wtorek, 28 lutego 2017

Co jeszcze można zmierzyć?

Prowadząc dotychczasowe pomiary, które opierały się w głównej mierze na badaniach termicznych otoczenia, przyszła pora na przedstawienie urządzeń, które pozwalają zmierzyć bardziej złożone zjawiska na przykład w naszym gospodarstwie domowym. Pierwszym omawianym urządzeniem jest moduł ASC 712 oparty o technologię Arduino. Pozwala zbadać przepływ prądu zmiennego przez co, dzięki temu urządzeniu możemy monitorować przepływ prądu do urządzeń elektrycznych.

Urządzenie  do pomiarów wykorzystuje efekt halla i zakres w jakim potrafi zmierzyć natężenie mieści się w przedziale od 0-30A. Napięcie niezbędne do pracy tego urządzenia to 5V.

Kolejnym urządzeniem, które potrafi zmierzyć niewyczuwalny, ani niezauważalny dla człowieka element otoczenia to moduł GY-271. Służy do pomiaru pola magnetycznego, czyli inaczej jest to kompas. Przekazuje 3 informacje swojego położenia, ponieważ mierzy je w trzech osiach (x,y,z). Urządzenie to pozwala kontrolować ruch w którym się znajduje. Na przykład jeżeli nasz kompas zostanie przymocowany do drzwi rejestrowane wartości będą ulegały zmianom podczas ich otwierania i zamykania. Ponadto urządzenie charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami przez co "nie rzuca się w oczy" i dzięki niskiemu poborowi prądu może pracować nieprzerwanie przez długi czas.




Poznając nowe urządzenia jakie współpracują z programem IRS Madar, możemy dostrzec, iż zakres pomiarów jakie są odczytywane i przetwarzane przez system nieustanie się rozwijają.

Powrót do:

wtorek, 21 lutego 2017

Rodzaje anten i zasięg

Dla urządzeń wykonujących pomiary oprócz dokładności wyników, istotnym elementem jest łączność pomiędzy czujnikami a bazą, która otrzymuje informacje. Zbierane dane przesyłane są drogą bezprzewodową, dlatego też ważne jest, aby sygnał pomiędzy urządzeniami był trwały. W celu zachowania odpowiedniej łączności wymagane jest zastosowanie anten. Urządzenie bez jakiejkolwiek anteny jest narażone na częste przerwy w sygnale na niewielkiej odległości. 

Zastosowanie anteny zwiększa trwałość sygnału, przez co urządzenie może znajdować się w większej odległości od bazy nie tracąc w diametralny sposób sygnału.

W programie Metium siła sygnału jest monitorowana i istnieje możliwość sprawdzenia jakość sygnału dla określonego urządzenia. W module Server jest tabela, w której w kolumnie RSSI znajduje się informacja o sile sygnału podawana w decybelometrach (dBm).


Dla celów porównawczych, nasze urządzenia urządzenia zostały wyposażone w anteny różnego typu:

Antena czipowa
utrzymuje sygnał na dużych odległościach, jednak w przypadku przeszkód tj. grubsza ściana lub strop sygnał jest zakłócany,


Antena płytkowa
skutecznie utrzymuje siłę sygnału,  pomimo przeszkód i dużej odległości utrzymuje łączność,


Antena pionowa
popularna w urządzeniach WiFi, skuteczność porównywalna jak dla anteny płytkowej,


Antena "drut"
antena o prostej budowie i niższej skuteczności w porównaniu z powyższymi antenami.


Brak anteny w urządzeniu pomiarowym ogranicza jego pracę do krótkich odległości oraz obszaru o znikomym występowaniu przeszkód i zakłóceń. Dlatego też w przypadku, gdy miejscem pracy urządzenia jest np. hala produkcyjna, niezbędne jest zastosowanie anteny spełniającej odpowiednie wymagania.

Powrót do:

piątek, 17 lutego 2017

Dashboard - prezentacja danych i konfiguracja [?]

