Környezetmonitorozás nyílt forráskódú hardveren

A nyílt forráskódú hardverek – beleértve a megfizethető, használatra kész fejlesztőkártyákat és érzékelőmodulokat – minden lehetőséget megadnak a környezeti feltételek, például a hőmérséklet és a nyomás figyelemmel kísérésére. A kapcsolódó IoT-szolgáltatások igénybevételével szinte bármilyen alkalmazást képesek kezelni, a kis meteorológiai állomásoktól egészen az ipari szintű környezetvédelmi monitoring rendszerekig.

A legújabb, nyílt forráskódú beágyazott kártyák, kihasználva a kényelmes vezeték nélküli internetkapcsolatot, tökéletes kiindulópontként szolgálnak a környezeti feltételek megfigyeléséhez, amelyek kritikusak lehetnek minden tevékenység sikerességében – az otthoni kertészettől az ipari folyamatirányításig vagy az intelligens mezőgazdaságig. Számos nyílt forráskódú projekt segít a rendelkezésre álló erőforrások megismertetésében a szélsebesség, a környezeti hőmérséklet, a légköri nyomás vagy az esőzések méréséhez. A legújabb, nyílt forráskódú beágyazott kártyák, kihasználva a kényelmes vezeték nélküli internetkapcsolatot, tökéletes kiindulópontként szolgálnak a környezeti feltételek megfigyeléséhez, amelyek kritikusak lehetnek minden tevékenység sikerességében – az otthoni kertészettől az ipari folyamatirányításig vagy az intelligens mezőgazdaságig. Számos nyílt forráskódú projekt segít a rendelkezésre álló erőforrások megismertetésében a szélsebesség, a környezeti hőmérséklet, a légköri nyomás vagy az esőzések méréséhez. A termelők érdeklődhetnek például a kis méretű, önálló meteorológiai állomás által nyújtott információk iránt a hatékonyabb növénytermesztés érdekében. A könnyen hozzáférhető felhőalapú szolgáltatások megjelenésével – amelyek népszerű nyílt forráskódú ökoszisztémákat támogatnak – a Raspberry Pi, Arduino, BeagleBoard vagy UDOO-hoz hasonló kártyákon alapuló projektek lehetőséget adnak kereskedelmi és ipari alkalmazások széles skálájához.

