Projektpräsentation Internet der Dinge

Projektpräsentation — Internet der Dinge

MiceWheel as Internet of Things

Danny Ziesche 1. Februar 2017

Hochschule RheinMain

Gliederung

Motivation Problemstellung Analyse

Architektur Umsetzung Evaluation Persönliches Fazit DEMO

Motivation

Motivation

Überwachung des Laufverhaltens von Nagetieren in ihren

Laufrädern

Problemstellung

Problemstellung

• Messvorrichtung um Laufradumdrehungszahl zu ermitteln

• Software für Internet der Dinge Knoten

• Persistierung der Messdaten

• Darstellung der Messdaten auf einer Weboberfläche

• keine Drittanbieterdienste (Datenschutz, Persönlichkeitsrechte)

Analyse

Messmöglichkeiten

Bewegungsmelder Reedschalter Hall-Sensor

Aktivitätserkennung + ++ +++

Rundenerkennung -- + ++

Hardware (Laufrad)

• Ausreichend groß (30cm ⌀)

• Leichtgängiges Kugellager

⇒ persönliche Empfehlung

Hardware (Mikrocontroller 1)

• NodeMCU

• ESP8266 Wi-Fi SoC (Xtensa)

• BLE Nano

• Nordic nRF51822 SoC (ARM)

• Bluetooth LE

• RTL8821

• ARM Cortex M3

• direkter ESP8266 Konkurrent

• keinADC

Hardware (Mikrocontroller 2)

Entscheidung fällt auf denNodeMCU.

Hardware (Sensor)

• Honeywell SS490

• Stromverbrauch typ. 7mA

• Spannung typ. 5V

• Lineares Ausgangssignal

M

Abbildung 2: Hall-Sensor symbolisches Bild

Mikrocontrollersoftware (1)

Systemsoftware

• Arduino Framework

• Freertos

⇒Für den Einsatzzweck einer periodischen Messung reicht das Arduino Framework

Mikrocontrollersoftware (2)

Protokoll (Publish)

• benutzerdefinierte Schnittstelle über TCP

• Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

⇒Zum Einsatz kommt MQTT, da es fertige Bibliotheken gibt und einen Testdurchlauf bestand.

Serversoftware

• MQTT-Broker: Mosquitto

• MQTT-Subscriber: Eigenentwicklung

• Datenbank: RethinkDB

• Webanwendung: NodeJS (mit epoch.js, socket.io etc.)

Architektur

Grobdesign

Sensor Knoten

Server

WebApp Messcode

Messcode

MQTT Publisher MQTT Publisher

Datenvisualisierung Datenvisualisierung

Pub Topic

Websocket

Feindesign (Knoten)

WifiSetup

MQTTSetup ConnectionState

Messvorgang ver¨offentlicheMessung

Knoten: Server:

setup

loop

Abbildung 4: Sequenzdiagramm Knoten

Feindesign (Daten)

Mess-Push-Nachricht()

Datenaufbereitung() Datenpersistierung()

True

Broker: Subscriber: RethinkDB:

Umsetzung

Messung (1)

• Ausschlag durch Dauermagnet

• Ausschlag je nach Ausrichtung des

Magnetischen Feldes Abbildung 6: Hall-Sensor

Ausgangssignaleigenschaften bei 5V

Messung (2)

• Zwei Dauermagnete auf der Rückwand des Laufrades

• Dauermagneten diagonal gegenüberliegend

• Einmal mit der Nord- und einmal mit der Südseite

Schaltplan

Testaufbau

Rundenerkennung

Erkennung der Dauermagneten N Nordseite

S Südseite

U Unbestimmte Seite

0 1 2 3 4 5

U N U S U S

U S U N U S

Abbildung 9:Ringpufferanordnung

Rundenerkennung

Ringpuffer

• Erkennung von Zustandsänderungen

• Vermerken im Ringpuffer

0 1 2 3 4 5

U N U S U S

U S U N U S

Abbildung 9:Ringpufferanordnung

Rundenerkennung

Mustererkennung

• N-S-N

• S-N-S

0 1 2 3 4 5

U N U S U S

U S U N U S

Abbildung 9:Ringpufferanordnung

MQTT-Publisher

• sekündliches Intervall

• kostet fast nichts

• Zeitpunkt dadurch erst beim Subscriber erfassen

Evaluation

MQTT-Publisher Lib

• Verliert ab und an die Verbindung zum Broker

• Debugging lief ins Leere

• Korrelation wird bei der sehr häufen ADC-Messung vermutet.

Grund:

Beispielcode der PubSubLib verliert ebenso die Verbindung wenn ADC-Messungen dabei sind.

• Problemlösungsansatz: Weitere, andere MQTT-Libs ausprobieren.

Prellung

• Provozierung von Prellungen bei der Sensormessung

• Möglich durch sehr langsame Umdrehungen

• Problemlösung: Mehrere Samples nehmen, Werte müssen aufeinander steigen bzw. fallen.

RethinkDB

• Push-Feeds funktioniert einwandfrei

• Gute Datenbanktreiber (sogar für Haskell)

• Dokumentenbasierte Antworten gewöhnungsbedürftig insbesondere in stark typisierten Sprachen

• Einen Summentypen Datum für alle Antworten

• Dadurch etwas unbequem in der Handhabe

Epoch.js

• Eingeschränkter als anfänglich gedacht

• Keine Weiterentwicklung mehr

• Rückblickend: Direkt d3js einsetzen, auch wenn dieses eine wesentlich höhere Einarbeitungszeit voraussetzt

Persönliches Fazit

Persönliches Fazit

• Zielsetzung auf Cloud-Dienste zu verzichten wurde erreicht

• Projekt kann vollständig selbst »gehostet« werden

• Laufradumdrehungszahl kann ermittelt werden

• Datenpersistierung konnte umgesetzt werden

• Weboberfläche bedarf einer Überarbeitung (Epoch.js durch D3js ersetzen)

DEMO

ENDE