česky english Vítejte, dnes je pátek 25. květen 2018

Se sledováním okolí pomůže otevřený hardware i cloud

DPS 3/2018 | Vývoj - články
Autor: Mark Patrick, Mouser Electronics
01.jpg

Za účelem pečlivého sledování okolního prostředí ve smyslu jeho teploty nebo např. tlaku nabízí otevřený „open source“ hardware vše, co jen můžeme potřebovat, včetně cenově dostupných desek s procesory či modulů senzorů připravených k okamžitému použití. Díky propojeným službám internetu věcí IoT se tak můžeme pustit prakticky do libovolné aplikace – od malých meteostanic až po průmyslové monitorovací systémy.

Nejnovější otevřené procesorové desky těžící z praktického bezdrátového rozhraní a také přístupu k internetu představují ideální výchozí bod pro sledování okolních podmínek, které mohou zásadním způsobem ovlivnit úspěch konkrétní činnosti – od zahradničení v domácím prostředí až po řízení průmyslových procesů nebo např. chytré zemědělství. Možnosti dostupné kupříkladu pro měření rychlosti větru, teploty okolí, barometrického tlaku nebo množství dešťových srážek popisuje spousta projektů řešených právě na způsob open source.

Pro výrobce mohou být informace z malé samostatné meteostanice, které by pomohly lépe pečovat o daný provoz, určitě zajímavé. S příchodem snadno dostupných cloudových služeb podporujících oblíbené otevřené ekosystémy však mohou projekty založené na deskách typu Raspberry Pi, Arduino, BeagleBoard nebo Udoo zajistit rozšiřitelnost vyžadovanou celou řadou komerčních a také průmyslových aplikací.

Monitorování na základní úrovni

Ve snaze pomoci žákům pochopit výhody, které může elektronika a výpočetní technika skutečnému světu nabídnout, přichází organizace Raspberry Pi s kitem – meteostanicí coby zajímavým projektem právě pro školy. Kit je založen na HAT pro základní desku Raspberry Pi a obsahuje čidla vlhkosti, tlaku a kvality vzduchu, stejně jako rozhraní pro vnější senzory typu půdní sondy či měřiče síly větru – viz obr. 1.

vyvoj1
Obr. 1 Meteostanice provázaná s Raspberry Pi

Zmiňovaný příklad poběží na desce Raspberry Pi, např. Raspberry Pi 3 model B, ale neexistuje žádný důvod, proč bychom tak nemohli stejně dobře učinit s využitím některé z řady možností Arduino nebo hardwaru BeagleBoard. Projekt rovněž pamatuje na pokyny k připojení meteostanice do bezdrátové sítě, ať již s přispěním integrované podpory Wi‑Fi na deskách, jako je Raspberry Pi 3 model B nebo přidáním Wi‑Fi dongle, takže bude možné ukládat a také analyzovat data na počítači.

Všichni, kdo by rádi těžili z takového pohodlného řešení, však musí počítat s jednou zásadní nevýhodou. Řešení totiž není určeno pro volný trh, ale míří do světa tvůrců, který neklade žádné překážky nikomu, kdo si chce postavit něco vlastního. Projekt publikovaný na stránkách instructables.com ukazuje, jak na to. Detailně popisuje hardware a také kód potřebný k realizaci kompletní meteostanice schopné sledovat parametry typu rychlosti větru, včetně jeho směru, úhrnu srážek, vlhkosti, teploty a také tlaku. Díky projektu dostáváme na webové stránce veškerá získaná data, a máme tak přístup i k údajům z minulosti. Za doplňující informace týkající se historických maxim a minim, stejně jako fází měsíce z Weather Underground, globální sítě meteostanic a jiných sledovacích zařízení, jako jsou např. monitory kvality vzduchu či radary sloužící k mapování okolního prostředí a jeho trendů, zase vděčíme API.

Projekt popisuje, jak již od základu řešit senzory okolního prostředí a vše integrovat s procesorovou deskou, například Raspberry Pi. Pokrývá otázku hardwarového návrhu, např. použití jazýčkových kontaktů pro zjišťování směru větru nebo zajištění rovnováhy při měření dešťových srážek, a také výrobu měřiče síly větru s Hallovými prvky sledujícími rychlost otáčení. Modul GPS připojený na Raspberry Pi přes jeden z portů USB přidává informace o zeměpisné šířce a také délce nebo přesném čase konkrétního dne. K domácí síti Wi‑Fi se pak uživatel s deskou připojí přes adaptér WLAN. Z pohledu softwaru projekt řeší záznam dat z čidel (psáno v Pythonu). A nejen to, získané informace zobrazíme s webovou aplikací napsanou v PHP. Ve spojitosti s vývojem webu bude zajímavý rovněž RRDtool (Round Robin Database) pomáhající s grafickým zobrazením dat.

Více než jen počasí

Monitorování teploty a barometrického tlaku, které zmíněné projekty meteostanic běžně řeší, bude ve spojení s okolním prostředím zajišťovat základní indikátory prospěšné v celé řadě souvislostí. Patří zde sledování podmínek pro pěstování rostlin, kontrola, že zboží, které např. rychle podléhá zkáze, bude skladováno správným způsobem, dohled nad průmyslovými procesy nebo např. detekce změn v nadmořské výšce pro nejrůznější účely – sledování majetku či aktivace bezpečnostních systémů.

