 G –METEO ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟΎ ΣΤΑΘΜΟΣ 2 ΕΠΑΛ Γιαννιτσών loT, Thinkspeak ,Μετεωορολογικά δεδομένα,Οργάνωση δεδομένων, ,Virtuino ,Wemos Lolin32.

1.  G –METEO ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ.
ΝΙΚΟΛΑΙΔΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ
Εκπαιδευτικος Π.Ε 84 , 2 ΕΠΑΛ ΓΙΑΝΝΙΤΣΩΝ .
d.nikolai@yahoo.gr
Περίληψη
Στα πλαίσια του μαθήματος της ερευνητικης εργασίας στην τεχνολογία( Y.ΠΕΠΘ ,2017)
στην πρώτη ταξη ΕΠΑ.Λ εκπονήθηκε μια εφαρμογή στο πεδίο διαδίκτυο των πραγμάτων
I.o.T (Ιnternet of Things ). Στόχος της δράσης ήταν να συνειδητοποιήσουν οι μαθητές ότι
το ΙοΤ δεν είναι επιστημονική φαντασία , ήρθε στην ζωή μας, είναι υπαρκτό και οι
επαγγελμτικές προοπτικές είναι απεριόριστες και πολυεπίπεδες .Κατασκευάσαμε έναν
μετεωρολογικό σταθμό στην αυλή του σχολείου στο 2 ΕΠΑΛ Γιαννιτσών . Ο χρήστης μέσω
εφαρμογής έχει πρόσβαση σε όλο το ιστορικό των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο (real
time) είτε μέσω της σελίδας του server είτε από έξυπνο τηλέφωνο (smart phone ). Οι
χρήστες μπορεί να είναι κάτοικοι της περιοχής και ειδικά όσοι ασχολούνται με αγροτικές
καλλιέργειες και δραστηριότητες υπαίθρου, καθώς η εφαργογή μας δίνει την δυνατότητα
να έχουμε ειδοποιήσεις όταν μια τιμή π.χ υγρασία ,αέρας είναι πάνω ή κάτω από ένα
όριο (trigger point ) .
Λέξεις κλειδιά: loT, Thinkspeak ,Μετεωορολογικά δεδομένα,Οργάνωση δεδομένων,
,Virtuino ,Wemos Lolin32.
Εισαγωγή
Σκοπός της δράσης αυτής είναι οι μαθητές να έρθουν σε επαφή με μια εφαρμογή ΙοΤ
ώστε μέσα από την μελέτη περίπτωσης (case study) να δουν το μεθοδολογικό πλαίσιο
ανάπτυξης τέτοιων εφαρμογων και να κατανοήσουν τα 5 βασικά επίπεδα του ΙοΤ OSI (
Μοντέλο Αναφοράς Ανοικτής Διασύνδεσης Συστημάτων ).Ταπέντε βασικά επίπεδα είναι :
1. Τελικά σημεία ( End points).
2. Συνδεσιμότητα ( Connectivity) .
3. Μiddleware .
4. ΙoΤ υπηρεσίες ΙοΤ services .
5. Εφαρμογές Apps .
Άλλος ένας στόχος της δράσης είναι να έρθουν οι μαθητές σε επαφή με το hardware
των εφαρμογών , το ηλεκτρονικό εμπόριο, καθώς τέτοια υλικά δεν είναι διαθέσιμα στην
τοπική αγορά και φυσικά να αξιοποιήσουν τις δυνατότητες των κινητών τηλεφώνων τους
σε εφαρμογές διαφορετικές απο τις συνηθισμένες .
Σωμα
Αναλυση της εφαρμογής στα πεντε βασικά επίπεδα του μοντέλου ανάπτυξης ΙοΤ (
Batalla et al.2017).
Τελικα σημεια (end points) .
Για την κατασκευή του μετεωρολογικού σταθμού επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικά είδη
αισθητήρων τα οποία παράγουν τα δεδομένα (Καλοβρεκτης κ.α,2019) .
1.Αισθητήριο θερμοκρασίας DS18B20 ψηφιακο Dallas 1-Wire Digital Thermometer . (
Maximintegrated.com ,2020).
2.Αισθητήριο σχετικης υγρασίας αερα Digital-output relative humidity & temperature
sensor/module DHT22,( Αdafruit.com ,2020).
