IoT Project: silo monitoring
Team 1
Inhoudstabel
1 Inleiding ... 3
1.1 Teamvoorstelling ... 4
2 Plan van aanpak... 5
3 Proof of concept ... 8
3.1 Silo monitoring (dashboard) ... 8
3.2 HTML-code website ... 9
3.3 Data sturing naar database ... 12
3.4 Visualisatie... 12
3.5 Alerts (mail) ... 12
3.6 Code ... 13
4 Aanpassingen realisatie ... 16
4.1 Netwerk-module (LoRa) ... 16
4.2 GPS-module ... 16
4.3 Sensor ... 18
5 Bronvermelding ... 21
1 Inleiding
Silo’s moeten na verloop van tijd bijgevuld worden, maar dit wordt telkens pas gedaan als de silo zo goed als leeg is. Dus nu hebben we van 3it de opdracht gekregen om een silo te monitoren. De bedoeling is dus om de hoeveelheid van de silo op elk tijdstip te kunnen weergeven op een gebruiksvriendelijke website. Als we deze opstelling kunnen verkrijgen is het de bedoeling om dan meerdere silo’s te kunnen monitoren via 1 website. Wij 5 studenten van 2IOT zijn aan de slag gegaan om een zo realistisch mogelijke demo te maken.
1.1 Teamvoorstelling
Christian Liaci r0755933 Felix Hoebrechts r0744149
Florian Neise r0739248 Gianni Rutten r0758163
Jannes Mannaert r0743694
2 Plan van aanpak
Checklist inhoud en vorm PvA
---
Aanleiding en achtergrond
We moeten voor in de bouw wereld een oplossing bedenken om te monitoren wanneer een beton silo vol zit of leeg is. Deze data moeten we kunnen doorsturen via een LoRa netwerk en kunnen visualiseren op een dashbord. Deze moet je kunnen raadplegen vanop elk punt op de wereld.
Verwacht resultaat (shared vision)
Er wordt van ons verwacht dat we een werkende simulatie kunnen voorleggen en voldoende argumenteren om het ook effectief in een beton silo te gebruiken.
Business case en doelgroepen
We maken dit omdat je hier heel veel tijd mee kan winnen in de bouw en dus ook geld.
Als ze op voorhand voor een werkdag weten dat hun silo leeg is kunnen ze een nieuwe vrachtwagen sturen met ingrediënten voor cement. Anders moeten ze op hun
werkplek aankomen en dan pas ontdekken dat de silo leeg is. Met onze applicatie zal je een waarschuwing krijgen als de silo bijna leeg is en zal je dus normaal gezien nooit zonder cement zitten.
Dit is een toepassing die gebruikt kan worden bij het bouwen van huizen, appartementen of grote gebouwen.
Planning
To Do Doing done
24/10/2019 Maken Plan van aanpak Maken plan van aanpak LoRa onderzoeken nadenken over concept
concept maken waarden opslaan in
database gebruiksvriedenlijk
interface genereren van alerts maken projectbundel
maken presentatie peer evaluatie
7/11/2019 LoRa onderzoeken Lora onderzoeken (3) Plan van aanpak concept maken concept maken (2)
waarden opslaan in database
waarden opslaan in database gebruiksvriedenlijk
interface genereren van alerts maken projectbundel maken presentatie
peer evaluatie 14/11/2019 gebruiksvriedenlijk
interface
gebruiksvriedenlijk
interface Plan van aanpak genereren van alerts genereren van alerts Lora onderzoeken (3)
maken projectbundel concept maken (2)
maken presentatie waarden opslaan in
database peer evaluatie
28/11/2019 maken projectbundel maken projectbundel Plan van aanpak maken presentatie maken presentatie Lora onderzoeken (3)
peer evaluatie peer evaluatie concept maken (2) waarden opslaan in
database gebruiksvriedenlijk
interface genereren van alerts 5/12/2019 voorbereiden
presentatie presenteren van demo Plan van aanpak Lora onderzoeken (3)
concept maken (2) waarden opslaan in
database gebruiksvriedenlijk
interface genereren van alerts maken projectbundel
maken presentatie peer evaluatie
Projectafbakening en risicoanalyse
We gaan het project niet realiseren in een echte cement silo maar in een test-project.
We gebruiken een fles i.p.v. een echte cement silo en we gebruiken zand i.p.v. cement.
