IoT-система контролю мікроклімату у приміщеннях з візуалізацією даних у реальному часі

Abstract

Актуальність роботи полягає у необхідності створення доступного програмного рішення, здатного об’єднати збір телеметричних даних, їх передавання за мережевим протоколом, збереження в інформаційній базі та представлення користувачу у зрозумілій формі. Для спеціальності 121 «Інженерія програмного забезпечення» важливо, що об’єктом розробки є не окремий датчик або електронна схема, а комплекс програмних модулів, які забезпечують життєвий цикл даних: від формування телеметрії до аналітичного звіту та команд керування. Метою бакалаврської кваліфікаційної роботи є проєктування та реалізація програмного забезпечення IoT-системи контролю мікроклімату у приміщеннях з візуалізацією даних у реальному часі. Розроблена система повинна забезпечувати приймання телеметрії, перевірку коректності даних, збереження історії вимірювань, обчислення статусу комфорту, прогнозування наближення показників до граничних зон, формування керуючих команд і відображення результатів у веб-інтерфейсі. Для досягнення мети необхідно розв’язати такі завдання: проаналізувати предметну область і існуючі рішення; сформувати вимоги до програмної системи; розробити моделі предметної області та програмної архітектури; спроєктувати інформаційну базу; реалізувати симулятор IoT-вузла, MQTT-подібний обмін повідомленнями, серверну частину, модуль керування та dashboard; додати контроль якості вхідних даних і прогнозну оцінку зміни CO2 та температури; провести тестування й описати склад інсталяційного пакету. Об’єктом дослідження є процеси програмного моніторингу параметрів мікроклімату в системах Інтернету речей. Предметом дослідження є методи, моделі та програмні засоби збору, передавання, збереження, аналізу і візуалізації телеметричних даних у локальній IoT-системі. Методи та технології, використані у роботі: системний аналіз для формування вимог; UML-моделювання для опису архітектури; ER-моделювання для проєктування інформаційної бази; MQTT-подібна модель publish/subscribe для обміну повідомленнями; формат JSON для структурування телеметрії; Python для реалізації серверної логіки; SQLite для локального збереження даних; Streamlit і Plotly для побудови веб-інтерфейсу; розрахунок тренду для короткострокового прогнозування; модульне тестування для перевірки логіки керування та валідації вхідних даних. Апробація програмного додатку здійснювалася шляхом локального запуску програмного стенда без фізичного обладнання. Симулятор IoT-вузла формував телеметрію, локальний MQTT-подібний брокер передавав повідомлення, серверний модуль виконував валідацію та записував дані до бази, а dashboard відображав поточні показники, графіки, журнал вимірювань, прогнозні значення, керуючі дії та результати тестування. Такий спосіб апробації відповідає умовам, коли реальні ESP32 та сенсори відсутні, але необхідно підтвердити працездатність програмної архітектури. Пояснювальна записка складається з анотації українською та англійською мовами, переліку умовних позначень, вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. У першому розділі виконано системний аналіз предметної області. У другому розділі розроблено інформаційне та програмне забезпечення на рівні моделей. У третьому розділі описано реалізацію програмних модулів. У четвертому розділі наведено тестування, вимоги до запуску й склад інсталяційного пакету.