W programie Metium  znajduje się moduł Dashboard, który pozwala na monitorowanie bieżących odczytów urządzeń pomiarowych. Przekazane dane są prezentowane nie tylko w postaci zwykłych liczb, a po kliknięciu w opcję Graph również jako diagramy, które są wygodnym rozwiązaniem dla wzrokowców. Dzięki takiemu rozwiązaniu użytkownik ma możliwość dostrzec czy dany pomiar mieści się w określonym przedziale, czyli prościej mówiąc - czy jest w normie.


Ponadto przedział diagramu może zostać ustawiony przez użytkownika na potrzeby pomiarowe. Aby zmienić przedział na diagramie należy w module Spot wybrać urządzenie z listy, a następnie przejść do edycji.


Następnie należy w edycji wybrać zakładkę value i wpisać w pola odpowiednie wartości.


Po zatwierdzeniu diagram będzie wyświetlał dane tylko w ustalonym zakresie.


W praktyce moduł Dashboard pozwala na szybkie podjęcie działań, aby zapobiec na przykład uszkodzenia sprzętu na linii produkcyjnej, gdy temperatura urządzenia, powietrza lub cieczy znajduje się poza zakresami diagramów czyli jest zbyt wysoka lub zbyt niska. 

Powrót do:



czwartek, 16 lutego 2017

Server [?]

Urządzenia, które służą nam do wykonywania pomiarów współpracują z programem Metium za pośrednictwem serwera. Umożliwia przechowywanie danych dotyczących odczytów pomiarów, informacji na temat kondycji urządzeń oraz zarządzanie danymi jak również samymi urządzeniami za pomocą zainstalowanego oprogramowania.


Powyżej przedstawiona została zakładka Serwer pochodząca z programu Metium.  W oknie znajduje się lista urządzeń, które są połączone z serwerem. Dane przechowywane w tabeli dotyczą parametrów związanych ze stanem połączenia. W tabeli znajdują się kolumny:

  • Spot - znajduje się tu nazwa nadana urządzeniu,
  • Connection - informuje o statusie podłączenia urządzenia,
  • RSSI - zawiera informacje na temat zasięgu odbieranego przez serwer,
  • Last time - godzina ostatniego pomiaru,
  • Call - ilość wysłanych danych,
  • MAC - zawiera adres MAC urządzenia,
  • VCC - posiada dane na temat napięcia baterii urządzenia
  • Frame - zawiera adres bramki, przez którą łączy się urządzenie,
  • Device - zawiera nazwę modelu urządzenia pomiarowego.
Wybierając urządzenie z listy, wyświetlane są informacje w małym okienku. Znajdują się tu szczegółowe informacje o czujniku: 
  • Name - nazwa nadana urządzeniu,
  • MAC - adres MAC urządzenia,
  • Logon - godzina ostatniego logowania [liczba logowań],
  • Deconnect - godzina ostatniego przerwanego połączenia [ liczba przerwanych połączeń], 
  • Send RSSI - siła sygnału dla wysyłanych danych [dBm]
  • Rec RSSI -  siła sygnału dla zapisu danych [dBm]
  • Adress - adres połączenia urządzenia z serwerem,
  • Messages - liczba otrzymanych/nieotrzymanych wiadomości, 
  • VCC - napięcie zasilania urządzenia podane w woltach [V],
  • Mode - interwał przesyłania danych,
  • Version - wersja oprogramowania urządzania.
Patrz: Statusy urządzeń podłączonych do serwera


Powrót do:

poniedziałek, 13 lutego 2017

Porównanie pomiarów czujników w różnych warunkach.

Wykonując pomiary urządzeniami DS18B20 chcieliśmy sprawdzić, czy na prawidłowość wyników ma wpływ otoczenie, w którym znajduje się moduł czujnika. Aby to sprawdzić, posłużyliśmy się trzema, identycznymi urządzeniami, które mierzyły temperaturę wody oraz powietrza.


  • Czujnik temp A1 prowadził pomiar wody w naczyniu znajdującej się na zewnątrz biura. Urządzenie w całości zostało umieszczone za oknem.
  • Czujnik temp 2 również mierzył temperaturę tego samego obiektu co temp A1, ale moduł tego urządzenia został umieszczony wewnątrz biura, gdzie panuje temperatura ok 25 st.C.
  • Czujnik temp A5 został umieszczony w ten sam sposób, co temp 2, jednak jego celem pomiarowym była temperatura powietrza za oknem.


