Benutzer:Heribert3/Least Budget Project: PoC/IoT Raspberry Temperatursensor
Dieser Artikel beschreibt ein Least Cost Project unter anderem eines Temperatursensors als Proof of Concept (PoC), deutsch: Machbarkeitsanalyse. Um ein Standalone (ähnlich: autarkes) Internet of Things (IoT) zu realisieren wird ein Raspberry Pi Zero WH verwendet, welcher auf einem System on a Chip (SoC) basiert. Das Projekt benutzt das Bottom-Up-Prinzip.
Voraussetzungen und benötigte Ressourcen
Bearbeiten- Für den laufenden Betrieb wird lediglich eine Stromversorgung über Micro-USB und eine Micro-SD-Speicherkarte (verwendet 32 GB) benötigt.
- Für den autarken Betrieb (Standalone) kann ein Powerpack verwendet werden.[Anm 1]
Experimentier-Steckbrett, Kabelbrücken
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Konfiguration
BearbeitenDie Grundeinstellung umfasst die länderspezifischen Einstellungen inklusive Tastaturlayout und Zeitzone.
Es wurden SSH- und VNC-Server sowie der 1-Wire-Bus aktiviert und WLAN als Client eingerichtet, um sich wahlweise in das Heimnetzwerk oder über Tethering zum Hotspot eines Tablets oder Smartphones zu verbinden.
Projektphasen
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Schaltplan
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Oben im Bild des Layouts ist die Steckerbelegung des Raspberry zu sehen, unten die Minimalbestückung auf dem Experimentier-Steckbrett, beide durch vorkonfektionierte Kabel verbunden. Die 1-Wire-Datenleitung liegt an Pin GPIO4 (General Purpose I/O). Schaltungstechnisch ist außer dem Sensor lediglich der Pull-up-Widerstand von 4,7 kΩ an 3,3 V erforderlich und mehrere Sensoren können parallel geschaltet werden.[1] Es ist möglich, im laufenden Betrieb Sensoren hinzuzufügen oder zu entfernen, was durch die Wildcard (Globbing) in untenstehenden Programmen unterstützt wird.
Auf dem Motherboard selbst wurde nur ein Reed-Kontakt zum Reset eingelötet. Als Betätigungsmöglichkeit wurde ein kleiner Magnet mit einem Schrumpfschlauch an einem Schaschlikspieß befestigt.
Erstellte Programme
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Dieses Skript benötigt keine zusätzliche Hardware. Die auf dem Raspberry vorhandene grüne LED wird mit zufälligem Tastverhältnis zum Blinken gebracht und simuliert so ein flackerndes Kerzenlicht. Dies kann auch als Heartbeat dienen.
pi@raspberrypi:~ $ cat l #!/bin/sh echo none>/sys/class/leds/led0/trigger python << EOF import time,random x=0 f=open('/sys/class/leds/led0/brightness','w',0) while 1: x^=1 f.write(str(x)) time.sleep(random.random()/5+.1) EOF
pi@raspberrypi:~ $ head /sys/bus/w1/devices/28*/temperature
==> /sys/bus/w1/devices/28-00000afea1b3/temperature <==
20687
==> /sys/bus/w1/devices/28-0821b032bc72/temperature <==
20812
==> /sys/bus/w1/devices/28-de795e1e64ff/temperature <==
19312 pi@raspberrypi:~ $ ls -d /sys/bus/w1/devices/28* /sys/bus/w1/devices/28-00000afea1b3 /sys/bus/w1/devices/28-de795e1e64ff /sys/bus/w1/devices/28-0821b032bc72
Dieses Skript benötigt mindestens einen Sensor. Zuvor wurde auf der Kommandozeile der Bash ausprobiert.
pi@raspberrypi:~ $ cat t #!/bin/sh cut -d= -f2 /sys/bus/w1/devices/28*/w1_slave|tail -1
pi@raspberrypi:~ $ cat s #/bin/sh sudo sh -c '(./l&)'; while true;do ((x++)); printf '%.9d' $x;for f in /sys/bus/w1/devices/28*/w1_slave; do echo -n " `tail -1 $f|cut -d= - f2`";done;echo;done[Anm 2]
pi@raspberrypi:~ $ cat x #/bin/sh sudo sh -c '(./l&)'; while true;do ((x++));echo -n `date '+%F %T.%N %:z '`;printf ' %.9d' $x;for f in /sys/bus/w1/devices/28*/w1_slave; do echo -n " `tail -1 $f|cut -d= -f2`";done;echo;done|tee -a ds.log[Anm 2]
Start:
pi@raspberrypi:~ $ ./x
Push to the limits
BearbeitenErste Testmessungen wurden bei Umgebungstemperatur und Erwärmung durch die Körpertemperatur der menschlichen Hand durchgeführt. Sodann wurde das komplette System, in einer Gummibärchendose untergebracht, sowohl im haushaltsüblichen Gefrierschrank als auch im Heißluftofen untersucht. Versuche mit Kochsalz und Crushed Ice haben keine tieferen Temperaturen erreichen können und es stand weder Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Kaliumchlorid noch Trockeneis zur Verfügung. Dann ergab sich im Rahmen einer wissenschaftlichen Vortragsreihe bei einer Demonstration der Supraleitung (schwebender Permanentmagnet) die Möglichkeit, lediglich einen Sensor in flüssigen Stickstoff zu tunken, nicht das ganze System, und ebenso gleich danach die obere Grenze mit einem Zippo auszuloten. Obwohl der DS18B20 nur für einen Temperaturbereich von -55 °C bis +125 °C spezifiziert ist, konnte das bei Messdaten im 13-bit Zweierkomplement-Format mit einer Auflösung von 1/16 °C (0,0625 °C)[2] mögliche Intervall von -128 °C bis +128 °C erreicht werden.