3. Αισθητήρας βροχής αναλογικός,(Εbay.com α,2020).
4.Ανεμόμετρο αναλογικός αισθητήρας ,(Εbay.com β,2020).
5.Ψηφιακός αισθητήρας ατμοσφαιρικής πίεσης και υψόμετρου GY-91 BME280 ,( Cdn-
shop.adafruit.com ,2020).

2. Η εφαργογή μας δίνει την δυνατότητα να έχουμε ειδοποιήσεις όταν μια τιμή π.χ υγρασία,
αέρας είναι πάνω ή κάτω από ένα όριο.
2.Connectivity – συνδεσιμοτητα
Όλοι οι αισθητήρες είναι συνδεδεμένοι ενσύρματα με την πλακέτα wemos LOLIN 32 που
διαβάζει τα δεδομένα και στέλνει τα δεδομένα μέσω internet wifi στο Τhing speak server
.Για την σύνδεση απαιτείται το ssid και to password του δικτύου, αυτά δηλώνοται στον
κώδικα που φορτώνουμε στην πλακέτα. Εάν για κάποιο λόγο ο σταθμός δεν έχει συνδεση
με τον server στην εφαρμογή φαίνεται η τελευταία μέτρηση, καθώς και ο χρόνος που
έγινε .Για την λειτουργία της εφαρμογής Vituino στο κινητό τηλέφωνο του χρήστη επίσης
απαιτείται πρόσβαση στο διαδίκτυο .
3.Middleware
Σε αυτό το επίπεδο έχουμε την σύνδεση μεταξύ του πραγματικού κόσμου με τις ΙοΤ
υπηρεσίες. Η πλακέτα wemos LOLIN 32 (
https://docs.platformio.org/en/latest/boards/espressif32/lolin32.html ) ειναι
προγραμματιζόμενη πλακέτα βασίζεται στο μικροεπεξεργαστή ESP32 (espressif.com , 2020)
και είναι ιδανική για εφαρμογές ΙοΤ λογω της χαμηλής ισχύος και του κόστους της . Έχει
μεγάλη υπολογιστική ισχύ , ενσωματωμένο Wi-Fi και Deep Sleep Operating ιδανικό για
τέτοιες εφαρμογές. Προγραμματίζεται σε περιβάλλον Αrduino IDE (Παπάζογλου κ.α ,2018
)χρησιμοποιωντας την γλώσσα Wiring (ουσιαστικά πρόκειται για τη γλώσσα
προγραμματισμού C++ και ένα σύνολο από βιβλιοθήκες, υλοποιημένες επίσης στην C++
).Ολόκληρος ο κώδικας του Middleware δίνεται στην διεύθυνση (
https://www.slideshare.net/dimitriosnikolaidis144/g-meteo-weather-station-code )
4.ΙοΤ services
O Thing Speak ( https://thingspeak.com ) είναι μια πλατφόρμα ανoικτού λογισμικού που
παρέχει υπηρεσείες IoT. Στον διακομιστή στέλνονται τα δεδομένα απο τον σταθμό (collect
) όπου και αποθηκεύονται .Μπορούμε να έχουμε πρόσβαση στα δεδομένα τα οποία
μπορούμε να τα δηλώσουμε είτε ιδιωτικά είτε δημόσια (Σχ.1 ) ανάλογα την χρήση .Παρέχει
ενιαία μορφή διαχείρησης δεδομένων χρησιμοποιώντας προγραματισμό σε κώδικα
MATLAB σου δίνει την δυνατότητα να κάνεις on line οργάνωση δεδομένων και
επεξεργασία (analyze) στο υπολογιστικό νέφος (cloud) με στόχο την εξόρυξη πληροφορίας
και την αποκριση (act) (Tan P.N et al,2018)
Σχ.1 Απεικονηση τιμων Think speak server
Πιο συγκεκριμένα, κάνουμε εγγραφή και δημιουργούμε λογαρισμό (χωρίς συνδρομή )
στην πλατφόρμα έτσι δημιουργούμε το δικό μας κανάλι (
https://thingspeak.com/channels/382551 ) και ορίζουμε πέντε διαφορετικά πεδία (field ).
