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Kühlschranküberwachung mit SensorTile.box und Microsoft Azure IoT Central

SensorTile.box von STMicroelectronics wurde zum Erfassen von Sensordaten wie Temperatur und Feuchtigkeit im Kühlschrank verwendet, die dann an die Microsoft Azure IoT Central-Plattform gesendet wurden.

Parts list

Qty Produkt Part number
1 STMicroelectronics STEVAL-MKSBOX1V1, Development Kit for STM32 for IoT and Wearable Sensor Applications 190-8453

Wussten Sie, dass eine Avocado nicht in der Gemüseschublade des Kühlschranks aufbewahrt werden sollte, da sie in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit schneller verdirbt? Ich wusste das nicht. Es gibt bei alltäglichen Sachen so viel zu lernen und dennoch achten wir nicht genug darauf. Wie viele von uns lasse auch ich die Kühlschranktür offen, wenn ich Einkäufe auspacke. Das kann jedoch den Betrieb des Kühlschranks beachtlich stören und seine Effizienz verringern. Es lohnt sich immer, zwei wichtige Parameter zu kennen: Die Temperatur und die Feuchtigkeit des Kühl- und Gefrierschranks. Wenn Sie die Temperatur niedrig einstellen, verbrauchen Sie am Ende zu viel Strom. Wenn Sie die Deckel nicht schließen, steigt die Luftfeuchtigkeit, und der Kühlschrank braucht länger zum Kühlen.

Als ich SensorTile.box (190-8453) von STMicroelectronics in der Hand hatte, dachte ich, es wäre eine gute Idee, diese beiden Parameter zu messen und zu sehen, was in meinem Kühlschrank passiert. Und ich möchte auch wissen, ob jemand nach Mitternacht in die Küche schleicht oder ich die Kühlschranktür über Nacht offen gelassen habe!

sensortile_box_20e2600e1b6f3934d4f0ce53cd965e0ba8f6a349.jpgSensorTile.box

SensorTile.box ist eine Entwicklungsplatine mit mehreren Bewegungs- und Umgebungssensoren und kann für das drahtlose IoT und tragbare Sensoranwendungen verwendet werden. Die Platine wird in einer Kunststoffbox geliefert, die gemäß IP54 gegen Spritzwasser geschützt ist. Die Abmessungen der Box betragen 57 mm, 38 mm und 20 mm. Der obere Deckel ist in zwei verschiedenen Ausführungen erhältlich: Einer ohne Flansche und einer mit Flanschen. Letztere kann je nach Anwendung verwendet werden, um das Kit an der Wand oder einer anderen Oberfläche zu befestigen. Das Kit wird mit einem LiPo-Akku geliefert, der über den Slot für Micro-USB-B-Kabel aufgeladen werden kann.

SensorTile.box verfügt über eine breite Palette an energiesparenden Sensoren, darunter einen 3-Achsen-MEMS-Beschleunigungsmesser, der nur 50 nA verbraucht, dazu einen Beschleunigungsmesser mit ultrahoher Auflösung und Digitalausgang, ein 6-Achsen-Trägheitsmodul, ein Magnetometer sowie Temperatur-, Feuchtigkeits-, Druck- und Audiosensoren.

Zur Verwaltung der Sensorkonfigurationen und Verarbeitung der Ausgabedaten wird der 32-Bit-ARM Cortex-M4-Mikrocontroller mit ultraniedrigem Energieverbrauch mit DSP und FPU verwendet. Es gibt ein ST-BLE-Modul, das die drahtlose Kommunikation zwischen der Platine und dem Smartphone ermöglicht.

Gerät einrichten

Um an die Platine in der Kunststoffbox zu gelangen, müssen die Schrauben am oberen Deckel gelöst werden. Der nächste Schritt besteht darin, den Batterieanschluss mit dem Stift auf der Platine zu verbinden. Um das Gerät einzuschalten, muss das USB-Kabel angeschlossen sein. Wenn der Akku aufgeladen wird, blinkt die rote LED auf der Platine. Nach meiner persönlichen Erfahrung dauert es ca. 2 Stunden, bis der Akku vollständig aufgeladen ist.

