Entwicklung einer kompakten stationären Klimamessstation
Klimadaten messen und anschließend per LoRaWan verteilen
Studiengang
Elektrotechnik (B.Eng.)Projektbeschreibung
Im Rahmen des Modulpflichtfaches Systems-Engineering wurde eine Kompakte Klimamessstation für die Messung städtischer Klimadaten entwickelt. Mit dieser können Klimadaten von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit über längere Zeitraume gemessen und mittels LoRaWAN an den Benutzer übermittelt werden.
Die Universität Augsburg möchte klimatische und gesundheitsrelevante Effekte urbaner Wälder erforschen.
Hierfür werden die Klimadaten von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit benötigt. Diese sollen durch eine kompakte Klimamessstation gemessen werden können.
Die Klimamessstation soll zudem über längere Zeiträume energieautark messen und die Messdaten speichern können.
Desweiteren soll die Sensorik der Messstation gegen direkte Sonneneinstrahlung geschützt sein und ihre Messdatenper LoRaWAN an den Benutzer gesendet werden können.
Und es soll die Messstation flexibel auf verschiedenen Untergründen wie Bäume oder Laternenmasten befestigt werden können und gleichzeitig die Beschädigungen der Untergründe vermieden werden.
Beteiligte Personen
| Studierendengruppe: | Henrik Olfs, Johannes Gans, Lukas Huck |
| Betreuer: |
Veranstaltung
Systems Engineering 1 (IK)
Laufzeit
WS 2023/24
Anforderungen
Anforderungen an die Funktionalität der Messstation:
- Messung der Lufttemperatur
- Messung der Luftfeuchtigkeit
- Speicherung der Messdaten
- Datenübertragung per LoRaWAN
- Schutz der Sensorik gegen direkte Sonneneinstrahlung
- Schonend dem Befestigungsuntergrund gegenüber
desweiteren wurden folgende Funktionen angestrebt:
- Akkustand per LoRaWAN übertragen
- Eine Akkustandanzeige
- Ein-/Ausschalter am Gehäuse
Umsetzung
Für das Herangehen an das Projekt wurde beschlossen das Projekt auf verschiedene Phasen aufzuteilen und Hauptzuständigkeiten zu bestimmen.Dies sollte unter anderem unnötige Überschneidungen bei Bestellungen oder ähnlichem verhindern.
Vorallem bei der Software-Entwicklung wurde hier beschlossen "zweigleisig" zu fahren und verschiedene Wege zu versuchen.
Schlussendlich wurden bei der Software die ausgereifetesten und bestgeeigneten Codebausteine zur finalen Software zusammengeführt.
Auftrennung des Projektes in einzelne Phasen und Zuständigkeiten:
- Planung
- Materialbeschaffung
- Fertigung
- Endmontage und Fehlerbehebung
Zuständigkeiten:
- Gans: Elektronikhardware+Software
- Olfs: Elektronikhardware+Software
- Huck: Hardware und Schaltplanlayout
Planung:
- Planen der Vorgehensweise,
Wahl der geeigeneten Technologie für die Umsetzung und Zuordnen der Projektzuständigkeiten. - Zeitplanung des Projektes
- Materialbeschaffung:
Beschaffung der benötigten Materialien wie Gehäuse, Sensoren und Controller spezifisch nach Bedarf. - Fertigung:
Anfertigung der Hardwarekomponenten und Entwicklung der Software. - Endmontage und Fehlerbehebung:
Zusammenführen der Hardwarekompontenten zur fertigen Messstation. Zusammenführen und einbinden der Codebausteine. Fehlerbehebung/Anpassungen beziehungsweise Optimierung bei Softwarefunktionalitäten.
Verwendung
- Um die Messstation einzuschalten muss ein Einschalter betätigt werden.
- Nach dem Einschalten der Messstation leuchtet der Schalter, sowie eine von zwei Status-LEDs solange auf, bis die Messstation den ersten Datensatz per LoRaWAN übertragen hat.
- Nach dem Einschalten holt sich die Messstation mittels DCF77 einmalig die aktuelle Uhrzeit und Datum und speichert diese ab.
Die Status-LED bieten direkt vor Ort dem Anwender einen Überblick, wie der Akkustand der Messstation ist:
- Grün: Akkustand gut,
- Rot: Akkustand niedrig.
Für den Falle eines niedrigen Akkustandes bietet die Station die Möglichkeit über einen USB-A-Anschluss geladen zu werden.
PV-Modul
Alternativ lässt sich die Messstation jedoch auch über das integrierte PV-Modul laden, hierzu ist jedoch die zeitweise Montage an einem sonnigen Platz nötig.
Wird die Station nicht geladen und zusätzlich noch an einem extrem abgedunkelten Platz positioniert, so reicht ihr integrierter Akku mindestens für etwa 100 Tage.
Per LoRaWAN kann die Messstation die Daten von Luftfeuchte, Temperatur und Akkustand in softwaremäßig wählbaren Zeiträumen senden.
Neben dem Senden der Messdaten mittels LoRaWAN bietet die Station jedoch auch die Möglichkeit die Messdaten direkt auf einer entnehmbaren SD-Karte zu speichern, auf dieser werden die Messdaten mit einem Echtzeitzeitstempel gespeichert um für eine Auswertung beispielsweise mittels EXCEL zusätzlich zur Verfügung zu stehen.
Mittels elastischem Klettband und isolierten Befestigungshaltern lässt sich die Messstation schonend auf verschiedensten Untergründen befestigen.
