Systemsoftware und Verteilte Systeme

Entwurf und Implementierung eines Sensornetzwerk zur Erfassung eines Temperaturprofils in Wohn- und Büroräumen

Diplomarbeit

Abgeschlossen am 31. Mai 2010 durch Nils Schröder.

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Themengebiete

  • Sensornetzwerke
  • Verteilte Systeme

Hintergrund

Gebräuchliche Heizungen in Wohnhäusern verfügen in der Regel nur über eine begrenzte Zahl an Temperaturfühlern für die Grundsteuerung. Eine individuelle Steuerung der Wärmezufuhr in den einzelnen Räumen kann zusätzlich durch Thermostatventile erfolgen. Oft ist jedoch eher eine einheitliche Temperatur für sämtliche genutzte Räume erwünscht. Dies ist nicht immer leicht zu erreichen, da die notwendigen Einstellungen der Thermostatventile nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen sind: Die Bedingungen sind in den verschiedenen Räumen oft sehr unterschiedlich, zum Beispiel in Bezug auf die Leistungsfähigkeit der Heizkörper und die Wärmeisolierung, und erfordern folglich auch eine unterschiedliche Beheizung. Bei gleicher Thermostateinstellung ergeben sich mitunter sehr unterschiedliche Temperaturen. Durch offene Türen ist zudem keine vollständig unabhängige Regelung möglich. Manche Räume werden ggf. auch automatisch mitgeheizt, so dass hier eigentlich überhaupt kein Heizen notwendig ist.

Durch eine längerfristige Aufzeichnung der Temperaturverteilung in den beheizten Räumen lassen sich präzisere Informationen zu der in den jeweiligen Räumen benötigten Heizleistung gewinnen.

Zum Erfassen der Temperaturverteilung bietet sich ein drahtloses Sensornetzwerk an. Ein solches Sensornetzwerk besteht aus einer Vielzahl kleiner, batteriebetriebener Sensorknoten. Diese kommunizieren drahtlos miteinander und ermöglichen so die leichte Erfassung eines verteilten Phänomens, in diesem Fall der Temperatur an verschiedenen Punkten des Gebäudes. Durch die netzunabhängige Stromversorgung und die drahtlose Kommunikation lässt sich ein solches System ohne großen Aufwand einsetzen.

Neben der reinen, passiven Datenerfassung könnten die durch ein Sensornetz ermittelten Messwerte auch als Grundlage für eine intelligenter Temperatursteuerung durch automatische Ventile dienen.

Aufgabenbeschreibung

In dieser Arbeit soll ein Sensornetz zur Erfassung des Temperaturverteilung eines Gebäudes entworfen und implementiert werden. Mit Hilfe des Sensornetzwerks soll ein Profil der Temperatur und ggf. weiterer relevanter Messwerte an neuralgischen Punkten im Gebäude erstellt werden. Eine besondere Herausforderung bildet dabei die zeitliche und lokale Synchronisation der Messwerte. Als exemplarisches Einsatzfeld des Systems können z. B. die Büroräume der Abteilung Systemsoftware und verteilte Systeme verwendet werden.

Als Grundlage soll zunächst in einer Literaturrecherche ein Überblick über den aktuelle Stand der Technik erstellt werden und bestehende Technologien und Systeme auf ihre Eignung untersucht werden. Das Sensornetzwerk soll aus kommerziell erhältlichen Hardware-Komponenten aufgebaut werden, so dass eine Entwicklung eigener Hardware nicht erforderlich ist. Auch auf der Software-Ebene ist eine Verwendung bewährter Algorithmen und Protokolle zur Datenerfassung wünschenswert. Diese müssen jedoch im Rahmen der Arbeit um fehlende, aufgabenspezifische Komponenten und Funktionen erweitert werden.

Zudem sollen die erfassten Daten einer leichten Analyse, ggf. durch graphische Darstellung, zugänglich gemacht werden und erste Analysen durchgeführt werden, die eine günstigere, umgebungsspezifische Heizungssteuerung mit dem Ziel der globalen Temperaturvereinheitlichung herbeiführen.

Vorkenntnisse

  • Kenntnisse in C sind wünschenswert