Sisäilmatiimi PROJEKTISUUNNITELMA

Sisäilmatiimi PROJEKTISUUNNITELMA Niko Koski, Lauri Töllikkö, Tero Leskinen ja Panu Auvinen 8.2.2010

2 Sisällysluettelo 1. TAUSTA JA HYÖDYT... 1 2. PÄÄMÄÄRÄ JA TAVOITTEET... 1 3. RISKIENHALLINTA... 1 4. PROJEKTIORGANISAATIO JA VASTUUT... 1 5. TOTEUTUKSEN LAAJUUS... 2 6. TYÖN OSITUS... 3 7. AIKATAULUN HALLINTA... 3 8. RESURSSIEN HALLINTA... 4 9. HANKINTOJEN HALLINTA JA BUDJETOINTI... 4 10. DOKUMENTOINTI, RAPORTOINTI JA VIESTINTÄ... 4 LIITTEET

1 1. TAUSTA JA HYÖDYT Projektimme, Sisäilmastonmittausjärjestelmän rakentaminen Zigbee verkon avulla, toteutetaan yhteistyössä DIEM Building Automation projektin kanssa. DIEM BA osallistuu Solar Decathlon nimiseen energiapihin koetalon toteutuskilpailuun (http://www.sdeurope.org/) osana Aalto yliopiston joukkuetta. Sisäilmastonlaatu on subjektiivinen käsite ja sen mittaaminen ei ole yksiselitteistä, koska eri henkilöt kokevat esimerkiksi sopivan huoneenlämpötilan erisuuruiseksi. Lisätietoa sisäilmanlaatukriteereistä löytyy liitteenä olevasta tiivistelmästä. Sisäilmayhdistyksen julkaisema Sisäilmastoluokitus antaa kuitenkin joitakin tavoitearvoja. Tarkoituksena on rakentaa sisäilmaston mittaukseen ja esitykseen kykenevä laitteisto, jonka tulisi olla helposti liikuteltava ja laajennettava. Tällöin laitteistolla voisi helposti käydä mittaamassa eri huoneiden sisäilmastonlaatua. Sisäilmastonlaatukriteereitä ovat mm. lämpötila, taustamelu, valoisuus ja hiilidioksidipitoisuus. Järjestelmässä tulisi hyödyntää teknologiaa jota on kehitetty ikäihmisten kotiautomaatioon. 2. PÄÄMÄÄRÄ JA TAVOITTEET Päämääränä on saada suunniteltua, toteutettua ja testattua demojärjestelmä, jolla pystytään mittaamaan joitakin sisäilmanlaatuun vaikuttavia suureita. Järjestelmä koostuu helposti laajennettavasta anturiverkosta, tiedontallennusjärjestelmästä ja valvomosovelluksesta, josta voidaan lukea arvoja. Osa antureista on tarkoitus liittää järjestelmään paristokäyttöisinä langattomina antureina. Tähän käytämme zigbee verkkoa. Enemmän sähköä kuluttavat anturit tulisivat kytketyksi mahdollisesti jollakin kenttäväylällä. Järjestelmän teknistä toteutusta on kuvattu tarkemmin kohdassa 5. Projektin osana asennamme sisäilmaston mittauskeskuksen Solar Decathlon taloon. Mahdollisuuksien mukaan kehitämme järjestelmän ominaisuuksia pidemmälle. 3. RISKIENHALLINTA Projektin toteuttamisessa todennäköisemmin esiintyvät riskit epäsuotuisine vaikutuksineen, ehkäisytoimenpiteineen ja niiden toteutuessa tehtävine toimenpiteineen on esitetty liitteenä olevassa taulukossa. Todennäköisin toteutusta vaikeuttava riski on projektiryhmän jäsenien vähäinen ennakkotuntemus toteutuksessa tarvittavista menetelmistä ja tekniikoista (lähinnä mikrokontrollien ohjelmointi ja langaton ZigBee verkko). Tämän riskin vaikutukset voidaan kutenkin olettaa pieniksi, sillä projektin muilta osapuolilta on tarvittaessa löydettävissä parempaa osaamista. Käytettävä ZigBee tekniikka on uutta, joten sen käyttöönotossa on oletettavissa ongelmia. 4. PROJEKTIORGANISAATIO JA VASTUUT Projektin omistajana ja asiakkaana toimii Panu Harmo. Seuraavassa on kerrottu projektiryhmään kuuluvat henkilöt vastuualueineen: Niko Koski (keskusmikrokontrollerin

