Drahtloses Sensornetzwerk in einer Mühle des 18. Jahrhunderts einsetzen

Drahtloses Sensornetzwerk in einer Mühle des 18. Jahrhunderts einsetzen

Die Überwachung jahrhundertealter industrieller Prozesse ist herausfordernd, aber ein Netzwerk aus nRF24L01-Funktransmittern macht es sicherer, schneller und zuverlässiger.

Geschichte

Moderne Fabriken setzen auf digitale Überwachung, um Sicherheit, Produktivität und Bedienkomfort zu erhöhen. Im Gegensatz dazu wird eine Mühle des 18. Jahrhunderts – angetrieben hauptsächlich durch Wellenzapfen und hölzerne Riemenscheiben – noch immer mit minimaler Elektrizität betrieben. Als ich mit dem Design eines Sensornetzwerks für diesen historischen Standort beauftragt wurde, sah ich die Chance, Erbe mit Spitzentechnologie zu verbinden.

Die Mühle funktioniert als eine große Maschine mit zahlreichen gleichzeitigen Prozessen. Um diese Komplexität zu beherrschen, installierten wir diverse Sensoren, die Füllstände von Getreide, Motorleistung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und in zukünftigen Phasen Getreidefluss und Lagertemperaturen überwachen. Der resultierende Datenstrom eliminiert manuelle Inspektionsgänge über die vier Stockwerke des Gebäudes und liefert quantitative Metriken für statistische Analysen.

Das Netzwerk besteht aus Standard-Arduino-Knoten, einem zentralen Basisknoten und einem Raspberry Pi, der als Server und Dateninterpreter dient.

Hardware-Übersicht

Jeder Knoten nutzt einen Arduino Nano gekoppelt mit einem nRF24L01 (RF24) Modul. Das RF24-Modul kann optimal mit 3,3 V betrieben werden; ich fügte einen 10-µF-Elektrolytkondensator nah an seinen Strompins hinzu, um sporadischen Spannungsverlust zu verhindern.

Ich entwarf eine benutzerdefinierte PCB, die Arduino Nano, RF24-Modul, Kondensator, zwei Anzeige-LEDs und einen Micro-USB-Port integriert. Das bestückte Board wird in einem 3D-gedruckten Gehäuse für einfache Wand- oder Flächenmontage untergebracht.

Um die Reichweite über die standardmäßigen 1,5–3 m hinaus zu erweitern, lötete ich einen 18-cm-18-Gauge-Draht auf die Antennenleiterbahn des RF24, was 6–9 m Reichweite ergab. Eine großzügige Menge Heißkleber sichert die Antenne und verhindert Leiterbahnverformung.

Knoten- und Basisprogrammierung

Die RF24Network-Bibliothek (von Tmrh20) strukturiert das Mesh als Baum. Jede Knotenadresse ist oktal; ein Knoten kann sich in maximal fünf Kinder verzweigen. Beispielsweise verzweigen sich Knoten 011 und 022 beide von Knoten 02. Repeater-Knoten (z. B. 01, 011, 0111, 01111) leiten Daten weiter, während Sensorknoten (z. B. 03, 0211, 0311) Messwerte für den Basisknoten (00) generieren.

Sowohl Knoten- als auch Basisprogramme teilen identische C-Strukturen für Nachrichten-Payloads, was nahtlose Serialisierung und Deserialisierung im Netzwerk gewährleistet.

Sensoren an einen Knoten anschließen

Getreidebehälter-Sensing

Ultraschallsensoren an der Oberseite der Getreidebehälter messen die Fülltiefe. Drei Sensoren teilen sich einen einzelnen Trigger-Pin, nutzen aber separate Echo-Pins für klare Zeitisolierung.

Temperatur- und Luftfeuchtigkeits-Sensing

DHT11-Module liefern Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten im gesamten Gebäude. Stabile Umgebungsbedingungen sind entscheidend für gleichmäßige Mehlfeinheit.

Mehr Details: Sensornetzwerk für eine Mühle des 18. Jahrhunderts bauen