WLAN Bewegungsmelder - Projektidee

Der WLAN Bewegungsmelder soll es ermöglichen, temporär ausgewählte Bereiche über das Interent zu überwachen – ob Tiere im Garten, nächtliche Besuche des Kühlschranks oder Aktivitäten an der Hauseingangstür.

Hier gehts zur Übersicht der Projektideen für das Modul Webanwendungen.

Stand: 19.04.2023

Ausgangslage und Motivation

Internet-Bewegungsmelder gibt es bereits, z. B. das System aus dem Shelly-Universum: Shelly Motion. Ein mobilder WLAN Bewegungsmelder kann in vielen Szenarien nützlich sein:

Nur für die Gartenparty soll automatisch das Licht am (Bier-)Kühlschrank im Gartenhaus angehen, wenn ein Gast es betritt.
Wann genau hinterlässt Nachbars Katze eigentlich ihre Hinterlassenschaft im Blumenbeet?
Wann stand noch mal der Paketbote vor der Tür?
Wie kommt es nur, dass morgens weniger im Kühlschrank ist als abends? … Die lieben Kleinen
Treiben sich nachts Kreaturen an meinem Bienenstand herum?

Ziel

Es existiert ein internetbasiertes System, das Bewegungen mit einem Infrarot-Bewegungssensor (PIR) detektiert und mit einem ESP8266 D1 Mini auswertet, die Signale an einen Webservice sendet und eine (grafische) Übersicht über Bewegungen ermöglicht.

Abb. 1: Mockup / mögliche Visualisierung der Bewegungsvorgänge. grün-rot ist der Batteriestand (nur optional), der alle sechs Stunden übertragen wird und als „I am alive“ Signal dient. Jeder lila Strich markiert einen Auslösevorgang.

Es existiert einen Analyse, die folgendes beinhaltet:

Beschreibung verschiedener Einsatz-Szenarien: Hier sollten Sie ausarbeiten, in welchen Anwendungsfällen ein WLAN Bewegungsmelder sinnvoll einsetzbar ist.
Möglichkeiten der Vermarktung: Versuchen Sie, die Frage zu beantworten, wer warum so einen Bewegungsmelder brauchen könnte. Wie kann ein Interessent an diesen Bewegungsmelder kommen, wie könnte ein Unternehmen damit Geld verdienen?
Marktanalyse: Welche schon fertigen, kaufbaren Produkte gibt es?

Rahmenbedingungen

Der Weg der Daten könnte wie folgt aussehen:

PIR->ESP8266 )))WLAN((( Router -> Internet->Webserver[Webservice->Datenbank->Visualisierung]->Internet->Browser->Mensch

Die Schnittstelle (API) über http GET könnte sein:

http(s)://server/webservice?x=sensornummer;Bat für die Übertragung des Batteriestatus

http(s)://server/webservice?x=sensornummer;on für "Bewegung detektiert

Statt z.B. mit der Kombination Attiny85 und ESP-01 (zusätzliche Spannungsregelung erforderlich) kann der Sender auch mit einem Raspberry Pico oder einem ESP8266 D1 Mini (bevorzugt) allein realisiert werden.

Die einfachste Realisierungs-Variante: Der ESP8266 D1 Mini und der PIR werden dazu auf einem Steckbrett montiert. Die Spannungsversorgung erfolgt über ein Mikro-USB-Kabel-

Abb. 2:ESP8266 D1 Mini auf einem Steckbrett. Die Spannungsversorgung und die Programmierung mit der Arduino-IDE sind so besonders einfach.

Abb. 3: Ein PIR in zwei Perspektiven. Das Breakout hat zwei Einstellmöglichkeiten für Schaltdauer und Empfindlichkeit. Über drei Kontakte (VCC, GND, Signal) ist es leicht an einen Micro-Controller anzuschließen.

Datenblätter finden Sie im Internet,

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A300/SEN-HC-SR501-ANLEITUNG-23.09.2020.pdf

mögliche Bezugsquellen sind:

Alternativ wäre es möglich, den Bewegungsmelder statt über http über mqtt anzubinden (im Modul Webanwendungen nicht empfohlen bzw. nicht möglich).