Powyżej zostało przedstawione w jaki sposób zostały wykonane badania.
Głównym celem tego doświadczenia, było porównanie wyników pomiarowych czujników temp A1 oraz temp 2. Na zdjęciu widoczne jest w jakich warunkach znajdowały się moduły naszych urządzeń. Ze względu na niską temperaturę za oknem czujnik temp A5 pozwalał na monitorowanie temperatury na zewnątrz po to, aby móc sprawdzić czy ma ona wpływ na różnice pomiarowe. Badania przeprowadziliśmy na przestrzeni trzech dni, aby sprawdzić wytrzymałość modułu na warunki atmosferyczne.

Temperatura powietrza odnotowana przez urządzenie temp A5 w programie IRS Madar mieściła się w przedziale -7 st.C do 0 st.C, co wpływało na zamarzanie wody znajdującej się w naczyniu.

Temperatura czujnika temp A1 znajdowała się w przedziale od -2 st.C do 7 st.C , a temp 2 od -2,5 st.C do 7 st.C. co oznacza, że wyniki pomiarowe są bardzo porównywalne. Przedziały urządzeń zostały ustalone na podstawie danych znajdujących się w bazie danych programu IRS Madar.


Wyniki przedstawione na koniec badania pokazują, że temperatura odnotowana przez temp A1 i temp 2 są bardzo zbliżone, a różnica występująca w pomiarach (ok. 0,5 st.C ) może zostać potraktowana jako dopuszczalna. Podsumowując całe badanie, możemy stwierdzić, iż otoczenie, w którym znajduje się moduł urządzenia nie ma wpływu na odczyt pomiarów. Co ważne, urządzenie znajdujące się za oknem nie uległo uszkodzeniu jakie mogłoby powstać na wskutek ujemnej temperatury powietrza, przez co urządzenie może dalej posłużyć nam do pomiarów.

czwartek, 9 lutego 2017

Która woda szybciej się ochłodzi: zimna czy gorąca?

Posługując się naszym system oraz urządzeniami pomiarowymi postaramy się przedstawić, że cieplejsza woda szybciej się ochłodzi (zamarznie), niż woda posiadająca znacznie niższą temperaturę.
Na samym początku należy w kilku słowach opowiedzieć o tym zjawisku fizycznym jakie badamy, a mianowicie o efekcie Mpemby. Zjawisko polegające na szybszym zamarzaniu wody cieplejszej od zimniejszej w określonych warunkach. Fenomen ten, jest niezgodny z intuicyjnymi przewidywaniami wielu obserwatorów, a odpowiedzialne za to zjawisko są wiązania wodorowe.

Do przeprowadzenia doświadczenia zostały wykorzystane urządzenia pomiarowe DS18B20. Czujnik
temp A5 mierzył temperaturę powietrza, temp A4 temperaturę zimnej wody, a temp A9 gorącej wody. Pomiary zostały rozpoczęte o godzinie 10:30. Na początku doświadczenia odczyty z urządzeń były następujące:

  • temp A5 - -6 st.C
  • temp A4 - 9 st.C
  • temp A9 - 81 st.C



Powyższe zdjęcie prezentuje jak przeprowadzone zostały pomiary w naszym laboratorium. :)

Po kilku godzinach, efekty prowadzonych pomiarów są widocznie na wykresie wykonanym w programie IRSMadar. Na wykresie widzimy gwałtowny spadek temperatury wody gorącej w porównaniu zimną. W ciągu pierwszych 30 minut temperatura zimnej wody spadła o 5 st. C, natomiast temperatura cieplejszej spadła o 50 st. C



Temperatura wody zimniejszej, mierzonej czujnikiem temp A4, spadła poniżej "zera"  o godzinie 12:35, a wody cieplejszej o 12:21, co oznacza, że cieplejsza woda potrzebowała o 14 minut czasu mniej, aby zamarzać. 


Na poniższych zdjęciach możemy dostrzec, że woda, która była gorąca jest bardziej zamarznięta, od tej, której miała o wiele niższą temperaturę na początku pomiarów.

