Smartes Temperatur-Monitoring für Schulen – Arduino, Raspberry Pi, Sigfox & ThingSpeak

Komponenten & Zubehör

Bauteil	Menge
Pycom SiPy (Sigfox + WiFi + BLE, MicroPython)	1
Raspberry Pi 3 Model B	1
Arduino Nano R3	1
Logic Level Converter (bidirektional)	1
RFID RC522 (NFC, 13,56 MHz)	1
Sharp GP2Y0A41SK0F Distanzsensor (4–30 cm, analog)	1
MLX90614-DCI Infrarot-Temperatursensor (I²C)	1
I²C LCD 16×2 (DFRobot)	1
LED + 330 Ω Widerstand	1
Summer (Buzzer)	1

Software & Cloud-Dienste

• Arduino IDE (Nano)
• Visual Studio Code + Pymakr (SiPy)
• Python 3 / IDLE (Raspberry Pi)
• ThingSpeak (MATLAB Analysis, React, Channels)
• IFTTT (Webhooks → E-Mail-Alarm)
• Putty (SSH auf Pi)

Problematik

In asiatischen Schulen (heißes Klima, SARS-Erfahrung) sind quartalsweise Temperaturmessungen Pflicht. Schüler vergessen oft ihre Thermometer, Teilen ist hygienisch bedenklich, manuelle Datenerfassung durch Lehrer ist extrem aufwendig (40 Schüler × Klassen).

Systemarchitektur

1. Arduino Nano – Lokale Messstation

• RFID-Karte identifiziert Schüler (UID → Datenbankabgleich auf Pi).
• Distanzsensor prüft, ob Schüler vor Gerät steht.
• MLX90614 misst Stirntemperatur (28–42 °C gültig).
• LCD zeigt „Welcome, Name“ + Temperatur.
• Serielle Kommunikation (Handshake) mit Raspberry Pi: READY / RECEIVED / TEMP / STANDBY.
• Gültige Daten → an Pi (MySQL) + an SiPy (Sigfox → ThingSpeak).

2. Raspberry Pi – Zentrale Datenhaltung & Validierung

• Raspbian OS, Apache2, PHP, MariaDB, phpMyAdmin.
• Python-Skript: Erstellt DB/Tabellen automatisch (userInfo, tempData).
• Serieller Handshake mit Arduino, schreibt Messwerte mit Timestamp in MySQL.
• Prüft Temperaturbereich, sendet 0,0 bei Ungültigkeit zurück an Arduino (Fehleranzeige).

3. Pycom SiPy – Sigfox Uplink

• Empfängt per UART (P3/P4) von Arduino: UserID,Temp_H,Temp_L.
• Sendet als 3 Bytes an Sigfox Backend (RCZ4 für Asien).
• Sigfox Callback → ThingSpeak Channel 1 (Private: UserID, Temp_H, Temp_L).

4. ThingSpeak Cloud – Visualisierung & Alarm

• Channel 1 (Private): Rohdaten.
• MATLAB Analysis (getriggert per React bei Daten-Eingang): Kombiniert Temp_H + Temp_L/100 → analyzedData, schreibt in Channel 2 (Public: Temperatur, UserID).
• Wenn analyzedData >= 38 → IFTTT Webhook fever → E-Mail an Lehrer.
• Channel 2 zeigt Auto-Update-Tabelle (Excel-ähnlich) für Administration.

Detail-Setup-Anleitungen

Arduino Nano Verdrahtung

Modul	Pins
RFID RC522	SDA=D10, SCK=D13, MOSI=D11, MISO=D12, RST=D9, 3,3V, GND
I²C LCD	SDA=A4, SCL=A5, 5V, GND
Distanzsensor	VCC=5V, GND, OUT=A0
Buzzer	GND, OUT=D6
MLX90614	SDA=A4, SCL=A5, 5V, GND
LED	Kathode=GND, Anode=D7

Raspberry Pi Einrichtung

1. Raspbian flashen (balenaEtcher), SSH/VNC aktivieren.
2. Statische IP (optional): interface eth0 static ip_address=192.168.0.11/24 in /etc/dhcpcd.conf.
3. MariaDB + phpMyAdmin installieren, Root-User sicher einrichten (DROP USER 'root'@'localhost'; CREATE USER ... GRANT ALL ...).

