Je leest:

Meten tussen de tomaten

Meten tussen de tomaten

Nieuwe proef met draadloos sensornetwerk

Auteur: | 8 november 2010

Een sensornetwerk kun je op veel plekken gebruiken en dus kan het zijn dat je opeens in een kas vol tomaten staat. Daar hangt namelijk de nieuwe testopstelling van onderzoeksinstituut Almende: een netwerk van 39 sensoren die het klimaat in de kas nauwkeurig registreren.

Als redacteur van Kennislink kom je nog eens ergens. Ik was tenminste nog nooit in een kas geweest, dus ik ging graag in op de uitnodiging van Almende om hun testopstelling te komen bekijken. Het is de tweede proef met draadloze sensor nodes, kleine kastjes met meetapparatuur die met elkaar in verbinding staan en hun metingen doorsturen naar een centrale computer. De eerste test was in een seniorencomplex in Delfgauw, waar ze voornamelijk de temperatuur controleerden. Dat ging heel goed, dus het team was klaar voor een nieuwe uitdaging.

Die vond dus plaats in een kas, midden in het Westland. Dat gebied wordt ook wel ‘De Glazen Stad’ genoemd en vanuit de auto is al snel duidelijk waarom: de ene kas volgt op de andere, waardoor je hele stukken een glazen wand naast je ziet. De kas van trostomatenkwekerij Lans staat er middenin.

Large
De kas van trostomatenkwekerij Lans staat vlak bij het plaatsje De Lier.
Google Earth

Roddelende nodes

Ik kom tegelijk aan met Freek van Polen, onderzoeker bij Almende, en communicatiemedewerker Janny Ramakers. Na een witte overjas te hebben aangetrokken, stappen we meteen de kas in om het netwerk te bekijken. Moet je wel een beetje góed kijken, want de kastjes zijn ongeveer net zo groot als een pakje zakdoekjes en hangen verscholen tussen de tomaten (zie afbeelding hieronder).

Medium
De sensorkastje hangen verscholen tussen de tomaten. In de inzet zie je er eentje van dichtbij. Het sensorgedeelte is het chip-achtige plaatje dat onderaan het kastje is bevestigd.
Marije Nieuwenhuizen

Het ziet er niet erg ingewikkeld uit en voor een deel klopt dat ook wel. “Het bijzondere aan dit netwerk is dat het zichzelf installeert”, vertelt Freek. “Binnen een uur hadden we hier alles opgehangen en aan de praat, zonder vooraf allerlei dingen in te stellen.” Het netwerk maakt namelijk gebruik van zelforganisatie. In plaats van elke node vooraf te vertellen met wie hij op welk moment moet communiceren, zoeken ze dat zelf uit.

Zo sturen in de meeste WSN’s de nodes hun waarnemingen via een vaste route naar een centraal punt (zie het artikel over smart dust). Dat vereist dat er een bepaalde structuur in het netwerk aanwezig is, wat extra installatietijd zou kosten. Dat is hier niet nodig. Freek: “De sensor nodes sturen hun metingen gewoon de wijde wereld in en alle nodes in de nabije omgeving vangen het bericht op. Zij plakken die informatie vast aan hun eigen bericht en versturen het weer verder. Zo komen alle metingen uiteindelijk bij de centrale computer terecht.”

Dit systeem wordt ook wel het ‘gossip protocol’ genoemd, omdat het lijkt op roddelen: je hoort iets van een ander en geeft dat op jouw beurt weer door, eventueel met aanvullende informatie. Zo’n systeem is heel robuust omdat er veel informatie dubbel wordt verstuurd. Valt er een node uit, dan krijgt de centrale het bericht wel binnen via een andere.

Omstebeurt

Om het communiceren goed te laten verlopen, gebruikt het netwerk ‘Time Division Multiple Access’. Dat is een methode waarbij elke node hetzelfde kanaal (radiofrequentie) gebruikt, maar op verschillende tijdstippen. In elke ‘zendperiode’ (dat is één keer per 2 seconden) mogen de nodes om beurten een boodschap versturen.

