IoT: Finding Europe with Lights
29 Lampen zeigten auf der Berliner re:publica im Mai live die Lichtverhältnisse aus allen EU-Ländern. Hinter der Installation steckt ein Maker-Projekt: Ein autonomer Lichtsensor auf Arduino-Basis steuert über Mobilfunk eine RGB-Lampe mit Betonfuß.
- Stephan Noller
Das Internet of Things bietet mehr als Kühlschränke mit WLAN – es kann virtuelle Dinge begreifbar machen. Mit "Finding Europe with Lights" machten 29 Lampen Europa erfahrbar. Als Bürgerinnen und Bürger Europas verbinden uns über die politische Idee hinaus weitere Faktoren, vom Wetter über Zeitzonen bis zum Licht. Die Lichtverhältnisse haben wir in den einzelnen Mitgliedsstaaten der EU gemessen und dann in Berlin bei der Konferenz re:publica in einer Lampeninstallation zusammengeführt. Deren Motto lautete dieses Jahr "Finding Europe" und was wäre passender, als eine Erinnerung, wie der Himmel über den Staaten Europas gerade aussieht?
Grundsätzliche technische Entscheidungen
Aus dem Make-Archiv
Der Artikel Finding Europe with Lights erschien zuerst in der Make-Ausgabe 3/15 ab Seite 112. Er lässt sich auch gratis als PDF im Original-Layout des Hefts über den heise shop herunterladen.
Die Beschreibung dieses Projekts soll zeigen, wie man ein Internet-of-Things-Projekt grundsätzlich entwickelt. Erste Überlegung ist die Datenverbindung. Die Sensoren sollten zuverlässig an nahezu beliebigen Orten in Europa zu betreiben sein, ohne dass der Sensor-Host irgendwelche Konfiguration vorzunehmen hatte. Die Lampen wiederum sollten ebenso autonom ins Netz gehen – damit war WiFi aussen vor. Stattdessen entschied ich mich, alles auf Basis von GSM zu betreiben, was Fragen bezüglich SIM-Card-Betreiber und Hardware zur Folge hatte.
Andere Fragen mussten ebenfalls gelöst werden, vom Stromverbrauch über das Gehäuse bis zur Ausfallsicherheit. Es musste ein autonom in ganz Europa zu betreibender Farb-Sensor her, eine passende Plattform fürs Speichern der Daten sowie Lampen, die ebenfalls an diese Plattform angebunden sein würden und das Licht anzeigen können. Schließlich brauchten wir Gastgeber in allen EU-Ländern für die Sensoren, versandten Geräte und erstellten eine interaktive Messe-Installation für 6000 Besucher.
Die Wahl des Boards
Die Wahl fiel auf ein selbst entworfenes Arduino-Board, das über einen Sockel das GSM-Modem Fona von Adafruit aufnehmen kann. Vorher hatte ich andere Lösungen getestet, wie zum Beispiel das Linkit One von Seeedstudio oder deren ArchGPRS-Board. Letzteres war zu kompliziert in der Programmierung und im Debugging, außerdem fehlte eine ausreichende Unterstützung durch Community und Dokumentation. Dies war beim Linkit One schon besser – ein beeindruckendes Board mit einer Vielzahl an Kommunikationsmöglichkeiten (WiFi, GSM, GPS, Bluetooth) und viel Rechenpower und Speicher im Vergleich zu normalen Arduinos. Aber leider auch mit hohem Stromverbrauch, womit das Board aus dem Rennen war.
Fona von Adafruit ist relativ neu auf dem Markt und ein reines GSM-Modul. Man braucht also einen Mikrocontroller, um es zu betreiben. In meinem Fall war das von Vorteil, denn so konnte ich mir einen maßgeschneiderten Mikrocontroller zusammenstellen und mit dem GSM-Modul verbinden. Dies war besonders beim Power-Management vorteilhaft.
Stromverbrauch minimieren
Der Stromverbrauch von Arduinos im Batteriebetrieb ist frustrierend hoch. Im normalen Betrieb verbrauchen Unos mit 35 Milliampere pro Stunde so viel, dass mittelgroße Lithium-Polymer-Akkus keine zwei Tage durchhalten. Und der Sensor benötigt noch mehr Strom, da das Mobilfunkmodul kurzzeitige Spitzenlasten bis zu zwei Ampere abruft. Allerdings bieten Arduinos zahlreiche Möglichkeiten, Strom zu sparen. Erste Versuche habe ich mit einem Bareduino gemacht, also einem nackten Atmel 328PU, dem Chip, der im Arduino steckt. Auf dem Breadboard waren nur noch der Oszillator, ein paar Kondensatoren und drei Widerstände.
Durch die Abspeck-Kur verbraucht der Bareduino circa 10 Milliampere. Vor allem lässt er sich in einen Schlaf-Modus versetzen, in dem nur noch wenige Mikroampere benötigt werden. So kann man den Arduino Wochen oder sogar Monate mit einer Batterie betreiben. Jetzt hieß es, ein eigenes Board zu designen und anfertigen zu lassen – tatsächlich ein alter Traum von mir.
