The RK900-09 Weather Station described in my post RK900-09 Weather Station on SensorHub is the base for this SensorHub Measuring Station built by RK900-09 Weather Station, RK520-02 Soil Moisture Sensor, and RAK9154 Solar Battery. These components manufactured by RAKwireless build an autonomous working measuring station.
The measuring station was installed to test the acquisition of the measuring values via the connected sensors on the one hand and its behavior regarding battery operation in the darker season on the other hand.
The SensorHub periodically sends the measuring values to the TTN (CE) LNS. Datacake serves as a visualization platform, as the following screenshots show.
Datacake Dashboard
You can follow the acquired data on the Datacake dashboard via this Public Link.
Details of the implementation and required adaptions to the payload decoder for both platforms, as well as further hints to SensorHub, will be published in the eBook mentioned in the post RAKwireless IoT Applications.
IoT applications usually require interdisciplinary collaboration between different disciplines during development and implementation.
With WisBlock, RAKwireless created a system accompanying the entire development path to the finished device using industrial-grade yet cost-effective components. Additionally, it offers the possibility to integrate components of prototyping systems from third-party providers into WisBlock.
With these systems, you can solve various tasks. Still, many steps are necessary to get a finished device, e.g., autonomy usable as a sensor node in harsh environments, which can be tedious.
True to the philosophy „IoT Made Easy,“ RAKwireless has ensured with WisBlock that this new solution is as simple as Click – Code – Connect!
I described the WisBlock ecosystem in an eBook titled „IoT-Projects for Makers: with WisBlock from RAKwireless • just Click, Code & Connect • to the finished device.“
Continuing this design philosophy, based on WisBlock, RAKwireless developed the RAK2560 WisNode SensorHub.
RAKwireless SensorHub is a modular ecosystem consisting of the main body and multiple pre-configured sensor probes. With pluggable, interchangeable probes and the option to add third-party sensors to the system, the Sensor Hub is a suitable and versatile solution platform for various IoT applications where environmental monitoring is needed outdoors.
The SensorHub can work battery-powered by non-rechargeable or solar-powered batteries or with an external power supply, depending on the application and deployment location.
For data transmission into Low-Power Wide-Area Network (LPWAN), LoRaWAN is available. Alternatively, NB-IoT can be used.
As a typical low-code system, it essentially requires configuration with the WisToolBox app from a cell phone.
I am currently working on applications of SensorHub in IoT using the example of measuring environmental data.
An eBook titled „SensorHub IoT Applications: • with WisNode SensorHub from RAKwireless • just configure & connect • to the finished application.“ is in preparation.
The planned release date is 11/15/2023, and pre-orders are available on Amazon.
The Sensor Hub equipped with a Sensor Probe containing Temperature and Humidity Sensor RAK1901 and Pressure Sensor RAK1902 measures environmental data and sends them to TTS (CE). Datacake provides for the Visualization.
RAKwireless Sensor Hub is an excellent example of how low-code platforms help implement IoT solutions extremely fast.
Tracker erfassen physikalische Größen, ordnen diesen einen Zeitbezug zu und stellen die Ergebnisse einem übergeordneten Prozess zur Auswertung und Ableitung von Entscheidungen zur Verfügung. Bekannt sind sicher Fitness- und GPS-Tracker sowie Tracker zur Erfassung von Umweltdaten (Environmental Data).
Die erfassten Ergebnisse können auf vielfältige Weise weitergegeben werden. Im Vordergrund stehen aber drahtlose Übertragungstechniken, wie LoRaWAN, BLE, LTE, LTE-M, NB-IoT u.a.
Tracker sind eine faszinierende Anwendung im IoT, die eine Vielzahl von Branchen revolutionieren können. Im industriellen Umfeld sind vor allem die folgenden Tracker sowie IoT-Plattformen zu finden:
GPS-Tracker ermöglichen eine standortgenaue Verfolgung von Objekten, Fahrzeugen oder Personen in Echtzeit. Unternehmen können mit GPS-Trackern den gesamten Lieferprozess optimieren, indem sie Frachtbewegungen überwachen, Routen effizienter gestalten und Lieferungen termingerecht verfolgen. Das Ergebnis ist eine gesteigerte Effizienz, Kosteneinsparungen und eine verbesserte Kundenerfahrung. Darüber hinaus spielt die GPS-Technologie eine entscheidende Rolle bei der Sicherheit von Mitarbeitern, Fahrzeugen und wertvollen Gütern.