Woda, która była gorąca:


Woda, która była zimna:


Zatem możemy dojść do wniosku, że jeżeli chcemy otrzymać szybko kostki lodu do schłodzenia napojów, należy posłużyć się gorącą wodą.

wtorek, 7 lutego 2017

Jak przekazują dane nasze urządzenia

Wiemy już, że  urządzenia wykonujące pomiary łączą się z systemem poprzez sieć bezprzewodową, jednak można się zastanowić nad tym co tak naprawdę przekazują. Mogłoby się wydawać, że system IRS Madar otrzymuje gotowe dane, które mogą zostać od razu wyświetlone. W rzeczywistości dane są wysyłane w formie kodów, które system rozpoznaje i przetwarza je w czytelną dla nas formę.


Powyższe zdjęcie przedstawia zapis danych w bazie z czujników. Ważne dla nas są wartości pomiarów ( np. temperatury), które znajdują się w kolumnie v3. Ciężko byłoby zrozumieć to co otrzymuje IRS Madar od czujników, dlatego system tłumaczy te informacje w taki sposób, aby każdy mógł je odczytać.


W kolumnie v1 czujnik przekazuje informacje o napięciu baterii. Taka informacja jest przydatna, aby przewidzieć czas wymiany lub naładowania akumulatorów zasilających urządzenie pomiarowe.

Podsumowując IRS Madar ma za zadanie nie tylko przechowywania i prezentowania danych, ale również przetłumaczenia na zrozumiałą dla nas formę.


Powrót do:


poniedziałek, 6 lutego 2017

Różnice temperatur w pomieszczeniu

Dzisiaj do IRS Madar dołączyły dwa nowe czujniki DS18B20, które służą do pomiarów temperatury. Takie wydarzenie spowodowało, że pojawiło się pytanie co takie małe urządzenia mogą udowodnić. I pomysł sam nasunął się do głowy, a mianowicie "Czy za pomocą czujników możemy sprawdzić czy w naszym biurze mają miejsce ruchy konwekcyjne?"


Aby przedstawić odpowiedź na to pytanie, należy wspomnieć w kilku słowach czym jest konwekcja.
Wyjaśniając to w prosty sposób - jest to proces przekazywania ciepła w gazach, cieczach i ciałach stałych do górnych części substancji. Z tej definicji wnioskujemy, że w pomieszczeniu temperatura powietrza pod sufitem jest wyższa od tej, która jest mierzona przy samej podłodze.


W eksperymencie wykorzystaliśmy nasze nowe czujniki, które nazwaliśmy:

  • temp A4 - mierzył temperaturę powietrza pod sufitem,
  • temp A9 - mierzył temperaturę powietrza przy podłodze.


Po kilku minutach otrzymaliśmy odpowiedź w postaci wykonanych pomiarów przez oba urządzenia.
Czujnik temp A4 zmierzył temperaturę o wysokości 21,9 st.C, a temp A9 zmierzył 18,8 st.C


Oznacza to, że przy pomocy tych małych urządzeń udowodniliśmy występowanie zjawiska konwekcji w mierzonym przez nas pomieszczeniu, ponieważ temperatura powietrza mierzona pod sufitem jest wyższa o ok. 3 stC w porównaniu z temperaturą w dolnej części pomieszczenia.

piątek, 3 lutego 2017

Ciekawostki o naszych urządzeniach pomiarowych

Oprócz faktu, iż czujniki służą do zbierania wybranych informacji z otoczenia i przekazywania ich do programu, warto wspomnieć o tym, jakie posiadają parametry. Dzięki poznaniu kilku zagadnień technicznych, możemy w dużym uproszczeniu zrozumieć jak pracują czujniki zbierające dla nas dane.


Urządzenie wykorzystywane do pomiarów temperatury to cyfrowy czujnik temperatury DS18B20. Napięcie jakie jest niezbędne do działania urządzenia to 3,0 - 5,5V, przez co czujnik może być zasilany ze zwykłych baterii lub poprzez  port USB. Zakres pomiarów jakie może wykonywać te urządzenie mieści się w przedziale od -55 st.C do 125 st.C, natomiast w zakresie od -10 st.C do 85 st.C dokładność pomiarowa wynosi ok. 0,5 st.C. Oznacza to, że czujnik pozwala na prowadzenie dokładnych badań temperatury np. otoczenia, wody w wannie czy basenie (ponieważ czujnik posiada wodoszczelną obudowę).


