IoT-pohjainen tilan seurantajärjestelmä
Mäkelä, Eevert (2025)
2025
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-202504025464
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202504025464
Tiivistelmä
Opinnäytetyön tavoitteena oli luoda IoT-laite, jolla saadaan Hämeen ammattikorkeakoulun Gaming Lab tilasta mitattua ja tallennettua hiilidioksidipitoisuus, lämpötila, kosteus sekä äänentaso. Laitetta hyödynnetään tilan kehittämisessä, äänentason seurannassa sekä tilan ylläpitämisessä. Tilaajana toimii Hämeen ammattikorkeakoulu. Tilaaja toivoi myös hypoteettista pohdintaa tilan hiilidioksidipitoisuuden ja äänentason terveysvaikutuksista. Opinnäytetyö valikoitui mielenkiinnon sekä työkokemuksen perusteella.
Opinnäytetyö toteutettiin toiminallisena opinnäytetyönä. IoT-laitteen rakentaminen alkoi sen osien valikoimisella. Osien valikoinnissa hyödynnettiin komponenttien hinta-laatusuhdetta, fysiikkaa sekä osien yhteensopivuutta mikro-ohjaimeen. Fysiikkaa hyödynnettiin anturien toimintaperiaatteiden ymmärtämiseen. Mikro-ohjaimen valinta oli itsestäänselvyys rakennettavan laitteen prototyyppi luonteen ansiosta sekä kyseiseen mikro-ohjaimeen kaikki opinnäytetyössä käytetyt anturit olivat liitettävissä. IoT-laitteen kommunikaatio on mahdollista toteuttaa sarjaportilla USB-johtoa hyödyntäen sekä langattomasti Wi-Fi:ä hyödyntäen.
IoT-laite on rakennettu Arduino UNO R4 Wi-Fi mikro-ohjaimelle, johon on liitetty lämpötila- ja kosteusanturi, hiilidioksidipitoisuusanturi ja äänentasoanturi. Lämpötila- ja kosteusanturi käyttävät anturin ja mikro-ohjaimen välisessä kommunikaatiossa digitaalista viestiä. Hiilidioksidi- ja äänentasoanturi käyttävät analogisia jänniteviestejä mikro-ohjaimen ja anturien väliseen kommunikaatioon. Lämpötila- ja kosteusanturi sekä hiilidioksidipitoisuusanturi ovat kytketty 5 voltin jännitteeseen. Äänentasoanturi on kytketty 3.3 voltin jännitteeseen. Hiilidioksidianturi täytyi kalibroida ennen sen käyttöön ottamista. Kalibrointi suoritettiin arviolta noin 400 ppm hiilidioksidipitoisuudessa. Lämpötila- ja kosteusanturia sekä äänentasoanturia ei täytynyt kalibroida. IoT-laitteen kommunikaatio tietokoneen kanssa toteutettiin sarjaportilla sekä langattomasti Wi-Fi:llä. Koodissa määriteltiin kommunikaatio viestien lähtevän 1 sekunnin välein millis()-funktiota hyödyntäen. Anturien mittausarvot visualisoitiin Arduino Cloud-palvelun avulla. Cloud-palvelu mahdollistaa myös viimeisen 24 tunnin arvojen tallentamisen .csv-tiedostoon. Anturien ja mikro-ohjaimen toiminta on testattu ennen toteutusvaihetta sekä toteutus vaiheen jälkeen. Toiminnan testauksessa ei esiintynyt mitään poikkeavaa eli iot-laitteen rakennus onnistui tilaajan vaatimusten mukaan.
Hiilidioksidipitoisuuden sekä äänentason aiheuttamat terveysvaikutukset ovat todennäköisesti enintään haitallisia eikä hengenvaarallisia. Äänentason haitallisin haitta vaikutus on kuulon menetys, joka on kyseisessä ympäristössä epätodennäköinen. Osien sekä mikro-ohjaimen hankinnassa huomioitiin ekologisuutta tilaamalla osat luotettavilta yrityksiltä, jotka huomioivat tuotteidensa alkuperän eettisessä sekä ekologisessa näkökulmassa.
Opinnäytetyö toteutettiin toiminallisena opinnäytetyönä. IoT-laitteen rakentaminen alkoi sen osien valikoimisella. Osien valikoinnissa hyödynnettiin komponenttien hinta-laatusuhdetta, fysiikkaa sekä osien yhteensopivuutta mikro-ohjaimeen. Fysiikkaa hyödynnettiin anturien toimintaperiaatteiden ymmärtämiseen. Mikro-ohjaimen valinta oli itsestäänselvyys rakennettavan laitteen prototyyppi luonteen ansiosta sekä kyseiseen mikro-ohjaimeen kaikki opinnäytetyössä käytetyt anturit olivat liitettävissä. IoT-laitteen kommunikaatio on mahdollista toteuttaa sarjaportilla USB-johtoa hyödyntäen sekä langattomasti Wi-Fi:ä hyödyntäen.
IoT-laite on rakennettu Arduino UNO R4 Wi-Fi mikro-ohjaimelle, johon on liitetty lämpötila- ja kosteusanturi, hiilidioksidipitoisuusanturi ja äänentasoanturi. Lämpötila- ja kosteusanturi käyttävät anturin ja mikro-ohjaimen välisessä kommunikaatiossa digitaalista viestiä. Hiilidioksidi- ja äänentasoanturi käyttävät analogisia jänniteviestejä mikro-ohjaimen ja anturien väliseen kommunikaatioon. Lämpötila- ja kosteusanturi sekä hiilidioksidipitoisuusanturi ovat kytketty 5 voltin jännitteeseen. Äänentasoanturi on kytketty 3.3 voltin jännitteeseen. Hiilidioksidianturi täytyi kalibroida ennen sen käyttöön ottamista. Kalibrointi suoritettiin arviolta noin 400 ppm hiilidioksidipitoisuudessa. Lämpötila- ja kosteusanturia sekä äänentasoanturia ei täytynyt kalibroida. IoT-laitteen kommunikaatio tietokoneen kanssa toteutettiin sarjaportilla sekä langattomasti Wi-Fi:llä. Koodissa määriteltiin kommunikaatio viestien lähtevän 1 sekunnin välein millis()-funktiota hyödyntäen. Anturien mittausarvot visualisoitiin Arduino Cloud-palvelun avulla. Cloud-palvelu mahdollistaa myös viimeisen 24 tunnin arvojen tallentamisen .csv-tiedostoon. Anturien ja mikro-ohjaimen toiminta on testattu ennen toteutusvaihetta sekä toteutus vaiheen jälkeen. Toiminnan testauksessa ei esiintynyt mitään poikkeavaa eli iot-laitteen rakennus onnistui tilaajan vaatimusten mukaan.
Hiilidioksidipitoisuuden sekä äänentason aiheuttamat terveysvaikutukset ovat todennäköisesti enintään haitallisia eikä hengenvaarallisia. Äänentason haitallisin haitta vaikutus on kuulon menetys, joka on kyseisessä ympäristössä epätodennäköinen. Osien sekä mikro-ohjaimen hankinnassa huomioitiin ekologisuutta tilaamalla osat luotettavilta yrityksiltä, jotka huomioivat tuotteidensa alkuperän eettisessä sekä ekologisessa näkökulmassa.