Weil ich mit den Angaben zur Wassertemperatur der Ostsee während eines zurückliegenden Ferienaufenthaltes nicht so recht zufrieden war, hatte ich mit M5Stack-Komponenten und einem abgesetzten Temperatursensor ein Thermometer aufgebaut und in einem Blogpost vorgestellt. Mit dem abgesetzten DS18B20-Temperatursensor habe ich die Wassertemperatur in einem Meter Tiefe gemessen.
Nun rücken die Ferien wieder näher und die Meldung vom BSH zeigt Ende Mai immer noch sehr kühles Wasser an.
Um der Entwicklung der Wassertemperatur zu folgen und vor größeren Überraschungen gefeit zu sein, habe ich das vorgestellte Thermometer etwas erweitert.
Wegen des etwas größeren Displays habe ich den M5StickC durch einen M5StickC+ ersetzt und verwende einen M5StickC 18650C, um die Batteriekapazität zu vergrößern. Hinzu kommt, dass das Thermometer wesentlich besser gehandhabt werde kann.
Damit ich die Messwerte auf meinem Mobilphone zur Verfügung habe, nutze ich es als mobilen Hotspot und sende die Messwerte vom M5StickC+ über WiFi an das Mobilphone, welches dann die Daten an den Pushover Server sendet. Von da werden die Daten dann an die gewählten Endgeräte verteilt.
Die folgenden beiden Bilder zeigen die Messeinrichtung und eine über Pushover versendete Message auf dem Mobilphone. Auf GitHub ist das betreffende Programm zu finden.
Ich werde mit dieser Einrichtung die Wassertemperatur nicht beeinflussen, kann sie aber schriftlich festhalten. Und wenn es so kalt bleibt, dann kann ich mein Heldentum dokumentieren.
WisBlock ist eine modulare Open-Source-IoT-Entwicklungsplattform, die von RAKwireless entwickelt wurde. Sie wurde entwickelt, um eine schnelle und einfache Möglichkeit zur Entwicklung von IoT-Produkten zu bieten, und kann zur Erstellung verschiedener Arten von IoT-Produkten wie Smart Home, Industrie- und medizinische Geräte verwendet werden. WisBlock Core sind Mikrocontroller-Module mit integrierter WiFi-, BLE-, LoRaWAN- bzw. NFC-Konnektivität und bieten verschiedenen I/O-Optionen. WisBlock Base ist das Basisboard für Block Core und die WisBlock Module. Die Module können miteinander verbunden werden, um ein komplettes IoT-System zu erstellen.
WisBlock is a modular open-source IoT development platform developed by RAKwireless. It is designed to provide a fast and easy way to develop IoT products and can be used to create various types of IoT products such as smart home, industrial and medical devices. WisBlock Core are microcontroller modules with integrated WiFi, BLE, LoRaWAN, or NFC connectivity and offer various I/O options. WisBlock Base is the baseboard for WisBlock Core and the WisBlock modules. The modules can be connected together to create a complete IoT system.
IoT-Projekte für Maker ist ein eBook mit dem Sie Wisblock von RAKwireless an Hand praktischer Anwendungen kennenlernen können.
Das eBook ist so angelegt, dass es bei neuen Anforderungen oder neuen Komponenten im WisBlock System erweitert wird.
Haben Sie sich für den Kauf dieses eBook entschieden, dann erhalten Sie die Updates nach Registrierung kostenlos. Die in der Arduino IDE erstellten Anwendungsbeispiele finden Sie auf GitHub.
Eine englische Version ist von RAKwireless in Vorbereitung.
IoT Projects for Makers is an eBook with which you can learn Wisblock from RAKwireless using practical applications.
The eBook is designed to expand as new requirements or components are added to the WisBlock system.
If you have decided to purchase this eBook, you will receive free updates after registration. The application examples created in the Arduino IDE can be found on GitHub.
An English version is in preparation by RAKwireless.
MINT steht als Synonym für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik. Die MINT-Fachbereiche bilden den zentralen wirtschaftlichen Innovationssektor. Die Digitalisierung ist im Kern die Grundlage für unser aller Zukunft.
