Raumklima verbessern mit Mini-Echtzeitsystem – Teil 1

Das Raumklima in meinem Zuhause mit Sensoren überwachen und bei einer Verschlechterung eine automatische Benachrichtigung erhalten: Das waren die Ziele eines kleinen privaten Projekts, das ich in den letzten Wochen realisiert habe. Wie ich das gemacht habe, werde ich in zwei Blogposts berichten.

Anfangs dieses Jahres haben wir eine Blogserie zu Echtzeitsystemen veröffentlicht. Wenn Sie diese verfolgt haben wissen Sie, dass solche Systeme umfangreich und komplex sein können. Das muss aber nicht so sein: Für einfache Aufgabenstellungen lässt sich ein Echtzeitsystem auch unkompliziert und mit wenigen Komponenten aufbauen.

Warum das Raumklima überwachen?

Ich wohne in einem älteren Gebäude, dessen Aussenwände (noch) nicht zeitgemäss isoliert sind. In gegen aussen gerichteten Raumecken sind die Wände deshalb deutlich kälter als die Raumtemperatur. Wenn dazu die Luftfeuchtigkeit im Raum hoch ist, begünstigt das lokal die Schimmelbildung. Da die nachhaltige Lösung des Problems – also die Verbesserung der Isolation – nicht in meiner Hand liegt, bleibt als Lösung vor allem das regelmässige und gründliche Lüften. Leider geht das gerne mal vergessen. Und wie wir noch sehen werden, ist es ausserdem gar nicht so einfach, den richtigen Zeitpunkt fürs Lüften zu erwischen.

In der Folge habe ich meine Idee entwickelt: Feuchtigkeit und Temperatur mit Sensoren zu messen und eine Benachrichtigung zu erhalten, sobald diese Parameter kritische Grenzwerte überschreiten.

Sensoren und Netzwerkkommunikation

Für die Messungen habe ich zwei WisNode Sense Home von RAKwireless gekauft. Diese haben den Sensor BOSCH BME680 Integrated Environmental Unit eingebaut. Der Sensor misst die Lufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit sowie den Luftdruck und kann verschiedene Gase (zum Beispiel flüchtige organische Verbindungen bzw. volatile organic compounds VOC) detektieren. Die Übertragung der Daten erfolgt über LoRaWAN, das wir hier auf digital.ebp.ch vor einigen Jahren auch schon mal thematisiert und auch in der Blogserie zu Echtzeitsystemen berührt haben.

Zur Auswahl der Sensorknoten (Nodes) habe ich keine ausführliche Evaluation gemacht – das System soll ja schnell konzipiert und aufgebaut sein. Deshalb wollte ich direkt einsatzbereite Nodes, damit ich nicht noch zum Lötkolben greifen muss. Die Verwendung von LoRaWAN hat den Vorteil, dass der Stromverbrauch sehr gering ist: Die in den Nodes eingesetzte Batterie soll bei einer Datenübermittlungsfrequenz von 15 Minuten ungefähr zwei Jahre halten. Ausserdem habe ich mit den LoRaWAN-Nodes dann keine IoT-Geräte in meinem heimischen Wifi-Netzwerk, deren fehlenden Patches mir Ärger machen könnten. Voraussetzung für den Einsatz von LoRaWAN ist natürlich, dass man in einem Gebiet wohnt, in dem entsprechende Gateways vorhanden sind – was bei mir der Fall ist.

Pro- oder eher Anfänger-Tipp: Falls man die Nodes direkt beim Hersteller bestellt, sollte man genau darauf achten, dass man das richtige Frequenzband (EU868 für die Schweiz) auswählt. Netterweise wurde ich vor dem Versand noch gefragt, ob ich wirklich Geräte für das indische Frequenzband bestellen möchte…

Inbetriebnahme

Zur Inbetriebnahme eines Nodes muss man das Gehäuse öffnen und die Batterie anschliessen. Über ein Micro-USB-Kabel kann man dann den Node an einen Computer anschliessen und mit dem Serial Port Tool konfigurieren. Der Prozess ist im Quick Start Guide gut beschrieben, wurde für mich aber der mühsamste Teil des ganzen Projekts. Damit der Node erkannt werden konnte, musste ich zuerst einen Treiber (Silicon Labs CP210x USB) installieren. Leider brachte das noch nicht den Durchbruch, sondern nur kryptische Fehlermeldungen. Erst als ich mit zunehmender Verzweiflung ein anderes Kabel ausprobierte, klappte die Verbindung plötzlich. Was das Problem war, verstehe ich immer noch nicht, für andere Zwecke funktioniert das erste Kabel prima.

Als Server verwende ich «The Things Network» (TTN). Das ist die öffentliche Cloud-Version des «The Things Stack» (Community Edition). Die Verbindung damit ist hier gut beschrieben. Die Eingabemasken von TTN sehen mittlerweile wieder etwas anders aus als in der Anleitung, alle Angaben sind aber gut auffindbar. Sobald die Nodes erfolgreich mit dem TTN verbunden sind, sollten die übermittelten Messwerte unter «Live Data» in der eigenen TTN-Applikation in der Online-«Konsole» erscheinen.

Damit ist der erste Schritt geschafft. In TTN können wir aber mit den Messdaten noch nicht viel anfangen. Wie es damit weitergeht, zeige ich im zweiten Teil.