Multifunctional software-hardware module for management and monitoring of the microclimate for a residential object

Метою кваліфікаційної роботи є розробка програмно-апаратного модуля моніторингу параметрів мікроклімату будівлі та навколишнього середовища. У роботі були розглянуті теоретичні та практичні аспекти розробки програмно-апаратного модуля для моніторингу параметрів мікроклімату будівлі. Обґрунтовано вибір засобів розробки програмної частини апаратно-програмного комплексу. В ході даної роботи було розроблено та реалізовано програмно-апаратний модуль для моніторингу параметрів мікроклімату, який без участі людини вимірює температуру навколишнього повітря, відносну вологість і атмосферний тиск.The purpose of the work is to develop a software and hardware module for monitoring of the parameters of the microclimate of the building and the environment. Theoretical and practical aspects of software and hardware module of development for monitoring of building microclimate parameters were considered in the work. The choice of means of software development of the hardware and software complex is substantiated. In the course of this work, a software and hardware module for monitoring of the parameters of the microclimate was developed and implemented, which measures the ambient temperature, relative humidity and atmospheric pressure without human intervention.LIST OF SYMBOLS 7 INTRODUCTION 8 CHAPTER 1. ANALYSIS OF EXISTING SOFTWARE ADDITIONS FOR MONITORING OF MICROCLIMATE PARAMETERS BUILDINGS 11 1.1. The need to create comfortable indoor conditions 11 1.2. Analysis of existing means of control of climatic indicators indoors 11 1.3. Generalization of analysis results and setting research objectives 14 1.4. Requirements for the software module for monitoring the parameters of the building 14 CHAPTER 2. METHODS AND MEANS OF MEASURING PARAMETERS MICROCLIMATE AND FIELDS OF APPLICATION 16 2.1. Ambient temperature 16 2.2. Relative humidity of ambient air 17 2.3. Atmospheric pressure 19 2.4. Light 20 2.5. Environmental monitoring 20 2.6. “Smart Home” 21 CHAPTER 3. FORMATION OF HARDWARE PLATFORM AND DATA TRANSFER INTERFACES 23 3.1. Temperature and humidity sensor DHT22 23 3.2. Digital temperature sensor DS18B20 24 3.3. Ethernet module WIZnet W5500 26 3.4. Arduino Uno central microcontroller 27 3.5. IEEE 802.11 wireless standard 28 3.6. Inter-Integrated Circuit interface 28 53.7. Single-channel data transmission interface 29 3.8. Construction of hardware and software module 29 3.9. Conclusions to the section 35 CHAPTER 4. DESCRIPTION OF THE SOFTWARE IMPLEMENTATION 36 4.1. Software module architecture 36 4.2. MQQT protocol 38 4.3. Development environment for Arduino 44 4.4. MajorDoMo management system 44 4.5. Fibaro control system 45 4.6. Open Remote management system 45 4.7. NetPing management system 45 4.8. Work with the system of monitoring microclimate parameters 46 4.9. Conclusions to the section 50 CHAPTER 5. OCCUPATIONAL HEALTH AND SAFETY IN EMERGENCIES 51 5.1. Effects of electromagnetic radiation on the human body 51 5.2. Types of hazards 54 5.3. Road Transport Safety 56 5.4. Conclusions to the section 57 CONCLUSIONS 59 REFERENCES 60 APPENDIX A – PUBLICATIONS 62 APPENDIX B – PROGRAM LISTING 7

Интеграция наноматериалов из графена с применением 3D-печати для биомедицинских и сенсорных применений

Использование восстановленных пленок оксида графена для создания полупроводниковых структур и различные проводящие поверхности популярны во всем мире. Роль 3D-печати для создания гибких структур остается спорным. В этой статье мы объединили эти две технологии для изучения гибкой электроники на основе рГО. Наши результаты показывают, что в зависимости от свойств подложки и способа облучения оксида графена, можно создать множество датчиков с заданными свойствами. Эта документ представляет собой датчик температуры, датчик изгиба и датчик влажности для продемонстрировать, как эти две перспективные технологии могут быть объединены.The use of reduced graphene oxide films to create semiconductor structures and various conductive surfaces is popular all over the world. The role of 3D printing to create flexible structures is still controversial. In this paper, we combined these two technologies to study flexible electronics based on rGO. Our results show that depending on the properties of the substrate and the method of irradiation of graphene oxide, it is possible to create many sensors with preset properties. This paper presents a temperature sensor, a bend sensor, and a humidity sensor to demonstrate how these two promising technologies can be combined

