Optimierung von Klimamessgeräten

Studiengang

ET - auslaufend

Projektbeschreibung

Das Projekt nutzte Reverse Engineering, um Bestandsobjekte aus dem Fach Systems Engineering zu analysieren und deren Stärken sowie Schwächen zu bewerten. Mit dem Ziel aus den vorhandenen Komponenten eine funktionierende, autarke Klimamessstation mit präziser Datenerfassung und Übertragung zu entwickeln.

as Ziel des Projekts war es, mittels Reverse Engineering eine funktionierende Klimamessstation zu entwickeln, die aus Bestandsobjekten früherer Projekte aus dem Fach Systems Engineering zusammengestellt wurde. Dabei wurden alte Prototypen analysiert, um deren Stärken und Schwächen zu bewerten. Die Erkenntnisse daraus dienten als Grundlage, um eine autarke Messstation zu schaffen, die präzise Umweltdaten erfasst und zuverlässig überträgt.

Die Station wurde so konzipiert, dass sie essenzielle klimatische Parameter wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Feinstaubbelastung messen kann. Bestehende Bauteile wie Mikrocontroller, Sensoren und Gehäuse wurden wiederverwendet, während fehlende oder veraltete Komponenten gezielt ergänzt oder ersetzt wurden. Die Energieversorgung erfolgt autark über ein Solarpanel mit integriertem Batteriemanagement. Ein wetterfestes Gehäuse bietet dabei Schutz und genügend Platz für mögliche Erweiterungen.

Die Kombination aus vorhandenen und neuen Komponenten ermöglichte eine kosteneffiziente und funktionale Lösung. Reverse Engineering spielte dabei eine zentrale Rolle, da es erlaubte, bestehende Systeme nachhaltig zu nutzen und optimiert weiterzuentwickeln. Besonders im Hinblick auf begrenzte Ressourcen und Umweltaspekte wird dieser Ansatz in Zukunft immer wichtiger, um Abfall zu reduzieren und neue, ressourcenschonende Technologien zu schaffen.

Beteiligte Personen

Studierendengruppe: Julian Korzer, N.D., André Wildegger

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Christine Schwaegerl

Veranstaltung

Systems Engineering 1 (IK)

Laufzeit

WS 2024/25

• Nachhaltigkeit (Reverse Engineering): Bestehende Komponenten sollen analysiert und wiederverwendet werden, um Kosten und Ressourcen zu sparen. Nur notwendige Bauteile dürfen neu beschafft werden, um Abfall zu minimieren.
• Umweltdaten erfassen und übertragen: Die Station muss präzise Parameter wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Feinstaubbelastung messen. Eine zuverlässige und energiesparende Datenübertragung über LoRaWaN muss gewährleistet sein.
• Autarkie: Die Energieversorgung erfolgt über ein Solarpanel mit einem integrierten Batteriemanagementsystem, das den Betrieb ohne externe Stromquellen ermöglicht.
• Robustheit: Die Station benötigt ein wetterfestes und langlebiges Gehäuse, das die Elektronik vor Regen, Staub und mechanischen Belastungen schützt.
• Erweiterbarkeit: Das System muss modular aufgebaut sein, um zusätzliche Sensoren oder Funktionen einfach integrieren zu können.

Die Umsetzung des Projekts begann mit der Analyse bestehender Prototypen aus dem Fach Systems Engineering. Dabei wurden Stärken und Schwächen der verwendeten Komponenten untersucht, um geeignete Bauteile für die Klimamessstation auszuwählen. Reverse Engineering spielte dabei eine zentrale Rolle, da viele Bestandsobjekte wiederverwendet wurden, um Ressourcen zu schonen und Kosten zu minimieren.

Im nächsten Schritt wurden die ausgewählten Komponenten wie Sensoren, Mikrocontroller, Spannungswandler und das Batteriemanagementsystem in das System integriert. Ein besonderer Fokus lag auf der Energieversorgung, die durch ein Solarpanel und ein Batteriemanagementmodul realisiert wurde, um den autarken Betrieb der Station zu ermöglichen. Die robusten Eigenschaften des Schutzkoffers sorgten dafür, dass die Elektronik vor äußeren Einflüssen wie Regen, Staub und mechanischen Belastungen geschützt ist.

Die Sensoren wurden so installiert, dass sie präzise Messwerte für Parameter wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Feinstaubbelastung liefern können. Die Datenübertragung erfolgt über LoRaWAN, eine energieeffiziente Technologie, die eine zuverlässige Übermittlung an das entsprechende Portal ermöglicht.

Ein Teil der Umsetzung beinhaltete die Beschaffung fehlender Komponenten, wie Spannungswandler, einem RS485-Konverter und einem neuen Akku, die notwendig waren, um die Station funktionsfähig zu machen.

Abschließend wurde das System getestet, wobei die Kommunikation mit dem TTN-Portal und die Ladefunktion des Solarpanels erfolgreich überprüft wurden. Die Kombination aus wiederverwendeten und neu beschafften Bauteilen führte zu einer funktionierenden und vielversprechenden Klimamessstation, die sowohl robust als auch effizient arbeitet.

Die Klimamessstation bietet vielseitige Einsatzmöglichkeiten und eignet sich für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Im Mittelpunkt steht die Erfassung präziser Umweltdaten wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Feinstaubbelastung, die zur Analyse klimatischer Bedingungen genutzt werden können. Aufgrund der autarken Energieversorgung und der wetterfesten Konstruktion ist die Station flexibel einsetzbar, sowohl in städtischen als auch in abgelegenen Gebieten.

Im Bereich der Umweltforschung kann die Station helfen, regionale Klimadaten zu sammeln, die beispielsweise für die Stadtplanung oder zur Überwachung der Luftqualität genutzt werden. Bildungseinrichtungen könnten die Station verwenden, um Schülern und Studierenden praxisnah Messtechniken und Umweltanalyse beizubringen. Darüber hinaus bietet die Station eine wertvolle Gelegenheit für Reverse Engineering. Studierende und Lernende können den Aufbau und die Funktionsweise der Messstation selbstständig untersuchen, Komponenten identifizieren und verstehen, wie die einzelnen Teile zusammenarbeiten. Dies fördert nicht nur technisches Wissen, sondern schult auch Problemlösungsfähigkeiten und fördert ein tieferes Verständnis für Technologieentwicklung und -optimierung.

Auch für landwirtschaftliche Betriebe ist die Messstation interessant, da sie Klimadaten liefert, die beispielsweise für die Planung der Bewässerung genutzt werden können.

Die LoRaWaN-Datenübertragung macht die Station ideal für die Integration in Smart-City-Infrastrukturen, wo sie Teil eines vernetzten Systems zur Überwachung von Umweltfaktoren sein könnte. Die kosteneffiziente Bauweise ermöglicht zudem eine breite Anwendung in Bereichen, in denen teure kommerzielle Lösungen nicht finanzierbar sind.

Durch die modularen Eigenschaften kann die Station leicht an spezifische Anforderungen angepasst werden, etwa durch zusätzliche Sensoren für CO2 oder Stickoxide. Ihre Vielseitigkeit, Autarkie und einfache Handhabung machen sie zu einem wertvollen Werkzeug für Klimaforschung, Bildung und Umweltschutz – und zu einem Beispiel für nachhaltige Technologieentwicklung.