Realisierung

Hardware

Abb. 4: Schaltplan für den WLAN Bewegungsmelder mit PIR und ESP8266

Abb. 5: Prototyp für den WLAN Bewegungsmelder. Das Steckbrett ist auf eine Halterung aus dem 3D-Drucker geklebt, der PIR mit 2mm-Schrauben festgeschraubt

Materialliste

Montageplatte (3 D Druck)
Steckbrett Mini
PIR
ESP8266 D1 Mini
zwei LED (Nutzerbeglückung)
zwei Widerstände 1k (Vorwiderstand LED)
ein Widerstand 10k (Pull Down für Signal)
USB Anschlusskabel

Software

Im Grundsatz sind folgende Teile (die sich einzeln jeweils gut ergoogeln lassen) zu kombinieren:

WLAN Verbindung herstellen

dann in einer Schleife

PIR mit digitalem Port abfragen
Entscheidung darüber, wann eine Meldung an den Server abgesetzt wird
Entscheidung, ob und wann es es Statusmeldungen geben soll

Glossar

Bewegungssensor (PIR)

Ein Bewegungsmelder ist ein Gerät, das Bewegungen erkennt und darauf reagieren kann. Viele verwenden es, um z.B. Einbrecher abzuwehren. indem es Alarm auslöst, sobald es Bewegungen im Überwachungsbereich erkennt. Es kann auch dazu dienen, um automatisch Beleuchtung oder andere Geräte ein- oder auszuschalten.

PIR steht für „Passive Infrared“ oder „Pyroelektrischer Infrarot-Sensor“. Es ist ein Typ von Bewegungsmelder, der Wärmestrahlung (Infrarot) verwendet, um Bewegungen zu erkennen. Ein PIR-Sensor besteht aus einem passiven Infrarot-Detektor, der die Wärmestrahlung von Objekten im Überwachungsbereich aufnimmt, und einer elektronischen Schaltung, die die aufgenommenen Daten verarbeitet, um Bewegungen zu erkennen. PIR-Sensoren sind in vielen Anwendungen wie Sicherheitssystemen, automatischen Beleuchtungen und der Hausautomatisierung verbreitet.

Attiny85

Der ATtiny85 ist ein Mikrocontroller der Firma Atmel (jetzt ein Teil von Microchip), der für Anwendungen mit geringem Platzbedarf und geringem Stromverbrauch geeignet ist. Er verfügt über 8 KB Flash-Speicher, 512 Byte SRAM und 512 Byte EEPROM. Er ist mit einem AVR-Core ausgestattet, der über eine 8-Bit-Datenbusarchitektur verfügt und mit einer Taktfrequenz von bis zu 20 MHz arbeitet. Stromsparend sind auch 1 MHz möglich.

Der ATtiny85 hat sechs digitale Eingänge / Ausgänge, ein Eingang können Sie in eine analoge Eingangsschnittstelle umkonfigurieren. Er unterstützt Interrupts, Timer/Zähler und serielle Kommunikation. Er ist kompatibel mit der Arduino-IDE, was ihn zu einer geeigneten Wahl für Projekte macht, bei denen eine geringere Leistung und eine geringere Größe erforderlich sind.

ESP-01 (ESP8266)

Der ESP-01 ist ein kleines und preisgünstiges WiFi-Modul, das von der Firma Espressif Systems entwickelt wurde. Es verwendet den ESP8266-Chip, der eine integrierte WiFi-Funktionalität und einen 32-Bit-MCU (Microcontroller Unit) enthält. Dies ermöglicht es dem ESP-01, als unabhängiger WiFi-Client oder als WiFi-Access-Point zu arbeiten, sowie Daten über TCP/IP-Protokolle zu senden und zu empfangen.

Der ESP-01 verfügt über eine begrenzte Anzahl von Ein- und Ausgängen, dafür ist er klein und preiswert. Er kann eine Verbindung zum Internet herstellen und Daten senden und empfangen. Es ist kompatibel mit der Arduino-IDE, was ihn zu einer geeigneten Wahl für Projekte macht, die eine WiFi-Funktionalität erfordern, aber Platz- und Kostenbeschränkungen haben.

ESP8266 D1 Mini

Der D1 Mini ist ein kompaktes Mikrocontroller-Board, das auf dem ESP8266-Chip (12F) basiert. Es wurde entwickelt, um besonders einfach IoT-Projekte zu realisieren Die Spannungsregelung und ein USB-seriell-Umsetzer sind bereits auf dem Board. Der D1-Mini ist „breadboardfriendly“ und kann leicht über Jumperkabel auf einem Steckbrett verbunden werden.

