Smart Smoke Detector. Von Govinda Hahl Internet der Dinge WS 16/

Transkript

1 Smart Smoke Detector Von Govinda Hahl Internet der Dinge WS 16/

2 Inhalt Problemstellung Idee Ergebnisse der Analyse Architektur Umsetzung Hardware Software Fazit Ausblick Demo Smart Smoke Detector Govinda Hahl

3 Problemstellung Seit überall in Deutschland Pflicht Aufwand für Instandhaltung wächst mit Gebäudegröße Regelmäßiges Prüfen der Funktionalität ist vorgegeben Hohe Decken werden bei der Prüfung zum Problem Kein Mehrwert wenn niemand in der Nähe ist Smart Smoke Detector Govinda Hahl

4 Idee Überwachung und Steuerung von Rauchmeldern über das Internet mittels eines Smartphones Funktionen: Benachrichtigungen bei einem Feueralarm auf dem Handy Benachrichtigung bei einem Ausfall eines Rauchmelders Ferngesteuertes Testen des Rauchmelders Smart Smoke Detector Govinda Hahl

5 Analyse Analyse soll Gegebenheiten überprüfen und mögliche Problemstellungen finden Die Analyse konnte dabei in drei Teilbereiche unterteilt werden: Ermittlung und Auswahl eines geeigneten Mikrokontrollers Analysierung des Rauchmelders für geeignete Messdatenerfassung Ermittlung geeigneter Technologien für die Schnittstelle zwischen Rauchmelder und Smartphone Smart Smoke Detector Govinda Hahl

6 Analyse - Mikrokontroller Bedingungen an den Mikrokontroller: Stromsparend Ausreichend Schnittstellen Internetanbindung Arduino mit ESP8266 Die Analyse lieferte drei mögliche Mikrokontroller Raspberry Pi Arduino (UNO R3) ESP8266 } Kombination aus beiden Smart Smoke Detector Govinda Hahl

7 Analyse - Messdatenerfassen Es wurden geeignete Schnittstellen auf dem Rauchmelder ermittelt Verbaute LED liefert ca. alle 40 Sekunden einen Status über die Funktionalität Der verbaute Chip CS2105GO-M12 bietet einen ungenutzten I/O Port für Alarmmeldungen Weiterhin kann der Signalgeber selbst ausgelesen werden Für einen Funktionstest können LED als auch Signalgeber mit dem Arduino angesteuert werden Smart Smoke Detector Govinda Hahl

8 Analyse Web-Schnittstelle Kommunikationskanal zwischen Anwender und Rauchmelder Zentraler Kontenpunkt zur Verteilung von Informationen im Internet Keine fertige Lösung konnte ermittelt werden Implementierung einer eigenen mobilen Website mit geeigneter Schnittstelle für den Rauchmelder Verwendung des Laravel MVC PHP Frameworks und einer MySQL Datenbank Smart Smoke Detector Govinda Hahl

9 Analyse - Web-Schnittstelle Vor- und Nachteile einer mobilen Webseite gegenüber einer nativen App Vorteile Nachteile Keine Abhängigkeit von Betriebssystem oder Gerät Nicht offline verfügbar Darstellung auf jeden Gerät (fast) gleich Kein natives Gefühl bei der Bedienung Viele Entwicklungen in den letzten Jahren Performance meist etwas schlechter Keine extra Schnittstelle auf einem Server benötigt Smart Smoke Detector Govinda Hahl

10 Architektur - Komponenten Analyse ergab folgende Architektur Hardwarekomponenten: RM120c als verwendeter Rauchmelder Arduino für das Auslesen und Steuern des Rauchmelders ESP8266 für die Anbindung an das Internet Softwarekomponenten: Laravel 5.3 für die Implementierung einer mobilen Website und der Schnittstelle MySQL > 5.0 zum zwischenspeichern der Mess- und Nutzerdaten Smart Smoke Detector Govinda Hahl

11 Architektur Zusammenspiel Aus den einzelnen Komponenten ergibt sich folgendes Gesamtbild Smart Smoke Detector Govinda Hahl

12 Umsetzung Die Umsetzung teilt sich in zwei Bereiche auf: Hardware Verkabelung und verlöten von: Arduino UNO R3 ESP8266 RM120c Software Entwicklung der Software Seitens des Arduino Entwicklung der Schnittstelle zwischen Hardware und Laravel Entwicklung der Benutzerschnittstelle mitsamt deren Logik Smart Smoke Detector Govinda Hahl

13 Umsetzung - Hardware Signal der LED konnte direkt an die PINs des Arduino angeschlossen werden Auslesen des I/O Ports des Rauchmelders führte zu Problemen Stattdessen wurde das Signal für den Signalgeber ausgelesen Auslesen beider Signale lieferte HIGH (2,7-5V) oder LOW (0-2,2V) HIGH LED leuchtet Signalgeber piept LOW LED leuchtet nicht Signalgeber piept nicht Smart Smoke Detector Govinda Hahl

14 Umsetzung - Hardware Kommunikation zwischen ESP8266 und Arduino UNO R3 mittels Software Serial und AT Befehlen Beide arbeiten mit unterschiedlicher Spannung (5V und 3.3V) Verbindung der Pins von Arduino und ESP8266 Arduino mit ESP8266 und Spannungsteiler Smart Smoke Detector Govinda Hahl

15 Umsetzung Software (Arduino) Software zum Auslesen und Senden der Messdaten auf dem Arduino Endlosschleife des Arduino: Messdaten werden dauerhaft ausgelesen Nach bestimmter Zeit oder einen Alarm werden diese an Server gesendet Falls ein Funktionstest gewünscht ist, steht dies in der Antwort des Servers Smart Smoke Detector Govinda Hahl

16 Umsetzung Software (Server) Mobile Website stellt Benutzerinterface und Schnittstelle zur Verfügung Messdaten werden mittels HTTP GET Methode entgegengenommen URL: /api/updatedata/{id}/{message} Die Nachricht beinhaltet die Messdaten in JSON Format Smart Smoke Detector Govinda Hahl

17 Umsetzung Software (Server) Benachrichtigungen werden verschickt um den Nutzer über besondere Vorfälle zu informieren Dazu zählen folgende Vorfälle: Alarm liegt vor Über 30 Minuten keine Nachricht von einem Rauchmelder Zum versenden der Benachrichtigungen wird Google Firebase verwendet Benachrichtigungen können individuell vom Nutzer abgeschaltet werden Smart Smoke Detector Govinda Hahl

18 Umsetzung - Software Beispielhafter Schleifendurchlauf von Arduino und anschließende Kommunikation Smart Smoke Detector Govinda Hahl

19 Fazit Es wurde ein Prototyp für einen intelligenten Rauchmelder entwickelt Der Rauchmelder warnt Nutzer bei einem Ausfall oder Feuer Der Nutzer kann über eine mobile Website den Status der Rauchmelder einsehen oder diesen testen Problem: Aktuelle Prototyp verbraucht zu viel Strom Projekt verschaffte einen guten Einblick in das Thema IOT und regte neue Projektideen an Smart Smoke Detector Govinda Hahl

20 Ausblick Damit der Rauchmelder im Alltag nutzbar ist sind Modifikationen notwendig Stromverbrauch: Verbesserung durch geeignetere Mikrokontroller (bzw. nur ESP8266) Mikrokontroller schlafen lassen und nur zu bestimmten Events wecken Dadurch würde allerdings das entfernte Testen wegfallen Ziel: Nur mit einer Batterie mehrere Jahre auskommen Momentan kein Verschlüsselung der Messdaten Funktionsumfang beliebig erweiterbar Smart Smoke Detector Govinda Hahl

21 Demo Smart Smoke Detector Govinda Hahl

22 Fragen? Smart Smoke Detector Govinda Hahl