LoRa Nistkasten

Maintainer

DoKuhn

Projekt gestartet

2023-02-06

Wetter beobachten mit LoRaWAN

Um detailierte Zusammenhänge zwischen dem Klima, Wetterphänomenen und der Vielfalt von heimichen Tierarten zu verstehen, müssen regional sehr engmaschig Umweltdaten erfasst werden. Nur so können Experten oder auch Hobbyforscher der Naturschutzbünde herausfinden, warum bspw. heimische Vogelarten aussterben oder verdrängt werden. Hierzu haben wir im Umfeld der LUG-Saar erste Projektergebnisse erzielt, um die Temperatur, CO2, Luftfeuchtigkeit aber auch Feinstaub direkt in den Wäldern und auf Wiesen zu erfassen. Ein sogenanntes Low Power Long Range Wide Area Netzwerk (kurz: LoRaWAN) stellt für unser Funknetzwerk-Projekt die Basis dar. Dabei handelt es sich um ein weltweit verbreitetes offenes/freies System mit Software- und Hardware-Modulen, welche dem OpenSource-Gedanken folgen.

Das Brutverhalten von Vögeln

Um das Brutverhalten von Vögeln näher studieren zu können, haben wir gemeinsam mit der NABU/NAJU Vogelhäuser mit Sensoren ausgestattet, um bspw. die innere Temperatur erfassen zu können. Zusätzlich wurden diese Vogelhäuser auch mit kleinen Wägezellen/ Biegbalken im Boden ausgestattet (s. Bilder der Konstruktion/3D-Druck), um über die gesamte Brutsaison bspw. die Gewichtszunahme der Jungvögel beobachten und dokumentieren zu können. Über den zeitlichen Verlauf dieser Gewichtszunahme lassen sich dann Rückschlüsse dazu ziehen:

• wie gut sich die Jungvögel entwickeln
• wann diese beginnen das Nest zu verlassen
• wie oft die Elterntiere während einer jeweiligen Brutsaison Eier legen und entsprechend brüten

Konstruktion des Nistkastens

Die Basis stellt ein Nistkasten des NABUs dar. So wird sichergestellt, dass Katzen und Marder nicht mit der Tatze an die Brut gelangen. Laut NABU sind viele Nistkästen in ihren Ausmaßen und Proportionen ungünstig und wenig tiergerecht gestaltet. So sollte sich z.B. die Lochunterkante bei einem Höhlenbrüterkasten mindestens 17 Zentimeter über dem Kastenboden befinden.

Unser Umbau des Nistkastens besteht aus einem “doppelten Boden” zur Aufnahme der Elektronik und der Sensorik. Der Halter für den Temperatursensor und die Grundplatte des Biegebalkens wurden mit dem OpenSource Tool OpenSCAD oder FreeCAD konstruiert und in 3D-Druck gefertigt.

Vogelhaus mit Temperatursensor, Biegebalken und Wägezelle, konstruiert mit dem OpenSource Tool OpenSCAD oder FreeCAD

Grundplatte der Waegezelle mit Biegebalken, hinten der Temperatursensor

Dashbaord

Um die von den Sensorknoten anfallenden Daten visualieren und auswerten zu können, wurde im Projekt eine kleine OpenSource Infrastruktur basierend auf NodeRed, InfluxDB und Grafana aufgebaut . Dabei verbindet sich NodeRed zur API von The Things Network (TTN) via MQTT, um alle Informationen der Sensorknoten zu empfangen. Die jeweiligen relevanten Sensordaten werden von NodeRed in der Time series database InfluxDB abgespeichert und werden mit Grafana visualisiert. Kleinere Auswertungen können ebenfalls in Grafana erstellt werden.

STM32 LoRa Board

Neben dem Umbau von Nistkästen (Konstruktion und Installation von Sensorelementen) haben wir uns im Projekt mit der Gestaltung einer Hardwarebasis beschäftigt und das folgende LoRa-Board entwickelt. Dabei haben wir uns an einem kleinen Projekt der LoRa-Community orientiert und dieses an unsere eigenen Ansprüche/Anforderungen angepasst. Mit diesem Board finden alle Interessierten einen sehr günstigen und einfachen Einstieg in die LoRaWAN-Thematik. Eine Erweiterung dieses LoRa-Boards durch Aufsteckplatinen erleichtert die Standardisierung unserer internen LoRa-Projekte erheblich. Gleichzeitig können aber sehr individuelle Anwendungen damit geschaffen werden. Das vorgstellte LoRa-Board wurde mit dem OpenSource Werkzeug KiCad entwickelt und auf GitHub veröffentlicht. Entsprechend der Philosophie unseres Vereins wurde das Board unter der Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International Lizenz veröffentlicht, sodass jeder Hobbyist die Quellen benutzen aber auch verändern kann.

Die STM32 Platine

Das Board kann durch eine geeignete Aufsteckplatine sowohl via Solar als auch über Batterie betrieben werden. Als Mikrocontroller kommt ein äußerst energiesparender STM32L051C8Tx zum Einsatz, welcher im Standby nur noch wenige uA Strom verbraucht.