Kommunikation schwimmender Sensoren, nur wie?

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wobbbel
Ist häufiger hier
#1 erstellt: 25. Mrz 2020, 21:30
Hallo zusammen!
ich bin neu hier und starte gleich mal mit einer Frage an euch Experten!
Aber zunächst etwas Background: Ich arbeite seit kurzem an der Uni in einem Forschungsprojekt zur Ermittlung von CO2 und Methan Emissionen aus Gewässern. Dazu sollen ca.10-15 schwimmende Sensorstationen auf einem See verteilt ausgebracht werden, die mittels Solarzelle und Akku gespeist werden. Sie bleiben das ganze Jahr dort, daher muss bei der ganzen Angelegenheit der Stromverbrauch klein gehalten werden.

Die Clients (Sensoreinheiten) kommunizieren über ein Xbee S8 Modul https://www.digi.com...cs/pdfs/90002126.pdf . Sie sind als Mesh-Netzwerk auf dem Wasser unterwegs. Am Ufer steht ein Server (auch im Solarbetrieb und mit Xbee ausgestattet) der etwa 2m über dem Boden steht und die gesammelten Messwerte empfängt und über ein USB Modem weiterleitet. Die Distanzen betragen bis zu 500m.

Jetzt das Problem:
Da die Daten auch bei extrem schlechten Wetter wie zb. dichtem Nebel und starkem Regen empfangen werden sollen braucht es eine leistungsstarke Funktechnik, die bei diesen Bedingungen gut funktioniert. Erschwerend kommt hinzu, dass die Clients nur wenige Zentimeter aus dem Wasser heraus ragen (ca. 10-15 cm). Die Reflexionen der Wasseroberfläche sind auch nicht besonders förderlich.

Bisherige Erfahrungen:
Letztes Jahr waren die Clients mit 2,4 Ghz Antennen ausgestattet, was zu vielen Ausfällen geführt hat.
Dieses Jahr nutzen wir das Xbee mit 868 Mhz.

Wir überlegen ob es wohl eine leistungsfähigere Antennentechnik gibt, die für unseren Einsatz geeignet wäre.
Ein Gedanke ist auch, die Antenne nicht mehr außen anzubringen sondern innen im Deckel der Clients. Das hätte den Vorteil, dass kein Wasser durch die Wlan Antenne in die Box eindringen könnte (die Antennen die wir bisher verwenden sind für den Indoorgebrauch und absolut nicht wasserdicht). Wir haben zum beispiel an flache Antennen wie in Tablets oder Handys gedacht.

Wasserdichte Profi-Antennen sind leider viel zu teuer. Wir können nicht 100-200 Euro für eine Antenne investieren. eher ein Zehntel davon.
(höchstens die eine am Server könnte teurer, größer sein)

Habt ihr vielleicht irgendwelche Ideen? Wie würdet ihr vorgehen?
Welche Technik würdet ihr einsetzen?
Oder habt ihr ganz andere Ideen, wie Unterwasserschall?

Anbei noch ein paar Fotos!

Ich würde mich riesig freuen von euch etwas inspiriert zu werden!
Viele Grüße aus dem Norden.


IMG_2742
server tower
IMG_2737


[Beitrag von wobbbel am 25. Mrz 2020, 22:39 bearbeitet]
Hmeck
Inventar
#2 erstellt: 26. Mrz 2020, 11:38
Ich finde das Projekt interessant, mir würde aber spontan einfallen, auf niedrigerer Frequenz zu arbeiten. Wie wäre es denn mit Fernsteuermodulen? Man muss dann natürlich die Übertragungs-Codecs umwidmen.
Und, falls auf dem See allzu häufig ferngesteuerte Boote unterwegs sind: Gibt es da nicht irgendwo Frequenzen, die für Wissenschaft und Forschung reserviert sind?
Schon mal an den Kontakt mit den örtlichen Funkamateuren gedacht? Zumindest in meiner Stadt gibt es welche, die würden so etwas für einen relativ kleinen Obulus zusammentackern.

Viel Erfolg!
Hmeck

Nachtrag:
Habe gerade mal nachgeschaut, was da heute so bei den Modellbastlern der Stand ist. Es gibt nahezu nichts, was es nicht gibt. Natürlich auch digitale Übertragungstechnik. Natürlich würde man die Sensoren nicht im Dauerbetrieb senden lassen, sondern schön mit großen Pausen, dann kann man auch mit der Sendeleistung ordentlich hoch gehen.