1. ábra  Raspberry Pi meteorológiai állomás

Belépő szintű környezeti monitorozás

A Raspberry Pi szervezet az iskolák számára elérhetővé tett egy meteorológiaiállomás-készletet, egy érdekes projektet, amely segít a tanulóknak abban, hogy megértsék az elektronika és a számítástechnika előnyeit a valós világban. A készlet a Raspberry Pi kártyán és egy HAT modulon (Hardware Attached on Top) alapul, amely páratartalom, nyomás- és levegőminőség érzékelőket tartalmaz, valamint csatlakoztatási lehetőséget külső érzékelőkhöz, például talajszondához és anemométerhez (légáramsebesség-mérő). (1. ábra) Ez a példa egy Raspberry Pi kártyán, a Raspberry Pi 3 B modellen fut, de az Arduino számos opciójával vagy a BeagleBoard hardver egyikével is egyenlő hatékonysággal működik. A projekt arra is utasítást ad, hogy a meteorológiai állomást vezeték nélküli hálózatra csatlakoztassa (akár a beépített Wi-Fi funkciók használatával a Raspberry Pi 3 modell B-vel, vagy Wi-Fi dongle hozzáadásával) az adatok tárolására és elemzésére egy PC-n keresztül. Egy tényleges probléma, hogy ez a kényelmes megoldás nem érhető el a piacon, de a mostani, fejlesztői világban nincs akadálya annak, hogy ezt bárki megvalósítsa. Az instructables.com-on közzétett projekt bemutatja, hogyan lehet ezt elkészíteni. Részletesen leírja a teljes időjárási állomás kialakításához szükséges hardvert és kódot, amely képes megfigyelni a szélsebességet és az irányt, a csapadékot, a páratartalmat, a hőmérsékletet és a nyomást. A projekt az adatokat egy weboldalra összegyűjti, amelyen keresztül elérhető az információ. Application Programming Interface (API) segítségével további adatok is hozzáférhetők, mint például a rekordmagasságok és a mélypontok, valamint a Weather Underground (megfigyelő állomások és levegőminőségi monitorok, valamint a radarok globális hálózata), ami segítséget nyújt a környezeti trendek feltérképezésében. A projekt bemutatja, hogyan hozhatók létre környezeti érzékelők, és hogyan integrálhatók egy számítógépes kártyával (mint a Raspberry Pi). Ide tartozik még a hardveres tervezés, mint például a Reed-relék használata a szélirány-érzékelő felépítéséhez és az esőmérésre, a Hall-érzékelőkkel ellátott anemométer készítése a forgási sebesség mérésére. Az egyik Raspberry Pi USB porton keresztül csatlakoztatott GPS-modul szélességet, hosszúságot és pontos napszakot rögzít, és a kártya WLAN adapteren keresztül csatlakozik a felhasználó otthoni WiFi hálózatára. A Pythonban írt szoftver az érzékelőkről érkező adatokat gyűjti. A PHP-ben írt webes alkalmazás megjeleníti az érzékelt információkat. A webes fejlesztés érdekes többlete az RRDtool adatbázis (Round Robin Database tool) eszközhasználata, amely segít az adatok grafikus bemutatásában.

Nem csak időjárás

A meteorológiai-/időjárásiállomás-projekteknek a funkcionalitásában szereplő hőmérséklet- és barometrikus nyomásfigyelés alapvető környezeti mutatók, amelyek sokféle környezetben hasznosak lehetnek. Ezek közé tartozik a növények növekedéséhez szükséges, egyre gyarapodó feltételek ellenőrzése, figyelembe véve az egyedi feléteteleket, mint például a romlandó termékek a megfelelő feltételek mellett történő tárolása, az ipari folyamatok figyelemmel kísérése, vagy a magassági változások észlelése különböző okokból, mint például az eszköz nyomon követése vagy a biztonsági rendszerek aktiválása. Az MPL3115A2 nyomásérzékelő IC-t tartalmazó modulok nyílt forráskódú kártyákhoz használhatók – erre példa az Adafruit 1893. Az Arduino könyvtár erre a kis érzékelő kártyára a Git-hubon található meg. A SensorCape projekt hasonló képességeket biztosít a BeagleBoard vagy a BeagleBone Black kártyákhoz, többtengelyes mozgásérzékelő, infravörös és környezeti fényérzékeléssel együtt. Szoftverkönyvtárak és hardverfájlok a SensorCape használatához megtalálhatók a Git-hub-on tárolt projektben.