Feature Selection Using Genetic Algorithms for the Generation of a Recognition and Classification of Children Activities Model Using Environmental Sound

In the area of recognition and classification of children activities, numerous works have been proposed that make use of different data sources. In most of them, sensors embedded in children’s garments are used. In this work, the use of environmental sound data is proposed to generate a recognition and classification of children activities model through automatic learning techniques, optimized for application on mobile devices. Initially, the use of a genetic algorithm for a feature selection is presented, reducing the original size of the dataset used, an important aspect when working with the limited resources of a mobile device. For the evaluation of this process, five different classification methods are applied, k-nearest neighbor (k-NN), nearest centroid (NC), artificial neural networks (ANNs), random forest (RF), and recursive partitioning trees (Rpart). Finally, a comparison of the models obtained, based on the accuracy, is performed, in order to identify the classification method that presents the best performance in the development of a model that allows the identification of children activity based on audio signals. According to the results, the best performance is presented by the five-feature model developed through RF, obtaining an accuracy of 0.92, which allows to conclude that it is possible to automatically classify children activity based on a reduced set of features with significant accuracy.In the area of recognition and classification of children activities, numerous works have been proposed that make use of different data sources. In most of them, sensors embedded in children’s garments are used. In this work, the use of environmental sound data is proposed to generate a recognition and classification of children activities model through automatic learning techniques, optimized for application on mobile devices. Initially, the use of a genetic algorithm for a feature selection is presented, reducing the original size of the dataset used, an important aspect when working with the limited resources of a mobile device. For the evaluation of this process, five different classification methods are applied, k-nearest neighbor (k-NN), nearest centroid (NC), artificial neural networks (ANNs), random forest (RF), and recursive partitioning trees (Rpart). Finally, a comparison of the models obtained, based on the accuracy, is performed, in order to identify the classification method that presents the best performance in the development of a model that allows the identification of children activity based on audio signals. According to the results, the best performance is presented by the five-feature model developed through RF, obtaining an accuracy of 0.92, which allows to conclude that it is possible to automatically classify children activity based on a reduced set of features with significant accuracy

Комплексна технологія аналізу льотної обробки

Робота публікується згідно наказу ректора від 27.05.2021 р. №311/од "Про розміщення кваліфікаційних робіт вищої освіти в репозиторії НАУ". Керівник дипломної роботи: доцент кафедри авіоніки, Положевець Ганна АндріївнаThe peculiarity of the design of the proposed integrated analyzer is that the structure of the inputs and outputs of the analyzer must be worked out. The offered analyzer is two-channel: 1. Channel for testing (control) of standard operating procedures for flight operations manual. The possibility of such control arises because from paper RLE passed to electronic RLE. From 1995 Intensive developments were carried out by the Department of Avionics and the Scientific Center for Accounting the Technological Complexity of Flight Procedures. The technology of accounting for technological complexity is called TFAP (technology of flight analysis processes). The need to take into account the technological complexity arises due to the fact that the crew operates systems of complex complexity and complexes. Therefore the technological device of the account of peaks of technological complexity is required. 2. Output of the perspective onboard recorder with an onboard conclusion. Therefore, the diploma analyzes the development trend of on-board recorders and determines the possibility of on-board output in them. The main purpose of the designed analyzer is on-board control of flight procedures in order to violate them by the crew. The principle of operation of the analyzer is to compare the standard operating procedures TFAP with the data of on-board recorders and further elimination of violations on board that will occur.Особливістю конструкції запропонованого інтегрального аналізатора є те, що структура входи та виходи аналізатора повинні бути розроблені. Пропонований аналізатор двоканальний: 1. Канал тестування (контролю) стандартних операційних процедур виконання польотів посібник. Можливість такого контролю виникає через перехід від паперових РЛЕ до електронних RLE. З 1995 року інтенсивні розробки велися на кафедрі авіоніки та Науковий центр обліку технологічної складності польотів Процедури. Технологія обліку технологічної складності називається TFAP (технологія процесів розбору польотів). Необхідність врахування технологічних Складність виникає внаслідок того, що екіпаж експлуатує системи складної складності і комплекси. Тому технологічний апарат обліку піків технологічних потрібна складність. 2. Вихід перспективного бортового самописця з бортовим висновком. Тому У дипломі аналізується тенденція розвитку бортових реєстраторів і визначається можливість бортового виводу в них. Основним призначенням розробленого аналізатора є бортовий контроль польотних процедур в наказ про їх порушення екіпажем. Принцип роботи аналізатора полягає в порівнянні стандартні робочі процедури TFAP з даними бортових реєстраторів і далі усунення порушень на борту, які виникнуть