Σε καθε filed γράφουμε τις τιμές απο τα πέντε διαφορετικά αισθητήρια .Κάθε κανάλι έχει
ένα μοναδικό κλειδί εγγραφής ( wtiting key ) και ένα μοναδικό κλειδί ανάγνωσης (reading
key ) . Χρησιμοποιούμε το κλειδί εγγραφής για να γράψουμε στο κανάλι και το κλειδί
ανάγνωσης για να αναγνώσουμε τις εγγραφές μέσω της εφαρμογής . Oι τιμές αυτές των

3. κλειδιών καταχωρούνται στον κώδικα που τρέχει στο middlware για να γίνει η
αυθεντικοποίηση .
4.Εφαρμογή κινητών τηλεφώνων Αpp .
Για την απεικόνιση και την επεξεργασία των δεδομένων στο κινητό τηλέφωνο
χρησιμοποιήθηκε η εφαρμογή android Virtuino ελληνικής επινόησης και κατασκευής(
Virtuino.com.2020 ) .Mέσω της εφαρμογής ο χρήστης διαχειρίζεται τους αισθητήρες και
γενικα ενορχηστρώνει το internet of things με φιλικό τρόπο .H παρουσίαση των
δεδομένων που λαμβάνονται γίνεται με γραφική παράσταση με τον χρόνο στον άξονα Χ (
times series graph ).Με αυτό τον τύπο αυτό του γραφήματος μπορούμε εύκολα να
καταλάβουμε την τάση της μεταβλητής ( π.χ ατμοσφαιρική πίεση ) και να κάνουμε απλες
προβλέψεις .
Το Virtuino είναι μια πλατφόρμα H.M.I (Human-Machine Interface) μέσω της οποίας
μπορούν οι χρήστες να δημιουργήσουν οθόνες με χειριστήρια ελέγχου και οπτικές
αποικονίσεις αισθητήρων στο κινητού τους τηλεφώνου ( λειτουργικο android ) . Θα
μπορούσαμε να πούμε διαφορετικά ότι ειναι ενα σύστημα SCADA (supervisory control and
data acquisition) για κινητά τηλέφωνα. Μέσω της εφαρμογής μπορούν εύκολα να
ελέγξουμε ΙοΤ servers και πλακετες arduino H διασύνδεση της εφαρμογής με το hardware
γίνεται με WiFi ή Web. Για την οπτική διεπαφή χρησιμοποιούνται γραφικά στοιχεία (
widgets ) κουμπιά, οθόνες τιμών κλπ. Υποστηρίζονται γραφικές απεικονίσεις και
καταγραφές τιμών με δυνατότητες επεξεργασίας και εξαγωγής.
Πιο συγκεκριμένα, μέσω της εφαρμογής συνδεόμαστε στον think speak server και οχι
στον μετεωρολογικό σταθμό. Υπάρχουν 5 διαφορετικά Panel για τα πέντε διαφορετικά
αισθητηρήρια που έχω θερμοκρασία ,ατμοσφαιρική πίεση, ταχύτητα ανέμου , αισθητήρας
βροχής ,σχετική υγρασία αέρα .Σε κάθε panel υπάρχει η ένδειξη του οργανου ( analog
instrument ) οι μονάδες μετρήσεις καθώς και η ημερομηνία και η ωρα που έγινε η
μέτρηση στο κάτω μέρος της οθόνης ειναι το times series graph π.χ για την ατμοσφαιρική
πίεση σχήμα 1. Πάνω αριστερά στην οθόνη υπάρχει ένδειξη εαν έχουμε σύνδεση με τον
server η οχι .Με αυτόν τον τρόπο έχω απεικόνιση των τιμών σε real time και για την
ακρίβεια με λίγη καθυστέρηση καθώς ο λογαριασμός στον server είναι χωρίς συνδρομή
μπορεις να στελνεις μονο καθε 15 δευτεροπλεπτα χρονος μεταξυ των καθε μετρησεων
ειναι 15 .(Message update interval limit)
Σχημα 2 panel Ατμοσφαιρκής πίεσης
Επιλογές chart .

4. Με την επιλογή chart Σχ.3 και Σχ.4 μπορούμε να επιλέξουμε χειροκίνητα ( manual ) από
ποια χρονική στιγμή και μετά θέλουμε να διαβάσουμε (download) τις τιμές μπορούμε π.χ
επιλέξουμε της τελευταίας ωρας , τελευταίας μέρας , εβδομάδας ή του τελευταίου έτους.