2 toteuttaminen), Lauri Töllikkö (ThereGaten ohjelmointi ja hyödyntäminen), Panu Auvinen (anturin ja mikrokontrollerin yhdistäminen muuhun laitteistoon) ja Tero Leskinen (mittauskeskuksen fyysinen suunnittelu ja rakentaminen sekä testaus). Edellä mainitut ovat vain ensisijaisia vastuualueita, ja käytännössä tehtävät tullaan toteuttamaan ainakin osittain yhdessä projektin opetuksellisen luonteen takia, jolloin myös työmäärä jakautuu tasaisemmin. Tarkempi kuvaus eri tehtävistä löytyy suunnitelman osiosta työn ositus. Taulukko 1. Projektiryhmän jäsenet ja vastuualueet Vastuualue: Niko Koski Lauri Töllikkö Panu Auvinen Tero Leskinen Antureiden ja Mittauskeskuksen ThereGatepalvelimen ZigBee verkon ja mikrokontrollerien fyysinen keskusmikrokontrollerin yhdistäminen suunnittelu ja ohjelmointi ja toteuttaminen muuhun rakentaminen hyödyntäminen laitteistoon sekä testaus 5. TOTEUTUKSEN LAAJUUS Sisäilmanmittauslaitteiston toteutus koostuu keskuslaitteesta (kuvassa Sisäilmakeskus ) sekä irrallisista antureista, jotka kommunikoivat langattomasti keskuslaitteen kanssa lyhyen kantaman ZigBee tietoliikenneverkon kautta. ZigBeetä tukevia antureita ei todennäköisesti ole saatavilla suoraan, joten kommunikoinnin mahdollistamiseksi anturit liitetään ZigBee moduulin sisältävään mikrokontrolleriin. Keskuslaitteeseen sisältyy ZigBee verkon tiedonsiirron hallinnoinnista vastaava keskusmikrokontrolleri vaativimpia mittauksia suorittavia antureita yhdistettynä keskusmikrokontrolleriin vielä määrittelemättömän rajapinnan kautta sekä ThereGate palvelin, joka suorittaa saatujen mittaustietojen tallennuksen ja käsittelyn. Keskuslaitteessa olevat anturit voidaan mahdollisesti liittää myös suoraan ThereGatepalvelimeen USB väyläsovittimen kautta. ThereGate palvelimelle toteutetaan käyttöliittymä, jonka avulla mittaustietoja on mahdollista tarkastella esimerkiksi erilaisten graafisten kuvaajien muodossa. ThereGate palvelin on mahdollista liittää Ethernetin kautta internetiin, jolloin mittauslaitteistolle on mahdollista toteuttaa web pohjainen valvontajärjestelmä, mikäli tämän toteutus on teknisen osaamisen ja projektin aikataulujen puitteissa mahdollista.

3 6. TYÖN OSITUS Työ on ositettu neljään pääosaan: Anturit ja mikrokontrollerit (105h), keskusmikrokontrolleri ja yhteydet (100h), Theregate (110h), ja keskuksen rakentaminen (100h). Tämän lisäksi Projektin päävaiheisiin sisältyy järjestelmän testaaminen (40h) ja dokumentointi (50h), joita tehdään jatkuvasti projektin edistyessä. Jokainen pääalueista on jaettu liitteenä olevan aikataulun mukaisesti pienempiin kokonaisuuksiin. Projektiryhmästä on nimetty vastuuhenkilöt jokaiselle osakokonaisuudelle, pyrimme kuitenkin tekemään töitä ristiin oppiaksemme myös muilta osaalueilta. Aikataulu on tehty oletukselta että yhden viikon aikana käytetään kuhunkin tehtävään 5h aikaa. Työmääräksi tulee siten yhteensä noin 505 tuntia. Tämän lisäksi Johannes Aalto on luvannut suunnitella ja toteuttaa Theregate palvelimen ja mikrokontrollerin välisen liitynnän (50h). 7. AIKATAULUN HALLINTA Projektin alustava aikataulu on esitetty liitteessä 1. Esitystavaksi on valittu Gantt kaavio sen havainnollisuuden vuoksi. Aikataulussa on osittaisia riippuvuussuhteita toisista tehtävistä, kuten esimerkiksi yhteyksien testausvaiheessa pitää molempien laitteiden olla valmiita. Aikataulun voi jakaa kronologisesti kolmeen osaan. Tammi helmikuu menee pääasiassa suunnittelussa, teknisiin laitteisiin tutustumisessa ja vaatimusten tarkentamisesta. Tässä