Risk Exposure to Particles – including Legionella pneumophila – emitted during Showering with Water-Saving Showers

The increase in legionellosis incidence in the general population in recent years calls for a better characterization of the sources of infection, such as showering. Water-efficient shower systems that use water atomization technology may emit slightly more inhalable bacteria-sized particles than traditional systems, which may increase the risk of users inhaling contaminants associated with these water droplets. To evaluate the risk, the number and mass of inhalable water droplets emitted by twelve showerheads—eight using water-atomization technology and four using continuous-flow technology— were monitored in a shower stall. The water-atomizing showers tested not only had lower flow rates, but also larger spray angles, less nozzles, and larger nozzle diameters than those of the continuous-flow showerheads. A difference in the behavior of inhalable water droplets between the two technologies was observed, both unobstructed or in the presence of a mannequin. The evaporation of inhalable water droplets emitted by the water-atomization showers favored a homogenous distribution in the shower stall. In the presence of the mannequin, the number and mass of inhalable droplets increased for the continuous-flow showerheads and decreased for the water-atomization showerheads. The water-atomization showerheads emitted less inhalable water mass than the continuous-flow showerheads did per unit of time; however, they generally emitted a slightly higher number of inhalable droplets—only one model performed as well as the continuous-flow showerheads in this regard. To specifically assess the aerosolisation rate of bacteria, in particular of the opportunistic water pathogen Legionella pneumophila, during showering controlled experiments were run with one atomization showerhead and one continuous-flow, first inside a glove box, second inside a shower stall. The bioaerosols were sampled with a Coriolis® air sampler and the total number of viable (cultivable and noncultivable) bacteria was determined by flow cytometry and culture. We found that the rate of viable and cultivable Legionella aerosolized from the water jet was similar between the two showerheads: the viable fraction represents 0.02% of the overall bacteria present in water, while the cultivable fraction corresponds to only 0.0005%. The two showerhead models emitted a similar ratio of airborne Legionella viable and cultivable per volume of water used. Similar results were obtained with naturally contaminated hoses tested in shower stall. Therefore, the risk of exposure to Legionella is not expected to increase significantly with the new generation of water-efficient showerheads

Low-Power Pıc-Based Sensor Node Devıce Desıgn And Theoretıcal Analysıs Of Energy Consumptıon In Wıreless Sensor Networks

Teknolojinin ilerlemesi, daha enerji verimli ve daha ucuz elektronik bileşenlerinin daha küçük üretilmesini sağlamıştır. Bu nedenle, daha önce mevcut birçok bilgisayar ve elektronik bilim-mühendislik fikirleri uygulanabilir hale gelmiştir. Bunlardan birisi de kablosuz sensör ağları teknolojisidir. Kablosuz algılayıcı ağlar, düşük enerji tüketimi ve gerekli teknik gereksinimlerin gerçekleşmesi ile uygulanabilir hale gelmiştir. Ayrıca, Kablosuz algılayıcı ağlarının tasarımında iletişim algoritmaları, enerji tasarruf protokolleri ve yenilenebilir enerji teknolojileri gibi diğer bilimsel çalışmalar zorunlu hale gelmiştir. Bu tez, mikroelektronik sistemler, kablosuz iletişim ve dijital elektronik teknolojisinin ilerlemesiyle uygulanabilir hale gelmiş sensör ağları teknolojisini kapsamaktadır. Birincisi, algılama görevleri ve potansiyel algılayıcı ağ uygulamaları araştırılmış ve algılayıcı ağlarının tasarımını etkileyen faktörlerin gözden geçirilmesi sağlanmıştır. Ardından sensör ağları için iletişim mimarisi ana hatlarıyla belirtilmiştir. Ayrıca, tek bir düğümün WLAN ile iletişim kurabilmesi için yeni donanım mimarisi tasarlanmış ve düğümlerde yenilenebilir enerji kaynakları kullanılmıştır. Bu tezde WSN, analitik bilim ve uygulamalı bilim açısından incelenmiştir. Düşük enerji tüketimi ve iletişim protokolleri arasındaki ilişki değerlendirilmiş ve bilimsel sonuçlara varılmıştır. Teorik analizler bilimsel uygulamalarla desteklenmiştir. Çalışmalar, düşük enerji ve maksimum verimlilik prensibinin gerçekleştirilmesine dayalı kablosuz sensör ağları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kablosuz sensör ağlari sistemi tasarlandıktan sonra; sensör düğümlerinin enerji tüketimi ve kablosuz ağdaki davranışları test ve analiz edilmiştir. Düşük enerji tüketimi ile sensör düğümleri arasındaki ilişki detaylı olarak değerlendirilmiştir. PIC Tabanlı mikro denetleyiciler sensör düğümlerinin tasarımında kullanılmış ve çok düşük maliyetli tasarım için ultra düşük güçte, nanoWatt teknolojisi ile desteklenen sensör düğümleri tasarlanmıştır. İşleme birimi, bellek birimi ve kablosuz iletişim birimi sensör viii düğümlerine entegre edilmiştir. Tasarlanan sensör düğümünün işletim sistemi PIC C dili ile yazılmıştır ve PIC işletim sistemi nem, sıcaklık, ışığa duyarlılık ve duman sensörü gibi farklı özelliklerin ölçülmesine izin vermiştir. Sensörlerden gelen verilerin merkezi bir konumdan kaydedilmesi ve izlenebilmesi için, C# programlama dili ile bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Gelişmiş algılayıcı düğümler tarafından alınan kararların uygulanması için yazılım algoritması ve donanım modüllerini içeren karar verme sistemi tasarlanmıştır. Gelişmiş PIC Tabanlı sensör düğümleri, enerji üretimi ve enerji tasarrufu için, güneş enerjisi paneli, şarj edilebilir pil ve süper kapasitör gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile benzersiz bir PIC Kontrollü voltaj birimi ile desteklenmiştir. Geliştirilmiş kablosuz sensör ağları sistemi, endüstri uygulamaları, akıllı fabrikalar ve akıllı evler gibi günlük hayat uygulamaları için de kullanılabilecektir. Kablosuz algılayıcı ağlar geniş bir aralıkta kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Tezin sonuçları, özellikle yenilenebilir enerji kaynakları ile WSN'nin geliştirilmesine yardımcı olmayı amaçlamaktadır

Автоматизована система автономного енергозабезпечення розумного дому підвищеної надійності

Робота публікується згідно наказу ректора від 29.12.2020 р. №580/од "Про розміщення кваліфікаційних робіт здобувачів вищої освіти в репозиторії НАУ".Керівник дипломної роботи: к.т.н., доц., професор кафедри авіаційних комп’ютерно-інтегрованих комплексів, Сергеєв Ігор ЮрійовичThe purpose of the diploma is to develop scientific and technical prerequisites for the construction of autonomous energy sources of the power supply system with specified functional properties, taking into account the nature of power supply and patterns of reliability and cost characteristics to increase reliability and efficiency of autonomous power supply. Improving the energy efficiency of autonomous power supply systems using renewable energy sources. This goal requires the following tasks: - to analyze the existing structures for the construction of autonomous power supply systems, the peculiarities of their operation and the relationship with the centralized power supply system; - to prove the possibility of practical application of the operation of a combined autonomous power supply system for energy efficiency assessment using renewable energy generating units; - to offer a variant of the optimized structure of the autonomous power supply system, which increases the energy efficiency of its operation and provides a reliable power supply to consumer groups. - substantiate the technical and economic aspects of the introduction of autonomous power supply systems for consumer groups. The object of study is the automated power supply system "Smart Home". The subject of the study is to determine the relationship between the energy supply system and the smart home system. Methodological principles are based on modern methods of modeling and programming of microprocessors.Метою диплома є розробка науково-технічних передумов побудови автономних джерел енергії системи електропостачання із заданими функціональними властивостями враховуючи характер електропостачання і закономірності надійнісно-вартісних характеристик для підвищення надійності та ефективності автономного електропостачання. Підвищення енергетичної ефективності автономних систем електропостачання за умови використання відновлюваних джерел енергії. Поставлена мета вимагає розв’язання таких задач: -провести аналіз існуючих структур побудови автономних систем електропостачання, особливостей їх функціонування та взаємозв’язку з системою централізованого електропостачання; - довести можливість практичного застосування щодо функціонування комбінованої автономної системи електропостачання для оцінки енергоефективності з використанням генеруючих установок ВДЕ; - запропонувати варіант оптимізованої структури автономної системи електропостачання, що підвищує енергетичну ефективність її функціонування і забезпечує надійне електропостачання груп споживачів. - обґрунтувати техніко-економічні аспекти впровадження автономних систем електропостачання груп споживачів. Об'єктом дослідження є автоматизована система енергозабезпечення «Розумний будинок». Предметом дослідження є визначення взаємозв'язку між системою енергозабезпечення і системою розумного дому. Методологічні засади базуються на сучасних методах моделювання та програмування мікропроцесорів