Kolejnym urządzeniem pozwalającym wykonać pomiar temperatury jest moduł MAX6675. Jego główną zaletą jest to, że umożliwia zmierzyć ekstremalnie wysoką temperaturę. Zakres pomiarowy tego urządzenia mieści się od 0 st.C do 1024 st.C . Co prawda, wspierając się tym urządzeniem nie możemy dokonać pomiarów temperatur na Słońcu, ale w miejscach, gdzie jest na tyle gorąco, że sam człowiek nie byłby w stanie przeżyć. Jednak do wykonywania takich działań nie wystarczy sam moduł, dlatego ważnym elementem tego układu jest również termopara, która bezpośrednio mierzy temperaturę i przekazuje informację dalej do urządzenia. Podobnie jak w przypadku wcześniej omawianego czujnika, napięcie wymagane do zasilania to 5V.



Urządzenie, które również pomaga nam odczytywać informację z otoczenia to YL-69. Ten zestaw składający się z modułu głównego, sondy pomiarowej oraz z kilku przewodów łączących wszystkie elementy w całość, pozwala zmierzyć zupełnie inny rodzaj parametru otoczenia niż wcześniej wspomniane czujniki, a mianowicie poziom wilgotności gruntu. Wykonywanie pomiaru tym sprzętem nie jest skomplikowane, co można dostrzec we wcześniejszym poście przedstawiającym pomiary wykonywane w doniczce naszej firmowej paproci. Wystarczy umieścić sondę w glebie, a dalej informacje biegną od sondy przez moduł aż do naszego "dziennika". Urządzenie przekazuje informacje o wysokim lub niskim stanie wilgoci, dzięki czemu dowiemy się czy nasza roślina wymaga podlania lub też dowiemy się czy nie dostarczyliśmy za dużo wody. Jeżeli natomiast chodzi o aspekt zasilania tego małego zestawu, to typ zasilania jest taki sam jak we wcześniej omówionych czujnikach, czyli 3,3-5V.


Warto również wspomnieć o tym, że wszystkie te urządzenia są kompatybilne z platformą programistyczną Ardruino (opartą również na języku C / C++), której celem jest przygotowanie narzędzi takich jak te, które poznaliśmy w dzisiejszych ciekawostkach.

Powrót do:

czwartek, 2 lutego 2017

Słowem podsumowania

Tworząc sieć urządzeń, które służą do zbierania różnych informacji z naszego otoczenia, niezależnie czy mierzymy temperaturę powietrza, gorącej wody w termosie czy też wilgotność ziemi w naszych roślinach, ważnym elementem jest miejsce, gdzie wszystkie dane możemy zebrać w postaci "dziennika". W takim miejscu dane przechowywane byłyby w czytelny dla nas sposób, gdzie moglibyśmy wybrać interesujące nas informacje odczytane przez nasze czujniki lub też dowiedzieć się, co się z nimi działo w określonym czasie. Oczywiście, nie każdy z nas preferuje odczyt samych liczb z tabel i chciałby zobaczyć w graficzny sposób dane odczytane z otoczenia np. tworząc na podstawie zebranych danych wykres z wybranego okresu, który umożliwi dostrzec ewentualne różnice w pomiarach.


 


Takim "dziennikiem", który umożliwi nam prowadzenie takich zapisów oraz zaprezentowanie zbieranych informacji jest IRS Madar. Dzięki temu programowi możemy zarządzać urządzeniami pomiarowymi i definiować sposób zgłaszania danych. Co ważne,  powinniśmy mieć dostęp do tych informacji z dowolnego miejsca, dlatego też z programu można korzystać używając przeglądarki internetowej, co zwiększa swobodę sprawdzenia pomiarów jakie wykonały nasze urządzenia.




Podsumowując omówiony temat możemy stwierdzić, że oprócz sprzętu ważnym elementem przy prowadzeniu pomiarów jest oprogramowanie, które pozwala na uporządkowanie i prezentację zbieranych danych.