VZDĚLÁVÁNÍ, STUDENTSKÉ AKTIVITY květen/červen 2022 | A-Z ELEKTRO | 107 Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Olomouc Božetěchova 3 779 00 Olomouc Tel-: (+420) 585 208 121 E-mail: infozavinacspseol.cz www.spseol.cz IoT systém pro sběr a zpracování dat autor Jakub Zahálka, třída 4B Podnět k realizaci práce vznikl z potřeby sledovat spotřebu vody, přesněji aktuální průtok vodoměrem. Důvodem bylo to, že v areálu naší školy s tělocvičnou se nachází více než 80 umyvadel, 27 splachovacích WC, 22 pisoárů, 15 sprch a škola také provozuje výdejnu obědů. Na konci měsíce po obdržení faktury za odběr vody bylo velmi obtížné rozklíčovat, co bylo příčinou případné zvýšené spotřeby. Prvotní myšlenkou bylo provádět průběžný záznam dat z impulsního a datového snímače HRI a tento záznam zobrazovat jako graf na webu, případně vyhodnocovat alarmy. Technická místnost se nachází v dosahu WiFi, a proto byl vznesen požadavek na to, aby data mohla na server putovat bezdrátově. Jako prototyp byl vybrán modul ESP32, který zpracovává impulsy ze snímače a pomocí protokolu MQTT je přes internet posílá na server, kde jsou uložena do databáze a následně zobrazována pomocí systému Grafana. Grafana je nejen interaktivní tj. uživatel webu si může grafy přizpůsobovat, ale umí i zasílat alarmy. V našem případě jsou alarmy zasílány na instant messenger Telegram. Průtok je zaznamenáván po 10 sekundách. Tato konfigurace umožňuje sledovat aktuální průtok, prohlížet data zpětně s přiblížením libovolného úseku, odesílat alarmy o nestandardní spotřebě: zvýšená nebo trvalá spotřeba. Díky této funkčnosti nám systém pomohl zachytit a včas vyřešit menší havárie vody (protékající WC), kdy by normálně během víkendu uniklo několik kubíků vody. Z obrázku „Typický průtok za 24 hodin“ lze vyčíst některé zajímavosti. Modul pro čtení přístupových karet autor Jakub Kolář, třída 4A Obsahem této práce je vývoj čtecího zařízení přístupových karet a řešení obsluhy přístupu ke dveřím pro danou kartu. Zvolené téma vychází z požadavků společnosti MERIT GROUP a. s. na vytvoření nového prototypu namísto dříve používané dveřní jednotky. Výsledkem projektu je navržená deska plošných spojů, kterou lze po výrobě a naprogramování využít jako náhradu za dveřní jednotku v rámci přístupového řešení Merit Access. S tímto modulem pro čtení přístupových karet lze kompletně zajišťovat přístup osobám a zároveň evidovat přístup k jednotlivým dveřím v rámci síťové komunikace. Vývoj projektu probíhal v několika etapách. V první fázi bylo nutné zvolit vhodné komponenty tak, aby došlo ke splnění nových požadavků na zařízení. Řídící mikrokontrolér ATMega2650 byl nahrazen Raspberry Pi Compute Module 4, který se využívá zejména v embedded aplikacích. Nový mikrokontrolér podporuje potřebné síťové funkce a ve srovnání s ATMega2650 dosahuje mnohem většího výkonu. Většina dalších komponent, včetně relé a čtečky přístupových karet s formátem Wiegand, zůstala původní. Ve druhé fázi realizace probíhalo testování jednotlivých zapojení. Jelikož se na trhu objevil problém s dostupností čipů Raspberry, první zapojení se skládalo z mikrokontroléru ESP32 a sloužilo hlavně pro ověření funkce čtečky a spínání relé. Dále už autor pokračoval s Raspberry Pi 4B a následně i s Raspberry Pi Compute Module 4 a jeho vývojovou deskou. Zapojení s Raspberry sloužila pro odladění funkce v reálném provozu a zahrnovala i síťovou komunikaci. V poslední fázi bylo navrženo schéma nového modulu pro čtení přístupových karet pomocí softwaru KiCAD. Ve spolupráci s profesionálním designerem desek plošných spojů byla navržena finální 4vrstvá DPS s prokovenými dírami a průchody přes jednotlivé vrstvy. Při návrhu bylo třeba respektovat požadavek na zpětnou kompatibilitu čtecího modulu a dveřní jednotky. Hlavními přínosy projektu jsou zvětšení výpočetního výkonu oproti stávající dveřní jednotce a zlepšení síťové komunikace. Jeho realizací došlo ke zkvalitnění a rozšíření nabídky společnosti Merit pro koncové zákazníky. Červené číslo nahoře je celková spotřeba 4732 l, průtok vodoměrem během dne postupně narůstá s větším využíváním budovy až do času výdeje obědů a pak opět klesá. Večerní špičky jsou způsobeny pronájmy tělocvičny a úklidovými pracemi. Na základě dobrých zkušeností s provozem prototypu bylo rozhodnuto vytvořit vlastní univerzální obousměrný IoT systém pro použití na místech s pokrytím WiFi případně kabelovým připojením a zdrojem elektřiny. V konkrétním případě nebyly kladeny vysoké nároky na spotřebu, ale spíše na univerzálnost rozhraní. Základem zůstal ESP32S2. Výsledný produkt obsahuje celou řadu vstupů: 5 analogově/digitálních, 2 proudové smyčky 4–20 mA, rozhraní Mbus a RS485 a výstupů: 4 relé a 3 výstupy s MOSFET tranzistory. Dále je možné připojit rádiová zařízení využívající kmitočet 433 MHz. Také je přímo vyvedeno několik pinů samotného ESP32. Deska plošných spojů byla navržena v cloudovém programu EasyEDA a vyrobena v Číně. Osazení a oživení již proběhlo manuálně. Tvar krabičky je inspirován profesionálními výrobky a navržen pro umístění do racku. Krabička byla vytištěna na 3D tiskárně. Největší potenciál zařízení spočívá v tom, že jej lze využít jako přístupový bod pro připojování různých typů senzorů v areálech pokrytých WiFi signálem např. za účelem vytvoření tzv. inteligentní budovy. Modul pro čtení přístupových karet Graf typického průtoku za 24 hodin Pohled na sestavené zařízení 3D model krabičky Dveřní jednotka
RkJQdWJsaXNoZXIy Mjk3NzY=