Tegelijk wakker

De nodes roddelen echter niet continu, dat zou te veel stroom kosten. “Een node bevat veel ‘stroomvretende’ onderdelen, zoals de zender/ontvanger, de sensoren en de processor, maar de batterij kan niet al te groot zijn. Daarom zijn de nodes zo ingesteld dat ze een groot deel van de tijd ‘slapen’ en maar één keer per 2 seconden berichten versturen”, legt Freek uit. Dat lijkt nog steeds vaak, maar een node verbruikt zo al snel 2000x minder energie.

De boodschap verandert echter niet elke 2 seconden. Een node voert één keer per minuut zijn metingen uit en per 10 minuten maakt hij een nieuwe boodschap met daarin de gemiddelde waarde van de 10 metingen.

Als je in de ‘wakker’-periode boodschappen aan elkaar wilt versturen, moet je er natuurlijk wel voor zorgen dat iedereen tegelijk wakker is. Synchronisatie is dan ook erg belangrijk in het netwerk. De nodes houden van elkaar in de gaten wanneer ze wakker geworden zijn, zodat ze zich daarop kunnen aanpassen. Ook dit is een voorbeeld van de zelforganisatie: de nodes zijn niet voorgeprogrammeerd om op een bepaalde tijd wakker te worden, maar synchroniseren (organiseren) zichzelf.

Vuurvliegjes

In de natuur vind je een vergelijkbaar proces bij vuurvliegjes. In nationaal park Great Smoky Mountain (VS) kun je elk jaar in de eerste weken van juni grote groepen vuurvliegjes tegelijk zien oplichten (zie filmpje hieronder)

Moeilijk klimaat

Dat het systeem behoorlijk goed werkt, wist Almende al van de proef in Delfgauw. “Het netwerk functioneerde daar boven verwachting. De nodes hebben 2 maanden vrijwel zonder problemen hun werk gedaan”, vertelt Freek. “De vraag is nu of dat ook kan in een kasklimaat”.

Het klimaat in een kas verschilt namelijk behoorlijk van dat in een huis. Het voornaamste struikelblok is de luchtvochtigheid, hier kan digitale meetapparatuur slecht tegen. Kassen gebruiken op dit moment daarom ‘ouderwetse’ meetsystemen: per hectare hangt één luchtvochtigheidsmeter (zie afbeelding hieronder), die voortdurend zijn waarden doorgeeft aan een centrale computer.

Medium
Dit is de luchtvochtigheidsmeter die momenteel gebruikt wordt. In het kastje staat een bakje met gedestilleerd water met daarbij één van de twee thermometers. De ander meet de droge lucht. Door te kijken naar het verschil tussen de twee metingen kan de luchtvochtigheid worden bepaald.
Marije Nieuwenhuizen

Het is niet bepaald ‘high tech’, maar wel heel betrouwbaar, zo zegt Cees Maan, teeltmanager bij Lans. “We hebben ook wel kassen met digitale meetapparatuur, maar daarbij lopen waarnemingen soms wel heel erg uiteen. Terwijl de temperatuur heus geen paar graden per minuut verschilt.”

Het nieuwe sensornetwerk lijkt het wel goed te doen. Freek: “Het vocht in de lucht kan de radiosignalen verstoren, waardoor berichten niet aankomen. Het gossip-protocol lost dat echter grotendeels op. Daarnaast doen we zoveel metingen dat er sowieso veel meer gegevens binnenkomen dan met de ouderwetse meetboxen. Voor ons als onderzoeker is het interessant om de data compleet uit het WSN te krijgen, voor de teler/gebruiker maakt het weinig uit. Die krijgt nog steeds veel meer informatie binnen dan eerst”, aldus Freek.

Gedetailleerd beeld

Want van die betrouwbare, ouderwetse meetkastjes hangen er niet zoveel. Ze zijn relatief duur en vergen regelmatig onderhoud, dus ga je er niet 40 per rij installeren (zoals bij het sensornetwerk). Hierdoor krijgt de tuinder alleen een globaal overzicht. Cees: “De bestaande meetkastjes werken prima voor een algemeen beeld. Ze tonen echter gemiddelden van een vrij groot gebied: hoe de temperatuur of luchtvochtigheid op een bepaalde plek is, dat weet je niet.”

En dat is wel belangrijk. Cees geeft een voorbeeld: “Wanneer ’s middags de zon doorbreekt, wordt het snel warm in de kas en dat geven de kastjes ook aan. Maar die hangen bij de kop van de plant. Helemaal onderin kan het nog koud zijn, waardoor er een aanzienlijk verschil in temperatuur kan ontstaan. En dat werkt schimmelvorming in de hand.” Gelukkig weet Cees dit allemaal en zet hij de verwarming (buizen over de vloer, zie afbeelding hieronder) niet te snel uit.

Large
Met een glazen dak wordt het natuurlijk snel warm als de zon doorbreekt. Maar ’s nachts is er verwarming nodig: dat zijn de buizen over de grond die je ziet in de zijpaden.
Marije Nieuwenhuizen

Toch zou het fijn zijn als er een gedetailleerd beeld van het klimaat beschikbaar is, zeker bij een nieuwe kas. “Bij de bouw van een kas wordt er met van alles rekening gehouden, maar toch kan het in de praktijk anders uitvallen. Langs de gevel kan het kouder zijn of het tocht op een onverwachte manier. Het zou handig zijn als je bijvoorbeeld in het eerste jaar precies kunt zien waar de temperatuur achterblijft, of waar de luchtvochtigheid afwijkt. Dan kun je de kas daarop aanpassen”, aldus Cees.

Leren lezen

Alleen maar meten is overigens niet genoeg. Cees: “Je moet de data ook leren lezen: aan een lange rij getallen heb je niet zoveel. Ik denk dat het bijvoorbeeld handig is als een tuinder bepaalde grenzen kan instellen en dat sommige metingen dan rood of blauw kleuren, afhankelijk van welke grens ze overschrijden. Zo kun je in één oogopslag zien waar het te koud of te warm is.”

Voorlopig zijn er echter alleen lijngrafieken. Almende wil namelijk een zo’n generiek mogelijk systeem, zodat ook andere type data (niet uit een kas) ermee kan worden weergegeven. Daarom toont het programma CommonSense de meetwaarden van elke node als een punt in een grafiek, waarbij je de lijntjes van meerdere nodes in één grafiek kunt zetten. Dat geeft een mooi overzicht van het verloop gedurende een bepaalde periode (zie afbeelding hieronder).

Large
Dit is een screenshot van het programma ‘CommonSense’ dat Sense (dochterbedrijf van Almende) heeft ontwikkeld. Je kunt de data van verschillende nodes tegelijk in de grafiek laten zien. Hier zie je dat de nodes ongeveer hetzelfde meten en dat de luchtvochtigheid per dag steeds hetzelfde patroon vertoont (’s nachts is de luchtvochtigheid het hoogst, overdag het laagst).

Cees is wel enthousiast over het nieuwe systeem. “Ik denk dat het zeker een toegevoegde waarde heeft. Je krijgt een nauwkeuriger overzicht, zowel horizontaal als verticaal. En als je er vervolgens lange tijd niet naar hoeft om te kijken, is dat natuurlijk ideaal”, zegt Cees.

Bronnen

Het project in De Lier is onderdeel van STORM (Sensor Technology On Radio Modules), een project dat zich richt op het ontwikkelen van nieuwe producten, systemen en concepten met draadloze sensornetwerken. Almende doet hieraan mee als lid van DevLab. Dat is een samenwerkingsverband van 12 technologiebedrijven op het gebied van electronica. Zij hebben het netwerk ontwikkeld dat in de kas wordt gebruikt, het zogenaamde MyriaNed.

Lees meer over sensoren en sensornetwerken op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/sensornetwerk/sensor/index.atom?m=of", “max”=>"6", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 08 november 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.