IOT-Keksdose

Was sind die wirklich wichtigen Dinge, die man unbedingt vor fremdem Zugriff schützen muss?
Richtig! Kekse und Naschereien! Kein anderes Besitztum ist so bedroht von Langfingern und Mitbewohnern wie der eigene Süssigkeitenvorrat. Ich selbst wurde unlängst Opfer einer hinterhältigen Attacke auf meine Keksreserven. Langsam aber stetig verschwanden immer mehr meiner Lieblingskekse aus der Keksdose.

Als findiger Bastler kann ich diesen Missstand natürlich nicht hinnehmen. Ein versperrter Behälter ist für einen gewieften Keksdieb kein wirkliches Hindernis. Diese Menschen schrecken auch nicht vor gewaltsamer Öffnung zurück um sich am köstlichen Schatz zu laben.Es ist wichtig den Täter zu erwischen um ihm sein Handwerk zu legen. Mein Keksdosen Sicherheitssystem statte ich daher mit einer Kamera und Bewegungserkennung aus.

IOT to the Rescue!

Als Basis dient der bewährte Raspberry Pi 3 der seine Daten in das Heimnetzwerk und auch ins Internet überträgt. Es handelt sich also um eine Waschechte „INTERNET OF THINGS Keksdose“. Der Begriff „Internet of things“ oder kurz IOT ist ein Sammelbegriff für mit dem Internet verbundene intelligente Geräte und Gegenstände die unser Leben leichter machen sollen.

Bereits Ende der 1990er Jahre sind Kühlschränke mit Touchscreen auf den Markt gekommen und kläglich gescheitert. Heute arbeiten tausende Entwickler daran Gadgets und IOT-Geräte zu erschaffen die die Konsumenten auch wirklich benutzen wollen. Jede Woche finden sich neue revolutionäre Konzepte und Ideen, die zeigen sollen wie das Internet of things einmal unser Leben positiv verändern soll. Die IOT-Keksdose ist mit Sicherheit ein Meilenstein in dieser Entwicklung, denn sie beschützt das Höchste Gut des Menschen, seinen Keksvorrat.

Sicherheit geht vor!

Das Herzstück der IOT-Keksdose bildet ein Raspberry Pi 3 und die Pi-Kamera v2 (es gibt auch eine Nachtsichtversion namens Pi-NoIR). Bei einem herrkömmlichen Überwachungssystem würde die Kamera den Bereich um die Keksdose herum beobachten. Das lässt aber zu dass ein geschickter Keksdieb sich aus einer ungünstigen Richtung nähern könnte, das Sichtfeld der Kamera also umgehen könnte und damit den Bewegungsmelder nicht auslösen würde. Die Kamera dieses Projektes ist daher nach innen auf die Kekse gerichtet! Das klingt zuerst ziemlich unsinnig aber es hat Vorteile. Wen ein Keksdieb die Dose bewegt wackeln auch die Kekse im inneren, und diese Bewegung würde in jedem Fall erkannt werden.

Die gesamte Elektronik ist im Deckel der Dose untergebracht, daher ist es unmöglich einen Keks herauszunehmen ohne den Deckel zu bewegen und damit den Bewegungsmelder auszulösen. Ein umgehen des Sicherheitssystems wird damit effektiv ausgeschlossen. Das innere Der Keksdose wird mit einem LED-Streifen beleuchtet um immer optimale Sicht zu gewährleisten und potentielle Backwaren Entführer vorweg zu warnen.

Die Datenübertragung läuft wahlweise über Lan oder Wlan. Der Raspberry Pi 3 verfügt über einen eingebauten Wlan Transmitter, aber die älteren Versionen benötigen einen günstigen Wlan-Dongle.

Die IOT Keksdose braucht mehr Energie!

Die große Herausforderung liegt in der Stromversorgung, ein Akku würde die Dose zwar supermobil machen, aber ein geduldiger Süßwarendieb könnte abwarten bis die Kapazität des Akkus aufgebraucht ist und danach zuschlagen. Um permanente Einsatzbereitschaft Sicherzustellen betreibe ich die IOT-Keksdose über ein Netzteil.Sollte ein Keksdieb die ganze Dose mitnehmen und damit den Raspberry Pi vom Strom trennen aktiviert die fehlende Verbindung sofort den Alarm. Nun stehe ich vor dem Problem, dass der Raspberry Pi mit 5 Volt betrieben wird aber die ausgewählten LED-Streifen 12 Volt Spannung benötigen um kräftig zu leuchten.

Natürlich könnte ich in diesem Fall 2 einzelne Netzteile verwenden, aber Kabelgewirr möchte ich vermeiden wo es geht. Ich benutze daher ein einstellbares Voltcraft Netzteil, dass ich auf eine Ausgangsspannung von 12 Volt einstelle. Der LED-Streifen wird direkt vom Netzteil mit Strom versorgt. Um den Raspberry pi mit konstanten 5V zu beliefern benutze ich drei Linearregler namens 7805. Ein einzelner dieser Regler, kann einen maximalen Strom von 1 Ampere liefern, die IOT-Keksdose kann aber durchaus mehr Strom als 1 Ampere benötigen. Ich verwende daher drei  Stück 7805 um die entstehende Last gleichmäßig zu verteilen. Die Regler löte ich zueinander parallel und verbinde sie an der Eingangsseite mit einer 3,5 mm Klinkenbuchse und ausgangsseitig mit einem Kabel von einem defekten RC Servo.

Beim Herunterregeln der Spannung entsteht Wärme die unbedingt abgeführt werden muss. Mein Versuch mit einem kleinem Stangenförmigen Kühlkörper hat zwar funktioniert aber die Regler wurden ziemlich heiß. Ich habe daher später den Kühlkörper durch eine aktive Lüfter-Kühlkörper-Kombination ersetzt die ich aus einer alten Grafikkarte ausgeschlachtet habe.Der Lüfter wird direkt mit 12 Volt betrieben und sorgt dafür dass die Linearregler im Betrieb nicht einmal handwarm werden.

Die gesamte Hardware wird im Deckel der Keksdose untergebracht, daher ersetze ich den original Deckel durch ein 3D gedrucktes Gehäuse.

Ich messe den ursprünglichen Deckel ab und übertrage die Masse in ein 3D Modell auf meinem Computer. Als Software für Einsteiger in das 3D-CAD-Zeichnen empfehle ich das Online Tool Tinkercad. Die ersten Versionen waren etwas zu knapp bemessen, daher habe ich immer wieder mehr Platz für Kabel und Teile eingeplant bis ich den Raspberry Pi, die Pi-Kamera und die LED-Streifen bequem darin montieren konnte. Ausgedruckt habe ich den Entwurf mit meinem Renkforce RF 500 3D Drucker. Mit weissem und blauem PLA-Filament habe ich das Gehäuse auch farblich an mein eigenes Layout angepasst. Ein Stück blauer Moosgummi wird am unteren Rand des Deckels mit Doppelseitigem Klebeband befestigt. Dadurch ist der Deckel fest und sicher auf der Keksdose montiert und kann zur erlaubten Keksentnahme einfach entfernt werden.

Die Software für die IOT-Keksdose ist mit wenigen Kommandos eingerichtet. Zuerst benötigen wir eine SD-Karte mit installiertem Raspian Betriebssystem. Unter Windows und Linux gibt es gratis Programme die diesen Schritt recht einfach machen. Für alle die es eilig haben hat Conrad eine SD-Karte mit NOOBS im Programm, darauf sind bereits mehrere Betriebssysteme vorinstalliert. Es genügt die SD-Karte einzulegen, den Raspberry Pi zu starten und wenige Klicks um  Raspbian lauffähig zu installieren. Bildschirm und Keyboard brauchen wir nur für die Einrichtung der Software, später kann die IOT Keskdose von einem beliebigen anderen Gerät im Heimnetzwerk kontrolliert werden (PC,Smartphone oder Tablett).Der Raspberry Pi sucht in der Regel automatisch nach dem Heimnetzwerk, falls dazu ein Passwort nötig ist wird Raspian dich dazu auffordern es einzugeben.Die IOT-Keksdose benutzt bereits bewährte Überwachungssoftware die sich über die Kommandozeile herunterladen und einrichten lässt.