Während das Gesamtsystem im Gefrierschrank bei etwa -18 °C noch funktionierte, erstaunlicherweise auch der Akkupack, kam es im Heißluftofen bei +85 °C zu Verformungen von Plastikteilen. Auch dies hat das System überstanden, lediglich der Bluetooth-Dongle für eine Funktastatur mit Touchpad[3] und ein MicroSD-USB-Speicherkartenleser gingen kaputt. Bei späterer versuchter Verwendung des Lesegerätes wurde dann auch noch eine nagelneue Speicherkarte zerstört, sodaß der Kartenleser ersetzt werden musste.
Detaillierte Ergebnisse
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Auszug aus ds.log mit zunächst zwei Sensoren im Gehäuse TO-92 auf dem Experimentierbrett:
Timestamp Lfd. Nr. Messwerte in tausendstel °C 2022-08-06 10:32:22.336453482 +02:00 000000001 26187 26312 2022-08-06 10:32:24.265582370 +02:00 000000002 26187 26312 2022-08-06 10:32:26.255012597 +02:00 000000003 26187 26312 2022-08-06 10:32:28.253297728 +02:00 000000004 26187 26312 2022-08-06 10:32:30.303196293 +02:00 000000005 26187 26312 2022-08-06 10:32:32.263582839 +02:00 000000006 26187 26312 2022-08-06 10:32:34.296023595 +02:00 000000007 26187 26375 2022-08-06 10:32:36.309120564 +02:00 000000008 26187 26375 2022-08-06 10:32:38.225329593 +02:00 000000009 26250 26375 2022-08-06 10:32:40.261970304 +02:00 000000010 26250 26375 2022-08-06 10:32:42.255897482 +02:00 000000011 26250 26375 2022-08-06 10:32:44.265070493 +02:00 000000012 26187 26375
| Unteres Limit in flüssigem Stickstoff[Anm 3] |
Timestamp Lfd. Nr. Messwerte in tausendstel °C
|
| Oberes Limit mittels Feuerzeug[Anm 3] |
Timestamp Lfd. Nr. Messwerte in tausendstel °C
|
| Ende der Sommerzeit |
Timestamp Lfd. Nr. Messwerte in tausendstel °C 2022-10-30 01:59:47.820887491 +02:00 000010487 22312 22375 21437 2022-10-30 01:59:50.737426979 +02:00 000010488 22312 22375 21375 2022-10-30 01:59:53.594860067 +02:00 000010489 22312 22375 21437 2022-10-30 01:59:56.546060208 +02:00 000010490 22312 22375 21437 2022-10-30 01:59:59.430765023 +02:00 000010491 22250 22375 21375 2022-10-30 02:00:02.304576949 +02:00 000010492 22312 22375 21437 2022-10-30 02:00:05.104817621 +02:00 000010493 22250 22375 21437 2022-10-30 02:00:08.078714537 +02:00 000010494 22312 22375 21437 2022-10-30 02:00:10.956400428 +02:00 000010495 22312 22375 21437 2022-10-30 02:00:13.835435307 +02:00 000010496 22312 22375 21375 … 2022-10-30 02:59:46.946991842 +02:00 000011735 22250 22312 21375 2022-10-30 02:59:49.987333522 +02:00 000011736 22250 22312 21375 2022-10-30 02:59:52.957361927 +02:00 000011737 22250 22312 21375 2022-10-30 02:59:55.827519363 +02:00 000011738 22187 22312 21375 2022-10-30 02:59:58.719035581 +02:00 000011739 22187 22312 21375 2022-10-30 02:00:01.585782056 +01:00 000011740 22250 22312 21375 2022-10-30 02:00:04.484051207 +01:00 000011741 22187 22312 21375 2022-10-30 02:00:07.436683801 +01:00 000011742 22250 22312 85000 2022-10-30 02:00:10.462365644 +01:00 000011743 22250 22312 21375 2022-10-30 02:00:13.395083446 +01:00 000011744 22250 22312 21375 |
Anmerkungen
Bearbeiten- ↑ Das verwendete Powerpack hat den Nachteil, dass bei Unterbrechung des Ladestroms ein Reset ausgelöst wird, der zum Reboot führt.
- ↑ a b Auf einer Zeile.
- ↑ a b Mit drittem Sensor in der Ausführung Edelstahlgehäuse am Kabel.
Nur dieser wurde den extremen Temperaturen ausgesetzt, nicht mehr das ganze System.
Literatur
Bearbeiten- Developer-Blog: Raspberry Pi – Temperatur-Sensor 18B20. Abgerufen am 2. November 2022.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ DS18B20 Application Notes. Abgerufen am 2. November 2022 (englisch).
- ↑ DS18B20 Datasheet. Abgerufen am 2. November 2022 (englisch).
- ↑ E2710 Funktastatur mit Touchpad. Rapoo, abgerufen am 22. November 2022.