Автоматизована система автономного енергозабезпечення розумного дому підвищеної надійності

Робота публікується згідно наказу ректора від 29.12.2020 р. №580/од "Про розміщення кваліфікаційних робіт здобувачів вищої освіти в репозиторії НАУ".Керівник дипломної роботи: к.т.н., доц., професор кафедри авіаційних комп’ютерно-інтегрованих комплексів, Сергеєв Ігор ЮрійовичThe purpose of the diploma is to develop scientific and technical prerequisites for the construction of autonomous energy sources of the power supply system with specified functional properties, taking into account the nature of power supply and patterns of reliability and cost characteristics to increase reliability and efficiency of autonomous power supply. Improving the energy efficiency of autonomous power supply systems using renewable energy sources. This goal requires the following tasks: - to analyze the existing structures for the construction of autonomous power supply systems, the peculiarities of their operation and the relationship with the centralized power supply system; - to prove the possibility of practical application of the operation of a combined autonomous power supply system for energy efficiency assessment using renewable energy generating units; - to offer a variant of the optimized structure of the autonomous power supply system, which increases the energy efficiency of its operation and provides a reliable power supply to consumer groups. - substantiate the technical and economic aspects of the introduction of autonomous power supply systems for consumer groups. The object of study is the automated power supply system "Smart Home". The subject of the study is to determine the relationship between the energy supply system and the smart home system. Methodological principles are based on modern methods of modeling and programming of microprocessors.Метою диплома є розробка науково-технічних передумов побудови автономних джерел енергії системи електропостачання із заданими функціональними властивостями враховуючи характер електропостачання і закономірності надійнісно-вартісних характеристик для підвищення надійності та ефективності автономного електропостачання. Підвищення енергетичної ефективності автономних систем електропостачання за умови використання відновлюваних джерел енергії. Поставлена мета вимагає розв’язання таких задач: -провести аналіз існуючих структур побудови автономних систем електропостачання, особливостей їх функціонування та взаємозв’язку з системою централізованого електропостачання; - довести можливість практичного застосування щодо функціонування комбінованої автономної системи електропостачання для оцінки енергоефективності з використанням генеруючих установок ВДЕ; - запропонувати варіант оптимізованої структури автономної системи електропостачання, що підвищує енергетичну ефективність її функціонування і забезпечує надійне електропостачання груп споживачів. - обґрунтувати техніко-економічні аспекти впровадження автономних систем електропостачання груп споживачів. Об'єктом дослідження є автоматизована система енергозабезпечення «Розумний будинок». Предметом дослідження є визначення взаємозв'язку між системою енергозабезпечення і системою розумного дому. Методологічні засади базуються на сучасних методах моделювання та програмування мікропроцесорів

Impact of urban form on concentration of air pollutants within street canyons at pedestrian level

Recent estimates published by WHO reported that in 2018 air pollution caused eight million premature deaths worldwide. The same report highlighted that outdoor air pollution was responsible for 4.2 million deaths. This implies that further efforts and mitigations are needed to reduce individuals’ exposure to harmful air pollutants. In this respect, governments around the world developed and published a number of air quality plans and frameworks. However, they either ignored or paid less attention to microclimate and urban form attributes and their impact on air pollution concentrations or dispersion in urban spaces, particularly within urban street canyons. Considering the above, this study postulates that there is a correlation between urban form and air quality. Therefore, the core focus of this thesis is to investigate this relationship in greater depth and to propose a set of recommendations that can create a desirable microclimate within various urban street canyons capable of mitigating air pollution concentrations and thereby reducing its negative impact on human health. This thesis employs a variety of methods, including fieldwork, computational modelling, and correlation analysis, to measure the influence of various street canyon configurations on the concentration of air pollution. The findings of this study confirmed several correlations between air pollution concentrations and urban form within street canyons. This study generated new knowledge on air pollution and microclimate behaviour within various street canyons. It provided recommendations for 30 distinct urban street canyon configurations in order to increase dispersion and protect pedestrians from harmful levels of air pollution. It also offered much needed knowledge and recommendations for urban designers and planners to consider to make informed design decisions to encourage greater dispersion of air pollution within various urban street canyons, particularly in areas with high pedestrian traffic to reduce and limit public exposure to harmful air pollution