Design and implementation of cost-effective wireless and optical communication systems on embedded platforms for iot applications
Nesnelerin interneti (IoT) uygulamaları için gömülü platformlarda maliyet etkin kablosuz ve optik iletişim sistemlerinin tasarımı ve uygulanması
- Tez No: 1023812
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAYKAL SARIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Bilgi Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Programlar Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, düşük hızlı ve düşük güç tüketimli Nesnelerin İnterneti (IoT) uygulamaları için komut odaklı bir Görünür Işık Haberleşmesi (VLC) sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Önerilen sistemde verici tarafında yüksek güçlü renkli LED'ler, alıcı tarafında ise TCS34725 renk sensörü ve STM32F407 tabanlı bir geliştirme kartı kullanılmıştır. Tarımsal IoT uygulamaları, periyodik ölçüm, izleme ve kısa komut/durum mesajlarının çoğu zaman yeterli olduğu bir kullanım alanı sunduğundan, bu tezde temsilî uygulama senaryosu olarak ele alınmıştır. Çalışma kapsamında, başlangıç sembolü, komut baytı ve CRC alanından oluşan kısa bir çerçeve yapısı tasarlanmıştır. Alıcı tarafında kesme tabanlı çalışma, ortam ışığı çıkarımı, değişen ışık koşullarına göre yeniden kalibrasyon, zamana bağlı sembol toplama ve alınan çerçevenin yeniden oluşturulması işlemleri uygulanmıştır. Ayrıca, CRC-8 polinomu kullanılarak hata tespiti yapılmıştır. CRC kontrolünden geçemeyen çerçevelerin yeniden iletim gerektirmeden kurtarılabilmesi için hafif yapılı çok katmanlı algılayıcı (MLP) tabanlı bir kurtarma aşaması geliştirilmiştir. Bu aşamada, normalize edilmiş renk oranı özellikleri kullanılarak sembol olasılıkları tahmin edilmiş ve aday komut baytları; önceden tanımlı komut kümesi, CRC kontrolü ve güven skoru dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar, önerilen sistemin nominal görüş hattı koşullarında 1 m ile 5 m arasında hatasız haberleşme sağlayabildiğini göstermiştir. Ayrıca, açısal hizalama bozulması ve dinamik RGB ışık girişimi altında MLP destekli kurtarma aşamasının bozulan çerçevelerin önemli bir bölümünü kullanılabilir hale getirebildiği gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar, önerilen yöntemin düşük hızlı, kısa komut çerçevelerine dayalı gömülü IoT düğümleri için uygulanabilir bir VLC yaklaşımı sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a command-oriented Visible Light Communication (VLC) system was designed and implemented for low-speed and low-power Internet of Things (IoT) applications. In the proposed system, high-power color LEDs are used on the transmitter side, while a TCS34725 color sensor and an STM32F407-based development board are used on the receiver side. Agricultural IoT applications are considered as a representative application scenario in this thesis, since periodic measurement, monitoring, and short command/status messages are often sufficient in such applications. Within the scope of the study, a short frame structure consisting of a start symbol, a command byte, and a CRC field was designed. On the receiver side, interrupt-based operation, ambient light subtraction, recalibration according to changing light conditions, time-based symbol collection, and received frame reconstruction were implemented. In addition, error detection was performed using the CRC-8 polynomial. To recover frames that fail the CRC check without requiring retransmission, a lightweight multilayer perceptron (MLP)-based recovery stage was developed. In this stage, symbol probabilities were estimated using normalized color-ratio features, and candidate command bytes were evaluated by considering the predefined command set, CRC checking, and confidence score. Experimental results showed that the proposed system could provide error-free communication between 1 m and 5 m under nominal line-of-sight conditions. In addition, under angular misalignment and dynamic RGB light interference, it was observed that the MLP-assisted recovery stage could make a significant portion of corrupted frames usable. These results show that the proposed method provides a feasible VLC approach for embedded IoT nodes based on low-speed and short command frames.
Benzer Tezler
- Design and analysis of optical wireless communication systems under energy constraints
Optik kablosuz iletişim sistemlerinin enerji kısıtları altında tasarım ve analizi
KHADIJEH ALI MAHMOODI
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT UYSAL
- Design and implementation of high data rate is-OWC system based DWDM technique
Başlık çevirisi yok
MOHAMED JAFAR GHANI MAJEED
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYÇA KURNAZ TÜRKBEN
- Kablosuz haberleşme ağları için fiziksel katman alıcı-verici tasarımı
Physical layer transceiver design for wireless communication networks
SEZER CAN TOKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT KAÇAR
DOÇ. DR. SERHAN YARKAN
- Endüstri 4.0 tabanlı akıllı fabrikalar için UWB üzerinden konumlamaya yönelik sensör kartı tasarımı
Sensor board design for localization via UWB for industry 4.0 based smart factories
BURAK YAŞAR ÇOLDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN KAYA
- Düşük bir hızlarında konuşma kodlama ve uygulamaları
Low bit rate speech coding and applications
TARIK AŞKIN
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÜNSEL DURUSOY