Archiv der Kategorie: Prototyping

Arduino-Sensorknoten

Auf der Basis eines ESP8266-Mikrocontrollers von Espressif hatte ich gezeigt, dass man einen WiFi-tauglichen IoT-Knoten zu sehr geringen Kosten (es waren 15 US$) aufbauen kann [Building an IoT Node for less than 15 $: NodeMCU & ESP8266].

Dass WiFi auf Grund der geringen Reichweite und des doch recht hohen Stromverbrauchs für einen batteriebetriebenen IoT-Knoten allerdings nur unter bestimmten Bedingungen geeignet ist, war auch durch eigene Untersuchungen gezeigt worden [IoT Button (5th)].

Der hier betrachtete Sensorknoten soll deshalb neben der Anbindung verschiedener Sensoren auch unterschiedliche Kommunikationsmöglichkeiten (WiFi, LoRaWAN, BLE, GSM) aufweisen. Damit wird es möglich werden, einen konkreten IoT-Sensor baukastenartig zusammenstellen.

Sensorknoten

Der Beitrag „Arduino-Sensorknoten“ wird im Sammelwerk „Messen, Steuern, Regeln mit IBM-kompatiblen PCs“ des Weka-Verlags veröffentlicht.

ISBN 978-3824549009

Die Programmbeispiele werden auf Github abgelegt und stehen zum Donload zur Verfügung.

Der erste Teil des Beitrags ist in der Ausgabe 170 im Februar 2019 erschienen.

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Sonoff SC – Home Air Quality

Sonoff SC ist ein WiFi Luftgüte-Monitor für den Einsatz in Innenräumen.  Es werden Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Lichtstärke, Feinstaub und Geräuschpegel erfasst. Die erfassten Daten werden direkt an die iOS/Android App EWeLink geschickt. Die Spannungsversorgung erfolgt über microUSB mit 5 V.

Sonoff SC ist „hacker-friendly“. Ein ATMega328p erfasst die Sensordaten mit Hilfe eines Arduino-Programms und ein ESP8266 dient der WiFi Kommunikation. Sonoff SC Schaltplan und Arduino Code sind im Wiki des Herstellers zu finden.

Wie die folgende Abbildung zeigt, besteht Sonoff SC aus Komponenten, die dem Maker weitgehend bekannt sein dürften.

sonoff_sc_2

Die Feinstaub-Belastung wird mit dem Sharp Dust Sensor GP2Y1010AU0F gemessen. Zur Messung von Temperatur und rel. Luftfeuchtigkeit dient der verbreitete DHT11 Sensor. Ein Elektret-Mikrofon erfasst die Umgebungsgeräusche und ein Fotowiderstand das Umgebungslicht.

Nach Installation der Android App eWeLink (für iOS gibt es eine entsprechende App) kann Sonoff Sc mit dieser App verbunden werden, die dann die erfassten Messgrößen auf dem Smartphone anzeigt.

Screenshot_20181201-143318_eWeLink

Sonoff Sc ist kein professionelles Messinstrument. Das zeigen schon die eingesetzten Low-Cost-Komponenten. Fast viel wichtiger ist es, diesen Sensor als Grundlage für eigene Experimente aufzufassen. Dazu sind alle Informationen, wie Schaltplan und Quellcode, offen gelegt und bei einem Preis von aktuell unter USD 20,- kann man da nichts falsch machen.

Website des Herstellers und Bezugsmöglichkeit: https://www.itead.cc/sonoff-sc.html
Weitere Bezugsmöglichkeiten: Aliexpress, Amazon

Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT

Low Power Wide Area Network (LPWAN) steht als Oberbegriff für viele unterschiedliche Protokolle. Neben dem hier betrachteten LoRa stehen Sigfox, LTE-M, Weightless, Symphony Link und einige andere im Wettbewerb.

Im Gegensatz zu einigen anderen Protokollen ist der LoRa-Standard Open Source und nicht proprietär. Das ist ein Grund für das rasante Wachstum von LoRaWAN-Netzwerken über ganze Länder, beginnend in den Ballungszentren.

Im Kindle eBook mit dem Titel „Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT“ beschreibe ich, wie mit sehr einfachen Mitteln und zu niedrigen Kosten LoRaWAN-Sensorknoten ohne Lötarbeiten selbst entwickelt werden können, die ihre Daten dann an einen LoRaWAN-Server senden.

Im Bild sind die betreffenden LoRaWAN-Knoten zu sehen:Nodes-1

Vom LoRaWAN-Server sind die Daten abrufbar und in eine beliebige Anwendung integrierbar. The Things Network (TTN) stellt mit seinem dezentrale Open-Source-Netzwerk die erforderliche Infrastruktur bereit.