MQTT

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein einfaches, offenes Protokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M), das sich auf die Übertragung von Daten in Echtzeit spezialisiert hat. Es ist ein Publish-Subscribe-Protokoll, was bedeutet, dass Clients (Publisher) Nachrichten an einen Broker senden und andere Clients (Subscriber) können sich auf bestimmte Themen (Topics) abonnieren, um diese Nachrichten zu empfangen.

MQTT wurde entwickelt, um eine einfache und effiziente Kommunikation für Low-Power-Netzwerke und entfernte Geräte zu ermöglichen, die über begrenzte Ressourcen und eine schlechte Netzwerkverbindung verfügen. Es kann auf einer Vielzahl von Plattformen und Betriebssystemen ausgeführt werden, einschließlich Linux, Windows, MacOS, iOS und Android. Es wird häufig in IoT (Internet of Things) -Anwendungen verwendet, um Daten von entfernten Geräten zu sammeln und zu übertragen.

IoT

IoT (Internet of Things) ist ein Netzwerk von Gegenständen (Devices), die mit dem Internet verbunden sind und Daten senden und empfangen können, ohne dass eine direkte menschliche Interaktion erforderlich ist. Beispiele dafür sind Smart-Home-Geräte wie Thermostate oder Lichtschalter, die über eine App gesteuert werden können, oder Sensoren in Fabriken, die Daten über die Produktionsleistung sammeln. Die Idee ist, dass diese vernetzten Geräte das Leben einfacher machen, indem sie Prozesse automatisieren und mehr Kontrolle und Einblick in das Umfeld zulassen.

IoT-Geräte umfassen eine breite Palette von Geräten wie Smartphones, Smart-Home-Geräte, industrielle Maschinen, medizinische Geräte, Fahrzeuge und vieles mehr. Sie sind in der Lage, Daten über ihren Zustand, ihre Umgebung und ihre Interaktionen mit anderen Geräten zu sammeln und zu übertragen. Dies ermöglicht es Unternehmen und Entwicklern, die Daten zu nutzen, um Prozesse zu automatisieren, die Leistung zu verbessern und neue Dienste und Anwendungen zu schaffen.

Visualisierung

Visualisierung ist die Verwendung von Bildern, Graphiken oder Diagrammen, um komplexe Informationen darzustellen und verständlich zu machen. Es handelt sich dabei um eine Methode, um Daten und Informationen schneller und einfacher zu erfassen und zu verstehen. Visualisierung kann in vielen Bereichen wie Wissenschaft, Wirtschaft, Medien und Design verwendet werden. Einige Beispiele für die Verwendung von Visualisierung sind:

Graphen und Diagramme in Finanzberichten, um Finanzdaten darzustellen.
Karten und Infografiken in Nachrichtenberichten, um geografische Daten zu verdeutlichen.
medizinischen Bildgebung, um z.B. Röntgenaufnahmen oder MRT-Scans für das Patientengespräch anzureichern.

Es gibt verschiedene Arten von Visualisierungstechniken, wie z.B. die Verwendung von Farben, Formen, Größen und Layout, um Daten hervorzuheben und zu strukturieren. Eine gute Visualisierung sollte präzise, verständlich und aussagekräftig sein und es den Betrachtern ermöglichen, schnell und einfach wichtige Informationen zu erfassen.

Digitization und Digitalization

Das Deutsche kennt nur Digitalisierung, während im englischen zwischen Digitization und Digitalization underscheiden wird.

Unter engl. Digitization versteht man den Prozess der Umwandlung analoger Informationen in ein digitales Format, z. B. scannen eines Papierdokuments in eine digitale Datei. Es handelt sich im Wesentlichen um einen einmaligen Prozess, der die Erstellung einer digitalen Kopie eines bestehenden physischen Objekts oder einer analogen Information ermöglicht.

Engl. Digitalization hingegen bezieht sich auf die Integration digitaler Technologie in alle Bereiche der Gesellschaft und der Industrie. Es handelt sich um ein breiter gedachtes Konzept, das Digitization umfasst und auch den Einsatz digitaler Technologien zur Veränderung der Arbeitsweise und Interaktion von Menschen und Organisationen mit einschließt. Es handelt sich um einen Transformationsprozess und Änderung der Geschäftsmodelle, die die Nutzung von Daten, digitalen Tools und anderen Technologien zur Verbesserung von Effizienz, Produktivität und Kundenbindung beinhalten kann.