Environmental-Tracker dienen der Gewährleistung der Produktqualität und Sicherheit in der Lieferkette, insbesondere in Branchen wie Lebensmittel, Pharmazie und Biotechnologie. Diese Tracker überwachen in der Regel neben der Temperatur auch die relative Luftfeuchtigkeit oder den barometrischen Druck der Umgebung von empfindlichen Gütern während Transport- oder Lagerung. Abweichungen von den festgelegten Bereichen der Umgebungsbedingungen können sofort erkannt und behoben werden, um Verderb, Verlust oder den Verfall von Produkten zu verhindern. Mit diesen Trackern können Unternehmen auch die Einhaltung strenger Vorschriften und Normen nachweisen. Dies ist insbesondere in stark regulierten Industrien von entscheidender Bedeutung, da Nichteinhaltung zu rechtlichen Konsequenzen, Reputationsverlusten und finanziellen Strafen führen kann.
IoT-Plattformen dienen der Datenanalyse und daraus abgeleiteten Entscheidungen. Die reine Erfassung von GPS- und Umweltdaten ist nur der Anfang. Der eigentliche Mehrwert liegt in der Fähigkeit, diese Daten zu analysieren und in wertvolle Erkenntnisse und abgeleitete Entscheidungen umzuwandeln. IoT-Plattformen spielen hier eine zentrale Rolle. Sie ermöglichen die Verarbeitung großer Datenmengen in Echtzeit, die Erstellung benutzerdefinierter Berichte und die Identifizierung von Mustern und Trends. Durch die Integration von GPS- und Umweltdaten in eine umfassende IoT-Plattform können Unternehmen datengesteuerte Entscheidungen treffen, ihre Prozesse kontinuierlich verbessern und einen Wettbewerbsvorteil erlangen.
Um einen Überblick über die angebotenen Tracker zu erhalten, können Sie eine Suche im Internet starten und werden durch die angebotene Produktvielfalt überwältigt werden. Es gilt also auch hier, im Vorhinein Klarheit über die Anforderungen wie zu erfassende Messwerte und das Speicher- bzw. Übertragungsverhalten für die Daten zu klären.
Wenn Sie Bewegungs- und Umweltdaten mit einem Tracker erfassen und über LoRaWAN übertragen wollen, dann finden Sie mit dem „Träck“ der Fa. SenseING aus Karlsruhe/The Länd eine interessante und kompakte Lösung.
Der Träck ist mit einer integrierten Sensorik zur Erfassung von Bewegungs- und Klimadaten ausgestattet und ist als Temperatur-Registriergerät nach EN12830 geeignet. Als LoRaWAN Class A Device erreicht der Träck mehr als 1.500 m Reichweite im Freien.
Somit kann der Träck zur Temperaturüberwachung bei Transporten, in Lagern und Gebäuden, in Kühlhäusern oder Kühlschränken eingesetzt werden.
Durch die Erfassung von Bewegungsdaten kann der Träck auch als Geräte-Tracker eingesetzt werden und beispielsweise deren Auslastung erfassen.
Von senseING, den Entwicklern des Träck und anderer IoT-Lösungen, wurden mir einige Träcks zu Testzwecken zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse möchte ich hier präsentieren.
Im folgenden Bild ist die Testumgebung skizziert. Ich habe fünf Träcks im TTS (CE) LNS registriert. Träck 400 ist draußen angeordnet und misst die aktuellen Werte von Temperatur und rel. Luftfeuchte, während die anderen vier (noch) an meinem Arbeitsplatz in unmittelbarer Nähe zueinander positioniert sind und die Bedingungen im Innenraum erfassen.
Träck Testumgebung
Die TTS (CE) Console zeigt die Messages der fünf Träcks, deren Messwerte jeweils nach 10 Minuten aktualisiert werden.
TTS (CE) Console
Zur Visualisierung der Messdaten habe ich diese zu Datacake transferiert und zeige diese als jeweiligen Momentanwert an. Träck 400 misst die Außenbedingungen, während die vier anderen Träcks (im Rahmen der technischen Daten) praktisch nahezu identische Daten zeigen. Zusätzlich zeige ich die jeweilige Batteriespannung an, was bei batteriebetriebenen Geräten unbedingt erfolgen sollte, um vor Überraschungen gefeit zu sein.
Träck Vergleichsmessung
Da die statische Messung nur zu Vergleichszwecken Aussagen liefert, können die Daten in Datacake auch als Verlaufsdaten dargestellt werden. Im folgenden Screenshot ist das für die Werte des Außensensors erfolgt und verdeutlicht die Pause des Sommers an diesem Tag.
Träck 400 Außenmessung
Auf die Registrierung der Träcks bei TTS (CE) und die Visualisierung der Daten bei Datacake möchte ich an dieser Stelle nicht vertieft eingehen. Ich habe diese Thematik in den folgenden Büchern ausführlich beschrieben:
Develop and Operate Your LoRaWAN IoT Nodes Ready-to-use devices and self-built Arduino nodes in the „The Things Network“ Elektor Verlag, April 2022
LoRaWAN-Knoten im IoT Fertige und selbst aufgebaute Arduino-Knoten im TTN Elektor Verlag, November 2021
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.
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.
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.
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.
Im Blogbeitrag Rapid Prototyping mit M5Stack hatte ich die M5Stack Family als interessante Prototyping Platform vorgestellt.
Dieser Beitrag zeigt an Hand einer einfachen Wetterstation als Beispiel einer nahezu beliebigen IoT-Anwendung, wie mit M5Stack Komponenten schnell ein ansehnlicher Prototyp erstellt werden kann
Mit einem M5Stack Basic Core und einer ENV Unit zur Erfassung von Temperatur, rel. Luftfeuchte und Luftdruck sowie einem SIM800L Module zum Versenden der Daten über GPRS hat man schnell eine abgesetzte Wetterstation aufgebaut, die auch ohne WLAN Zugang autonom funktionieren kann.
Der M5Stack Core besitzt in seinem Unterteil nur einen 150 mAh. Will man die Akkuleistung, beispielsweise zur Pufferung, erhöhen, dann kann ein M5GO/FIRE Battery Bottom Charging Base als Unterteil eingesetzt werden.
M5Stack Basic Core
Die ENV Unit ist ein Umgebungssensor, der zur Messung von Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit und Luftdruck verwendet werden kann. Intern werden die Sensoren DHT12 und BMP280 verwendet.
Der DHT12 ist eine Weiterentwicklung des bekannten DHT11 Sensors, der nun präziser und mit einer I2C-Schnittstelle ausgestattet ist. Der BMP280 ist ein barometrischer Drucksensor, der speziell für mobile Anwendungen entwickelt wurde.
Kontaktiert wird die ENV Unit über den an der linken Seite des M5Stack Basic Core angeordneten Grove-PortA (i2C).
ENV Unit with Temperature Humidity Pressure Sensor (DHT12+BMP280)
SIM800L ist ein Mobiltelefonmodul auf Basis des SIM800L GSM / GPRS-Modul von SIMCOM,
GSM Module SIM800L with MIC & Headphone Jack
Mit diesen drei Komponenten wird die Wetterstation aufgebaut. Die Kosten der ansprechenden Anordnung belaufen sich dabei auf:
Komponente
Preis
M5Stack Basic Core
$ 27.95
ENV Unit
$ 3.39
GSM Module SIM800L with MIC & Headphone Jack
$ 9.95
Summe
$ 41.29
Die folgenden Bilder zeigen den Ablauf vom Programmstart bis zum Abschluss der Übertragung des Temperaturmesswertes, der hier für die Evaluierung ausreichend erschient.
Initialisierung nach Programmstart
Messwerte erfasst – Versenden zum Thingspeak Server
Messwerte versendet
Der Quelltext für das Programm M5Stack_DHT12_Thingspeak ist auf Github unter https://github.com/ckuehnel/M5Stack/tree/master/M5Stack/M5Stack_DHT12_Thingspeak abgelegt. Anpassungen auf weitere Parameter und andere Displayausgaben können nach dem Download leicht vorgenommen werden. Programmiert wurde mit der Arduino IDE v1.8.9.
Das Ergebnis der abendlichen Abkühlung ist im folgenden Bild zu sehen.
Temperaturverlauf 6.08.2019 abends
Ein Wort noch zur Stromversorgung. Der SIM800L ist bekannt dafür, dass er in Spitzen bis zu 2 A Stromaufnahme verzeichnet. Die Spannungsversorgung kann beim M5Stack aber vernünftig nur über den USB-Anschluss erfolgen. Dadurch ist der zur Verfügung stehende Strom limitiert.
Ich habe einen D-Link DUB-H4 USB-Hub verwendet, der vier Downstream-USB-Anschlüsse Typ A (Buchse) inklusive Schnellladeanschluss besitzt und durch ein externes Netzteil gespeist wird.
Der fürs iPad u.a. stromhungrige Verbraucher gedachte Schnellladeanschluss dient hier zur Stromversorgung und die sporadischen Brown Out-Resets des ESP32 sind Vergangenheit.
