Smart Home: Sistema Domotico IoT per il Controllo di una Stanza

Introduzione e Obiettivo del Progetto

Questo progetto implementa un sistema di domotica intelligente (Smart Home) basato su architettura IoT (Internet of Things). L'obiettivo è fornire un controllo automatizzato e manuale degli attuatori (luci e sistema di condizionamento/buzzer) all'interno di una stanza, basando le decisioni su sensori ambientali.

Il sistema è suddiviso in moduli distinti che comunicano tramite il protocollo MQTT e un bridge WebSocket per l'interfaccia utente.

Componenti e Architettura

Diagramma del Sistema

graph TD
    subgraph "Hardware (ESP32)"
        S[Sensor Board] -- "MQTT (sensor/)" --> Broker
        A[Actuator Board] -- "MQTT (esp/)" --> Broker
    end

    subgraph "Cloud / Network"
        Broker((MQTT Broker<br/>HiveMQ))
    end

    subgraph "Backend Server"
        Bridge[Server Bridge<br/>Python] -- "MQTT" --> Broker
        Bridge -- "WebSocket" --> Dashboard
        Bridge -- "SQL" --> DB[(SQLite DB)]
    end

    subgraph "Frontend"
        Dashboard[Web Dashboard<br/>HTML/JS] -- "WebSocket" --> Bridge
    end

    Broker -- "MQTT (cmd/)" --> A

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A. Componenti Hardware (Microcontrollori)

Modulo	Microcontrollore	Sensori/Attuatori
Room Sensor Board	ESP32	Sensore PIR (Movimento), Sensore DHT22 (Temperatura/Umidità).
Room Actuator Board	ESP32	LED (Simula Luce), Buzzer (Simula Condizionatore/AC).

B. Componenti Software e Protocolli

Modulo	Tecnologia Principale	Protocollo/Libreria	Ruolo
Microcontrollori	C++/Arduino	MQTT	Comunicazione Device-to-Device e verso il Server.
Server Bridge	Python / Flask	MQTT / WebSocket	Ponte tra la rete locale (MQTT) e l'interfaccia web (WS), gestione DB.
Dashboard	HTML / JS / Bootstrap	WebSocket	Interfaccia utente in tempo reale.
Data Visualization	JavaScript	Plotly.js	Rendering di grafici storici (Temperatura).

Funzionalità del Progetto

Il sistema supporta due modalità operative principali per ogni attuatore:

Controllo Condizionatore (AC / Buzzer)

• Modalità Automatica: Il condizionatore (simulato dal Buzzer) si attiva se la temperatura rilevata dal sensore DHT22 supera la soglia di 24°C.
• Modalità Manuale: L'utente può forzare l'attivazione o lo spegnimento ("Toggle Buzzer") dalla dashboard.
  • Nota: Se la temperatura è critica (> 24°C), il sistema potrebbe riattivare il condizionatore per sicurezza anche se spento manualmente.

Controllo Luce (Light / LED)

• Modalità Automatica: La luce si accende automaticamente se viene rilevato movimento (PIR).
• Modalità Manuale: L'utente può forzare l'accensione della luce tramite la dashboard.
  • Nota: La modalità manuale funge da override per mantenere la luce accesa. Se disattivata, la luce segue lo stato del sensore di movimento.

Configurazione

Prima di avviare il progetto, verifica ed eventualmente modifica i parametri di configurazione nei seguenti file:

Server Bridge (Python)

File: serverBridge/variable.py In questo file puoi impostare:

• MQTT_URL / PORT: Indirizzo del broker HiveMQ.
• MQTT_USER / PASS: Credenziali di accesso al broker.
• WEBSOCKET_PORT: Porta del server WebSocket (default: 8080).

Dashboard (Frontend)

File: roomDashboard/js/socket.js

• WebSocket URL: Modifica la riga const webSocket = new WebSocket('ws://localhost:8080'); se il server Python gira su un IP diverso (es. se accedi da smartphone).

Microcontrollori (Firmware)

File: *.ino (in roomActuatorBoard 2 e sensor-board (1))

• ssid / password: Credenziali della rete WiFi.
• mqtt_server / mqtt_user / mqtt_pass: Credenziali del broker MQTT.
• Nota: Se usi Wokwi, queste sono già configurate per la rete Guest virtuale.

Installazione e Avvio

Per eseguire il progetto completo, seguire questi passaggi in ordine.

Prerequisiti

• Python 3.x installato.
• Connessione Internet (per il broker MQTT HiveMQ Cloud) preferibilmente senza firewall.

Step 1: Configurazione Server Bridge e Dashboard

1. Aprire un terminale nella cartella serverBridge.
2. Installare le dipendenze:

   pip install -r requirements.txt

3. Avviare il server backend:

   python app.py

   • Il server avvierà sia l'API Flask che il Bridge WebSocket/MQTT.
4. Aprire il file roomDashboard/index.html in un browser web moderno.

Step 2: Configurazione Microcontrollori

Caricare i firmware sulle rispettive schede ESP32 (o simulatori Wokwi):

1. Room Sensor Board: Caricare sensor-board (1)/sketch.ino.
2. Room Actuator Board: Caricare roomActuatorBoard 2/sketch.ino.
3. Le versioni Wokwi simulate del sensore e attuatore sono disponibili ai seguenti link:

• SENSORE: https://wokwi.com/projects/447411725151306753
• ATTUATORE: https://wokwi.com/projects/447413070768226305

Una volta verificate le connessioni al WiFi e al Broker MQTT (visibili da Monitor Seriale), il sistema è operativo.

Autori

• Diego Andruccioli
• Rei Mici
• Giovanni Morelli

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Corso di Laboratorio di Sistemi Embedded e Iot | CdL Tecnologie dei Sistemi Informatici | Università di Bologna | A.A. 2025-2026