Die folgende Abbildung zeigt, wie durch eine Subscription des Topics elsys_nodes/devices/+/up/#  alle zum LoRaWAN-Server hochgeladenen Messages von in der Application elsys_nodes registrierten Devices vom MQTT-Client MQTTlens empfangen werden.

Abbildung 57

Zum aktuellen Zeitpunkt, das war der 15.09.2018 11:38:39, betrug die Temperatur 19.4 °C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit vom 71%. Die Batteriespannung lag bei 3.532 V.

Ein andere Möglichkeit der weiteren Verarbeitung der über mittelten Daten besteht darin, dass beispielsweise ein MQTT-Client auf einem Linux-Device, wie z.B. Raspberry Pi, diesen MQTT-Topic abonniert und daraus weitere Informationen respektive Aktionen ableitet. Das könnte dann z.B. eingebunden in eine Website so aussehen:

Abbildung 58

Wer bislang mit einem Arduino erste Erfahrungen sammeln konnte, der ist bestens auf diese zukunftsträchtige Aufgabenstellung vorbereitet und kann erste praktische Erfahrungen im Internet of Things sammeln.

Die Quelltexte zu den behandelten LoRaWAN-Knoten sind auf Github abgelegt.

Link zum eBook: https://www.amazon.de/dp/B07HDP62K3
Link zur Printausgabe: https://www.amazon.de/dp/3907857356

 

Grove Shield für BBC Micro:bit

Mit dem Grove Shield erschließt sich dem BBC Micro:bit Controller die ganze Familie der Grove Sensoren und Aktoren auf sehr einfache Weise.

Grove i2C Shield

Folgende Interfaces stehen nach aussen hin zur Verfügung:

DC Interfaces Micro USB x1
Grove Interface P0/P14,P1/P15,P2/P16,I2C
Grove ZERO Interface Grove ZERO x1
Logic Interface 3V3/P0/P1/P2/P8/P12/P13/GND

Mit einem Grove I2C Hub kann die Zahl der anschließbaren I2C Devices erweitert werden .

CONTROLLINO – Arduino im industriellen Einsatz

Arduino ist seit vielen Jahren über die Maker-Szene hinaus als Prototyping-Plattform bekant. Sowohl die aus einem Mikrocontroller-Board bestehende Hardware als auch die Arduino-Entwicklungsumgebung (IDE) sind Open Source. Prototyping-Plattformen sind aber nicht ohne weiteres für den industriellen Einsatz geeignet.

Mit CONTROLLINO stehen unterschiedlich ausgestattete Kleinsteuerungen auf Arduino-Basis zur Verfügung, die den industriellen Einsatz nicht scheuen brauchen. Für den industriellen Einsatz besonders wichtig sind die implementierten Schutzmaßnahmen gegen Kurzschluss, Überlast und elektrostatische Entladung und nicht zuletzt die spezifizierten Umgebungsbedingungen.

Zur Arbeit mit dem CONTROLLINO habe ich mir eine Spielwiese eingerichtet, die passend zur Bauform des CONTROLLINO mit Hutschienen-Komponenten arbeitet.

tafel

Über den Ethernet-Anschluss ist der CONTROLLINO mit dem Internet verbunden, während über den USB-Anschluss die Verbindung zur Arduino IDE (Programm-Download, Monitoring) vorgenommen wird.

Im Februar 2017 wird der CONTROLLINO in der Zeitschrift Design & Elektronik vorgestellt. Programmbeispiele sind auf Github zu finden.

In 15 Tagen zum ersten Prototyp: Hardware-Entwicklung 4.0

Um realistisch abschätzen zu können, ob sich ein Produkt wie geplant realisieren lässt, ist nichts so aussagekräftig wie reale Hardware, auf der die Software getestet werden kann.
Mit dem Rapid Demonstrator Service sichert die Mainzer Phytec zu, schon nach 15 Arbeitstagen einen funktionsfähigen Prototyp zu liefern und gibt damit dem Entwickler ein Werkzeug in die Hand, welches die Evaluierung einer Produktidee bzw. den Aufbau eines Funktionsmusters oder Prototypen mit einem seriennahen Entwicklungsstand ermöglicht. Durch Einsatz eines solchen Design Tools wird es möglich, eine Entwicklung ohne Designbruch auf der Grundlage erprobter Hard- und Software-Komponenten vorzunehmen. Durch die Wiederverwendung erprobter Komponenten sinkt das Entwicklungsrisiko beträchtlich.

Nachdem in diesem, in der Zeitschrift Elektronik Heft 2/2017 veröffentlichten Beitrag der Entwicklungsprozess unter Verwendung des Rapid Demonstrator Service betrachtet wird, wird dieser Service in einer zweiten Folge von der Eingabe der gewünschten Funktionalität bis hin zur Inbetriebnahme des resultierenden Board untersucht werden.