4 vaiheessa pyrimme pienillä testisovelluksilla ratkaisemaan teknologian aiheuttamat pulmat ja selvittämään mahdolliset ongelmatilanteet, jotta seuraavassa vaiheessa pääsemme rakentamaan lopullista sovellusta ja laitteistoa. Maaliskuussa on vuorossa suunnitelmien toteuttamisvaihe. Tämä vaihe sisältää ohjelmoinnin, fyysiset kytkennät sekä lopullisen ohjelmoinnin ja teknisen dokumentoinnin aloittamisen. Tämän vaiheen jälkeen meillä pitäisi olla jo kohtuullisen hyvin toimiva järjestelmä. Viimeisessä vaiheessa keskitymme järjestelmän integroimiseen, toteutuksen testaamiseen ja loppudokumentaation luomiseen. Projektin DL on huhtikuun 21 päivä, jolloin tulokset esitellään muille projektiryhmille. Aikataulun etenemistä seuraamme viikoittain torstaisessa projektipalaverissamme projektin omistajan kanssa. Projektiryhmä järjestää tähän palaveriin päivitetyn aikataulun, johon on merkitty eri tehtävien edistyminen. Tarvittaessa sovimme palaverissa toimenpiteistä joilla aikataulu saadaan kiinni. 8. RESURSSIEN HALLINTA Projektin tärkeimpänä resurssina toimii opiskelijoiden muodostama projektiryhmä. Ryhmän jäseniltä on varattu projektiin aikaa noin 500h, joka ylittää noin 70 tunnilla kurssin tavoitelaajuuden (4op*4hlö*27h = 432h). Jos kuitenkin näyttää, että resurssitarve on arvioitu väärin, suoritetaan projektin laajuuden arviointi uudestaan projektin omistajan kanssa. Resurssitarvetta seurataan reaaliaikaisesti edellämainituissa viikkopalavereissa. Pyrimme saamaan projektin tavoitteet suoritettua, välttäen yksittäisille opiskelijoille aiheutuvaa liiallista kuormitusta. 9. HANKINTOJEN HALLINTA JA BUDJETOINTI Työssä pyritään hyödyntämään mahdollisimman paljon automaatio ja systeemitekniikan osaston omia komponentteja ja tarvikkeita, kuitenkin siten että laitteistosta saadaan järkevä kokonaisuus. Budjetti mahdollisia hankintoja varten on 2000. Tarjouspyynnöt hankitaan toimittajilta, jotka kykenevät toimittamaan halutunlaisia antureita, virranlähteitä ja koteloita projektin aikatauluvaatimuksiin sopivina. Kaikki ostot hyväksytetään Projektin omistajalla Panu Harmolla. Sopimukset ja laskut tallennetaan projektia varten varattuun kansioon. Kaikki osat, joita projektissa käytetään, kirjataan ylös raportointi ja viestintä kappaleessa esitettyjen periaatteiden mukaisesti. 10. DOKUMENTOINTI, RAPORTOINTI JA VIESTINTÄ Dokumentointi kattaa kaiken tekemämme työn, jotta tuloksia on mahdollista hyödyntää myöhemmin ja toisaalta, jotta kaikki tarvittava projektin seurantaan liittyvä tieto on saatavilla. Kaikki käytetyt komponentit ja tarvikkeet kirjataan ylös. Dokumentista tulee löytyä komponenttien alkuperä, hankintahinta, hankinnan hyväksyntä ja käyttötarkoitus. Kaikista kytkennöistä tulee olla piirikaaviot. Mekaanisista osista ja kokonaisuuksista piirretään

5 sijoituspiirustukset. Kaikkien sähkö ja elektroniikkalaitteiden mukana tulleet tuotekuvaukset, piirikaaviot ja muut tarvittavat asiakirjat taltioidaan ja mahdolliset sähköiset versiot säilytetään. Ohjelmistot ja niiden toiminta pyritään dokumentoimaan ja tuotettua koodia kommentoidaan mahdollisuuksien mukaan. Projektista on tarkoitus kerätä yksi tai useampi kansio, joka sisältää edellä mainitut dokumentit. Lisäksi dokumentit tallennetaan mahdollisuuksien mukaan myös sähköisessä muodossa. Esimerkiksi monisivuisia käyttöohjeiden paperiversioita ei ole mielekästä sähköistää projektin resurssien puitteissa. Viikoittain pyritään pitämään tapaamisia Panu Harmon kanssa, jolle raportoidaan edistymisestä. Lisäksi Harmo auttaa tarvittaessa eri ongelmien ratkaisuissa. Johannes Aallon kanssa tehdään yhteistyötä liittyen mikrokontrollereihin liittyen. Projektityöhön liittyvän kurssin henkilökuntaa informoidaan ennalta määrätyn aikataulun mukaisesti.

