Parameterovervåkning i tunnelanlegg ved bruk av LoRaWAN-basert IoT-system

Abstract

Følgende rapport beskriver gjennomføring av bacheloroppgaven ved studieretningen Elektronikk og Sensorsystemer som tilhører programmet Bachelor i ingeniørfag, Elektro ved Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet i Trondheim. Oppgaven ble utført i samarbeid med Skanska Norge AS som presenterte en problemstilling innenfor datakommunikasjon i tunnelanlegg med mål om å effektivisere parameterovervåkning. Dette ble løst ved å implementere et IoT-system som registrerer forholdene i underjordiske anleggsområder. Systemet er bygget rundt en sensorboks som inneholder en oksygensensor, støvsensor, gassensor og temperatur- og fuktighetssensor. Avleste data blir sendt til en tjener på ESP32 ved hjelp av LoRa og deretter lastet opp via WiFi til en skylagringstjeneste Ubidots. Selv om testene av systemet i et tunnelanlegg under sprengning og massetransport ble fullført, kan mangler under testen gjøre sluttresultatet mindre realistisk. Senere ble det gjennomført en fullstendig test av sensorsystemet og LoRa-rekkevidden, hvor systemet fungerte opp til maksimumsrekkevidden på 700 meter. Selv om systemet fungerer bra finnes det ennå forbedringspotensiale som å oppgradere til industrielle sensorer, bygge en sterkere innkapsling, sette opp varslingssystem og implementere fjernstyring med Ubidots.

The following report describes the completion of the bachelor's thesis in the field of Electronics and Sensor Systems, as part of the Bachelor's program in Electrical Engineering at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU) in Trondheim. The thesis was carried out in collaboration with Skanska Norge AS, which presented a research problem related to data communication in tunnel facilities, with the aim of improving parameter monitoring. This was achieved by implementing an IoT system that monitors conditions in underground construction areas. The system is built around a device that consists of oxygen, gas, temperature, dust, and humidity sensors. The collected data is sent to an ESP32 microcontroller through LoRa and then uploaded to the Ubidots Cloud system through WiFi. Although the tests of the system in a tunnel facility during detonation and mass transport were completed, there may be limitations during the testing phase that could affect the overall realism of the results. Subsequently, a comprehensive test was conducted to verify sensor functionality as well as the measure the LoRa range, which resulted in a maximum range of approximately 700 meters. Even though the system is fully functioning, there are multiple potential improvements to be implemented, such as upgrading the sensors to industrial versions, building a tougher and more resistant sensor chassis, implementing a status indicator and finally remote commands using Ubidots.