In der IoT2-Werkstatt ist kürzlich das folgende Büchlein erschienen, wo die dortigen MINT-Aktivitäten sehr anschaulich beschrieben werden.
Das vorliegende Büchlein zeigt, wie MINT die Resilienz der Gesellschaft stärken kann. Als herausragende Anwendung hat sich dabei die auf dem Octopus-Mikrocontroller basierende IoT-CO2-Ampel erwiesen. Hunderte Schulen in Deutschland haben zu Beginn der Pandemie ihre Ampeln gemeinsam selbst gebaut. In tausenden Klassenräumen helfen sie seither beim nachhaltigen Lüften.
Angesichts weltweit weiter zu erwartender Infektionen gibt es aber erheblichen Nachholbedarf bei der Raumluftqualität. Da ist es schon etwas deutlich Anderes, ob ein gekaufter Sensor an der Wand hängt, oder ob ein selbstgebautes und durchschautes System an die MINT-Hintergründe der Lüftungsregeln erinnert.
Neben der Messung der Raumluftqualität sind im Büchlein Anwendungen zur Messung des Energieverbrauchs, zum Balkonkraftwerk (genehmigungsfreie Stecker-Solaranlage) und zur Messung des Starkregenpegels zu finden.
Hier findet sich die Präsentation des offiziellen Teils des Abends.
Gleich zu Beginn des regulären Teils berichtete Martina Kuhaupt vom DZZ über das, was in Zeitz, dem Digitalisierungszentrum und dem LoRa-Park seit der letzten Vorstellung geschehen ist.
Im Anschluss stellte Claus Kühnel sein Buch „LoRaWAN-Knoten im IoT“ vor. Es war eine spannende Geschichte wie aus einen kleinen Projekt inzwischen ein Buch wurde, welches in deutscher und englischer Sprache verfügbar ist. [Präsentation]
Danach erzählte uns Oliver Brandmüller von der Deutschen Bahn über die LoRa-Aktivitäten der seines Arbeitgebers. Es war schon recht beeindruckend, was dort in den vergangenen Jahren so entwickelt wurde und was als nächstes noch weiter geplant ist. Perspektivisch wird es auf den Bahnhöfem in immer mehr Städten Deutschlands Gateways geben, welche die empfangenen Datenpakete via Paketbroker an TTN weiterleiten und damit zur Abdeckung weiterer Regionen für das Communitynetzwerk TTN beitragen werden. [Präsentation]
Zuletzt stellte uns Stephan Preuss von get-optimo die Plattform seines Startups vor. Diese Plattform kann das Entwickeln von Usecases sowie die Vernetzung aller an dieser Entwicklung unterstützen. Stephan bot der Community die testweise Nutzung der Plattform an. Da es jedoch im Communityumfeld recht selten Auftraggeber-Auftragnehmerbeziehungen gibt im Rahmen derer die Usecases entwickelt werden, geht die Communityrealität etwas am Konzept der Plattform vorbei. [Präsentation]
Für mich war es ein sehr interessanter Abend – Danke für die Einladung.
In der Vergangenheit habe ich mich mehrfach mit der Überwachung der Luftqualität in Innenräumen befasst.
Die Informationen zur Bewertung der Luftqualität habe ich in einer Sammlung von Beiträgen zusammengestellt, die Ihnen gerade in einer Zeit erhöhter Belastung durch über Aerosole übertragene Infektionskrankheiten den Zusammenhang von CO2-Konzentration und Infektionsrisiko vor Augen führen soll.
Geeignete Sensorik stelle ich Ihnen vor und vergleiche deren Resultate. Praktische Anwendungsbeispiele runden den messtechnischen Teil ab.
Mit dem hier vermittelten Wissen und den zur Verfügung stehenden Elektronikkomponenten (Sensoren, Mikrocontroller) kann der Maker leicht eigene Lösungen zur Überwachung der Luftqualität implementieren.
Wegen der starken Verbreitung in der Maker-Szene habe ich hier auf Arduino oder Arduino-kompatible Mikrocontroller gesetzt.
Im Norden Deutschlands wird man schnell feststellen, dass die Abdeckung mit Gateways für TTS mit der in den Ballungszentren in der Mitte und im Süden Deutschlands in keiner Weise vergleichbar ist.
