Wer funkt denn hier? Die am häufigsten verwendeten Sensoren im Smart-City Umfeld.

Mit unserer Lösung orchideo | connect [1] können wir unterschiedlichste Geräte und Systeme vernetzen. Im Umfeld der Smart City sind es vor allem LoRaWAN Sensoren.

Im städtischen Projekt LoRaPark, der aktuell aus 17 verschiedenen Sensoren besteht, können sich Bürger beispielsweise über verschiedene Arten von Sensoren informieren, Live-Messungen an Dashboards beobachten und natürlich die Sensoren vor Ort begutachten. Eingerichtet wurde dieser von unserem Beteiligungsunternehmen citysens GmbH. Diese ist auf die Implementierung umfassender Smart-City-Lösung spezialisiert.

In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf häufig verwendete Sensoren und deren grundsätzliche Funktionsweise.

Parksensoren

Einer der wohl auffälligsten Sensoren im städtischen Umfeld ist der bodennahe Parksensor. Insbesondere auf Parkplätzen von Supermärkten sind diese tellergroßen Sensoren immer häufiger anzutreffen, denn mittels der Parksensoren kann z.B. der Belegungszustand von Stellplätzen erkannt werden. Hierfür wird ein Sensor in der Mitte eines Stellplatzes angebracht. Der Sensor selbst nutzt für die Auswertung des Belegungszustandes interne Magnetmesser und Radartechnologien. Beide Techniken agieren unabhängig voneinander und liefern damit ein verlässliches Ergebnis. Mit dem Magnetmesser wird detektiert, ob ein metallisches Objekt auf dem Sensor steht, während die Radartechnologie den Abstand zu einem Objekt ermittelt. Durch diese doppelte Messung ist der Sensor weniger fehleranfällig, z.B. bei einer Schneeschicht.

© eXXcellent solutions - Der Parksensor erkennt auf zwei Arten den Belegungszustand - Magnetmessung und Radartechnologie.

CO2 Sensoren

In Zeiten von Corona ist Lüften ein wichtiges Thema in Schulen und Büros. Effizientes Lüften kann durch CO2 Sensoren unterstützt werden. CO2 Messgeräte detektieren das Kohlendioxid in der Luft in der Einheit ppm (parts per million). Die Messung erfolgt durch einen Infrarotsensor, wobei hierbei die Absorption einer bestimmten Wellenlänge der Indikator für den CO2 Gehalt darstellt. Die Ergebnisse können in einer CO2 Ampel visualisiert werden, um einen schnellen Einblick in die Messung zu gewähren. Eine mögliche Einteilung der Ampel [2] lautet:

• Grün (400 bis 800 ppm). Der Raum ist gut gelüftet.
• Orange: (800 bis 1200 ppm). Die Lüftung ist mittelmäßig. Ein längerer Aufenthalt kann u.a. die Konzentrationsfähigkeit senken.
• Rot: (1200+ ppm). Der Raum enthält deutlich zu wenig Sauerstoff mit möglichen gesundheitlichen Folgen.

© eXXcellent solutions - Ein konstantes Monitoring von CO2 Werten im Raum unterstützt das Lüftungsverhalten.

Füllstandssensoren

Überquellende Mülltonnen sind für das städtische Bild ein Ärgernis. Füllstandssensoren können helfen, die Leerungen besser und rechtzeitig zu planen. Insbesondere bei saisonalen Mülltonnen, z.B. an Badeseen, ist das eine wichtige Information, um nicht unnötige Wege zu fahren. Um die Füllstandsinformation zu erhalten, wird ein Sensor in der Mülltonne installiert. Durch die Verwendung von Ultraschall lässt sich der aktuelle Füllstand in den Mülltonnen ermitteln. Gemessen wird hierbei die Zeit, die das Signal benötigt, um vom Müll reflektiert zu werden und am Sensor wieder anzukommen. Dadurch wird eine gezielte Leerung von vollen Tonnen möglich.

© eXXcellent solutions - Rechtzeitig über überquellende Mülltonnen informiert werden? Der Füllstandssensor macht es möglich.

