Messgerät auf Basis des Raspberry Pi zur Erfassung von Umweltdaten durch Jedermann.

Verlaufsprotokoll 26.7.2014

Ideenskizze

Beim Spielen und experimentieren mit dem Raspberry Pi und diversen digitalen und analogen Sensoren ist die Idee eines “Bürgermessgeräts” entstanden. Auf Basis des günstigen Raspberry Pi Minicomputers in Verbindung mit diversen, ebenfalls preisgünstigen Sensoren könnte ein universelles Messgerät für Umweltdaten (Temperatur, Luft- und Wasserqualität, Radioaktivität usw.) entstehen. Durch einen modularen Aufbau könnte man die jeweils benötigten Sensoren auswählen.

Sensoren

– Temperatur (verschiedene Bereiche)
– Feuchtigkeit (Erde, Luft)
– Luftdruck
– Helligkeit
– UV und Infrarot
– Gase: CO2, NO, Methan, Alkohol, Stadtgas, Ozon
– Beschleunigung
– Radioaktivität
– Wifi
– Lautstärke
– Feinstaub?
– Trübung von Gasen oder Flüssigkeiten
– Geo-Position (GPS, Glonass, Galileo)
– Anemometer (Windstärke)
– Windrichtung
– Durchflussgeber
– Frequenz (über Mikro), Frequenzshifting (Fledermäuse)
– Impulszähler
– elektromagnetische Felder (Blitzdetektor)
– Zeit
– Leitfähigkeit
– ph-Wert
– biometrische Daten: Blutdruck, Herzfrequenz, Leitfähigkeit der Haut, Hautwiderstand
– Sauerstoffsättigung im Blut
– Sauerstoffkonzentration in Wasser
– Salzgehalt von Wasser
– Farbspektrum
– Chlorkonzentration in Wasser
– Dehnungsmesstreifen (Waage, Gewicht)
– Entfernung (Ultraschall)
– Regenmenge

Sensoren klassifizieren, Interface für jede Klasse festlegen

Alle Sensoren brauchen eine Adresse, alle liefern ihre Daten im selben Format

Es kann zusammengesetzte Sensoren geben (z.B. Luftfeuchtigkeit und Temperatur zur Kalibrierung)

Bei onewire definierte Steckverbindungen vorhanden (je nach Schutzklasse)
max. Länge 300m

langes Veteilerkabel, einzelne Sensoren anstecken
Das muss vorkonfiguriert sein

Jeder Sensortyp erhält einen eindeutigen Code.

Kalibrierung der Sensoren?
– Standardlösungen z.B. für Konzentrationen (Leitfähigkeit)

Bedienung und Auswertung

Weboberfläche zur Konfiguration und zum Anzeigen und Download der erfassten Daten.

Export als CSV oder XML.
CSV: alle Werte aller A/D-Eingänge mit Sensorcode und Beschreibung ausgeben.

Universalität und Mischbarkeit der Daten

einfache Auswertung in Standardprogrammen

Automatischer Upload zu einstellbaren Servern
Broadcast Protokoll

Erweiterbarkeit durch Anwender

verschiedene Varianten:
– Selber bauen
– vorkonfiguriert
– teilweise können Sensoren selbst gebaut werden

geringe Kosten

Busse

Mögliche Bussysteme:
– SPI
– i2c
– onewire (Sensoren sind digital und haben eine eindeutige ID) Stromversorgung über Bus möglich, nicht auf Raspberry Pi beschränkt, jeder Sensor hat eine eindeutige ID
– CAN Bus

Es gibt verschiedene onewire Bausteine, z.B. mit A/D Wandler, Schalter usw.

Temperatursensoren onewire gibts auch mit EEPROM

passive ISDN-Verteiler (ohne Abschlusswiderstand) RJ45

Hardware

Raspberry Pi
Wifi Stick (optional)
Bluetooth (optional)
Batterie / Akku
Solarbetrieb (optional)
Display (optional), zeigt z.B. IP Adresse
Sensoren, steckbar
evtl. Standardsensoren fest verbaut (Temperatur, Licht)

Gehäuse

Wassergeschütztes Gehäuse

Verschiedene Varianten:
– indoor, Strom aus der Steckdose, Wifi
– Outdoor, Batteriebetrieb
– permanente Datenübermittlung

Fragen

Sind kabellose Sensoren möglich?
Ist eine Verlängerung für einzelne Sensoren möglich?
Stromversorgung der Sensoren über Bus?
Vorkenntnisse der Bastler: welche sind erforderlich?
Wie genau sind Beschleunigungssensoren? Seismograph

Literatur

Tim Bitson: “Weather Toys
Build Your Own Wireless Weather Station”
http://www.buecher.de/shop/englische-buecher/weather-toys/bitson-tim/products_products/detail/prod_id/20925992/