Informatie en rapportering
We krijgen 24/10/2019 een project om een smart cement silo te maken. Hierbij kunnen we vanop afstand zien hoe veel er nog in de cement silo zit en waar dat de cement silo momenteel staat. 8/11/2019 moet het plan van aanpak moeten worden geüpload. 5/12/2019 moet de presentatie, de projectbundel en de demo voorgelegd worden aan de opdrachtgever, de leerkracht in ons geval.
Projectteam
De rollen LoRa en Concept is voor de rol verdeling op de tweede project dag. Hierbij werken Jannes, Felix, Christian uit hoe Lora werkt. Gianni en Florian beginnen al aan het concept. Later werken we in groep het concept verder uit en maken we de documentatie samen op.
3 Proof of concept
3.1 Silo monitoring (dashboard)
Zoals je kan zien hebben we met behulp van onze kennis HTML, CSS, Jquery, PubNub,…
een gebruikersvriendelijke site gebouwd waar men kan zien hoe vol de silo is. Naast het zien van hoe vol de silo is hebben we ook een manuele knop gemaakt waar je cement kan toevoegen (in ons geval water). In de navigatiebalk kan je zien dat je naar de sites van de andere teams kan gaan. Hierin zie je juist dezelfde site met gegevens als de eerste pagina. Maar hoe hebben we er nu voor gezorgd dat we de data van de andere teams binnen krijgen? Dit hebben we opgelost door een gezamenlijke pubnup subscribe en publish key te gebruiken.
3.2 HTML-code website
3.3 Data sturing naar database
De data die we doorsturen naar de database zijn de tijd, de afstand en het IP-adres. Waarom slaan we deze waarden nu op? Het is altijd handig om te zien wanneer welke meting is uitgevoerd is en met het IP-adres kunnen we de locatie bepalen. De afstand vertelt ons wanneer de silo moet bijgevuld worden of wanneer niet.
3.4 Visualisatie
In ons project hebben we er voor gezorgd dat alles mooi gevisualiseerd is. Zo kan je altijd waarnemen
hoeveel procent cement er nog in de silo zit, ook kan je altijd de huidige coördinaten waarnemen en het IP-adres Onderaan de pagina hebben we ook een schijfdiagram voorzien waar je op een mooie gestructureerde manier de hoeveelheid cement nogmaals kan waarnemen.
Op onze pagina kan je ook manueel cement aanvullen, hiervoor hebben we een knop voorzien. In het midden van de pagina kan je een grote kaart vinden, dit is nog niet zo accuraat want de locatie van de silo bevindt zich in een straal van 5 kilometer van wat de kaart weergeeft. Dit komt omdat we geen gps module gebruikt hebben, we hebben ervoor gekozen om dit niet te doen omdat dit maar een proof of concept is. Als we dit project werkelijkheid willen maken zal er meer budget zijn en zal er dan ook zeker en vast een gps module in zitten.
In onze navigatiebalk kan je kiezen welke silo je wilt waarnemen, we hebben van elke groep data gekregen en deze geven we hier dan ook weer in de stijl van ons
dashboard. Je kan bij de andere teams geen cement toevoegen maar daar hebben we gezorgd voor een leuk visueel feature. Zo zie je bij de andere groepen daar een
afbeelding van een silo en als je er met je muis over beweegt geven we de groepsnaam en de leden van die groep weer.
3.5 Alerts (mail)
Alerts zijn nodig om mensen te waarschuwen als er iets specifiek gebeurt. In ons geval moet er een alert verstuurd worden als de silo bijna leeg is. Dus hebben we ervoor gezorgd dat als de silo onder de 25% zit er een alert gestuurd wordt via mail om aan te geven dat de silo bijgevuld moet worden.
3.6 Code
4 Aanpassingen realisatie
4.1 Netwerk-module (LoRa)
Tijdens het ontwerpen van ons project hebben we geen rekening gehouden met de internetverbinding. Omdat we via een netwerkkabel het wifi-netwerk delen waarmee de laptop verbonden is. Nu wat is het probleem van wifi of ethernetkabels? Wifi en ethernetkabels zijn gemaakt voor internetverbindingen binnen een bepaalde range bijvoorbeeld een huis. Om ons project dan in de praktijk te laten werken hebben we hier een oplossing voor nodig. Hiervoor is het LoRa-netwerk perfect geschikt. Maar wat is LoRa? Als je LoRa opsplitst krijg je Long-Range, dit betekent dus dat het LoRa-
netwerk lange afstanden kan overbruggen maar dit dan ten koste van de bandbreedte.
Dus je kan vanop lange afstand connectie maken maar met lage connectiviteit. Dit wil zeggen dat je maar kleine pakketjes kan doorsturen over deze verbinding. Omdat we enkel de afstand van de bovenkant van de silo tot het mengsel moeten weten vormt dit geen probleem.
