Mauro Reguzzoni, Hortus srl Alessandra Cavaggion, Arpa Veneto Teolo, 26 febbraio 2015

Obiettivo / descrizione del progetto Predisporre un sistema di monitoraggio che consenta di rilevare mediante sensori distribuiti i seguenti parametri:  composti organici volatili con le seguenti caratteristiche:  aperto e basato su standard di mercato (intercambiabilità dei componenti) ‏  facilmente trasportabile  attivabile rapidamente (Wireless Sensor Network) ‏  energeticamente autonomo  collegabile a diversi sistemi di trasmissione

Il sistema proposto è costituito da: modulo base per l’acquisizione, la memorizzazione e la trasmissione dei dati moduli remoti con sensore VOC con funzione ripetitore attiva (mesh) ‏ piattaforma web per la gestione dei dati rilevati Teolo, 26 febbraio 2015 Architettura del sistema sensori distribuiti gateway locale piattaforma di gestione dei dati rilevati

Teolo, 26 febbraio 2015 Obiettivo / descrizione del progetto Definita l’architettura, per arrivare rapidamente a realizzare un sistema prototipale occorreva scegliere:  il data-logger  il sistema Wsn  Il sistema di trasmissione Nella fase di analisi sono stati presi in considerazione alcuni produttori di data-logger e WSN: SensorScope AdvanticSys Libelium Campbell Scientific Load Sensing Capetti Elettronica eSenza DataTaker

Modulo base acquisizione dati costituito da: tripode estensibile in acciaio cromato H 370 cm contenitore stagno IP67 PELI 1510 carry case, completo di piastra di fondo cablata e attrezzata data-logger DataTaker DT80 gateway per la rete WSN eSenza SC151Lite (protocollo Modbus) ‏ termo-igrometro Campbell Scientific CS215 completo di schermo antiradiante router UMTS Welotek TK714U-232 sistema di alimentazione con modulo fotovoltaico da 25W, regolatore di carica Morningstar SunsSaver 6L e batteria al gel HAZE 40Ah Teolo, 26 febbraio 2015 Componenti del sistema prototipale di acquisizione

Moduli remoti costituiti da: contenitore stagno completo di piastra di fondo cablata e attrezzata modulo DC 3.3V per l’alimentazione dei sensori di misura sistema di alimentazione con doppia batteria da 9Ah processore radio eSenza SB110AI (ingressi 0..10V) ‏ sensore AlphaSens PID-AH Teolo, 26 febbraio 2015 Componenti della rete WSN

Sensore AlphaSens PID-AH : PID-AH has a linear dynamic range of 5-ppb to 50-ppm (Isobutylene) ‏ Offset voltage to Vmax (Vmax = Vsupply - 0.1V) ‏ Vsupply = 3.3V Conversioni A/D : S1 = mV conversione digit / mV A/D S1= 0.0, 10000, 0, 4096 S2 = V conversione digit / V con fattore moltiplicativo 2 A/D S2 = 0.0, 20, 0, 4096 S3 = ppb conversione mV / ppb : S3 = 5, 50000, 50, 3200 Teolo, 26 febbraio 2015 Sensori di misura VOC

Piattaforma di gestione dei dati HMS-WEB data service basata su servizi IaaS (nuvola informatica) ad elevata disponibilità ricezione dati in modalità standard FTP Teolo, 26 febbraio 2015 Architettura del sistema

 Timestamp : data ora rilevamento  TZ : time zone (non gestita) ‏  Id-Logger : identificativo stazione  VBAT : tensione di alimentazione del sistema  TFUNC : temperatura interna al logger  TAR : temperatura dell’aria  %RH : umidità relativa dell’aria  Id-Tx1 : identificativo nodo remoto #1 (tipicamente le ultime 4 cifre dell’identificativo radio) ‏  ST-Tx1 : stato nodo remoto #1 ( 1 = connesso al gateway ) ‏  AI1mV-Tx1 : valore ingresso analogico 1 del nodo remoto #1 (espresso in mV) ‏  AI1ppm-Tx1 : valore ingresso analogico 1 del nodo remoto #1 (espresso in ppb) ‏  AI2-Tx1 : valore ingresso analogico 2 del nodo remoto #1 (espresso in V) ‏ a seguire  Id-Tx2, ST-Tx2, AI1mV-Tx2, AI1ppm-Tx2, AI2-Tx2  Id-Tx3, ST-Tx3, AI1mV-Tx3, AI1ppm-Tx3, AI2-Tx3  Id-Tx4, ST-Tx4, AI1mV-Tx4, AI1ppm-Tx4, AI2-Tx4  Id-Tx5, ST-Tx5, AI1mV-Tx5, AI1ppm-Tx5, AI2-Tx5 Teolo, 26 febbraio 2015 Tracciato record file CSV sistema acquisizione nodi remoti

