Langattomien anturiverkkojen sotilas-, agroteknologia- ja energiatutkimussovelluksia

The physical quantities nowadays are widely measured by using electronic sensors. Wireless sensor networks (WSNs) are low-cost, low-power electronic devices capable of collecting data using their onboard sensors. Some wireless sensor nodes are equipped with actuators, providing the possibility to change the state of the physical world. The ability to change the state of a physical system means that WSNs can be used in control and automation applications. This research focuses on appropriate system design for four different wireless measurement and control cases. The first case provides a hardware and software solution for camera integration to a wireless sensor node. The images are captured and processed inside the sensor node using low power computational techniques. In the second application, two different wireless sensor networks function in cooperation to overcome seeding problems in agricultural machinery. The third case focuses on indoor deployment of the wireless sensor nodes into an area of urban crisis, where the nodes supply localization information to friendly assets such as soldiers, firefighters and medical personnel. The last application focuses on a feasibility study for energy harvesting from asphalt surfaces in the form of heat.Fysikaaliset suureet mitataan nykyisin elektronisten anturien avulla. Langattomat anturiverkot ovat kustannustasoltaan edullisia, matalan tehonkulutuksen elektronisia laitteita, jotka kykenevät suorittamaan mittauksia niissä olevilla antureilla. Langattomat anturinoodit voidaan myös liittää toimilaitteisiin, jolloin ne voivat vaikuttaa fyysiseen ympäristöönsä. Koska langattomilla anturi- ja toimilaiteverkoilla voidaan vaikuttaa niiden fysikaalisen ympäristön tilaan, niiden avulla voidaan toteuttaa säätö- ja automaatiosovelluksia. Tässä väitöskirjaty össä suunnitellaan ja toteutetaan neljä erilaista langattomien anturi- ja toimilaiteverkkojen automaatiosovellusta. Ensimmäisenä tapauksena toteutetaan elektroniikka- ja ohjelmistosovellus, jolla integroidaan kamera langattomaan anturinoodiin. Kuvat tallennetaan ja prosessoidaan anturinoodissa vähän energiaa kuluttavia laskentamenetelmiä käyttäen. Toisessa sovelluksessa kahdesta erilaisesta langattomasta anturiverkosta koostuvalla järjestelmällä valvotaan siementen syöttöä kylvökoneessa. Kolmannessa sovelluksessa levitetään kaupunkiympäristössä kriisitilanteessa rakennuksen sisätiloihin langaton anturiverkko. Sen anturinoodit välittävät paikkatietoa rakennuksessa operoiville omille joukoille, jotka voivat tilanteesta riippuen olla esimerkiksi sotilaita, palomiehiä tai lääkintähenkilökuntaa. Neljännessä sovelluksessa toteutetaan langaton anturiverkko, jonka keräämää mittausdataa käytetään arvioitaessa lämpöenergian keräämismahdollisuuksia asfalttipinnoilta.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed

Temperature measurements on a solar and low enthalpy geothermal open-air asphalt surface platform in a cold climate region

Solar heat, already captured by vast asphalt fields in urban areas, is potentially a huge energy resource. The vertical soil temperature profile, i.e., low enthalpy geothermal energy, reveals how efficiently the irradiation is absorbed or radiated back to the atmosphere. Measured solar irradiation, heat flux on the asphalt surface and temperature distribution over a range of depths describe the thermal energy from an asphalt surface down to 10 m depth. In this study, those variables were studied by long-term measurements in an open-air platform in Finland. To compensate the nighttime heat loss, the accumulated heat on the surface should be harvested during the sunny daytime periods. A cumulative heat flux over one year from asphalt to the ground was 70% of the cumulative solar irradiance measured during the same period. However, due to the nighttime heat losses, the net heat flux during 5 day period was only 18% of the irradiance in spring, and was negative during autumn, when the soil was cooling. These preliminary results indicate that certain adaptive heat transfer and storage mechanisms are needed to minimize the loss and turn the asphalt layer into an efficient solar heat collector connected with a seasonal storage system.©2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed