Een draadloos sensornetwerk implementeren op een 18e-eeuwse graanmalerij

Het monitoren van eeuwenoude industriële processen is uitdagend, maar een netwerk van nRF24L01 RF-zenders maakt het veiliger, sneller en betrouwbaarder.

Verhaal

Moderne fabrieken vertrouwen op digitale monitoring om veiligheid, productiviteit en bedieningsgemak te verbeteren. In tegenstelling tot een 18e-eeuwse graanmalerij – aangedreven voornamelijk door lijnenassen en houten katrollen – die nog steeds met minimale elektriciteit functioneert. Toen ik belast werd met het ontwerpen van een sensornetwerk voor deze historische site, zag ik een kans om erfgoed met cutting-edge-technologie te mengen.

De malerij functioneert als één grote machine met talloze gelijktijdige processen. Om deze complexiteit te managen, installeerden we diverse sensoren die graanniveaus, motoroutput, temperatuur, vochtigheid en, in toekomstige fasen, graanstroom en lager-temperaturen monitoren. De resulterende datastroom elimineert de noodzaak voor handmatige inspekties door de vier verdiepingen van het gebouw en levert kwantitatieve metrics voor statistische analyse.

Het netwerk bestaat uit standaard Arduino-aangedreven nodes, een centrale basisknoop en een Raspberry Pi die fungeert als server en datainterpreter.

Hardware-overzicht

Elke node gebruikt een Arduino Nano gekoppeld aan een nRF24L01 (RF24) module. De RF24-module kan op 3,3 V werken voor optimale prestaties; ik voegde een 10 µF elektrolytische condensator dicht bij de voedingspinnen toe om sporadische stroomverlies te voorkomen.

Ik ontwierp een custom PCB die de Arduino Nano, RF24-module, condensator, twee indicator-LEDs en een micro-USB-poort integreert. Het gemonteerde bord wordt gehuisvest in een 3D-geprint behuizing voor eenvoudige wand- of oppervlaktemontage.

Om het bereik te verlengen verder dan de standaard 1,5–3 m, soldeerde ik een 18 cm 18-gauge draad op de antenne-trace van de RF24, wat 6–9 m bereik opleverde. Een grote hoeveelheid lijm beveiligt de antenne, wat trace-deformatie voorkomt.

Node- en basisprogrammering

De RF24Network-bibliotheek (door Tmrh20) structureert de mesh als een boom. Elk node-adres is octaal; een node kan maximaal vijf kinderen vertakken. Bijvoorbeeld, nodes 011 en 022 vertakken beide van node 02. Herhalingsnodes (bijv. 01, 011, 0111, 01111) doorsturen data, terwijl sensornodes (bijv. 03, 0211, 0311) metingen genereren voor de basisknoop (00).

Zowel node- als basisprogramma's delen identieke C-structs voor bericht-payloads, wat naadloze serialisatie en deserialisatie over het netwerk garandeert.

Sensoren aan een node koppelen

Graanbak-sensing

Ultrasone sensoren gepositioneerd op de top van graanbakken meten de diepte. Drie sensoren delen een enkele trigger-pin maar gebruiken aparte echo-pinnen voor duidelijke timing-isolatie.

Temperatuur- en vochtigheids-sensing

DHT11-modules leveren temperatuur- en vochtigheidsdata door het hele gebouw. Stabile omgevingscondities handhaven is cruciaal voor consistente meelfijtheid.

Meer details lezen: Een sensornetwerk bouwen voor een 18e-eeuwse graanmalerij