизації аграрного сектору. Структура та обсяг роботи. Дипломна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи становить 67 сторінок, у тому числі 13 рисунків . Список використаних джерел налічує 28 найменувань.