  1. Zuerst öffnen wir das Terminal mit STRG+ALT+T. Der Befehl : sudo apt-get update && sudo apt-get dist-upgrade lädt alle verfügbaren Raspian aktuallisierungen herunter und installiert sie sofort. Mit den doppelten &-Zeichen lassen sich Befehle direkt hintereinander ausführen um Zeit zu sparen.
  2. Die eigentliche Software holen wir uns mit diesem längeren Befehl aus dem Internet: git clone https://github.com/silvanmelchior/RPi_Cam_Web_Interface.git (Achte unbedingt auf die exakte Groß- und Kleinschreibung). Es handelt sich dabei um Open Source Software die Silvan Melchior gratis zur Verfügung stellt. Dank ihm und den tausenden anderen Software-Entwicklern die ihre Programme unter der Open Source Lizenz veröffentlichen, sind Projekte wie Dieses überhaupt erst möglich.
  3. Mit dem Befehl: cd Rpi_Cam_Web_Interface wechseln wir in den Ordner des Programmes (cd steht für change directory).
    Und mit dem letzten Befehl: ./install.sh wird das Programm installiert.
  4. Im Ordner Rpi_Cam_Web_Interface finden wir weitere Konfigurations Programme die uns auch erlauben andere Webserver-Programme zu installieren ( z.B.: nginx). Ich habe allerdings nur mit dem in der Standard Variante breits installiertem Webserver Apache2 Erfolg gehabt. Daher rate ich daher dringend dazu diese Einstellungen nicht zu verändern. Nur die Option „Autostart on System Startup“ in „Activated“ werden geändert und schliesse dann das Programm. Der Raspberry Pi sollte nun neu gestartet werden.
  5. Mit STRG+T öffne ich erneut das Terminal. Diesmal möchte ich die IP-Adresse der IOT-Keksdose herausfinden. Dazu tippe ich ein: hostname -I
    Auf dem Bildschirm erscheint nun die IP-Adresse in dieser Form: 192.168.1.???
    Die Adresse notiere ich mir und schließe das Terminal. Tastatur Maus und Bildschirm werden nun nicht mehr benötigt.

Ich begebe mich nun an einen anderen Computer, (oder Android-Smartphone/Tablet), öffne einen Browser (Firefox, Chrome usw.) und tippe die notierte Adresse in die Adresszeile ein. Nach einem Druck auf Enter erscheint das Webinterface der IOT-Keksdose. In den Menüs können verschiedenste Einstellungen gewählt werden. Bewegungserkennung startet die Aufnahme sobald Bewegung erkannt wurde und speichert sie lokal auf dem Raspberry Pi. Über das Webinterface können aufgezeichnete Fotos und Videos, heruntergeladen und gelöscht werden.
Das Webinterface biete noch viele weitere Möglichkeiten für Projekte mit der Raspberry Pi Kamera die mit der IOT-Keksdose gar nicht ausgeschöpft werden. Erforscht einfach die vielen Optionen im Programm und die Ideen fliegen euch nur so zu.

Die IOT-Keksdose ist nun Betriebsbereit und wird sofort in den Einsatz geschickt. Im Video seht ihr wie ich den Dieb dank Internet of things auf frischer Tat ertappt habe. Das war aber ein doch recht seltsames Erlebnis…..

Euer Clemens (MAYER MAKES)


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