Klimamessstation Team 4
Klimadaten messen und anschließend per LoRaWan an die Stadt Augsburg senden
Studiengang
Elektrotechnik (B.Eng.)Projektbeschreibung
Auf die eigene Gesundheit achten wir immer präsenter in unserem heutigen Zeitalter.
Ob es nun der regelmäßige Besuch im Fitness oder die Diäten sind.
Jedoch achten die wenigsten auf die Qualität von dem lebenswichtigsten Stoff für uns alle.
!! Luft !!
In Zusammenarbeit mit der Stadt Augsburg und den Stadtwerken wurde das Ziel gesetzt, eine Klimamessstation auf die Beine zu stellen. Diese soll mit Hilfe von Sensoren verschiedene Daten bezüglich der Luftqualität liefern und per LoRaWAN übertragbar sein, sodass ausgewählte Leute Zugriff darauf haben.
Hintergrund ist das im Stadtgebiet bisher nur von der LfU ausgewählte und zertifizierte Messstellen,die mit hohen Kosten verbunden sind (10.000€). Um nun ein kostengünstigeres, jedoch wettbewerbsfähiges Konstrukt zu erstellen, wurde diese Aufgabe an mehrere Gruppen
von Studenten weitergeleitet.
Beteiligte Personen
| Studierendengruppe: | Kink Tobias, Kaufmann Florian, Kuntzsch Maximilian |
| Betreuer: |
Veranstaltung
Systems Engineering 1 (IK)
Laufzeit
WS 2022/23
Anforderungen
Die Anforderungen für das Projekt wurden mit Frau Schwaegerl und Herrn ten Pas von den Stadtwerken Augsburg im Vorhinein geklärt. Um diese in Muss-/Soll-/Kann-Kriterien zu unterteilt, wurde eine übersichtlichere Aufgabenliste aufgestellt, um den Überblick nicht zu verlieren.
Musskriterien:
Das Gerät...
- misst die Temperatur
- misst den Luftdruck
- misst die Luftfeuchtigkeit
- Windgeschwindigkeit
- misst die Feinstaubbelastung
- ist für den Außenbereich geeignet
- ist autark versorgt mit PV-Modul und Speicherbatterie
- ist an das LoRaWAN angebunden
Sollkriterien:
Das Gerät...
- misst die Windrichtung
Kannkriterien:
Das Gerät...
- hat eine Display zur Datenablesung vor Ort
- Easy Access und Easy Repair
Umsetzung
Um diese Kriterien zu erfüllen wurde das Projekt widerum in 3 Hauptbereiche aufgeteilt.
Und zwar in die Software, Hardware und Mechanik.
Bei der Software wurde das ganze Programm in der Arduino IDE mit C++ porgrammiert. Aus dem folgenden Programmmablaufplan ist die Programmstruktur zu entnehmen, aus der das Programm erstellt wurde.
Zuletzt folgt die Mechanik, die grob den Aufbau des Gehäuses erläutert.
Das Konstrukt besteht aus 2 Hauptteilen, dem Luftkanals und dem Elektrikgehäuse, die beide 3D gedruckt und anschließend verklebt & lackiert wurden zur Abdichtung. Beide sind mit M8 Sechskantschrauben festgezogen worden. Die Muttern wurden mit den Beilagscheiben
verschweist und an die Innenseite des Luftkanals geklebt.
Zur Abdichtung wurde zwischen den beiden Gehäuseteilen eine Weichgummiplatte gelegt, die sich durch die Zugkraft perfekt an die etwas unebenen Flächen anpasst. Im Elektrikgehäuse befindet sich die PCB und das BM, die auf kleine Halterungen geschraubt wurden und mit Löchern, an der Unterseite des Gehäuses, mit dem Windsensor und dem Solarpaneel verbunden wurden.
Die restlichen Sensoren sind im Luftkanal verbaut.
Die Hardware wurde in 4 grobe Funktionsblöcke unterteilt:
- Sensorik (3 Sensormodule)
- SPS30 von Sensirion für Feinstaubmessung
- GY-BME280 von AZDelivery für Temperatur, Luftdruck- und feuchtigkeit
- WD321 von Froggit für die Windgeschwindigkeit
- Energieversorgung
- bestehend aus Solarmodul, Batteriemanagement(BM) und Lithium Polymer Akku
- Das BM-Board liefert geregelt 5V bei max 1A am Ausgang
- µC Carrier PCB
- setzt mittels eines Buck Schaltreglers die Versorgungsspannung des Heltec Boards auf 3,3V, aufgrund eines sparsameren Sleep Modus
- Enthält eine Boot Schaltung, die dazu dient, das BM nach dem Tiefentladeschutz, wieder zu starten, sobald das Solarpaneel Energie liefert
- Es stehen 3x I2C, 2x GPIO und 1x UART zur Verfügung als Anschlussblocks/Schnittstellen
- Enthält einen Modeswitch, der zwischen WLan und LoRaWan hin und herschaltet
- Möglichkeit der Erweiterung zur Spannungsmessung
- Lüfter
- Wird mit Hilfe einer Lüfterdriver Schaltung angesteuert
- Schaltung besteht aus einer Diode, Widerstand und einem Transistor