SiPy Firmware & Sigfox Registrierung

1. SiPy auf Expansion Board 2.0 stecken (Reset-Taste Richtung USB).
2. Pycom Firmware Updater: Region RCZ4 wählen, Device ID & PAC notieren.
3. Visual Studio Code + Pymakr: main.py hochladen.
4. Sigfox Backend: Device ID + PAC eintragen, Land wählen, Account anlegen.
5. Test: s.send(bytes([1..12])) → Backend prüfen.

ThingSpeak & IFTTT Konfiguration

1. Zwei Channels anlegen: Private (Fields: Temp_H, Temp_L, UserID) & Public (Fields: Temp, UserID).
2. MATLAB Analysis im Private Channel: Read Fields 1,2,3 → kombinieren → Write Fields 1,2 in Public Channel.
3. React: Condition „Field 3 (UserID) != 0“ on Data Insertion → Trigger MATLAB Analysis.
4. IFTTT: Webhooks Receive „fever“ → Email mit {{Value1}} (Temp), {{Value2}} (UserID).
5. MATLAB Script ruft Webhook-URL auf bei Fieber.

Code-Beispiele

Arduino Nano (C++)

// Kernlogik: RFID → Distanz → Temp → Handshake → Serial an Pi & SiPy
// Siehe vollständigen Code im Originalprojekt (zu lang für Inline).

Raspberry Pi (Python)

// MySQL Auto-Create, Serial Handshake, Temp-Validierung, DB-Insert
// Vollständiger Code im Original.

SiPy (MicroPython)

from machine import UART
from network import Sigfox
import socket, binascii, time, pycom, sys

pycom.heartbeat(False)
sigfox = Sigfox(mode=Sigfox.SIGFOX, rcz=Sigfox.RCZ4)
uart1 = UART(1, baudrate=9600, pins=('P3','P4'))

while True:
    recv = uart1.readline()
    if recv:
        uid, th, tl = map(int, recv.decode().split(','))
        s = socket.socket(socket.AF_SIGFOX, socket.SOCK_RAW)
        s.setblocking(False)
        s.setsockopt(socket.SOL_SIGFOX, socket.SO_RX, False)
        s.send(bytes([uid, th, tl]))
        s.close()
        time.sleep(5)

ThingSpeak MATLAB

readChannelID = 870479; readAPIKey = 'QGHINBPNJQKULBH2';
writeChannelID = 870482; writeAPIKey = 'R6NJIM8NT5A42R9N';
webhook = 'https://maker.ifttt.com/trigger/student_fever/with/key/...';

whole = thingSpeakRead(readChannelID,'ReadKey',readAPIKey,'Fields',1);
dec   = thingSpeakRead(readChannelID,'ReadKey',readAPIKey,'Fields',2)/100;
uid   = thingSpeakRead(readChannelID,'ReadKey',readAPIKey,'Fields',3);
temp  = whole + dec;
thingSpeakWrite(writeChannelID,'Fields',[1,2],'Values',{temp,uid},'WriteKey',writeAPIKey);
if (temp >= 38) webwrite(webhook,'value1',temp,'value2',uid);

Fazit & Team

Ein komplettes IoT-System für Schul-Gesundheitsmonitoring: RFID-Identifikation, berührungslose Fiebermessung, lokale DB (Pi), LPWAN-Uplink (Sigfox), Cloud-Visualisierung (ThingSpeak) + E-Mail-Alarm (IFTTT). Reduziert Lehrer-Arbeit drastisch, verhindert Ausreden („Thermometer vergessen“) und schafft digitale Nachweispflicht.

Team: Aden (Pi/Arduino/ThingSpeak), Reginald (Sigfox/Schematics), Bo Sheng (IFTTT).