TechShrub : a data acquisition system based on Raspberry Pi

This thesis aims at describing TechSHRUB, a prototype of a data acquisition system based on Raspberry Pi that can be connected to the most common sensors such as accelerometers, gyroscopes, magnetometers, thermistors, thermocouples, strain gauges, michrophones and cameras. The measurement system, of 4cm by 8cm by 1.5cm in size, can be directly controlled by means of a mobile application. These peculiarities make TechSHRUB a versatile, light and user-friendly measurement system. Specifically, the mobile application has been developed for the Android operative system, which nowadays is run on most part of phones and tablets. The communication between the mobile device and the acquisition node is implemented through a client-server system based on the Bluetooth Low Energy protocol. The data acquisition node functionalities have been implemented through a Python code housed by the Raspberry Pi. The system prototype has been validated using three sensors; two accelerometers (H3LIS331DL, LSM9DS0) and a Platinum Thermal resistance (Pt100, supported by the MAX31865 conditioning circuit). Ad hoc Python libraries have been developed for each sensor model. The three sensors underwent to a metrological characterization procedure. Results evidenced an uncertainty in acceleration measurements lower than 2% in the frequency range between 10 and 100 Hz and an accuracy of temperature measurement better than 0.2°C.

Il presente lavoto di tesi mira a descrivere TechSHRUB, un prototipo di un sistema di acquisizione dati basato su Raspberry Pi che può essere connesso ai sensori maggiormente utilizzati come accelerometri, giroscopi, magnetometri, termistori, termocoppie, estensimetri, microfoni e videocamere. Il sistema di misura, di dimensioni 4cm per 8cm per 1.5cm, può essere controllato direttamente tramite un’applicazione per dispositivi mobili. Queste peculiarità rendono TechSHRUB un sistema di misurazione versatile, leggero e di semplice utilizzo. Nello specifico, l’applicazione mobile è stata sviluppata per il sistema operativo Android, sul quale oggigiorno sono basati la maggior parte degli smartphone e tablet. La comunicazione tra il dispositivo mobile e il nodo di acquisizione è implementata attraverso un sistema client-server basato sul protocollo BLE (Bluetooth Low Energy). Le funzionalità del nodo di acquisizione dati sono state implementate attraverso un codice Python caricato sul Raspberry Pi. Il prototipo del sistema è stato validato utilizzando tre sensori: due accelerometri (H3LIS331DL, LSM9DS0) e una Platinum Thermal resistance (Pt100, supportata dal circuito di condizionamento MAX31865). Per ogni modello du sensore sono state sviluppate librerie ad hoc in Python. I tre sensori sono stati sottoposti ad una procedura metrologica di caratterizzazione. I risultati hanno evidenziato una incertezza inferiore al 2% nel caso di misura di accelerazione e una accuratezza superiore a 0.2 °C nel caso di misurazione di temperatura.