Projektisuunnitelma: Vesipistekohtainen veden kulutuksen seuranta, syksy Mikko Kyllönen Matti Marttinen Vili Tuomisaari

Transkriptio

1 Projektisuunnitelma: Vesipistekohtainen veden kulutuksen seuranta, syksy 2015 Mikko Kyllönen Matti Marttinen Vili Tuomisaari

2 Projektin tavoite Tämän projektin tavoitteena on kehittää prototyyppi järjestelmästä, jolla voidaan edullisten komponenttien avulla seurata yksittäisen vesipisteen vedenkulutusta. Tarkoituksena on vähintään saada selville, kulutetaanko pisteessä vettä, vai ei. Mikäli laitteisto mahdollistaa sen, voidaan myös arvioida virtauksen määrää. Vastaavaa on tutkittu jo aiemmin Nathan Beharin diplomi työssä [1] ja keväällä 2015 Automaatio ja systeemitekniikan projektitöissä [2]. Näissä tutkimuksissa on saatu ristiriitaisia tuloksia. Diplomi työssä [1] edullisella mikrofonilla oli saatu erittäin hyviä tuloksia. Äänen avulla voitiin jopa havaita virtausnopeus tarkkuudella, joka oli verrattavissa kaupallisiin virtausmittareihin. Projektityössä [2] puolestaan vastaavaan tarkkuuteen ei päästy. Tämän projektin päätavoite onkin varmistaa laitteiston toimivuus ja saada vahvistus konseptin toimivuudesta. Projektin jälkeen valmis tuote pystyy havaitsemaan, käytetäänkö vesipisteellä vettä, ja lähettämään tämän tiedon verkkopalvelimelle, josta kulutusta voidaan seurata vesipisteittäin. Vedenkäyttöä seuraamalla pyritään havaitsemaan esimerkiksi vanhusten aktiivisuutta kotonaan. Palvelimelta hoitajat voisivat helposti nähdä, missä vettä on kulutettu ja mihin kellonaikaan. Tästä voidaan tehdä päätelmiä ihmisen aktiivisuudesta ja tietoa voidaan käyttää havaitsemaan erilaisia sairauksia [1]. Samoin voidaan tietysti havaita, jos vesi on jäänyt juoksemaan. Tähän voi olla syynä esimerkiksi unohdus tai sairauskohtaus.

3 Projektin rakenne Vaihe 1 Projektin ensimmäisessä vaiheessa tarkoitus on saada tietokoneelle mikrofonin havaitsemaa äänidataa. Tavoitteena on validoida konseptin toimivuus. Datan tallentamiseen käytetään Data Translationin DT9812 mittauskorttia, johon käytettävät anturit kytketään. Dataa katsellaan ja suodatetaan käyttäen LabView tai MATLAB ohjelmistoja. Vaiheen aikana varmistetaan diplomi työssä [1] ja projektityössä [2] käytettyjen mikrofonien toiminta. Lisäksi pohditaan, kannattaisiko mittaukseen käyttää jotain muuta menetelmää, esimerkiksi piezo tärinäantureita tai ultraääniantureita. Vaiheen lopussa yksi havainnointitekniikka valitaan seuraavaan vaiheeseen. Valinnassa otetaan huomioon komponenttien hinta, sekä mittauksen varmuus ja tarkkuus. 1. Anturien uudelleenvalinnan pohtiminen 2. Mahdollisten uusien anturien tilaaminen 3. Konseptin validointi Vaihe 2 Toisessa vaiheessa valitut komponentit yhdistetään Arduino YUN mikrokontrolleriin, joka toimii lopullisen järjestelmän datankeräimenä. Arduino YUNissa on valmiina Wi Fi valmius ja Linux prosessori, jotka helpottavat datan lähettämistä eteenpäin. Tarkoituksena on, että mikrokontrolleripuoli keräisi raakadataa ja tallentaisi sen Linux puolelle. Tämän jälkeen Linux puoli lähettäisi datan verkkopalvelimelle. Toisen vaiheen jälkeen pitäisi olla valmiina laitteisto, jolla on mahdollista kerätä dataa ja lähettää se palvelimelle. 1. Arduino toteutus datan keräykselle 2. Wi Fi yhteys palvelimelle Vaihe 3 Kolmannessa vaiheessa on tarkoitus toteuttaa palvelinpuoli. Palvelimella on tarpeen olla järkevä tapa visualisoida kulutusdataa. Visualisointi valitaan sen mukaan, saadaanko laitteistolla havaittua myös virtausnopeus vai pelkästään virtauksen olemassaolo. Palvelimella täytyy olla jonkinlainen tietokanta, josta data voidaan lukea.

4 Koska järjestelmällä ei ole reaaliaikavaatimuksia, mahdollinen datan suodatus ja käsittely on tarkoitus suorittaa palvelimella. Tähän tarkoitukseen täytyy tehdä oma ohjelmisto. Tämän vaiheen jälkeen projektin lopullinen järjestelmä on valmis. Web ympäristöön luodaan vain datan visualisoimiseen tarvittavat ominaisuudet, eikä suinkaan valmista järjestelmää hoitajille. 1. Visualisointi 2. Datan käsittely 3. Datan säilöntä palvelimella Aikataulu Työt on aloitettu mittauskortin ja mikrofonien koestuksella. Tästä on tarkoitus jatkaa siten, että vaihe 1 valmistuu mahdollisimman nopeasti, sillä vaihetta 2 ei voida aloittaa ennen tämän valmistumista. Tavoitteena on, että väliraportin aikaan vaiheet 1 ja 2 ovat kokonaan valmiita. Vaihetta 3 voi aloittaa simuloidulla datalla, mutta tälle ei anneta projektin alkuvaiheessa aikataulupainetta. Kaiken kaikkiaan projektin ensimmäinen vaihe on kaikista tärkein, sillä se kiteyttää koko projektin tarkoituksen. Päätarkoitushan on tutkia edullisten mikrofonien tai muiden edullisten antureiden käyttöä virtauksen havaitsemisessa ja mittaamisessa. Vaiheet 2 ja 3 ovat sinänsä tämän kysymyksen kannalta turhia, mutta prototyyppijärjestelmän kokoaminen antaa paremman kuvan kokonaisuudesta ja paremmat edellytykset jatkokehitykselle. Riskit Aikataulutus Heti projektin alussa huomattiin, että ryhmän jäsenillä on tiedossa kiireinen syksy töiden ja muiden kurssien takia. Tämä saattaa aiheuttaa vaikeuksia yhteisen työskentelyajan löytämisessä. Tästä johtuen projektin eri vastuualueet jaetaan jäsenille, jotta projektin eteneminen ei välttämättä ole riippuvainen kaikkien jäsenten läsnäolosta. Myös puhelinviestinnästä ja Google Drivesta on tämän suhteen suuri hyöty.

5 Tekniset vaikeudet Tähän sisältyvät mm. oikeanlaisen laitteiston valitseminen sekä osien mahdolliset vioittumiset. Aloitimme testaamalla Beharin diplomityössä [1] käytettyjä mikrofoneja, mutta jouduimme toteamaan, että lähes kaikki olivat rikki. Yhdestä onnistuttiin saamaan melko järkevää dataa, mutta erot diplomityössä esitettyyn dataan olivat silti huomattavat. Projektin eteneminen on erittäin riippuvainen osien toimivuudesta, joten tekniset viat aiheuttavat omat ongelmansa projektin aikataulutuksessa, kun uusia osia joudutaan tilaamaan.