Eπισης δίνεται η δυνατότητα στον χρηστη να κατεβάζει μέσες ( average ) τιμές ή όχι,
δηλαδή ο χρήστης να επιλέγει π.χ τον μέσο όρο των μετρήσεων ανα 15 λεπτά ή ανά 1
ώρα .Με αυτόν τον τρόπο ελαχιστοπούμε τα σφάλματα που δημιουργούνται από αστοχία
των αισθητήρων και κάνουμε εξοικονόμηση χώρου μνήμης στο κινητο και εχουμε λιγοτερο
ογκο δεδομενων για επεξεργασια .
Μπορούμε επιπρόσθετα να πάρουμε τις τιμές αυτές σε πίνακα Σχ.5 σε αντιστοιχία με τον
χρόνο ( time stamp ) υπάρχει φίλτρο τιμών έτσι ώστε να τις επεξεργαστούμε πάνω στην
εφαρμογή ή να τον εξάγουμε σε υπολογιστκό φύλλο ΟfficeΧL για περαιτέρω
λεπτομερέστερη ανάλυση off line . Η εφαρμογή δίνει την δυνατοτητα για απλή
επεξεργασία δεδομένων ενω η επεξεργασια στην παλτφόρμα απαιτείται γνώση κώδικα
ΜΑΤLAB .
Η εφαργογή VIRTUINO δίνει την επιλογή να ορίσουμε alarm όταν μια τιμή είναι πάνω ή
κάτω από ένα όριο. Έτσι έχουμε ειδοποίηση στο κινητό η ειδοποίηση μέσω e mail (email
notification). Ο χρήστης μπορεί να ορίσει τα μέγιστα και ελάχιστα κατώφλια ( max ή min)
καθως και να γράψει το δικό του προσωπικό μήνυμα όταν εμφανίζεται κάθε ειδοποίηση
.Υπάρχει η δυνατότητα να τα απενεργοποιούμε, εάν θέλουμε.
Οι τιμές της ατμοσφαιρικής πίεσης και της ταχύτητας του ανέμου που απεικονίζοτναι στα
όργανα είναι κατόπιν επεξεργασίας ( scaling ) μέσω ενός προγραμματιστικό εργαλείου
(script )του Virtuino ετσι ώστε να αντισταθμιστούν συστηματικά λάθη των αισθητήρων και
να γίνει η απαραίτητη μετατροπή μονάδων μέτρησης όπου απαιτείται.
Η εφαρμογή είναι πλήρως προσαρμοσμένων χαρακτηριστικών (full custom ) και ο
προγραμματισμός της γίνεται σε φιλικό γραφικό περιβάλλον .Στους μαθητές δόθηκε η
ευκαιρία να παίξουν με τα χρώματα και τα σχήματα και να σχεδιάσουν μέρος των
γραφικών όπως το spach icon ,shortcut icon. Μετά την ολοκλήρωση του προγράμματος (
scetch ) η εφαρμογή μοιράστηκε στο σύνολο των μαθητών και των διδασκόντων μέσα
από τοπικό server και αφού έγινε ο έλεγχος της αξιοπιστίας έγινε η μετατροπή σε μορφή
εκτελέσιμου αρχείου .apk και έγινε διαμοιρασμός εκ νέου. Το εκετελέσιμο αρχείο είναι
διαθέσιμο από το παρακάτω σύνδεσμο (
https://drive.google.com/uc?id=1VJggs3TETCnyt7PnYRDFPj-C9S-
19r2s&export=download&fbclid=IwAR3rE9gT2ehEUIQ4ramco3hFVhTknQaVrmAz1NUtbSGZ
Aay3f068Zw2om-8 ). Έγιναν δοκιμές ελέγχου μετρήσεων του σταθμού σε σύγκριση με

5. άλλες πλατφόρμες weather services και αλλα όργανα μέτρησης τοπικά. Οι μαθητές ήρθαν
σε επαφή με την επιστήμη της μετρολογίας καθώς και με δυσνόητες έννοιες της επιστήμης
όπως βαθμονόμηση ,ακρίβεια ,σφάλμα ,πιστοποίηση,επαναληψιμότητα ,αξιοπιστία
(Καλοβρεκτης,2019) .