2. ábra  Környezetfigyelés az UDOO Cloud Dashboard segítségével

Méretezés az IoT szolgáltatásokkal

Egy kis környezeti monitoring projekt, mint például egy önálló időjárási állomás vagy kültéri hőmérséklet-/ nyomásérzékelő, szórakoztató órákat biztosíthat. Bármilyen szakmai kontextusban – kereskedelmi termelés, az intelligens mezőgazdaság, az ipari folyamatok ellenőrzése, a levegőminőség vagy a szennyezésfigyelés – nagy mennyiségű, széles földrajzi területen elosztott szenzoradat szükséges, esetenként több ipari telephelyről vagy épületből. A felhő felbecsülhetetlen értékű szövetséges a nagyszámú forrásból származó adatok összevonásában, elemzi az eredményeket az üzleti döntéshozatalhoz szükséges információk kinyeréséhez. A kereskedelmi IoT platformok, például az IBM Watson, most már könnyen hozzáférhetők a kis léptékű projektekhez előfizetéses alapon. A nyílt forráskódú hardveren alapuló érzékelők csatlakoztathatók a felhőhöz, így hatalmas mértékű adatfeldolgozó lehetőségek nyílnak meg a fejlesztők számára. Az IBM Bluemix szolgáltatások előfizetésével a felhasználó testre szabhatja saját Watson IoT platformját és csatlakoztathatja érzékelőit az események megjelenítéséhez a Watson IoT platformon keresztül. Az IBM közzétette az online oktatóprogramot az IoT platform telepítésének lépéseivel, a Raspberry Pi számítógép összekapcsolását a Git-hubon elérhető telepítővel és az érzékelők és szolgáltatások konfigurálásával.A felhőszolgáltatások egyszerű elérése a következő nagy kihívás lehet a döntéshozók számára. Az UDOO Cloud például lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy az UDOO kártyákat – például az X86, a Neo vagy a Quad / Dual – és a tartozékokat, a hőmérsékletet vagy a barometrikus érzékelőket össze, illetve az internetre kapcsolják, hogy egy teljes IoT rendszer létrejöhessen. A platform lehetőséget ad a rendszer megtekintésére, az érzékelők hozzáadására, és az állapot ellenőrzésére. A felhasználó beállíthatja a triggereket, SMS vagy e-mail küldését, ha az érzékelő egy meghatározott értéket jelez. A 2. ábrán az UDOO Dashboard mintapéldánya bemutatja, hogyan figyelhető meg több érzékelő állapota bárhol is csatlakoznak az internethez. A szolgáltatás igénybevételéhez fiókra való regisztráció szükséges, az IoT Cloud Client telepítésének és az UDOO Cloudban való regisztrálásának feltételei az UDOO IoT online dokumentációjában találhatók meg. Egy egyszerűbb megoldás lehet, amikor adatokat gyűjtünk egy környezeti érzékelőről okostelefonra, vagy figyelmeztető jelzést kapunk bizonyos küszöbértékek elérésekor. Lehetséges eset, ha a romlandó áruk meghaladják a maximálisan megengedett hőmérsékletet tárolás vagy szállítás során, vagy ha az eszközök (például ipari szerszámok vagy járművek) egy meghatározott földrajzi területen kívülre kerülnek. Egy rendszerrel való kölcsönhatás, mint például a Raspberry Pi vagy Arduino alapú környezeti érzékelő és egy okostelefon egyszerűen megvalósítható egy olyan platformon, mint a Blynk. Ez a platform tartalmaz egy alkalmazásépítőt iOS és Android eszközökhöz, amely lehetővé teszi a vezérlőpult tipikus elemeinek – nyomógombok, figyelmeztető lámpák, üzenetek – megvalósítását a kívánt elemek kiválasztásával és konfigurálásával egy menüből.

Következtetés

A nyílt forráskódú hardver gyors és egyszerű lehetőséget kínál a fejlesztők számára érzékelők építésére a környezeti feltételek és események sokféleségének figyelembevételére az otthoni kertészettől a kereskedelmi termesztésig a mezőgazdaságban, az ipari megfigyelésig, az intelligens városokig és az éghajlatváltozásig. Ezek a gyártóorientált ökoszisztémák nemcsak megfizethető belépési pontot biztosítanak a csatlakoztatott érzékelők fejlesztéséhez, hanem a hozzáférhető felhőszolgáltatások megjelenésével és az okostelefonokhoz való könnyebb csatlakozással lehetővé teszik a fejlesztőknek, hogy projektjeiket professzionális IoT-megoldásokra méretezzék.

Szerző: Mark Patrick – Mouser Electronics

Magyar nyelvű kapcsolat:

a Mouser hivatalos partnere
Maus Electronics Kft.
1034 Budapest, Bécsi út 100.
Tel.: +36 1 244 8412

Mobil: +36 20 777 1080
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.mausel.eu
hu.mouser.com