Deutsch
Im Projekt Open Source IoT-Stack (OSIS) geht es um den Entwurf eines funktionstüchtigen Prototypen, der vom Einlesen verschiedenster Sensorwerte bis zur Speicherung und Visualisierung der Daten alles umfasst, und dabei nur aus Open Source Technologien bestehet. Der zentrale Punkt im System ist ein Server, der mit einem Mikrocontroller und einem von uns ausgewählten Datenbanksystem kommuniziert. Das Projekt Open Source IoT-Stack ist zusammen mit der Firma DCCS IT Business Solutions (Graz) zustande gekommen. Der IoT-Stack soll aus den Schichten der Datenerfassung, -übermittlung und -übertragung, sowie der Ablage in einer Datenbank bestehen. Für eine einfache Bedienung soll eine Visualisierung und Aufbereitung der Sensordaten erfolgen. Das Projekt OSIS hat dabei die Aufgabe für die Firma DCCS einen Prototypen für diesen IoT-Stack zu untersuchen und entwickeln. Sensoren werden mit seriellen Schnittstellen (I2C und OneWire) über einen Mikrocontroller mit einem ESP32-M5 Core angebunden. Die Schnittstelle zum Message-Broker (Server) ist ein Machine-to-Machine (M2M) Kommunikationsprotokoll, das in der individuellen Aufgabenstellung untersucht wird. Ausgehend von den Daten, die der Sensor an den Server schickt, wird eine geeignete Technologie für die Schicht zur Datenablage ausgewählt und ein Datenmodell entwickelt. Die geeignete Technologie für den Server (Message-Broker) und das Datenbankmodell wird ebenfalls untersucht. Auf Basis, der im zentralen System, vorhandenen Daten wird zum Schluss eine übersichtliche Applikation zur Visualisierung mit Node-RED entwickelt.

English
The project Open Source IoT-Stack (OSIS) is aimed at the development of a functional prototype, which includes everything from reading different sensor values, storaging the data and visualising the values, using only open source technologies. The central point in the system is a server, which communicates with a microcontroller and a database system by Influxdb. The project Open Source IoT-Stack has been developed in cooperation with the company DCCS IT Business Solutions (Graz). The IoT-Stack is consists of the layer data acquisition, transmission and transfer as well as storage in a database. The sensor values will be visualised and prepared for easy operation. The OSIS project has the task to develop a prototype for the Open Source IoT Stack. The sensors are connected to the microcontroller with serial the interfaces I2C and OneWire. The interface to the message broker is a machine-to-machine (M2M) communication protocol, which will be developed in the individual task. Based on the values sended by the microcontroler to the server, a suitable technology for the data storage layer is selected and a data model is developed. The suitable technology for the server (message broker) and the database model is also developed. The data available in the central system is visualised in Node-RED.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße.

Dieses Projekt wird gemeinsam mit der Firma DCCS durchgeführt.

Details

Mithilfe des M5Stack werden die verschiedensten Sensorwerte eingelesen und auf einen MQTT-Server gesendet. Dieser MQTT Server läuft auf einem Raspberry Pi. Er dient als Schnittstelle zwischen der Datenerfassung und der Datenablage. Aus dieser Datenablage wird folgend eine Visualisierung der Sensordaten zur besseren Veranschaulichung entwickelt. Näheres wird in folgenden Punkten Datenerfassung und Automatische Datenablage und Visualisierung erläutert.

dns Systemstruktur

Systemstruktur

Unser Projekt besteht grundsätzlich aus den folgenden vier Teilen:
● Datenerfassung
● Serverebene
● Visualisierung
● Datenablage

Auf der Ebene der Datenerfassung werden die Sensoren über einen ESP-32 M5 Core angesteuert und eingelesen. Anschließend werden die gewünschten Sensorwerte mittels MQTT an den Server gesendet. Die Serverebene besteht aus einem Raspberry Pi welcher als Message-Broker fungiert. Auf diesem Server arbeitet die von uns ausgewählte Software mosquitto als Message Broker. Die Werte aus der Ebene mit dem Server werden danach von einem selbst erstellten Script an Node-RED und eine influxdb weitergeleitet. Auf der Visualisierungsebene werden die Daten durch Node-RED anschaulich visualisiert.

perm_data_setting Datenerfassung

M5 Core (der Firma M5 Stack)

Um die vom Kunden gewünschten Sensorwerte einlesen zu können, wird ein entsprechender Mikrocontroller gebraucht. In unserem Projekt ist das der M5 Core (der Firma M5 Stack) welcher als zentrale Recheneinheit dient, er basiert auf einen ESP 32. Für den von OSIS entwickelten Prototypen werden Sensoren zur Überwachung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und CO2 Gehalt der Raumluft eingesetzt.

analytics Automatische Datenablage und Visualisierung

Datenablage und Visualisierung

Um die gemessenen Werte nicht nur lokal sehen zu können, werden diese an einen Message Broker gesendet. Die Messwerte am Message Broker werden daraufhin in einer Datenbank von influxdb gespeichert und über Node-RED visualisiert.