S deskami řešenými na způsob open source bude možné využít několik modulů obsahujících integrované senzory tlaku MPL3115A2. Jako příklad uvádíme Adafruit 1893. Knihovny Arduino pro tuto průlomovou desku s malým čidlem najdeme na stránkách github. Pro příznivce BeagleBoard podobné možnosti zase přináší projekt SensorCape určený pro desky BeagleBoard nebo BeagleBone Black. Bude rovněž pamatovat na detekci pohybu ve více směrech nebo snímání v infračervené či viditelné části spektra. Softwarové knihovny a soubory týkající se hardwaru nalezneme v případě projektu SensorCape opět na stránkách github.

Se službami IoT ještě lépe

Malý projekt pro sledování okolního prostředí řešený formou samostatné meteostanice či venkovního snímače teploty nebo tlaku může přinést hodiny zábavy. Pokud se však začneme pohybovat v jakékoli profesionální oblasti a uvažovat např. o komerčním pěstování rostlin, chytrém zemědělství, řízení průmyslových procesů nebo sledování kvality vzduchu či jeho znečištění, neobejdeme se bez údajů z obrovského počtu senzorů přítomných na značně velké ploše, příp. též z mnoha různých míst či budov. Ve snaze o sloučení dat z ohromného množství zdrojů a také analýzu výsledků s cílem vytěžit informace potřebné k náležitému rozhodování bude cloud naším neocenitelným spojencem.

Pro malé projekty máme nyní na základě objednávky jednoduše dostupné komerční platformy IoT, jako je např. Watson od IBM. Senzory stavějící na otevřeném hardwaru lze připojit do cloudu, a světu výrobců tak zprostředkovat náležitě výkonné nástroje pro zpracování dat.

Na základě objednání služeb IBM Bluemix si mohou uživatelé přizpůsobit vlastní platformu Watson IoT a připojit svá čidla za účelem vizualizace událostí prostřednictvím panelu Watson IoT. Společnost IBM na internetu zveřejnila návod, který zájemcům pomůže s nasazením platformy IoT, připojením počítače Raspberry Pi na základě instalačního programu dostupného ze stránek github a také s konfigurací senzorů a služeb.

Pokud se mohou zájemci se svými projekty snadno propojit s cloudovými službami, bude to jen dobře. Udoo Cloud např. umožňuje uživatelům připojit jakékoli desky Udoo (X86, Neo či Quad/Dual) společně s doplňky na způsob senzorů teploty nebo tlaku na web a konfigurovat, a přitom také spravovat kompletní systém internetu věcí. Platforma nezapomíná ani na rozhraní – dashboard sloužící ke sledování systému, přidávání čidel a kontrole jejich stavu. Uživateli dále umožní nastavit možnosti aktivace, kdy bude na základě konkrétní úrovně ze senzoru např odeslána textová zpráva či e‑mail. Příklad takové stránky vidíme na obr. 2, který názorně ilustruje, jak lze monitorovat stav většího počtu čidel, ať již budou k internetu připojena odkudkoli. Přístup ke službě je podmíněn registrací. Veškeré pokyny k instalaci služby IoT Cloud Client a také k registraci desky na Udoo Cloud pak nalezneme v dokumentaci k Udoo IoT dostupné on‑line.

vyvoj2
Obr. 2 Sledování okolního prostředí s využitím panelu Udoo Cloud

Jednodušším požadavkem zde může být přenos dat z čidel monitorujících okolní prostředí, a to i formou upozornění na překročení prahové úrovně, přímo do chytrého telefonu. K něčemu takovému dochází, bude‑li třeba zboží podléhající zkáze během skladování či přepravy vystaveno nadlimitním teplotám, příp. pokud se s nástroji nebo např. vozidly dostaneme mimo vyhrazenou oblast. Komunikaci s projektem typu senzoru okolního prostředí založeným na Raspberry Pi či Arduino si přes chytrý telefon můžeme zjednodušit kupříkladu s platformou Blynk. Zmíněná platforma obsahuje app builder pro zařízení s iOS nebo Android, kdy typické prvky řídicího panelu, jako jsou tlačítka, výstrahy, zprávy apod., implementujeme volbou a konfigurací požadovaných položek z nabídky.

Závěr

Hardware řešený na způsob open source umožňuje vývojářům rychle a také snadno zapracovat čidla sloužící ke sledování celé škály podmínek či událostí definovaných okolním prostředím. Pole působnosti je široké, od zahradničení v domácích podmínkách až po komerční pěstování rostlin a zemědělství, monitorování v průmyslové sféře, chytrá města nebo péči o ovzduší. Zmíněné ekosystémy orientované na výrobce neznamenají pouze cenově dostupný výchozí bod pro vývoj propojených senzorů, ale s příchodem dosažitelných cloudových služeb a možností jednoduššího propojení s chytrými telefony vývojářům dále umožňují posunout jejich projekty až do oblasti profesionálních řešení internetu věcí.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik