IoT-laitteen tuotekehitys kiinteistöpumppaamoon
Salmi, Oskari (2024)
Diplomityö
2024
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20241209100353
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20241209100353
Tiivistelmä
Työn tavoitteena oli tuotekehitys IoT-laitteelle, joka voidaan jälkiasentaa haja-asutusalueella sijaitseviin jätevesiverkoston kiinteistöpumppaamoihin. Laitteen tavoitteena on mahdollistaa kiinteistöpumppaamon etäohjaus ja -valvonta. Sillä voidaan parantaa vesihuollon toimintavarmuutta sekä ehkäistä ympäristöriskejä.
Työssä tehtiin yleiskatsaus sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen ja sähköturvallisuuteen, jotka liittyivät keskeisesti työssä tehtyyn laite- ja piirilevysuunnitteluun. Laite tulee asennettavaksi pienjänniteverkkoon, mikä vaati erityishuomioita laitesuunnittelussa.
Laitteeseen selvitettiin teholähteen, 230 VAC -digitaalitulojen, relelähdön, virtasilmukkatulon sekä radiolähetin-vastaanottimen ja antennin toteutusta. Yksi osa työtä oli radiotekniikkaan perehtyminen ja antennin suunnittelu LoRaWAN-tiedonsiirtotekniikalle. Erilaisia PCB-antenneja suunniteltiin ja niille tehtiin mittauksia erilaisissa sähkömagneettisissa käyttöympäristöissä. Laitteeseen suunniteltujen piirien, kuten tuloliityntöjen ja hakkuripiirin, toimintaa tarkasteltiin simulaatioilla. Tämän diplomityön aikataulun puitteissa laitteesta valmistettiin ensimmäinen prototyyppiversio. Sille tehtiin myös alustavia toiminnallisuuden todentamiseen liittyviä testejä. The goal of this master's thesis was to develop an IoT device that can be retrofitted to wastewater network packaged pumping stations located in areas of dispersed settlement. The purpose of the device is to enable remote control and monitoring of the packaged pumping station, thereby improving the reliability of water supply operations and reducing environmental risks.
The thesis provides an overview of electromagnetic compatibility and electrical safety, which are central to the device and PCB design carried out in the work. The device is intended for installation in a low-voltage network, necessitating special considerations in its design.
The work examines the implementation of the power supply, 230 VAC digital inputs, relay output, current loop input, as well as the radio transceiver and antenna for the device. Part of the work involves studying radio technology. Various PCB antennas for LoRaWAN communication were designed and measured in different electromagnetic operating environments. The functionality of the circuits designed for the device, such as the input interfaces and the switching converter, was analyzed using simulations. Within the timeframe of this thesis, a prototype version of the device was built, enabling preliminary functionality verification tests to be conducted.
Työssä tehtiin yleiskatsaus sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen ja sähköturvallisuuteen, jotka liittyivät keskeisesti työssä tehtyyn laite- ja piirilevysuunnitteluun. Laite tulee asennettavaksi pienjänniteverkkoon, mikä vaati erityishuomioita laitesuunnittelussa.
Laitteeseen selvitettiin teholähteen, 230 VAC -digitaalitulojen, relelähdön, virtasilmukkatulon sekä radiolähetin-vastaanottimen ja antennin toteutusta. Yksi osa työtä oli radiotekniikkaan perehtyminen ja antennin suunnittelu LoRaWAN-tiedonsiirtotekniikalle. Erilaisia PCB-antenneja suunniteltiin ja niille tehtiin mittauksia erilaisissa sähkömagneettisissa käyttöympäristöissä. Laitteeseen suunniteltujen piirien, kuten tuloliityntöjen ja hakkuripiirin, toimintaa tarkasteltiin simulaatioilla. Tämän diplomityön aikataulun puitteissa laitteesta valmistettiin ensimmäinen prototyyppiversio. Sille tehtiin myös alustavia toiminnallisuuden todentamiseen liittyviä testejä.
The thesis provides an overview of electromagnetic compatibility and electrical safety, which are central to the device and PCB design carried out in the work. The device is intended for installation in a low-voltage network, necessitating special considerations in its design.
The work examines the implementation of the power supply, 230 VAC digital inputs, relay output, current loop input, as well as the radio transceiver and antenna for the device. Part of the work involves studying radio technology. Various PCB antennas for LoRaWAN communication were designed and measured in different electromagnetic operating environments. The functionality of the circuits designed for the device, such as the input interfaces and the switching converter, was analyzed using simulations. Within the timeframe of this thesis, a prototype version of the device was built, enabling preliminary functionality verification tests to be conducted.