Der Klimawandel beeinflusst auch die Ökosysteme

Ziele des Projekts

Das Projekt „SquirrelCafe mit IoT“ verfolgt folgende Hauptziele:

1. Tierschutz & Umweltbeobachtung

  • Unterstützung städtischer Eichhörnchen bei der Nahrungssuche durch eine smarte Futterstelle.
  • Untersuchung, ob Tieraktivität (Nussentnahme) mit Wetterbedingungen oder Klimaveränderungen zusammenhängt.

2. Bildung & Citizen Science

  • Einfache Einstiegsmöglichkeit in IoT-Technik, Programmierung mit Ardublock und Nachhaltigkeitsthemen.
  • Aktive Mitforschung durch Schüler:innen und Interessierte → Citizen Science.

3. Energieeffizienz & Datenspeicherung

  • Anwendung eines energieoptimierten Datenloggers (deep sleep, Wake-up bei Klappenöffnung).
  • Sicherung von Daten (z. B. Klappenzähler, Temperatur, Feuchte, Batteriespannung) auch bei schlechter LoRa-Verbindung.

 

Selber machen: SquirrelCafe mit Octopus und LoRaWAN

In diesem Projekt wird ein intelligentes Futterhäuschen für Eichhörnchen gebaut. Ziel ist es, jede Öffnung der Klappe (also jede Nussentnahme) zu zählen und die Daten energieeffizient über LoRaWAN zu übertragen.

Funktionsweise:

  • Die Klappe ist mit einem Endschalter ausgestattet, der beim Öffnen ein Signal auslöst.
  • Der Mikrocontroller Octopus (ESP8266) wird durch dieses Signal aus dem Tiefschlaf geholt.
  • Er zählt die Aktion, sendet die Daten über LoRaWAN ins TTN-Netzwerk und geht wieder in den Energiesparmodus (nur ca. 20 µA Stromverbrauch).
  • Die Programmierung erfolgt über die grafische Oberfläche IoT-Ardublock.

Schritte zur Umsetzung:

  1. Registrierung bei Thingspeak (MathWorks)
    Notwendig für die Integration mit dem TTN-Netzwerk. Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist erforderlich.

  2. Anlegen eines Thingspeak-Kanals
    Kanal mit Feldern für Wetterdaten und Klappenzähler einrichten. Weitere Hinweise dazu im Kapitel „Schulklima“.

  3. Registrierung bei The Things Network (TTN)
    Eine Client-Anwendung mit Wetterdaten und Zähler erstellen.  Näheres dazu z. B. im Kapitel „Mitmachklima“.  Die übermittelten Daten werden dekodiert und per Thingspeak-Integration weitergeleitet. Der dazu notwendige Dekoder findet sich hier.

  4. Superblock im Ardublock erstellen
    Da der ESP8266 bei jedem Reset seinen Speicherinhalt verliert, werden wichtige Daten (z. B. Zählerstand) im RTC-RAM gespeichert. Mithilfe von Superblöcken kann der aktuelle Zustand vor dem Schlafen gespeichert und nach dem Aufwachen wiederhergestellt werden.

Futterstelle Eichhörnchen
Fertige Futterstelle mit IoT-Octopus und Batterien im spritzwassergeschütztem Gehäuse
Detail Schalter
Ein Schalter registriert die Öffnung der Klappe. Bei geöffneter Klappe schließen die Schaltkontakte und lösen einen Reset aus.
Octopus im Feuchtraumdose
Spritzwassergeschütze Unterbringung der Elektronik.
Verdrahtung Octopus
Verdrahrung Octopus und Batteriekasten. Der Klappenschalter sitzt parallel zum Reset-Schalter des Octopus und wird über den standardmäßig unbenutzten weißen Kontakt am Grove-A0 mit dem RST-Kontakt des Feather-Sockels verbunden.
Octi Verdrahtung vorn
Verdrahtung von vorn. Das LoRaWAN-Shield sorgt für die energieeffiziente Kommunikation.
Thinkspeak Konfiguration
Konfiguration des Thingspeak - Kanals. Wichtig ist die Zählung der Klappenöffnungen. Die Wetterdaten liefern interessante Informationen zur Witterungsabhängigkeit der Tieraktivität. Die Überwachung der Batteriespannug ist optional.
TTN Konfiguration
Die vom Octopus übertragenen Daten werden in der TTN-Cloud dekodiert und über eine Integration automatisch an den Thingspeak-Kanal weiter geleitet.
Ardublock
Der Datenlogger verbringt die meiste Zeit im deep-sleep. Nur bei Klappenöffnung wird ein Reset ausgelöst und die Eventverarbeitung ausgelöst. Um die Batteriespannung zu messen sind zwei Zeilen C-Code zu ergänzen und der Spannungsregler muss beim Betrieb deaktiviert werden. Versorgung dann über 2 AAA-Zellen (3V).

Was passiert in echt?

  1. Normalzustand: Der Octopus ist im Deep-Sleep-Modus, verbraucht fast keinen Strom (~20 μA).
  2. Klappenöffnung (Eichhörnchen-Aktion): Der Endschalter schließt, löst einen Reset aus. Der Octopus wacht auf, zählt den Vorgang, liest Sensoren (Temp., Luftfeuchte, Batterie).
  3. Datenübertragung: Die Werte werden per LoRaWAN an TTN gesendet. Von dort werden sie automatisch an Thingspeak übertragen und visualisiert.
  4. Speicherung: Werte werden im RTC-RAM gesichert → kein Datenverlust bei Funkstörung.
  5. Rückkehr in den Sleep-Modus: Nach dem Senden schaltet der Octopus wieder in den Tiefschlaf.

7. Ausblick – Was kommt als Nächstes?

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