Συμπεράσματα
Η υλοποίηση ενος ΙοΤ project είναι αρκετά δύσκολη διότι ειναι συγκερασμός πολλων
διαφορετικών επιστημονικών και τεχνικώνπεδίων. Κατασκευή και καλωδίωση του
hardware , προγραμματισμός του Middlware σε περιβάλλον arduino IDE ,
προγραμματισμός της εφαρμογής ΙοΤ app σε γραφικό περιβάλλον,μετρολογία.
Αντιμετωπίσαμε προβλήματα όπως την επιλογή κατάλληλου σημείου , έτσι ώστε να
έχουμε ικανοποιητικό σήμα wifi και αδιάλειπτη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας ,τρόπος
οδευσεων καλωδιών ηλεκτρικής παροχής και αισθητήρων , ξύλινη κατασκευή για την
τοποθέτηση του σταθμού αστοχία αισθητήρων . Παρόλα ταύτα οι μαθητές το
διασκέδασαν ,ανακάλυψαν την πατέντα,καλλιέργησαν την αποκλίνουσα σκέψη (Thinking
outside the box ).Μέσα απο τον ρόλο του ερευνητή είδαν τεχνολογίες και εργαλεία για
γρήγορη πρωτοτυποίηση(Ψυχαρης, 2017).Συνηδειτοποίησαν επεκτασιμότητα του project
για εφαρμογές όπως το έξυπνο σπίτι , την έξυπνη γεωργία ,καθώς και τους νεους
επαγγελματικούς ορίζοντες που ανοίγονται με όριο την φαντασία .
Αναφορές
Αdafruit.com.2020. https://www.adafruit.com/product/385
Batalla Jordi Mongay ,George Mastorakis ,Constandinos
X.Mavromoustakis,Evangelos Pallis (2017 ).Beyond the Internet of Things.City : Springer
International Publishing AG.
Cdn-shop.adafruit.com .2020. https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/BST-BMP280-
DS001-
11.pdf?fbclid=IwAR2zAoPUHHQov5CYxzlmGZO2VFISicph_0wnACKVCqAXNRowMdjjVTRhJ1I
Εbay α.2020. https://www.ebay.com/itm/12V-24V-Wind-Speed-Sensor-Voltage-Signal-
Output-Anemometer-Fit-for-Outdoor-
Use/201249466834?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2057872.m2749.l2649
&fbclid=IwAR1EoSi5rB-it9Vc7DIJ7bCCL-PjaJHnDj5-yEOMJKe87iYSgBxg2746bg8 .
Ebay β .2020.https://www.ebay.com/itm/5PCS-Rain-Water-Sensor-Water-Level-Sensor-
module-Depth-of-Detection-for-
Arduino/402225251333?hash=item5da67e4405:g:GhEAAOSw1LdeljK0
Espressif.com.2020.https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32
_datasheet_en.pdf
Μaximintegrated.com.2020.https://www.maximintegrated.com/en/products/sensors/he
althcare-sensor-ics/electrochemical-sensor-afe-ics/DS18B20.html
Tan P.N,Steinbach M,Karpante A,Kumar V (2018). Εισαγωγή στην ΕΞΟΡΥΞΗ
ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ.Πολη : Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ
Virtuino.com .2020. https://virtuino.com
Καλοβρεκτης Kωνσταντινος ,Κατεβας Νικολαος(2019). Αισθητηρες μετρησεων και
ελεγχου .Πολη: Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ.
Παπάζογλου Παναγιώτης,Λιωνής Σπυρίδων-Πολυχρόνης (2018). Αναπτυξη εφαρμογων
με το Arduino.Πολη: Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ.
ΥΠΕΠΘ(2017). Οδηγίες για τη διδασκαλία της Ερευνητικής Εργασίας ( ro e t) της Α και
τάξης Γενικού Λυκείουκαι Α τάξης Εσπερινού Γενικού Λυκείουγια το σχ. έτος 2016-
2017Αρ.Πρωτ.Φ3/152814/Δ4/14-09-2017/ΥΠΠΕΘ.
https://edu.klimaka.gr/mathimata/epaggelmatika/1527-odhgies-didaskalias-project-
erevnhtikh-ergasia-epal

6. Ψυχαρης Σαραντης ,Καλοβρεκης.(2017) . ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ & ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ STEM ΚΑΙ ΤΠΕ.Πολη: Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ.