3.10. Podsystem sensorów

System HabitatOS pozwala na wizualizację zbieranych danych z sensorów rozmieszczonych w habitacie oraz poza jego obszarem. Monitorowanie parametrów środowiskowych oraz atmosferycznych jest jednym z kluczowych aspektów działania systemu podtrzymywania życia.

System pozwala na wyświetlanie stanu aktualnego, przechowywanie informacji historycznych oraz wyszukiwanie i filtrowanie po zadanym parametrze. Przy wykorzystaniu wbudowanych mechanizmów możliwe jest prześledzenie zmian parametrów środowiskowych oraz określenie ich wpływu na załogę.

3.10.1. Urządzenia pomiarowe i sensory

Dane do systemu operacyjnego przekazywane są przez zestaw sensorów zarówno skonstruowanych przez twórców habitatu jak również gotowych urządzeń dostępnych komercyjnie. Rys. 3.45. przedstawia poglądowy widok wykorzystywanych sensorów. Oprogramowanie sterujące urządzeniami zostało napisane przez autora systemu (Rys. 3.44.).

../_images/sensor-devices-1.jpg

Rys. 3.44. Zdjęcie stanowiska konfiguracji urządzeń i sensorów wraz z widocznym procesem kompilacji kodu źródłowego sterowników.

Wśród urządzeń dostępnych komercyjnie wymienić można m.in. sensory firm Aeotec oraz Fibaro. Należą do nich:

  • kontrolery otwarcia drzwi,

  • czujniki temperatury, UV, ruchu, wilgotności względnej,

  • czujniki CO oraz dymu,

  • mierniki napięcia sieciowego.

Własnoręcznie zbudowane urządzenia znajdują głównie zastosowanie w hydroponice i pozwalają na kontrolę urządzeń elektronicznych, pomiar temperatury oraz parametrów medium, rezystancji cieczy jak również poziomu wody, kontroli przepływu i załączania pomp.

../_images/sensor-devices-2.jpg

Rys. 3.45. Zdjęcie przedstawia wybrane sensory wykorzystane przy konstrukcji habitatu. Zdjęcie wykonano w trakcie konfiguracji urządzeń do pracy z systemem HabitatOS.

3.10.2. Akwizycja danych

Dane zbierane są przez sensory i przesyłane bezprzewodowo za pomocą protokołu Z-Wave. Protokół ten jest standardem łączności wykorzystywanej przez urządzenia tzw. Internetu urządzeń (ang. Internet of Things, IoT). Kontroler (stacja bazowa) nasłuchuje rozgłoszeń i zapisuje informacje wraz z datą przyjścia pakietu danych, pomierzoną wartością, jednostką fizyczną pomiaru, identyfikatorem urządzenia i pozycją rozlokowania urządzania w habitacie.

W HabitatOS istnieje również możliwość ręcznego wprowadzania danych środowiskowych, np. na wypadek uszkodzenia któregoś z sensorów jak również w przypadku dokonywania niestandardowych pomiarów. Rys. 3.46. przedstawia ekran ręcznego wprowadzania danych pomiarowych do systemu.

../_images/sensor-data-add.png

Rys. 3.46. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający ekran ręcznego wprowadzania danych z pomiarów środowiskowych.

3.10.3. Wspierane wielkości fizyczne

HabitatOS wspiera wprowadzanie następujących wartości i pomiarów fizycznych:

  • ciśnienie parcjalne tlenu,

  • stężenie dwutlenku węgla,

  • stężenie tlenku węgla (czadu),

  • poziom natężenia światła,

  • obecność dymu,

  • wilgotność względną,

  • obecność ruchu (fotokomórki),

  • prędkość transmisji danych,

  • ciśnienie atmosferyczne,

  • poziom promieniowania,

  • temperatura,

  • poziom ekspozycji UV,

  • wibracje (czujnik ruchu),

  • napięcie prądu,

  • natężenie prądu,

  • zjawiska atmosferyczne,

  • prędkość wiatru,

  • poziom zanieczyszczenia atmosfery (pył),

  • zasięg widzialności.

Rys. 3.47. przedstawia listę pomiarów zebranych w systemie wraz z możliwością filtrowania względem urządzenia pomiarowego, jednostki pomiaru, lokacji sensora oraz czasu uzyskania danych.

../_images/sensor-data.png

Rys. 3.47. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawia listę pomiarów zebranych w systemie wraz z możliwością filtrowania względem urządzenia pomiarowego, jednostki pomiaru, lokacji sensora oraz czasu uzyskania danych.

3.10.4. Synchronizacja

Wszystkie parametry środowiskowe zebrane z sensorów umieszczane są w lokalnej bazie danych sterownika. Zabieg ten ma na celu przechowywanie lokalnej kopii danych na wypadek utraty połączenia z systemem. Do danych umieszczana jest również informacja o synchronizacji z systemem HabitatOS. Próba wepchnięcia danych odbywa się co trzy minuty. Dzięki zastosowaniu podtrzymywania bateryjnego na wypadek awarii prądu możliwe jest zbieranie informacji nawet w przypadku niedostępności innych systemów. Zaległe dane wypychane są do HabitatOS, gdy tylko połączenie z systemem zostanie ponownie nawiązywane.

HabitatOS obsługuje wykrywanie duplikatów danych i nie pozwala na ponowne wprowadzenie informacji i pomiarów, które już znajdują się w jego bazie.

3.10.5. Wizualizacja danych

Podsystem sensorów oraz wizualizacji parametrów środowiskowych habitatu stanowi jeden z krytycznych obszarów systemu. Informacje zbierane w obrębie tego modułu są składowane w bazie danych (Rys. 3.47.) oraz przedstawiane w czasie rzeczywistym członkom załogi jak również wraz ze stosownym opóźnieniem kontrolerom MCC. Rys. 3.48. przedstawia ekran systemu z wyświetlonym rzutem izometrycznym habitatu oraz z nałożonymi danymi pobranymi w wybranych miejscach habitatu.

../_images/sensor-dashboard.png

Rys. 3.48. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawia wizualizację habitatu w rzucie izometrycznym wraz z nałożonymi danymi pobranymi w wybranych miejscach budynku.

3.10.6. Wizualizacja trendów i danych historycznych

Kluczowymi parametrami wpływającymi na samopoczucie załogi jest temperatura, wilgotność względna oraz ciśnienie atmosferyczne i natężenie światła w habitacie. Dane poza wyświetlaniem z chwili aktualnej mają możliwość być wizualizowane z wykorzystaniem tzw. szeregów czasowych i linii trendów (Rys. 3.49.).

Wykresy mogą przedstawiać każdy zmierzony parametr. Istnieje możliwość przybliżania i oddalania wykresu w celu wizualizacji trendów dobowych oraz długoterminowych. Po uzyskaniu zadanego okresu istnieje możliwość eksportu danych do różnych formatów graficznych.

../_images/sensor-chart.png

Rys. 3.49. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający wizualizację linii trendu temperatury w habitacie. W prawym rogu istnieje możliwość filtrowania względem wybranego urządzenia. W prawym górnym rogu znajdują się opcje skalowania, wycinania zakresu jak również możliwość eksportu wykresu.