vernetzte Brandmeldeanlage

ZielsetzungDaher habe ich mir für die Diplomarbeit folgendes Ziel gesetzt:Den Umstand der sehr lokalen Wahrnehmung des Rauchmelders will ich mit einer zentralen Auswertung der verschiedenen durch die Vereinigung kantonaler Feuerversicherungen (VKF) zertifizierten Rauchmelder aus den Innenräumen (2 Kinderzimmer) sowie der Autogarage in einem Brandfall oder bei starker Rauchentwicklung optimieren und auf verschiedenen zuverlässigen Kanälen alarmieren, um so die Reaktionszeit für eine Intervention oder die Alarmierung der Feuerwehr zu verkürzen. Die vernetzte Brandmeldeanlage (vBMA) soll zu einem späteren Zeitpunkt beliebig im Bereich der Hausautomation weiterentwickelt werden können.KonzeptionDafür wurde in einer SOLL/IST-Analyse ein erster Ansatz einer Systemarchitektur für die vBMA aufgezeigt (Abb. 1) und Varianten für die Umsetzung erarbeitet. Dabei habe ich mich über eine Bewertungsmatrix für eine Variante entschieden, wobei ein Rauchmelder mit einem Mikrokontroller ergänzt wird, um Alarme und Betriebszustände über verschiedene Kommunikationskanäle abzusetzen. Die Varianten beinhalten auch die Wahl der zu verwendenden Mikrokontroller in den Sensoren und in der Zentrale.Entwicklung und RealisierungDie Systemarchitektur wurde in der ersten Phase der Entwicklung weiter verfeinert und mit entsprechender Hard- und Softwarelösungen ergänzt. Die Hauptfunktion der vBMA ist einerseits eine lokale Alarmierung mit visuellen und akustischen Elementen und andererseits eine dezentrale Alarmierung über ein Mobilfunkmodul. Als Nebenfunktion der vBMA werden die Betriebszustände der ergänzten Rauchmelder ausgewertet und auf einem Dashboard von Node-RED übersichtlich dargestellt (Abb. 8). Das Dashboard ist auch ausserhalb des WiFi-Netzwerkes über eine App erreichbar. Die Programmierung der Mikrokontroller von Sensor und Zentrale wurde in der Arduino IDE Entwicklungsumgebung realisiert (Abb. 6 & 7).In der weiteren Entwicklung wurde der Rauchmelder mit einem Mikrokontroller ergänzt, welcher den Alarmimpuls am Rauchmelder zum Aufwecken des Mikrokontrollers verwendet. Im Alarmfall wird eine Nachricht mit der Rauminformation mit dem MQTT-Protokoll (Message Queuing Telemetry Transport) über das WiFi-Netzwerk zur Zentrale übertragen. Zudem werden periodisch die Betriebsdaten (Betriebsspannung und RSSI-Pegel) zur Zentrale zur Auswertung übertragen. Nach dem Absetzen der Nachrichten wird der Mikrokontroller wieder in den Energiesparmodus versetzt. Die Ergänzungsschaltung wurde auf einer eigens dafür entwickelten Printplatte mit einem entsprechenden Gehäuse realisiert (Abb. 4).Die MQTT-Nachrichten werden vom MQTT-Broker, welcher auf einem Raspberry Pi 3B aufgebaut ist, empfangen und an seine Abonnenten versendet. Die Abonnenten sind einerseits ein Alarm-Mikrokontroller für die lokale (LEDs und Sirenenmodul) und dezentrale Alarmierung über das Mobilfunkmodul mittels AT-Befehlen (SMS versenden). Andererseits Node-RED für die Alarm- bzw. Betriebszustandsauswertung und Darstellung auf einem Node-RED Dashboard, welches als Host ebenfalls den Raspberry Pi verwendet. Kritische Betriebszustände werden zudem aus Node-RED auf das Mobiltelefon des Benutzers in WhatsApp übermittelt. Die Zentrale wurde ebenfalls auf einer eigens dafür entwickelten Platine mit einer gemeinsamen externen Stromversorgung realisiert (Abb. 5). Sämtliche Module sind mit dieser Printplatte miteinander verbunden und in einem Aluminiumgehäuse untergebracht.ReflexionDie gesamte Arbeit hat mir deutlich aufgezeigt, dass neben der Entwicklung und Realisierung viele Tätigkeiten und Kontrollen unbedingt nötig sind, damit die Arbeitszeiten, Kosten und Dokumentation nicht aus dem Ruder laufen. Dabei ist eine seriöse Planung unabdingbar.Mir persönlich war es wichtig, dass ich am Schluss der Arbeit etwas Fertiges in den Händen habe und ich mir in Sachen Projektmanagement sowie der Arbeit mit verschiedenen Kommunikationstechnologien zusätzliches Wissen aneignen konnte. Eine der grössten Herausforderungen war für mich jedoch das Zeitmanagement, damit Beruf, Familie und Diplomarbeit unter einen Hut gebracht werden konnten. Daher freut es mich umso mehr alle meine persönlichen Ziele erreicht zu haben.