4.2 GPS-module
Tijdens het uitwerken van ons project hadden we ook geen GPS-module beschikbaar.
Daarom hebben we hiervoor een andere oplossing bedacht. De Raspberry Pi maakt verbinding met het internet via een ethernetkabel die verbonden is met een laptop. De laptop gaat zijn wifi delen via zijn ethernetkabel. Zo heeft de Pi internet en natuurlijk een IP-adres, aan de hand van dit IP-adres kunnen we de locatie gaan bepalen.
Als we wel een gps module hadden dan was het een module van de website seeedstudio.com (https://www.seeedstudio.com/Raspberry-PI-GPS-Module-p- 2731.html)
Deze is uitbreidbaar met een antenne en je kan hem via UART of via USB aansluiten, het is een heel stabiele en snelle gps en hij kost 35 euro het stuk.
Hij heeft 66 search channels en 22 gelijktijdige tracking channels.
Een led lichtje laat weten ofdat er coördinaten ontvangen zijn. Hij is ook heel gemakkelijk om te gebruiken.
Meer informatie zoals hoe men hem moet aansluiten is heel gemakkelijk terug te vinden op de site, hij is dus veel ondersteund.
4.3 Sensor
In ons project maken wij gebruik van een ultrasoon sensor. Maar hoe werkt zo een ultrasoon sensor? Een ultrasoon sensor meet de afstand tot het mengsel door gebruik te maken van de geluidsgolven die op een zodanig hoge frequentie worden
uitgezonden dat de mens deze niet kan waarnemen. Zoals je al wel doorhebt gaat de ultrasoon sensor de geluidsgolven zenden en ontvangen dit door middel van de transmitter en receiver die in de sensor zijn ingebouwd.
In het echt wordt er dan gebruik gemaakt van een radar sensor van het merk Baumer met een M30 housing, dit is de kleinste en compactste radar sensor op de markt, deze gebruikt de FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) methode. Hij is in staat om door plastiek te zien waardoor men hem in een veilige omgeving kan onder brengen (in een plastieke doos ter bescherming).
Maar wat is nu precies “FMCW”?
FMCW is de manier waarop de afstand wordt gemeten. Er wordt een frequentie uitgestuurd die in functie met de tijd stijgt. Het verschil tussen de minimale en
maximale frequentie noemt men de bandbreedte (Bsweep) (te zien in de grafiek hieronder)
De frequentie verandering wordt periodiek herhaald. Een mogelijke herhaling is in een zaagtandmodulatie(zoals te zien in het beeld hieronder) ook is het mogelijk om een driehoeksmodulatie te verkrijgen. De tijd tussen minimale en maximale frequentie wordt Sweep-Tijd genoemd (Ts). Tijdens de Sweep-tijd wordt de frequentie continue verhoogt, (bv. Van 122 naar 123GHz)
Als het uitgestuurde signaal een object raakt zal een deel van het signaal gereflecteerd worden, dit kan waargenomen worden als echo in de radar sensor.
Door de frequentie sweep heeft het echo signaal een lagere frequentie dan het uitgestuurde signaal. Het verschil tussen de uitgestuurde en ontvangen frequentie (frequency beat fb)is bij de radar sensor als een te meten signaal gedetecteerd.
De afstand tussen radar sensor en object wordt besloten door het gedetecteerde frequency sweep (fb), de sweep time (Ts) en de bandbreedte (IBsweep)
Shortcuts:
td = Runtime shift Ts = Sweep time R = Range
c = Speed of light fb = Frequency beat Bsweep = Bandwidth
5 Bronvermelding
Ultimate GPS Breakout - Version 3. (z.d.-b). Geraadpleegd van https://www.antratek.be/ultimate-gps-breakout
Functionality of radar sensors. (z.d.). Geraadpleegd van
https://www.baumer.com/gb/en/service-support/know-how/function-
principle/functionality-and-technology-of-radar-sensors/a/know-how_function_radar- sensors
LoRa/GPS HAT for Raspberry Pi - 868MHz. (z.d.). Geraadpleegd van https://www.antratek.be/raspberry-pi-lora-gps-hat-868mhz
Detectieprincipes van ultrasoon sensoren. (z.d.). Geraadpleegd van
https://www.sensorpartners.com/knowledgebase/detectieprincipes-van-ultrasoon-sensoren/
Raspberry PI GPS Module. (z.d.). Geraadpleegd van https://www.seeedstudio.com/Raspberry- PI-GPS-Module-p-2731.html