Was bleibt?
Entweder folgt man dem LoRaWAN-Community-Gedanken und nimmt ein eigenes Gateway in Betrieb und unterstützt die Community in Schwerin oder Rostock oder nutzt mit NB-IoT eine LPWAN-Alternative.
LoRaWAN ist eine verbreitete und unter bestimmten Bedingungen auch für jeden zugängliche Möglichkeit zur Übermittlung von Daten eines IoT-Knotens. Aber, LoRaWAN ist eine Möglichkeit und es gibt weitere, wie NB-IoT, Sigfox, LTE-M, Weightless, Symphony Link u.a.
Von den verfügbaren Technologien setzen sich LoRaWAN und NB-IoT deutlich ab. In der geschilderten Situation ist es also angebracht, sich auch mit NB-IoT auseinander zu setzen, um die Funktionen und Unterschiede der beiden Technologien zu verstehen.
LPWAN-Technologie NB-IoT
NB-IoT dient dem Senden und Empfangen kleiner Datenmengen (einige zehn oder hundert Bytes pro Tag), die von IoT-Geräten mit geringer Zahl an generierten Daten stammen. NB-IoT ist wie LoRaWAN nachrichtenbasiert, jedoch mit einer viel schnelleren Modulationsrate, die viel mehr Daten verarbeiten kann als LoRa.
NB-IoT ist für einfache Geräte gedacht, die über ein lizenziertes Frequenzspektrum eine Verbindung zu einem Betreibernetzwerk herstellen müssen. Da NB-IoT-Geräte auf 4G (LTE)-Abdeckung angewiesen sind, profitieren sie von einer sehr guten Abdeckung und funktionieren in Innenräumen und in dichten städtischen Gebieten sehr gut. NB-IoT hat schnellere Reaktionszeiten als LoRaWAN und kann eine bessere Servicequalität garantieren.
Eine Gegenüberstellung der Hauptmerkmale beider LPWAN-Technologien zeigt die folgende Tabelle [1].
Technology Parameters
LoRaWAN
NB-IoT
Bandwidth
125 kHz
180 kHz
Coverage
165 dB
164 dB
Battery Life
15+ years
10+ years
Peak Current
32 mA
120 mA
Sleep Current
1 µA
5 µA
Throughput
50 Kbps
60 Kbps
Latency
Device Class Dependent
<10 s
Security
AES 128 bit
3GPP (128 to 256 bit)
Geolocation
Yes (TDOA)
Yes (In 3GPP Rel 14)
Cost Efficiency
High
Medium
LoRaWAN vs. NB-IoT [1]
Da NB-IoT auf 4G (LTE) angewiesen ist, ist der Anwender von NB-IoT auch an einen entsprechenden Provider gebunden, der die Netzabdeckung absichert. Für die deutsche Telekom und Vodafone sieht die Netzabdeckung für NB-IoT in Deutschland sehr gut aus, wenn es da auch noch Unterschiede gibt. Die folgende Abbildung zeigt die NB-IoT-Netzabdeckung der Telekom für Deutschland.
NB-IoT-Netzabdeckung der Telekom für Deutschland
Die NB-IoT-Abdeckung von Vodafone für Deutschland sieht ähnlich aus. Wenn Sie den angegebenen Links folgen, können Sie detaillierte Information für Ihre Umgebung erhalten.
Für die DACH-Region (D, A und CH) sind damit providerseitig alle Voraussetzungen für den Einsatz von NB-IoT gegeben. Roaming-Vereinbarungen, die beispielsweise von der Telekom mit zahlreichen Nachbarstaaten getroffen worden sind, ermöglichen einen länderübergreifenden Einsatz von NB-IoT.
Die für den NB-IoT-Zugriff erforderlichen SIM-Karten können von verschiedenen Anbietern bezogen werden. Ich verwende hier 1NCE (1nce.com) . Die 1NCE IoT Flat Rate ist ein Pre-Paid Modell für IoT Geräte.
Wettersensor mit NB-IoT
Für den Test von NB-IoT habe ich einen einfachen Wettersensor auf Basis einer M5Stack AtomDTU NB-IoT mit einem Atom Lite als Controller und einer M5Stack ENV.II Unit als Sensor aufgebaut.
