Ontwikkeling hardware
Projectbeschrijving door Sinuss
De ultradunne bedrading leidt tot beperkingen in aansluitmogelijkheden, zoals datasignaalverlies en een beperkte, maximale voedingsstroom.
De sensoren worden op de bedrading aangesloten via een 12V-boostconverter. Door bij de sensor een step-downconverter te plaatsen, kan een voedingsbron van 3.3V, circa 80mA, gemaakt worden. Dit is voldoende voor het voeden van de sensor en een energiezuinige processor.
De sensor wordt uitgelezen door een energiezuinige processor: de Attiny86l. Deze werkt met een verbruik van 750uA bij 3.3V op 1 Mhz. De sensor wordt bijvoorbeeld via SPI of I2C uitgelezen. Afhankelijk van de sensor wordt de data verwerkt.
De sensoren worden onafhankelijk aangesloten op de datapoorten van de hoofdprint. Deze verzorgt de 12V-voeding. De data worden via levelshifters op 5V gebracht om het signaalverlies in de kabel te compenseren. De twee datadraden worden als volgt gebruikt:
• de ene draad als kloksignaal van de master-hoofdprint;
• de andere draad als bidirectionele databus.
Door gebruik te maken van een individuele masterklok per sensor kan de data-bus variëren in kloksnelheid. Hierdoor kunnen andere processen op de hoofd-print simultaan lopen. De hoofdprint start de klok met startdata, waardoor de slavesensor antwoordt met een sensor-ID en de relevante data. Door het sensor-ID kan elke sensor onafhankelijk op elke bus functioneren.
De basis van de hoofdprint is een ATMEGA2560-processor. De hoofdprint leest periodiek elke sensor uit, verwerkt de data en verzendt dit als één pakket via een draadloze verbinding (433Mhz, 100mW). Omdat deze datahardware specifiek is, is de data niet bruikbaar voor derden. Toch wordt hier via een key een encryptie aangemaakt. De data worden opgevangen door een ontvanger met een opgegeven bereik van 1 tot 1,5 km in open veld. Ze worden in de ontvangerprint verwerkt en via een GPRS-SSL-verbinding met JSON-protocol naar een server gestuurd. Deze post kan per circa 10 seconden plaatsvinden. De posts worden elk voorzien van een tijdstempel met een resolutie van één seconde. Dit betekent dat één post van één sensor meerdere metingen kan bevatten.
De draagbare hoofdunit wordt gevoed met een LiPo-batterij. Als de print aan-gesloten wordt op een gelijkspanningsvoeding van 9-50Vdc, zal deze volautomatisch opgeladen worden. De batterijstatus wordt ook meegestuurd naar de ontvangstprint. De hoofdprint is voorzien van een GPS/GNNS-ontvanger. Ook deze data worden periodiek doorgestuurd. De toe te passen sensoren zijn:
• luchtkwaliteitssensor
• buitentemperatuursensor
• GPS
• lichaamstemperatuursensor (moet nog onderzocht worden)
• stress-sensor (moet nog onderzocht worden)
• hartslagsensor (afgekeurd: deze is niet wearable)
• alternatief: bewegingssensor?