SmartPlantInternet der Dinge, WS15/16

03. Februar 2016

Gliederung● Problemstellung● Analyse

○ Sensoren & Mikrocontroller○ Kalibrierungsverfahren○ Datenverarbeitung

● Gesamtarchitektur● Demo / Video● Fazit & Ausblick

2Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Problemstellung● Moderner Mensch ist viel unterwegs

○ → Pflanzen werden unregelmäßig gegossen○ → Pflanzen / Ernten gehen ein

● Lösungen:○ Fertige Produkte?○ Selbst bauen!

[1]

3Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Sensoren, resistiv● Pro

○ Günstig durch einfachen Aufbau○ Selberbauen möglich

● Kontra○ Metall korrodiert○ Sehr abhängig von Umgebung○ Recht ungenaue Messung

4Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Sensoren, kapazitiv● Pro

○ Günstig durch einfachen Aufbau○ Selberbauen möglich○ Genaue Messergebnisse

● Kontra○ Genauigkeit von Kapazität

abhängig

○ Bei SiliconCarne: Weitere Elektrobauteile notwendig

SiliconCarne

Giesomat

5Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Sensoren, Gegenüberstellung

Schwankung ca. 13%6Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Sensoren, Gegenüberstellung

Schwankung ca. 7%7Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Sensoren, Gegenüberstellung

Schwankung ca. 0,5%8Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Mikrocontroller ● Raspberry Pi

○ Pro: Hohe Rechenleistung, viele GPIO Pins, USB○ Kontra: Teuer, Bootvorgang langsam, Energiehungrig

● ESP8266 (07/12)○ Pro: Sehr günstig (2-5€), viele GPIO Pins, Energiesparsam○ Kontra: kein OTA, nur ein ADC bis 1V

● Particle Photon○ Pro: OTA, viele GPIO Pins, 6 ADCs bis 3,3 V, Energiesparsam○ Kontra: Onlinezwang, teuer

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[3]

[4]

9Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Kalibrierungsverfahren● Grundidee:

○ Feuchtigkeit in % messen○ Referenzmessungen in 10%-Schritten○ Lineare Interpolation des Wertes zwischen Referenzpunkten○ VWC: Volumetric Water Content

10Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Kalibrierungsverfahren● Umsetzung:

○ Gleiche Gefäße (Form, Leergewicht)○ Gleiche Erdmenge durch Abwiegen○ 0% Referenz durch Verdampfen von Feuchtigkeit○ 100% Referenz durch Sättigung der Erde○ Zwischenschritte nach Gewicht linear interpolieren

11Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Kalibrierungsverfahren

12Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Analyse - Datenverarbeitung● Verwendung von Cloud-Diensten:

○ Abhängigkeit von Cloud-Dienst○ Kommunikation mit Cloud-Dienst○ Ggf. Aufbereitung der Daten im Sensorknoten○ → Rechenstarke & teure Sensorknoten nötig

● Eigene Verarbeitungsinstanz:○ Kontrolle über Daten○ Lediglich Kommunikation mit dedizierter Instanz○ → Rechenschwache & günstige Sensorknoten möglich

13Kevin Sapper, Steffen Reichmann

SensordatenverarbeitungSensorknoten

● besitzt bis zu 16 Sensoren● sendet Werte an SmartPlantHub

SmartPlantHub● empfängt Sensorwerte● Datenaufbereitung● Datenarchivierung● Alarmierung per Tweets

RethinkDB (JSON-DB)● Kalibrierungswerte pro Sensor● Ereignisse (VWC, Sensor, Datum)

Gesamtarchitektur

14Kevin Sapper, Steffen Reichmann

SensordatenverarbeitungSensorknoten

● besitzt bis zu 16 Sensoren● sendet Werte an SmartPlantHub

SmartPlantHub● empfängt Sensorwerte● Datenaufbereitung● Datenarchivierung● Alarmierung per Tweets

RethinkDB (JSON-DB)● Kalibrierungswerte pro Sensor● Ereignisse (VWC, Sensor, Datum)

Gesamtarchitektur

15Kevin Sapper, Steffen Reichmann

SensordatenverarbeitungSensorknoten

● besitzt bis zu 16 Sensoren● sendet Werte an SmartPlantHub

SmartPlantHub● empfängt Sensorwerte● Datenaufbereitung● Datenarchivierung● Alarmierung per Tweets

RethinkDB (JSON-DB)● Kalibrierungswerte pro Sensor● Ereignisse (VWC, Sensor, Datum)

Gesamtarchitektur

16Kevin Sapper, Steffen Reichmann

SensordatenverarbeitungSensorknoten

● besitzt bis zu 16 Sensoren● sendet Werte an SmartPlantHub

SmartPlantHub● empfängt Sensorwerte● Datenaufbereitung● Datenarchivierung● Alarmierung per Tweets

RethinkDB (JSON-DB)● Kalibrierungswerte pro Sensor● Ereignisse (VWC, Sensor, Datum)

Gesamtarchitektur

17Kevin Sapper, Steffen Reichmann

SensordatenverarbeitungSensorknoten

● besitzt bis zu 16 Sensoren● sendet Werte an SmartPlantHub

SmartPlantHub● empfängt Sensorwerte● Datenaufbereitung● Datenarchivierung● Alarmierung per Tweets

Twitter● Anzeige der Alarmierungen

Gesamtarchitektur

18Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Gesamtarchitektur

Dashboard

Dashboard-Server● Aufbereitung der Messdaten● Bereitstellen der Daten über ein

Webinterface

Browser (Client)● Rendern der Anzeige● Informationen über die Pflanzen

19Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Gesamtarchitektur

Dashboard

Dashboard-Server● Aufbereitung der Messdaten● Bereitstellen der Daten über ein

Webinterface

Browser (Client)● Rendern der Anzeige● Informationen über die Pflanzen

20Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Demo

21Kevin Sapper, Steffen Reichmann

Fazit ● Ziele des Projektes wurden erreicht● SmartPlant arbeitet bisher zuverlässig (Langzeittests fehlen)

● Ausblick○ Portierung der Firmware auf günstigere ESP8266 Mikrocontroller○ Anbindung an ein automatisiertes Gießsystem

22Kevin Sapper, Steffen Reichmann

QuellenBilder:

● [1] http://www.nuetzlinge.ch/files/ufa-product-image/Vertrocknete-Pflanze.jpg● [2] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Raspberry_Pi_2_Model_B_v1.1_top_new_(bg_cut_out).jpg● [3] http://img.dxcdn.com/productimages/sku_375400_1.jpg● [4] http://www.allaboutcircuits.com/uploads/thumbnails/particle-photon-1.jpg

23Kevin Sapper, Steffen Reichmann