Sisäilman laatu Sisäilmastoluokitus on tarkoitettu käytettäväksi asetettaessa sisäilmastotavoitteita, jotka koskevat tavanomaisia työ ja asuintiloja. Sisäilmastoluokitus on kolmitasoinen: S1, S2 ja S3. Luokka S1 on paras, mikä merkitsee suurempaa tyytyväisten osuutta. Tässä lyhennelmässä tarkastellaan tavoitearvoja ja mittausmenetelmiä luokitukselle S1. Ohjeet muille luokituksille löytyy Sisäilmastoyhdistyksen julkaisemasta Sisäilmastoluokitus 2008 julkaisusta. Tekniset tavoitearvot koskevat huonetilan oleskeluvyöhykettä, joka alkaa lattiasta ja ulottuu 1,8m korkeuteen ja 0,6m päähän seinistä. Ilman liikenopeus mitataan 1,1m korkeudelta. Äänitasoja mitataan yleensä 1,2m tai 1,5m korkeudelta lattiasta. Tavoitearvot: Lämpötila: Ulkolämpötila < 10 C, lämpötila 21,5±0,5 Ulkolämpötila > 10 C ja <20 C, lämpötila 21,5 + 0,3*(tu 10) ±0,5 Ulkolämpötila > 20 C, lämpötila 24,5±0,5 Hetkellinen enimmäisarvo top + 1,5 Hetkellinen vähimmäisarvo 20 C Pysyvyys, toimi ja opetustilat 95%, asunnot 90% Ulkolämpötila 24h liukuva keskiarvo lähimmältä havainnointipaikalta Mitataan 1,1m korkeudesta, työpisteellä 0,6m Ilman liikenopeus: t_ilma = 21 C, <0,14m/s t_ilma = 23 C, <0,16m/s t_ilma = 25 C, <0,20m/s Mitataan kolmen minuutin keskiarvo suuntariippumattomalla anemometrillä Hiilidioksidipitoisuus: <750ppm, mitataan infrapunamittarilla Radonpitoisuus: <100Bq/m³

Projektiin liittyvät riskit, niiden todennäköisyys ja vaikutukset sekä niistä aiheutuvat toimenpiteet Riski Todennäköisyys Vaikutus Välttäminen Vaikutuksien minimointi Toiminta toteutuessa Ei löydy sopivia antureita (hinta, kytkentämahdollisuudet, koko) Pieni Suuri Teemme kattavan selvityksen mahdollisista valmistajista Lisärahoituksen hankkiminen projektin toteuttamiseksi Projektin määritysten muuttaminen Tarvittavia komponentteja ei saada tarpeeksi nopeasti Pieni Keskisuuri Aloitamme etsimisen ja hankkimisen heti Aikataulun järjesteleminen uudestaan (teemme tehtäviä, joissa kyseistä komponenttia ei tarvita) Lisäämme työmäärää projektin loppupuolella Ongelmat käytettävien teknologioiden tuoreuden takia (esim. yhteensopivuusongelmat) Keskisuuri Keskisuuri Varmistamme komponenttien yhteensopivuuden Vaihtoehtoisten toimintatapojen miettiminen Vaihtoehtoisten teknologioiden käyttäminen Ongelmat toteutuksessa, koska tarvittavat menetelmät eivät ole tekijöille entuudestaan tuttuja Suuri Pieni Tutustumme saatavissa oleviin materiaaleihin ja konsultoimme kokeneempia jäseniä ennen työn aloittamista Konsultoimme projektin kokeneempia osapuolia Projektin kokeneempien osapuolien konsultointi tai tarvittaessa osaaminen etsiminen projektiorganisaation ulkopuolelta Työtehtävät vaativat enemmän aikaa, kuin oli suunniteltu Keskisuuri Pieni Aikataulun pitävyyden jatkuva seuraaminen (viikkopalaverit) Aikataulun työmääriä ei mitoiteta liian tiukoiksi Projektiryhmän jäsenet järjestävät lisää aikaa muun elämisen kustannuksella niin halutessaan tai vaihtoehtoisesti karsitaan projektin tavoitteista Projektin toteuttamiseen tarvittava aika on määritelty liian suureksi Pieni Positiivinen ja Keskisuuri Toteutetaan suunniteltuja mahdollisia lisäominaisuuksia