VIGOTs Sensorsystem
I VIGOT-projektet gennemføres en række tests af vægge i en klimasimulator. Her måler vi løbende temperatur og relativ luftfugtighed i vores ydervægskonstruktioner og i forsøgsopstillingen generelt. Det gør vi for at dokumentere ændringerne i og omkring væggene som funktion af tid under testen. Vi ønsker derved at få en bedre forståelse af bygningsfysiske egenskaber ved biobaserede materialer anvendt til forskellige bygningsdele som tæthedsplan, isolering og vindspærre. Vores sensorsystem giver os mulighed for at overvåge forholdene i realtid - både inde i væggene, på overflader og i klimakamrene, både på den kolde side som på den varme side.
Systemarkitektur
Vores målesystem består af flere lag, der arbejder sammen for at indsamle, lagre og visualisere data fra vores sensorer. Et af lagene er et Zigbee netværk, der betår af sensorer, repertere og en Ziggbee modtager. Modtageren en en USB dongler der sidder i en Raspberry Pi. Zigbee netværk er mesh netværk, vor enheder kan fordele trafikken imellem sig, men der er grænser for hvor mange forbindelser en enklet enhde kan have, så vi bruger repetere for at fordele belastningen.
Flowchart med komponenterne bag Vigot fugt-/temperaturmålingerne
Hardwarekomponenter
1. Sensorer
Vi bruger trådløse Zigbee-sensorer til at måle temperatur og relativ luftfugtighed. Sensorerne er placeret strategisk:
- I vægkonstruktionen: Sensorer monteret inde i vægopbygningen for at måle forholdene mellem de enkelte materialelag
- På vægoverflader: Sensorer på både den varme - og kolde side af væggen
- I hotbox: Sensorer på både den varme side (hotside) og den kolde side (coldside) af klimasimulatoren
- I rummet: Referencesensorer til styring af klimasimulatoren.
Sensorer påsat facader på væggene i klimasimulatoren
2. Raspberry Pi
Hjertet i vores system er en Raspberry Pi, som fungerer som central hub for dataindsamling og styring.
Foto by Michael H. („Laserlicht“) / Wikimedia Commons
3. Zigbee Dongle
For at kommunikere med vores trådløse Zigbee-sensorer bruger vi en Zigbee USB-dongle, der er tilsluttet Raspberry Pi'en.
4. Zigbee Repeatere
For at sikre stabil forbindelse til alle sensorer, også dem der sidder dybt inde i vægkonstruktionerne eller langt fra Raspberry Pi'en, bruger vi IKEA Zigbee repeatere.
IKEA repeatere
5. Router
En standard netværksrouter forbinder Raspberry Pi'en til internettet og giver adgang til fjern-databasen.
Software og Data
Home Assistant OS
Home assistant er et system der egentlig er udviklet til styring af smart devices i hjemmet, men det egner sig også fortrinligt til dataopsamling og live monitorering af data, bl.a. fordi man kan opsætte alarmer der kan varsko hvis systemet ikke opfører sig som vi gerne vil have det. Vi er således flere gange i projektforløbet blevet underrettet og kunne fange driftsmæssige problemer.
Du kan læse meget mere om Home Assistant her
Home Assistant OS kører på Raspberry Pi'en og er systemets centrale styringssoftware.
- Sensorhåndtering: Automatisk registrering og vedligeholdelse af Zigbee-sensorer
- Dataindsamling: Kontinuerlig logning af alle målinger med tidsstempler
- Automatisering: Mulighed for alarmer og automatiske handlinger baseret på målinger
- Integration: Sender data videre til MySQL-databasen.
MySQL Fjern-database
Alle sensordata gemmes i en MySQL-database, der hostes eksternt. Dette sikrer:
- Langtidslagring af alle historiske data
- Backup og datasikkerhed
- Adgang til data fra flere systemer og brugere
- Skalerbarhed når vi tilføjer flere sensorer.
Blazor Webapplikation (Data-siden)
Vores datavisualiseringsside er bygget som en Blazor-applikation, der henter data direkte fra MySQL-databasen.
Blazor Web app med live plots fra forsøget
- Live plots af temperatur og relativ luftfugtighed over tid
- Interaktive grafer hvor man kan zoome og filtrere
- Sammenligning af forskellige sensorer og perioder
- Export af data til videre analyse.
Dataflow
Hvis vi kikker på hele systemet, kan vi sige data flyder gennem systemet således:
- Måling: Zigbee-sensorer måler temperatur og relativ luftfugtighed
- Transmission: Data sendes trådløst via Zigbee-netværket (gennem repeatere hvis nødvendigt)
- Modtagelse: SonOff Zigbee-donglen modtager data og sender det til Raspberry Pi
- Behandling: Home Assistant OS behandler og tidsstempler data
- Lagring: Data sendes via netværket til MySQL-databasen
- Visualisering: Blazor-applikationen henter data fra databasen og præsenterer dem som live grafer.
Fordele ved setuppet
- Trådløst: Ingen kabler der skal føres gennem tætte vægge - sensorer kommunikerer trådløst
- Skalerbart: Nemt at tilføje flere sensorer til nye forsøg
- Pålideligt: Repeatere sikrer stabil forbindelse selv gennem tætte materialer
- Realtidsdata: Kontinuerlig datastrøm giver øjeblikkelig indsigt i bygningsfysiske processer
- Langtidsovervågning: Database gemmer al historik til analyse af langsigtede trends
- Tilgængeligt: Data kan tilgås fra enhver enhed via webappen
- Lavt energiforbrug: Både sensorer og Raspberry Pi er meget energieffektive
- Open source: Baseret på åbne standarder og software (Home Assistant, MySQL)
Tekniske Specifikationer
Målefrekvens
Sensorerne rapporterer data med relativt korte mellemrum for at give et detaljeret billede af klimaet uden at overbelaste systemet, de lagrede data gemmes med deres timegennemsnit.
Datanøjagtighed
Zigbee-sensorerne leverer ret præcise målinger, der er essentielle for bygningsfysiske analyser af fugt- og varmetransport i konstruktioner. Vi kalibrer dem ved at holde deres målte værdier op imod mere præcise sensorer, og i vores efterfølgende databehandling, justeres deres målinger efter de individuelle sensorers kalibreringsprofil.
Systemtilgængelighed
Systemet kører 24/7 med automatisk genstart ved strømafbrydelser. Home Assistant overvåger sensor-sundhed og advarer ved problemer.
Vedligeholdelse og Support
Systemet er designet til at være vedligeholdelsesfrit i hverdagen:
- Sensorbatterier holder typisk 1-2 år
- Home Assistant opdateres jævnligt med nye funktioner
- Database backup køres automatisk
- Raspberry Pi kører stabilt uden behov for intervention.