Der Zugriff auf die Platine erfolgt über die ST BLE Sensor-App des Telefons. Die ST BLE Sensor-App enthält mehrere Beispielanwendungen für Anfänger. Fortgeschrittene Benutzer können im Expertenmodus ihre eigene Anwendung erstellen. Weitere Informationen zur Verwendung der App finden Sie im offiziellen Benutzerhandbuch oder in diesem Video.



Bei diesem Projekt wurden Temperatur und Feuchtigkeit im Kühlschrank sowie das Magnetfeld gemessen, um die Position der Kühlschranktür zu identifizieren.

Schrittweise Anleitung zum Laden der App und Herstellen einer Verbindung zur Cloud:

  1. Wählen Sie im Hauptfenster die Option „CREATE A NEW APP“ (NEUE APP ERSTELLEN).Screenshot_20190912-125917_549a2a28da3301ac2703a0adacdc64e12c166f30.png
  2. Das Fenster „Example Apps“ (Beispielanwendungen) wird angezeigt. Wählen Sie „Expert view“ (Expertenansicht) aus und tippen Sie im nächsten Fenster auf „+NEW APP“ (+NEUE APP).Screenshot_20190912-134102_4d63c21485c135466ecc030ac4df3f824977a502.png
  3. Ich habe eine neue App namens „Smart fridge“ erstellt und die Eingänge sind Temperatur-, Feuchtigkeits- und Magnetfeldsensorwerte.
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  4. Kehren Sie zum Hauptfenster zurück und wählen Sie die Option „CONNECT TO A DEVICE“ (MIT EINEM GERÄT VERBINDEN) aus.
  5. Wenn die Platine eingeschaltet ist, sollte Ihr Gerätename in der Geräteliste angezeigt werden. Sobald die Verbindung zwischen der Platine und dem Telefon/der App hergestellt ist, blinkt die blaue LED.
  6. Wenn Sie auf das Symbol in der oberen linken Ecke drücken, werden Optionen zum Beobachten der Messdaten angezeigt. Gehen Sie zur Option „Cloud Logging“ (Cloud-Protokollierung), um Daten in den Cloud-Dienst hochzuladen, der in unserem Fall Microsoft Azure IoT Central ist.

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Daten an Azure IoT Central senden

Der Cloud-Dienst, den ich für dieses Projekt verwende, ist Microsoft Azure IoT Central, eine browserbasierte Plattform zur Überwachung und Verwaltung von IoT-Geräten. Ich konnte meine eigene Anwendung schnell und ohne eine einzige Codezeile erstellen. Azure IoT Central ist für bis zu 5 Geräte kostenlos und sehr intuitiv zu bedienen. Tatsächlich bin ich sehr beeindruckt vom Azure-Support, der auch einen Online-Chat-Service rund um die Uhr bietet. Ich habe diese Anweisungen befolgt, um Sensortile.box mit Azure IoT Central zu verbinden.

Wenn Sie alles richtig eingestellt haben, sollten Sie in der Lage sein, die Rohdaten in Azure IoT Central hochzuladen, indem Sie auf das Cloud-Symbol in der unteren rechten Ecke der Seite „Cloud Logging“ (Cloud-Protokollierung) in der ST BLE Sensor-App klicken.

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Im Browser sehen Sie, dass das Gerät TILE18209BC vorhanden ist und die Messungen von Feuchtigkeit, Temperatur und Magnetfeld in Z-Richtung alle 2 Sekunden aktualisiert werden. Dies sind die tatsächlichen Messwerte aus dem Kühlschrank.

azure_iot_overview_f9a95f419e20c2c89cb0c336f0e106733a77d690.pngSensorTile.box mit Azure IoT Central verbunden 

Meine SensorTile.box wurde wie auf dem Foto unten gezeigt in die Kühlschranktür eingesetzt, aber ich habe sie zuerst in ein Stück Holz geklebt. Das hilft, das Gerät still zu halten, da ich es nicht direkt an der Tür befestigen wollte. Wie Sie sehen, ist Platz ein großes Problem in unserem Kühlschrank, und ich möchte die SensorTile.box nur gelegentlich zur Überwachung des Kühlschranks verwenden.

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„Mitternachtsnacks“

Mit kamen zwei Szenarien in den Sinn, für die die Überwachung des Kühlschranks nützlich sein könnte. Das erste Szenario: Wenn Sie ein Familienmitglied überführen möchten, das sich nachts zum Knabbern in die Küche schleicht.

