title: Ανάπτυξη ασύρματου συστήματος μετρήσεων για τον έλεγχο θερμοκηπίων
title: Development of a wireless measurements systems for greenhouse control
Creators: name: Αναστασοπουλος Γεωργιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία και δοκιμή ενός ασύρματου συστήματος ελέγχου των συνθηκών σε θερμοκήπια, με στόχο τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και την αξιόπιστη συλλογή μετρήσεων. Αρχικά, εξετάστηκαν  ποικίλοι αισθητήρες για να καλυφθούν όλες οι αναγκαίες παράμετροι, όπως η θερμοκρασία και η υγρασία, τόσο στον αέρα όσο και στο έδαφος, η ατμοσφαιρική πίεση, η φωτεινότητα, η υπεριώδης ακτινοβολία, και η συγκέντρωση TVOCs και CO₂. Στη συνέχεια, εξετάστηκαν διάφορες πλατφόρμες μικροελεγκτών με γνώμονα την κατανάλωση ενέργειας, την πολυπλοκότητα και την εμβέλεια επικοινωνίας. Βάσει αυτού, σταδιακά αναπτύχθηκαν διάφορες εκδόσεις κόμβων, με τελική λύση, έναν κόμβο που βασίζεται στον μικροελεγκτή CC1310 της Texas Instruments, ο οποίος προσφέρει αξιόπιστη ασύρματης επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις, σε συνδυασμό με πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Η ανάπτυξη διαδοχικών εκδόσεων του κόμβου, οδήγησε στην αναβάθμιση του συστήματος και την ενσωμάτωση τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας. Οι κόμβοι επικοινωνούν σε συχνότητα 868MHz και στέλνουν τα δεδομένα τους σε έναν κεντρικό σταθμό βάσης, ο οποίος με τη σειρά του τα προωθεί σε ένα Raspberry Pi για την αποθήκευση τους σε μια βάση SQLite και την οπτικοποίηση τους με χρήση της πλατφόρμας Grafana. Στη συγκεκριμένη υλοποίηση, ο χρήστης μπορεί να βλέπει τα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο και να τα επεξεργάζεται στο μέλλον για περαιτέρω ανάλυση. 
Η πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας δοκιμάστηκε στην πράξη, αποδεικνύοντας ότι οι κόμβοι έχουν τη δυνατότητα να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα τροφοδοτούμενοι από μπαταρία. Παράλληλα, σχεδιάστηκε ειδικό σύστημα για περιπτώσεις όπου χρησιμοποιείται ηλιακό πάνελ. Στη μελέτη συμπεριλήφθηκε και ένας μετεωρολογικός σταθμός που καταγράφει εξωτερικές συνθήκες (θερμοκρασία, υγρασία, βροχόπτωση, ταχύτητα ανέμου), επιτρέποντας τη σύγκριση μεταξύ του εξωτερικού περιβάλλοντος και του «εσωτερικού» μικροκλίματος του θερμοκηπίου. Επίσης, αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε ένας μαγνητικός αισθητήρας για τον εντοπισμό της ακριβούς  θέσης των παραθύρων, προκειμένου να καταστεί δυνατή η καλύτερη ρύθμιση του εξαερισμού. Τα τελικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την αξιοπιστία των αισθητήρων και την αντοχή του συστήματος στην καθημερινή λειτουργία. Η σύγκριση με τον εξωτερικό μετεωρολογικό σταθμό ανέδειξε τη σημασία που έχει η παράλληλη καταγραφή των συνθηκών  μέσα στο θερμοκήπιο και έξω από αυτό, ώστε να γίνεται καλύτερη διαχείριση των συνθηκών και να προκύπτει ένας πιο αποδοτικός προγραμματισμός σε συστήματα εξαερισμού, θέρμανσης ή άρδευσης. Συνολικά, η εργασία επιβεβαιώνει ότι οι ασύρματες τεχνολογίες χαμηλού κόστους και χαμηλής κατανάλωσης μπορούν να προσφέρουν σημαντικά οφέλη στη θερμοκηπιακή παραγωγή, αυξάνοντας τόσο την παραγωγικότητα όσο και τη βιωσιμότητα των καλλιεργειών.
description: The present thesis focuses on the development and testing of a wireless measurement and control system for greenhouse conditions, aiming for ultra low energy consumption and reliable data collection. Initially, a variety of sensors were evaluated to cover essential parameters, including temperature, humidity (both air and soil), atmospheric pressure, light intensity, UV radiation, TVOCs and CO₂ concentration. Various microcontroller platforms were then examined, prioritizing energy efficiency, complexity, and communication range. The final solution features a centralised node system built on the Texas Instruments CC1310 platform which offers reliable low-power wireless networking over long distances.
Successive iterations of nodes led to various system upgrades and the development of significant energy-saving techniques. By communicating at a 868MHz frequency and transmitting data to a central base station, this approach ensures low energy requirements and ease of installation. Data is then forwarded to a Raspberry Pi for storage in a SQLite database and visualization via Grafana, enabling real-time data access and potential for further analysis.
Practical tests demonstrated the system's ability to operate for significant periods of time on battery power. A solar panel-based energy system was also designed for enhanced autonomy. The study also incorporates a weather station which records external conditions (temperature, humidity, rainfall, wind speed) enabling the comparison of external environmental variables with the greenhouse’s internal microclimate. Additionally, a magnetic sensor was developed and tested to detect window actuator positions, allowing for accurate ventilation control.
The final results confirmed the reliability of the sensors and the durability of the system in daily operation. Comparisons with the external weather station highlighted the importance of simultaneous external and internal data collection to optimize conditions and improve scheduling for ventilation, heating, and irrigation systems. Overall, this work confirms that low-cost, low-power wireless technologies can significantly enhance greenhouse production, boosting crop productivity, as well as sustainability.