Piattaforma di gestione dei dati Teolo, 26 febbraio 2015 Architettura del sistema

Teolo, 26 febbraio 2015 Esempio delle prime rilevazioni della rete VOC (valori espressi in ppb) ‏

Teolo, 26 febbraio 2015 Esperienza di monitoraggio con sensori

Teolo, 26 febbraio 2015 Verifica funzionamento Prima di procedere al monitoraggio sono state eseguite delle prove di “bianco”. Si è scelta un'area urbana, non interessata da emissioni di Composti Organici Volatili (COV). Si è verificato:  Dove installare i sensori?  Come installare i sensori?  Quanto durano le batterie (sensori ed unità mobile)?  Quali sono i segnali trasmessi dai sensori?

Teolo, 26 febbraio 2015 Verifica funzionamento Mobile 1213

Teolo, 26 febbraio 2015 Risultati  I sensori devono essere posizionati ad un'altezza di circa 3 metri dal suolo, per evitare manomissioni da parte dei passanti  Per l'installazione sono necessari due operatori  Gli operatori devono utilizzare un scala portatile per raggiungere l'altezza desiderata  Per il posizionamento si possono utilizzare i pali della luce presenti nell'area monitorata, è consigliabile avvisare il Comune  I sensori non possono distare l'uno dall'altro più di 150 m  Se sono presenti edifici od ostacoli tra i punti di monitoraggio, il segnale potrebbe non raggiungere il sensore  I sensori hanno un'autonomia di almeno 6 giorni, con una batteria da 9 Ah  L'unità mobile ha un'autonomia di 2 giorni, in assenza di sole con batteria da 40 Ah  I sensori trasmettono segnali che variano dai 62 ai 58 mV

Teolo, 26 febbraio 2015 Risultati Come si vede dal grafico ogni sensore ha delle oscillazioni dei valori, dai 104 ai 180 ppb, valore medio 140 ppb. Se vogliamo considerare l'aria urbana come valore di “zero”, e quindi assenza di eventi, si dovranno annullare queste piccole variazioni di segnale.

Teolo, 26 febbraio 2015 Caso pratico A seguito di continue segnalazioni da parte di cittadini per la presenza di odore molesto originato dalle emissioni provenienti da una ditta limitrofa, si è proceduto a:  eseguire un sopralluogo in azienda, non riscontrando anomalie  prendere contatti con i reclamanti per capire il fenomeno: date, ore e durata degli eventi  valutare la possibilità di installare il sistema di monitoraggio, disponibilità del reclamante per tenere in custodia l'unità mobile  presenza di pali per l'installazione dei sensori  valutare le possibili distanze tra unità mobile e sensori

Teolo, 26 febbraio 2015 Caso pratico A quanto riferito dai segnalanti gli eventi sono periodici, ma non ad orari prestabiliti. Si avvertono odori anche alla sera. Considerando che:  la distanza tra la ditta e le abitazioni è di 270m  non sono presenti pali della luce a distanza opportuna per il monitoraggio Si è scelto di posizionare i sensori nell'area privata di due segnalanti.

Teolo, 26 febbraio 2015 Caso pratico Dal monitoraggio iniziato in data e terminato in data si è riscontrato che:  La batteria da 40 Ah è durata 3 giorni, in presenza di sole  La batteria da 9 Ah è durata di 12 ore, in presenza di sole

Teolo, 26 febbraio 2015 Caso pratico Guardando i valori riscontrati dai sensori installati, si osserva che non sono stati evidenziati eventi. Anche i reclamanti non hanno avvertito la presenza di odori nel periodo di monitoraggio. Il giorno alle ore 00:10 il sistema si è spendo per mancanza di energia, fornita dalla batteria. Alle 12:10 è stata eseguito il cambio della batteria e si è accertato che i sensori hanno ripreso il collegamento con l'unità mobile, senza bisogno di intervento dell'operatore.

Teolo, 26 febbraio 2015 Vantaggi del sistema di monitoraggio  Letture in continuo per tutto il tempo di monitoraggio  Possibilità di verificare lo stato delle batterie ed i valori ppb, da qualsiasi postazione internet, in qualsiasi momento  La presenza di più sensori nell'area permette un migliore monitoraggio Limiti del sistema di monitoraggio  Trovare nell'area di interesse, la possibilità di installare in sicurezza l'unità mobile  L'unità mobile deve risultare di facile accesso per l'operatore, che deve provvedere al cambio batteria  La bassa durata della batteria dell'unità mobile  Non superare la distanza di 150 metri tra l'unità mobile-sensore o tra sensore-sensore  La presenza di edifici blocca il segnale di trasmissione  Il sensore non distingue la tipologia di COV rilevato

Teolo, 26 febbraio 2015 Grazie per l’attenzione