Neben der Temperatur und Luftfeuchtigkeit habe ich die Schwankungen des Magnetfelds beim Öffnen und Schließen der Kühlschranktür gemessen. Das Diagramm unten zeigt ein Szenario: Die Tür war zuerst geschlossen, dann wurde sie etwa 3 Minuten lang geöffnet und wieder geschlossen. Das Magnetfeld in Z-Richtung hat sich von ca. 200 mG in 400 mG geändert. Sie können auch sehen, dass sich die Messwerte für Feuchtigkeit und Temperatur entsprechend geändert haben. Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass die kühle Luft im Kühlschrank beim Öffnen der Tür herausströmt.

magnetic_field_2d78b09034fc841f49440bfaebb7ec816702a836.pngMagnetfeld in Z-Richtung
temperature_83c6380a6665e88da0a1b40fab34c1963918a985.pngTemperatur
humidity_01059d2b6be3213e83e02db09c6bf53997dbcea5.pngFeuchtigkeit

Um diese Änderungen zu erkennen und eine Benachrichtigung darüber zu erhalten, habe ich in Azure IoT Central im Bereich „Device Template“ (Gerätevorlage) des Menüs auf der linken Seite die „Telemetry rule“ (Telemetrieregel) eingestellt. Der Schwellenwert wurde auf 300 mG festgelegt. Das ist der Wert, den ich anhand mehrerer Messungen mit dem Sensor an exakt derselben Stelle ermittelt habe.

rule_1_8cb51d53b38d84747478b6923686a5a7c64197e0.png

Die Regel löst eine Aktion aus, durch die mir bei Überschreiten des Schwellenwerts eine Benachrichtigungs-E-Mail gesendet wird.

email_midnight_snack_c7471f1922117e77e6c3212f115579b4a6d91241.png

„Oh, nein! Die Tür war über Nacht geöffnet!“

Das zweite Experiment bestand darin, zu testen, ob die SensorTile.box erkennen kann, ob die Kühlschranktür leicht geöffnet ist – was bei unserem Getränkekühlschrank leider oft passiert. Der Kühlschrank ist ziemlich klein (oder wir haben zu viele Bierflaschen darin) und wir kommen oft morgens in die Küche und sehen, dass die Tür die ganze Nacht geöffnet war, wie in der Abbildung unten dargestellt.

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Die Tür des Getränkekühlschranks ist nicht vollständig geschlossen

Ähnlich wie beim ersten Experiment testete ich die Variation des Magnetfelds, die dieses Mal natürlich viel kleiner ist. Das Diagramm unten zeigt, dass das Magnetfeld bei geschlossener Tür 370 mG in negativer Z-Richtung war. Ich habe getan, als würde ich ein Getränk nehmen, und öffnete also die Tür einige Sekunden. Dann ließ ich sie aber absichtlich leicht geöffnet. Wie Sie sehen können, liegt das Magnetfeld jetzt bei ca. 300 mG in der gleichen Richtung wie zuvor.

magnetic_field_5_mins_5b418f52b0a013e32c6b0e377c658559e09ab44e.png

Wert für das Magnetfeld in Z-Richtung vom Getränkekühlschrank

Ich habe eine weitere Regel festgelegt, um das Magnetfeld 5 Minuten lang zu messen. Wenn der Durchschnittswert mehr als -300 mG beträgt, erhalte ich die Benachrichtigung, dass die Kühlschranktür offen gelassen wurde.

email_midnight_5min_5b42eb49506106363beed14db3cb7011ac984249.pngAbschließende Worte

Ich hatte bei diesem Projekt mit SensorTile.box viel Spaß, insbesondere, weil ich nichts programmieren musste und die Anweisungen klar waren. Die Verbindung zu Microsoft Azure IoT Central war ebenfalls sehr intuitiv, sodass jeder gleich mit dem Bau eines eigenen IoT-Geräts beginnen kann!

Weitere Ressourcen:

Auspacken der SensorTile.box von STMicroelectronics

Auswahl einer Cloud-Plattform für Ihre IoT-Geräte

IoT-Erfassung mit SensorTile.box und Azure IoT Central verfügbar

I am an electronics engineer turned data engineer who likes creating content around IoT, machine learning, computer vision and everything in between.
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