KAMK-anturiverkko – sensoriverkko luokkatilojen monitorointiin
Hauhia, Juha (2020)
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020060316554
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020060316554
Tiivistelmä
Työn tavoitteena oli kehittää prototyyppi luokkatilojen käyttöasteen seurannan mahdollistavasta sensoriverkosta. Sensoriverkon prototyyppi kehitettiin työn toimeksiantajan Kajaanin Ammattikorkeakoulu Oy:n tiloihin. KAMK-anturiverkon suunnittelussa käytiin läpi sensoriverkon vaatimat osa-alueet keskittyen samalla projektin kustannuksiin. Tavoitteena oli käyttää mahdollisimman paljon avoimen lähdekoodin ratkaisuja.
IoT (Internet of Things) eli esineiden internet on nopeasti kehittyvä teknologian ala. 2000-luvulla suuria harppauksia ottanut langaton tiedonsiirto on mahdollistanut entistä pienempien laitteiden liittämisen verkkoon. Sen myötä esineiden internet on läsnä lähes joka paikassa. IoT-verkkoteknologioita on tänä päivänä tarjolla laaja joukko. Osa verkkoteknologioista sopii parhaiten vähävirtaisiin ja pienen dataliikenteen laitteisiin, kun taas toinen ääripää mahdollistaa suurien datamäärien siirtämisen. Verkkoteknologian valintaan vaikuttaa paljon myös käytettävän kehitysalustan valinta. Pienimmät kehitysalustat ovat jopa kolikkoa pienempiä, mutta laajempia ominaisuuksia hakiessa on yleensä valittava hieman suurempi vaihtoehto. Sensorit ja verkko eivät itsessään vielä muodosta kokonaisuutta. Yleensä sensoriverkon pohjalta löytyy palvelin, joka vastaa datan talteenotosta. IoT-ratkaisuihin sopii yleensä parhaiten aikasarjatyyppinen tietokanta.
KAMK-anturiverkko rakennettiin kahdessa vaiheessa. Ensimmäisenä vuorossa oli verkon infrastruktuurin suunnittelu, jossa käytettäväksi verkkoteknologiaksi valittiin Kajaanin ammattikorkeakoululta jo valmiiksi löytyvä WLAN-verkko. Datan talteenottoa varten asennettiin tietokantapalvelin DC-laboratorion konesalin VMware-virtualisointiympäristöön. Seuraavaksi suunniteltiin sensoriyksikön prototyyppi ESP32-kehitysalustan päälle. Sensoreiden ja kehitysalustan valinnassa huomioitiin kustannukset ja suosittiin avoimen lähdekoodin ratkaisuja. Lisäksi sensoriyksikölle tehtiin prototyyppikotelointi.
Tulevaisuudessa sensoriyksikön jatkokehitys tarjoaa oivan kohteen insinöörikoulutuksen projektiopintoihin. Piirilevyn ja koteloinnin suunnittelu mahdollistaa poikkialaisen projektitoiminnan tieto- ja konetekniikan opiskelijoille. Kun sensoriyksikkö saadaan loppukehitettyä toimivaksi tuotteeksi, voidaan sensoriverkkoa laajentaa koko kampuksen tiloihin opiskelijavoimin. Tulevaisuudessa KAMK-anturiverkkoa voi mahdollisesti myös hyödyntää taloautomaation ohjaamisessa.
Työn laajuudesta huolimatta kokonaisuus oli onnistunut. Työssä pääpainona ollut infrastruktuurin rakennus onnistui ongelmitta, minkä takia sensoriyksikön prototyypin kehitykselle jäi enemmän aikaa. Täten saatiin toimiva esimerkki luokkatilojen monitoroinnissa käytettävästä sensoriverkosta.
IoT (Internet of Things) eli esineiden internet on nopeasti kehittyvä teknologian ala. 2000-luvulla suuria harppauksia ottanut langaton tiedonsiirto on mahdollistanut entistä pienempien laitteiden liittämisen verkkoon. Sen myötä esineiden internet on läsnä lähes joka paikassa. IoT-verkkoteknologioita on tänä päivänä tarjolla laaja joukko. Osa verkkoteknologioista sopii parhaiten vähävirtaisiin ja pienen dataliikenteen laitteisiin, kun taas toinen ääripää mahdollistaa suurien datamäärien siirtämisen. Verkkoteknologian valintaan vaikuttaa paljon myös käytettävän kehitysalustan valinta. Pienimmät kehitysalustat ovat jopa kolikkoa pienempiä, mutta laajempia ominaisuuksia hakiessa on yleensä valittava hieman suurempi vaihtoehto. Sensorit ja verkko eivät itsessään vielä muodosta kokonaisuutta. Yleensä sensoriverkon pohjalta löytyy palvelin, joka vastaa datan talteenotosta. IoT-ratkaisuihin sopii yleensä parhaiten aikasarjatyyppinen tietokanta.
KAMK-anturiverkko rakennettiin kahdessa vaiheessa. Ensimmäisenä vuorossa oli verkon infrastruktuurin suunnittelu, jossa käytettäväksi verkkoteknologiaksi valittiin Kajaanin ammattikorkeakoululta jo valmiiksi löytyvä WLAN-verkko. Datan talteenottoa varten asennettiin tietokantapalvelin DC-laboratorion konesalin VMware-virtualisointiympäristöön. Seuraavaksi suunniteltiin sensoriyksikön prototyyppi ESP32-kehitysalustan päälle. Sensoreiden ja kehitysalustan valinnassa huomioitiin kustannukset ja suosittiin avoimen lähdekoodin ratkaisuja. Lisäksi sensoriyksikölle tehtiin prototyyppikotelointi.
Tulevaisuudessa sensoriyksikön jatkokehitys tarjoaa oivan kohteen insinöörikoulutuksen projektiopintoihin. Piirilevyn ja koteloinnin suunnittelu mahdollistaa poikkialaisen projektitoiminnan tieto- ja konetekniikan opiskelijoille. Kun sensoriyksikkö saadaan loppukehitettyä toimivaksi tuotteeksi, voidaan sensoriverkkoa laajentaa koko kampuksen tiloihin opiskelijavoimin. Tulevaisuudessa KAMK-anturiverkkoa voi mahdollisesti myös hyödyntää taloautomaation ohjaamisessa.
Työn laajuudesta huolimatta kokonaisuus oli onnistunut. Työssä pääpainona ollut infrastruktuurin rakennus onnistui ongelmitta, minkä takia sensoriyksikön prototyypin kehitykselle jäi enemmän aikaa. Täten saatiin toimiva esimerkki luokkatilojen monitoroinnissa käytettävästä sensoriverkosta.