Die ENV.II Unit umfasst einen SHT30 Sensor zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit und einen BMP280 zur Messung von Temperatur und barometrischem Druck. Beide Komponenten werden über die Grove-Ports mit dem I2C-Bus miteinander verbunden.
Das über die Arduino IDE erstellte Anwendungsprogramm erfasst die Sensordaten und versendet diese über NB-IoT an einen MQTT-Broker. Die Basis für das Anwendungsprogramm ist auf GitHub unter der URL https://github.com/m5stack/ATOM_DTU_NB/tree/master/examples/MQTT.
Die Beschreibung der AT-Kommandos für das im AtomDTU NB-IoT eingesetzte SIMCom SIM7020 Modul finden Sie unter [2] und [3].
Ich verwendet hier den HiveMQ Public MQTT Broker und greife auf die Daten über einen Webclient zu.
Die Messwerte für Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und barometrischen Druck werden abgefragt und einer nach dem anderen im Minutentakt versendet (published).
Im Webclient habe ich den Topic atomdtu/# abonniert (subscribed) und sehe damit jede versendete Nachricht incl. deren Time Stamp.
Haben Sie keinen WLAN-Zugang ins Internet und zum MQTT-Broker, dann kann ein mobiler Zugriff vom Smartphone (hier über 4G) von einer MQTT Dashboard App aus erfolgen.
Für die Datenübertragung über Funknetze steht mit SubGHz Meshnet eine interessante Alternative zum verbreiteten LPWAN bereit.
Wo liegen Unterschiede und mögliche Vorteile? Harald Naumann nimmt im gleichnamigen Beitrag einen direkten Vergleich vor und hilft mit einem detaillierten Blick hinter die Funktionsweise Ihrem Fachwissen auf die Sprünge.
Mehr zum Thema LPWAN und SubGHz Meshnet können Sie zum Seminar mit dem Titel „LPWAN und energiearme Alternativen“ am 24.09.2020 in Reichwalde bei Berlin erfahren. Die Seminaragenda fin den sie hier.
Espressif’s ESP32 ist aus IoT Anwendungen kaum noch wegzudenken. Geringe Stromaufnahme, eine leistungsfähige CPU und WiFi- bzw. BLE-Connectivity sind der Schlüssel für den Erfolg in diesem Bereich.
Eine Vielzahl dieser Anwendungen setzt das ESP-WROOM-32x-Modul von Espressiff ein.
Die ESP32-WROVER Serie besticht durch einige Modifikationen der ESP32-WROOM-32x-Module, die unter anderem ein zusätzliches 8-MB-SPI-PSRAM (Pseudo Static RAM) enthalten.
Das zusätzliche PSRAM kann für Geräte mit einem Display sehr nützlich sein. Wenn der Grafiktreiber einen Framebuffer verwendet, können so mehr Farben unterstützt werden.
Für das maschinelle Lernen bietet TensorFlow Lite alle Tools, die Sie zum Konvertieren und Ausführen von TensorFlow-Modellen auf Mobil-, Embedded- und IoT-Geräten benötigen. Genügend Speicher sollte aber vorhanden sein und den kann ein ESP32-Wrover nun bieten (siehe Tabelle).
Aus Fernost werden mittlerweile unterschiedlich ausgestattet Module mit ESP32-WROVER-B angeboten.
Ein gerade für IoT-Anwendungen optimal angepasstes Board wird mit dem ESP32 ePulse Dev Board von der Schweizer Firma Thingpulse angeboten.
Das Board ist für geringen Stromverbrauch und einen breiten Eingangsspannungsbereich optimiert. Weitere technische Aspekte finden Sie im Beitrag Designing the ESP32 Dev Board I always wanted.
Der VIN-Pin akzeptiert Spannungen zwischen 3.3 V und 12 V DC. Wenn sich das Board im Tiefschlaf befindet, verbraucht es nur zwischen 25 uA (bei 3.3 V) und 35 uA (bei 12 V). Die meisten ESP32-Boards verbrauchen etwa 100 – 130 uA.
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