Klimamessstation Team 2
Klimadaten messen und anschließend per LoRaWan an die Stadt Augsburg senden
Studiengang
Elektrotechnik (B.Eng.)Projektbeschreibung
Das Projekt "Klimamessstation" beschäftigt sich mit dem Bau einer netzwerkfähigen Wetterstation, welche zahlreiche Wetterdaten messen und in das vorliegende LoRaWAN Netzwerk senden kann.
Mit dem Projekt Klimamessung soll der Prototyp eines kostengünstigen Klimamessgerätes für die Anwendung in der Stadt Augsburg entwickelt werden. Dieses soll Daten zu Wetter und Luftqualität sammeln und diese in das vor Ort befindliche LoRaWAN Netzwerk
einspeisen.
Die zu erfassenden Daten beinhalten unter anderem Windstärke, Windrichtung, Temperatur,und weitere, sowie diverse Daten über die Luftqualität.
Ziel des Projektes soll eine kostengünstige Alternative zu den bereits bestehenden Messtellen des LfUs, welche mit einem Stückpreis von 10.000€ zu teuer für eine großflächige Auslegung sind, sein. Der entwickelte Prototyp soll nach bestandenen Testphasen in die Massenproduktion gehen, um die Stadt Augsburg in naher Zukunft mit einem feinmaschigen Netz dieser Klimamessgeräte auszustatten.
Beteiligte Personen
| Studierendengruppe: | Lindemann Max, Klose Johannes, Linder Maximilian |
| Betreuer: |
Veranstaltung
Systems Engineering 1 (IK)
Laufzeit
WS 2022/23
Anforderungen
Für das Klimamessgerät bestehen eine Reihe von Anforderungen. Die Messstation wird im Freien montiert und muss jeder Witterung standhalten können.
Für eine feinmaschige Aufstellmöglichkeit mit mehreren Geräten ist es sehr hilfreich, wenn man bei der Installation nicht auf eine Netzeinspeisung angewiesen ist.
Außerdem ergeben sich Anforderungen aus der Menge und der Art der zu erfassenden Daten. Um das Stadtklima möglichst genau erfassen zu können sind sowohl der Zustand der Luftmassen relevant, die sich durch die Stadt bewegen, als auch ihre Richtung und Geschwindigkeit.
Somit ergeben sich für das Projekt Klimamessung folgende Anforderungen:
- Zu erfassende Daten:
- Feinstaub, Kohlenstoffdioxid,
- Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck,
- Kohlenstoffmonoxid, Stichstoffdioxid,
- Ethylalkohol, Flüchtige organische Verbindungen,
- Windstärke, Windrichtung und Niederschlagsmenge
- Aufbau:
- Stabil,
- Windbeständig,
- UV-fest
- Gehäuse mit Steuerung: Wasserdicht
- Gehäuse mit Sensorik: Luftzirkulation im Gehäuse
- Energieversorgung:
- Autarke Messstation ohne nötige Fremdeinspeisung,
- Akkulaufzeit im Normalbetrieb ohne Ladevorgang ca.2 Wochen
- Datenverarbeitung:
- Zwischenspeichern der Daten auf SD-Karte,
- Senden der Daten an LoRaWAN
- Intervalle: Keine Echtzeitdatenerfassung nötig, Messen und Senden der Daten einmal pro Stunde
Umsetzung
Der Aufbau unserer Klimamessstation lässt sich in 5 Bereiche einteilen.
- Primäres Gehäuse:
Als „Primäres Gehäuse“ bezeichne wir die obere Abzweigdose. In der vollständig wettergeschützten Box befindet sich sämtliche Elektronik welche keinen direkten Kontakt zur Luft braucht. Dies betrifft den Mikrocontroller(Heltec ESP 32 LoRa), Micro SD-Karte, Clock(DS3231 RTC ) und das Solarstrommanagementmodul(DEBO PWR SOLAR2). - Sekundäres Gehäuse:
Als „Sekundäres Gehäuse“ bezeichnen wir das untere Gehäuse in dem sich alle Sensoren befinden die direkten Kontakt zur Umgebungsluft brauchen. Des betrifft den CO2-Sensor(MH-Z19C), Luftdruck/Temperatur/Luftfeuchtigkeit-Sensor(GY-BME280), Multigassensor(Groove Gas Sensor V2), und den Feinstaubsensor(SDS011). Die Beiden Gehäuse sind durch Kabel verbunden. - Windstation
Windstärke, Windrichtung und Niederschlagsmenge werden über eine 3 in 1 Wettereinheit gemessen. Diese ist über ein Metallrohr abstehend mit dem Rest verbunden. - Solarmodul
Dieses ist in einem 33° Winkel über dem „Primären Gehäuse“ angebracht. Es soll so das Gehäuse noch weiter vor Sonneneinstrahlung/Witterung schützen. Das Modul ist vor in Inbetriebnahme der Station Richtung Süden auszurichten. - Grundplatte
Eine lackierte Holzplatte auf der die anderen Komponenten angebracht sind. Auf der Rückseite befindet sich eine Metallklammer zur Befestigung des ganzen System an z. B. An einem Laternenpfahl.
Verarbeitung der Daten
Die von uns erfassten Daten, werden zunächst auf der SD-Karte als Textdatei hinterlegt und mit Hilfe der Clock (DS3231 RTC), mit einem Zeitstempel versehen. Anschließend erfolgt der Sendevorgang in das LoRaWAN Netzwerk.
Verwendung
Das Klimamessgerät wurde für die Stadtwerke Augsburg entwickelt und dient der flächendeckenden Klimaüberwachung der Stadt Augsburg. Hierbei können mehrere baugleiche Klimamessgeräte an verschiedenen Standorten installiert werden, welche ihre gesammelten Daten in das örtliche LoRaWAN Netzwerk senden und somit eine großflächige Analyse von Klima, Luftbewegungen und Luftqualität ermöglichen.
Das Klimamessgerät ist insofern für großflächige Anwendungen mit mehreren Einheiten geeignet.
Da jede Einheit als einzelne funktioniert und nicht zwangsläufig an ein LoRaWAN Netz gebunden ist, können auch Privatpersonen die Messstation nutzen. Mit einem entsprechenden Softwareupdate wäre hier auch die Einbindung in smart home Anwendungen möglich.
Denkbar ist für das Klimamessgerät eine Reihe von Varianten unterschiedlicher Preisklassen vorzusehen. Beispielsweise eine reine Wind- und Regen-Messstation, eine Variante für die reine Luftqualitätsmessung mit Feinstaub-, CO2- und Stickoxidsensor und ein Universalgerät mit allen Funktionen.