Steht man heute vor der Aufgabe, ein neues Embedded System zu entwickeln, dann wird in den Anforderungen kaum die Anforderung nach einer Netzwerkverbindung fehlen. Dabei spielt es in erster Linie keine Rolle, ob es sich um eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation handelt, ob die Kommunikation durch die Anwendung genutzt wird oder einen Remote Access für Konfiguration und Service darstellt. Möglicherweise lassen sich diese Dinge auch kaum vernünftig trennen.
Ein Embedded System, welches derartige Anforderungen erfüllen muss, ist mit vernünftigem Entwicklungsaufwand nicht ohne Betriebssystem umsetzbar. Die Suche nach einem für die betreffende Aufgabenstellung geeigneten Betriebssystem umfasst, viele und sehr unterschiedliche Aspekte.
Betrachtet man die Langlebigkeit von Investitionsgütern, dann erscheint schon aus strategischen Gründen der Einsatz eines OS-RTOS zwingend. Einer ersatzlosen Abkündigung eines etablierten, proprietären RTOS kann auf diese Weise der Schrecken genommen werden. In einer gewissen Klasse von Embedded Systems bis hin zu Supercomputern gibt es mit Linux ein ausgezeichnetes Beispiel für ein solches Open Source Betriebssystem.
Damit ist Linux heute ein mächtiges Betriebssystem, welches aber auch gewisser Ressourcen bedarf und für Systeme mit kleinem Footprint, geringen Ressourcen und möglichst für Batteriebetrieb angepasstem Stromverbrauch weniger geeignet ist.
Analysiert man aus Github Daten für Code Frequency, Commits und Contributions für Contiki, RIOT und Zephyr, dann kann deutlich eine größere Aktivität der Community beim Zephyr OS gegenüber den anderen beiden RTOS verzeichnet werden. Natürlich ist das Zephyr OS auch ein „junges“ RTOS, was nicht in allen Bereichen bereits ausgereift sein kann.
Das Zephyr Project (https://www.zephyrproject.org/what-is-zephyr) ist ein von der Linux Foundation gehostetes Collaboration-Projekt, eine Open Source Zusammenarbeit, die führende Kräfte aus der gesamten Branche zusammenbringt, um mit dem Zephyr OS ein skalierbares Echtzeit-Betriebssystem (RTOS) für mehrere Architekturen ressourcenbeschränkter Geräte zu entwickeln.
Der in der Zeitschrift Design & Elektronik erschienen Beitrag mit dem o.a. Titel (Design & Elektronik 3/2019, S. 42-48 ) soll Einblicke in das Zephyr OS und die Zephyr Entwicklungsumgebung geben. An Hand einiger einfacher und nachvollziehbarer Programmbeispiele wird die Vorgehensweise bei der Programmierung von Anwendungen und der Build Prozess dokumentiert. Die Programmbeispiele selbst sowie dazugehörige Screenshots sind auf Github unter https://github.com/ckuehnel/zephyrtests abgelegt.
Das Zephyr OS ist ein Open Source RTOS, welches durch das von der Linux Foundation gehostete Zephyr Project und die Nähe zu Linux das Potential hat, bei Embedded Systems mit kleinem Footprint in Zukunft vergleichbar erfolgreich zu werden, wie es Linux bei Systemen mit mehr Performance schon länger ist. Der Erfolg wird sicher stark durch die Community geprägt. Ausdauer und Kraft sind der Community zu wünschen. Die zentrale Mailinglist des Zephyr Projects [ https://lists.zephyrproject.org/g/main ] gibt aktuell Auskunft über die laufenden Aktivitäten.
ist der Titel eines in Design & Elektronik 3/2018 erschienenen Beitrag zu Ledunia, einem ESP8266 High-End-Modul.
Die intelligente Analyse bestehender ESP8266 Module hat einen Ansatz geliefert, den verbreiteten ESP8266 Modulen eine Ergänzung beizustellen, die bestehende Beschränkungen aufhebt und neue Merkmale hinzufügt. Dieser Ansatz hat die Teilnehmer der Kickstarter-Kampagne überzeugt und diese zu einem erfolgreichen Abschluss geführt.
Wichtig für den Einsatz einer solchen Baugruppe sind neben der starken Arduino Community auch direkte Ansprechpartner, die bei einem in Deutschland entwickelten Produkt vorhanden sind.
Die vorliegenden Zertifizierungen (CE, FCC) für Ledunia bieten darüber hinaus Sicherheit beim Einsatz der Baugruppen.
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