[Beitrag von Hmeck am 26. Mrz 2020, 11:43 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#3 erstellt: 27. Mrz 2020, 18:21
da nicht der Grund für die Ausfälle genannt,

ich weiss nicht, wieoft/wieviel Daten unterwegs sind,
aber normalerweise speichert man die Daten lokal ab
und überträgt dann solange mit geeignetem Protokoll bis sie verifiziert angekommen sind.

Wasserdichte Antenne --> 2K kleben

ansonsten biste hier im Audio-Forum bestimmt weniger gut aufgehoben, als z.B.
www.mikrocontroller.net
www.Roboternetz.de
um nur 2 Beispiele zunennen

p.s.
auf welcher Frequenz laufen den Drohnen im allgemeinen?
LHC
Ist häufiger hier
#4 erstellt: 28. Mrz 2020, 12:03
Hallo zusammen, Hallo Wobbel,

schönes interessantes Projekt was ihr da entwickelt und schonmal weiterhin gutes Gelingen!

Kay hat schon zwei gute Links zu den Spezis genannt. Was den Funk und die Übertragungsmöglichkeiten betrifft, möchte ich zwei weitere Links zu Foren der Funkamateure hinzufügen, dort gibt es auch viele Freaks die bestimmt Rat wissen:

https://www.der-amateurfunk.de/

https://www.qrpforum.de/forum/

Das QRP-Forum beschäftigt sich (nicht nur) mit dem Selbstbau von Funkgeräten mit kleiner (Sende)-Leistung. QRP ist eine sogenannte Q-Gruppe, eine Abkürzung, die im Telegrafieverkehr (Morsen) gern genutzt wird und bedeutet so viel wie "verringern Sie ihr Sendeleistung".

Vielleicht schnell noch zwei Anregungen zum Problem:

1.
Eine alte Weisheit besagt "Der Beste Empfänger ist die Antenne!". Dort würde ich ansetzen und überlegen wo optimiert werden kann.

- eine Antenne sollte möglichst hoch, frei und "viel Draht in der Luft" haben
- elektromanget. Wellen breiten sich ähnl. wie Licht aus, d.h. nicht abschatten
- somit Antenne nicht ins Gehäuse, dort gibt es sicherlich auch zu viel "Elektrosmok" der den Empfang stark verschlechtert
- Elektronik entstören könnte ein Thema sein (Ferritringkerne um Kabel usw )
- schauen ob es äquivalente (Frequenz, Impedanz) Antennen mit mehr Gewinn gibt (oft größere Abmessungen, länger)

2.
Funkamateure, aber nicht nur sie, nutzen schlaue digitale Übertragungsverfahren die unglaublich weite Verbindungen mit geringsten Sendeleistungen ermöglichen. In den letzen Jahren hat sich auf diesem Gebiet unglaublich viel getan. Vielleicht lässt sich das für euer Vorhaben anpassen und nutzen?

https://de.wikipedia.org/wiki/Weak_Signal_Propagation_Reporter

Viele Grüße, Marcus


[Beitrag von LHC am 28. Mrz 2020, 12:04 bearbeitet]
wobbbel
Ist häufiger hier
#5 erstellt: 30. Mrz 2020, 20:12
Hallo, vielen Dank für eure Antworten und die Tips mit den anderen Foren.
Ich werde mich in den kommenden Tagen dort registrieren...


Kay* (Beitrag #3) schrieb:
da nicht der Grund für die Ausfälle genannt,
aber normalerweise speichert man die Daten lokal ab
und überträgt dann solange mit geeignetem Protokoll bis sie verifiziert angekommen sind.

Ja! Die Daten werden natürlich auch lokal auf einer SD Karte gespeichert. Als Backup.


Kay* (Beitrag #3) schrieb:
da nicht der Grund für die Ausfälle genannt,
Wasserdichte Antenne --> 2K kleben


Was heißt 2K? kleben ist schwierig, weil wir sie für den Transport der Kisten noch drehen und klappen können müssen.


LHC (Beitrag #4) schrieb:

Funkamateure, aber nicht nur sie, nutzen schlaue digitale Übertragungsverfahren die unglaublich weite Verbindungen mit geringsten Sendeleistungen ermöglichen. In den letzen Jahren hat sich auf diesem Gebiet unglaublich viel getan. Vielleicht lässt sich das für euer Vorhaben anpassen und nutzen?

https://de.wikipedia.org/wiki/Weak_Signal_Propagation_Reporter

spannende Sache! ich werde bei meinem Beitrag in einem der oben genannten Foren mal danach fragen. mal sehen was die dazu sagen....
Werde dann den Link hier posten, dann könnt ihr auch mit verfolgen...

Viele Grüße! und lieben Dank, dass ihr mir eure Zeit gewidmet habt!
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