Tilaverkko : Luokkahuoneiden käyttöasteen havaitseminen ja tiedon lähettäminen langattoman hyppyverkon avulla

Abstract

Opinnäytetyötä alettiin suunnitella Tampereen Ammattikorkeakoulussa havaitun tilanpuutteen takia. Varattuja tiloja ei ole käytetty tehokkaasti, ja tähän tuli keksiä ratkaisu. Tätä varten tarkoituksena oli rakentaa järjestelmä, joka havaitsee tilankäytön, eli onko tila käytössä vai vapaana, ja lähettää tämä tieto langattomasti. Mahdollisuuksien mukaan järjestelmän tuli myös arvioida, kuinka monta henkilöä tilassa milläkin hetkellä on. Tilankäytön havaitsemisesta hankaloittaa oppilaitoksen säädökset, joiden mukaan tiloihin ei saa asentaa kameroita. Näin ollen on myös tutkittava, millä antureilla saadaan tilankäyttö havaittua luotettavasti. Järjestelmästä oli myös rakennettava huokea ja yksikköhinnasta saatava pieni johtuen mahdollisuudesta, että laitteita tulisi sijoittaa satoja kappaleita kattamaan koko oppilaitos. Tämä estää valmiiden verkkojen, kuten WLAN:in käytön, joten sovellukseen suunniteltiin täysin yksilöllinen hyppyverkko. Tämän, tilaverkoksi kutsutun, sovelluksen testaamiseen käytettiin nk. demo-ympäristöä. Demo-ympäristön aikana listoihin merkattiin tilaa käyttävien ihmisten lukumäärä, ja tätä tietoa verrattiin järjestelmän mittaamiin arvoihin.

Työssä suunniteltu ja toteutettu järjestelmä onnistuu sen pääasiallisesta tehtävästä erinomaisesti. Kolmen eri työssä tutkitun anturin yhteistiedolla saadaan luotettava tieto tilan aidosta käyttöasteesta. Valituilla antureilla ei kuitenkaan pystytä arvioimaan tarkasti tilassa olevien ihmisten lukumäärää. Työn onnistunein osa on suunniteltu hyppyverkko, joka osaa korjata itsensä häirintätilanteissa palautuen normaaliin toimintaan. Hyppyverkossa on myös paljon laajennusvaraa sekä monipuolisuutta toimiakseen useassa erityyppisessä sovelluksessa.

Työn aikana suunniteltu järjestelmä toimii luotettavasti, mutta kaupalliseen tarkoitukseen järjestelmä ei ilman jatkokehitystä sovellu. Tätä jatkokehitystä on suoritettu opinnäytetyön ulkopuolella.

Kaikki projektin aikana kirjoitettu ohjelmakoodi, piirikaaviot ja suunnitellut piirilevyt ovat joitain opinnäytetyössä näkyviä poikkeuksia lukuun ottamatta määritelty luottamukselliseksi. Toteutuksesta esitellään sen toimintaperiaate ja siitä tehdyt mittaukset.

This thesis was commissioned after a discovery was made in Tampere University of Applied Sciences; reserved classrooms were not efficiently used and a solution of determining whether these spaces were in use or not, had to be found. Therefore a system that can detect whether the space is in use or not and a way to send this information wirelessly were to be implemented. If possible, a secondary objective was to determine how many people would occupy the space at any given time. A troublesome decree prevents the use of cameras in these spaces, so one part of the thesis is to determine which sensors are most suitable for the required task. The costs of implementing this system should be kept at a minimum, due to the possibility that hundreds of devices could be needed to cover the entire institute. This prevents the use of available wireless networks, such as Wi-Fi, so a completely unique and custom wireless network was developed for this system. This system, called Space Network, was tested using a test environment set up in the 3rd floor of wing A in TAMK. People were required to record their usage of these spaces in lists, and this information was then compared with the measurements sent by the system.

The designed and implemented system succeeds in its primary task of determining the utilization of spaces outstandingly. Using three different sensors in tandem, a reliable state of the space could be determined. However these sensors cannot determine reliably how many people are situated in these spaces at given times. The most successful part of this thesis however is the wireless network. It is truly self-healing, meaning it can repair itself in case other wireless signals disturb its operation. It is also very scalable and versatile to use in other systems and applications.

Even though the system already works well, it is not yet ready for commercial use. Future improvements in the system should be made to further improve the wireless network with the implementation of channel-hopping to broaden the used spectrum from one fixed frequency. This and other improvements, especially in the field of energy-efficiency should be made before the possible commercializing of the system.

All written code, circuit diagrams and designed circuit boards, other than those presented in this thesis, are defined as confidential. Only the working principle and measurements made of the final system are presented in this thesis.