Personenzählung

Besucherströme geben den Puls des städtischen Lebens vor. Zu Stoßzeiten sind die Straßen überfüllt und viele öffentliche Transportangebote werden wahrgenommen. Um die Planung für alle Beteiligten leichter zu machen, ermöglichen Personenzähler eine Schätzung der aktuellen Besucherzahlen. Hierbei wird ein Pax Counter verwendet. Dieses Gerät schätzt mithilfe von WLAN und Bluetooth Signalen die Anzahl von Personen in einem Umgebungsbereich. Geräte in Reichweite des Pax Counters antworten daraufhin auf seine Anfrage und über die empfangene Signalstärke kann der Abstand zum Pax Counter geschätzt werden. Erfasst werden hierbei alle Geräte in Reichweite, sofern sie sich nicht im Flugmodus befinden.

© eXXcellent solutions - Signale wie WLAN und Bluetooth helfen bei der Schätzung von Personen im Umkreis.

Türsensoren

"Sie können jetzt reinkommen". "Wir haben geöffnet". Mithilfe eines Türsensors lassen sich diese Zustände wunderbar abbilden. Der entsprechende Sensor besteht aus zwei Teilen; einem Magneten und einem Reedschalter, der auf magnetische Änderungen reagiert. Beim Öffnen der Tür ändert sich die Entfernung der zwei Sensoren, was ein Signal am Reedschalter auslöst. Das Verschwörhaus in Ulm nutzt diesen Sensor aktuell, um auch ohne feste Öffnungszeiten die Leute zum Vorbeikommen einzuladen.

© eXXcellent solutions - "Wir haben geöffnet." Ein Türsensor kann diese Information automatisiert erfassen.

Sensoren zur Messung der Bodenfeuchtigkeit

Die Sommer in Ulm werden immer heißer. Das bekommt auch die Pflanzenwelt stark zu spüren. Um Pflanzen vor dem Austrocknen zu bewahren, eignen sich Bodenfeuchtesensoren. Für die Überwachung des Bodenstatus misst der Sensor den Volumenwassergehalt, die elektrische Leitfähigkeit des Bodens sowie die Temperatur und die Wassersättigung. Dafür wird der Sensor im Boden vergraben. Die Tiefe unterscheidet sich je nach Pflanzenart.

© eXXcellent solutions - Die Bodenfeuchtigkeit ermöglich eine Warnung bei Austrocknung des Bodens.

Hochwassersensoren

Zu Hochwasserzeiten flutet die Donau die Fußgänger- und Fahrradwege. Ob die Wege aktuell passierbar sind, kann ein Hochwassersensor zeigen. Dieser Sensor kann unter einer Brücke installiert werden und misst den Abstand zum Boden bzw. im Fall von Hochwasser den Abstand zum Wasser. Der Abstand wird dabei über die Zeit gemessen, die das Ultraschallsignal benötigt, um vom Boden oder Wasser reflektiert und am Sensor anzukommen. Gleichzeitig misst der Sensor die Umgebungstemperatur, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen temperaturabhängig ist.

© eXXcellent solutions - Bei geringem Abstand des Sensors zum Wasser steigt die Hochwassergefahr.

All diese Sensoren bieten spannende Mehrwerte, um das Leben in der Stadt intelligenter und planbarer zu gestalten.

Das war der erste Teil unserer kleinen Blogserie zum Thema Sensorik. Seien Sie gespannt auf die weiteren Artikel:

• Teil 1: Sensoren in der Smart City
• Teil 2: Ein Blick in unser Lab
• Teil 3: Raummonitoring bei eXXcellent solutions - ein Testsetup
• Teil 4: Das industrielle Internet der Dinge
• Teil 5: IoT in der Public Cloud

Quellen

• [1] https://exxcellent.de/loesungen/ready-to-use-orchideo-solutions/orchideo-connect
• [2] https://www.lueftungsland.de/blog/275/wie-funktioniert-ein-co2-messgeraet.html

Weitere Informationen

Über die Autoren:

Guido Schneider (Co-Autor): Guido Schneider ist Projektmanager und Business Consultant im IoT-Umfeld bei der eXXellent solutions gmbh in Ulm. Er arbeitet seit über 25 Jahren in der IT-Branche. Durch seine langjährige Tätigkeit als Head of IT bei einem großen Retailer ist er auch mit der Kundensicht bestens vertraut und ein kompetenter Ansprechpartner bei der Digitalisierung von Unternehmensprozessen.

Burkhard Hoppenstedt: Burkhard Hoppenstedt war bis September 2022 Portfolio Manager für IoT und Data Scientist bei der eXXcellent solutions gmbh in Ulm und entwickelte Lösungen im Bereich IoT/Smart City. LinkedIn-Profil Burkhard Hoppenstedt