SAGA: Smart gateway for adaptive environments

Abstract

The development of adaptive environments has the main objective of providing well-being to an individual, improving the environmental conditions of indoor environments and facilitating/automating any activity. In order to implement such systems, the use of devices capable of intercommunication and acquisition of environment-related parameters around the user is essential. Using wireless sensor networks, it is possible to monitor the various quality indices of indoor environments that can be used to develop strategies to improve quality of life of the users in personalized way. In this dissertation, a system based on a wireless sensor network that analyses and improves the environmental quality of indoor spaces, as well as evaluating the health status of an individual is presented. The system acquires and acts upon air quality and illumination quality-related parameters, as well as physiological data of a user, using sensor nodes and actuators distributed throughout the environment. Several wireless communication protocols have been implemented to enable intercommunication between the several elements present in the sensor network, such as actuators, sensor nodes and a coordinating / gateway node. Several warning mechanisms have been configured to alert the user to the presence of factors that may endanger their health, namely the presence of pollutants and thermal conditions that may trigger respiratory distress. In order to provide real-time system control including additional warning mechanisms, data analysis, a dedicated web application has been developed for this system. The user can control the environment according with his own needs and preferences through profiles configuration. The whole process of system development, hardware, software, experimental tests and contributions are included in this dissertation.

A criação de ambientes adaptativos tem o principal objetivo de providenciar o bem-estar a um indivíduo, melhorar as condições do ambiente em seu redor e de facilitar/automatizar qualquer atividade. De forma a implementar tais sistemas, a utilização de dispositivos com capacidade de intercomunicação e de recolha de parâmetros relacionados com o ambiente em redor do utilizador é essencial. Com a utilização de redes de sensores sem fios, é possível monitorizar os diversos índices de qualidade de um ambiente interior e dessa forma melhorar a qualidade de vida. Nesta dissertação será apresentado um sistema baseado numa rede de sensores sem fios que permite analisar e melhorar a qualidade ambiental de espaços interiores e avaliar o estado de saúde de um indivíduo. O sistema adquire e atua sobre parâmetros relacionados com a qualidade do ar e qualidade de iluminação, assim como dados fisiológicos de um utilizador, através da utilização de nós de sensores e atuadores distribuídos pelo ambiente. Foram implementados diversos protocolos de comunicação sem fios para possibilitar a intercomunicação com outros elementos da rede, nomeadamente o nó coordenador/gateway. Foram configurados diversos mecanismos de alerta de forma a avisar o utilizador para a presença de fatores que possam colocar em risco a sua saúde, nomeadamente a presença de poluentes e condições térmicas que possam desencadear desconforto respiratório. De forma a proporcionar uma análise de dados em tempo real, controlo do sistema e dispor de mecanismos de alerta adicionais, foi desenvolvida uma aplicação Web dedicada a este sistema. Através desta, o utilizador poderá tornar o ambiente adaptável às suas características e de acordo com as suas preferências, através da configuração de perfis. Todo o processo de desenvolvimento do sistema, hardware, software, testes experimentais e contribuições serão incluídos nesta dissertação.