Bluetooth-Vibrationssensor – RuuviTag Pro

Wir erhalten immer mal wieder Anfragen, ob der RuuviTag zur Überwachung von Vibrationen an rotierenden Maschinen eingesetzt werden kann. Der RuuviTag Pro kann als Bluetooth-Vibrationssensor fungieren, und wir haben eine spezielle Firmware-Version zur Vibrationsmessung entwickelt. Einige unserer Kunden haben bereits Proof-of-Concept-Projekte mit den RuuviTag Pro Sensoren gestartet. Das Sammeln der Vibrationssensordaten erfordert ein individuelles Setup, wie zum Beispiel einen Raspberry Pi, oder die Daten können über das Ruuvi Gateway gesammelt und an einen privaten Server gesendet werden.

Scrolle nach unten, um die spezielle Firmware für die Vibrationsmessung herunterzuladen. Bitte beachte, dass es sich bei der Firmware um eine Beta-Version handelt, die nicht umfassend getestet wurde. Beachte außerdem, dass es eventuell nicht möglich ist, die Standard-Firmware ohne das Ruuvi Development Kit erneut aufzuspielen.

RuuviTag Bluetooth-Vibrationssensor Datenformate

Einfaches Vibrationsdatenformat AC für Bluetooth-Vibrationssensoren

Der RuuviTag kann sowohl einfache als auch komplexe Beschleunigungsmessungen durchführen. Im einfachsten Fall kann die Beschleunigungsmessung nur ein Peak-to-Peak-Wert sein.

Grundlagen der Vibrationsmessung – RMS, Amplitude und Peak-to-Peak

Der Peak-to-Peak-Wert gibt im Wesentlichen an, wie stark die Beschleunigung war, die der Bluetooth-Vibrationssensor registriert hat. Eine weitere einfache Messung ist der Effektivwert (RMS), der aussagt, wie viel Energie die Beschleunigung hat. Da der RuuviTag Pro über einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor verfügt, wird für jede Achse ein separater Wert ausgegeben.

RuuviTag Spezial-Vibrations-Firmware Einfaches Datenformat

Byte	Name	Bereich	Hinweis
0	HEADER	0xAC
1	VERSION	0x02
2	P2P_X_MSB	0 … 32767	Vorzeichenbehaftet, mG.
3	P2P_X_LSB		Begrenzt durch Beschleunigungsamplitude, 4 – 32 G
4	P2P_Y_MSB	0 … 32767	Vorzeichenbehaftet, mG.
5	P2P_Y_LSB		Begrenzt durch Beschleunigungsamplitude, 4 – 32 G
6	P2P_Z_MSB	0 … 32767	Vorzeichenbehaftet, mG.
7	P2P_Z_LSB		Begrenzt durch Beschleunigungsamplitude, 4 – 32 G
8	RMS_X_MSB	0 … 32767	Vorzeichenbehaftet, mG.
9	RMS_X_LSB		Begrenzt durch Beschleunigungsamplitude, 2 – 16 G
10	RMS_Y_MSB	0 … 32767	Vorzeichenbehaftet, mG.
11	RMS_Y_LSB		Begrenzt durch Beschleunigungsamplitude, 2 – 16 G
12	RMS_Z_MSB	0 … 32767	Vorzeichenbehaftet, mG.
13	RMS_Z_LSB		Begrenzt durch Beschleunigungsamplitude, 2 – 16 G
14	RESERVIERT0	N/A	Für die Zukunft reserviert
15	RESERVIERT1	N/A	Für die Zukunft reserviert
16	RESERVIERT2	N/A	Für die Zukunft reserviert
17	RESERVIERT3	N/A	Für die Zukunft reserviert
18	RESERVIERT4	N/A	Für die Zukunft reserviert
19	RESERVIERT5	N/A	Für die Zukunft reserviert
20	SPANNUNG_MSB	0 … 254	Berechnung: 1600 mV + 8 * SPANNUNG mV
21	TEMPERATUR_MSB	-125 … 125	In Celsius, 1 °C Auflösung
22	SEQUENZZÄHLER_MSB	0 … 65534	Wird bei jeder Messung erhöht, springt nach dem Maximum auf Null zurück
23	SEQUENZZÄHLER_LSB

Spezielles Datenformat für einfache RMS-Vibrationsdaten von Ruuvi

Spezifikation für Datenformat 0xAC Version 2. Bei vorzeichenbehafteten Werten bedeutet der niedrigstmögliche Wert einen Fehler, bei vorzeichenlosen Werten bedeutet der höchstmögliche Wert einen Fehler.

Komplexes Vibrationsdatenformat AF für Bluetooth-Vibrationssensoren

Das Herzstück des RuuviTag Pro ist ein recht leistungsfähiger nRF52832 von Nordic Semiconductor. Er bietet die Möglichkeit, eine Schnelle Fourier-Transformation (FFT) durchzuführen, um die Frequenzkomponenten der Beschleunigung zu berechnen.

Komplexe Vibrationsmessung – FFT Schnelle Fourier-Transformation — Bildnachweis: https://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation

Die Fourier-Transformation kann zwischen den Frequenzen der Beschleunigung unterscheiden, die der RuuviTag Pro misst. Standardmäßig wird die FFT aus 1024 Samples berechnet, die mit 1344 Hz bei 12 Bit und 2 G Amplitude aufgenommen wurden.

Dies ergibt 512 Frequenz-Bins, wobei ein Bin 1344 / 2 / 512 = 1,3 Hz breit ist. Da das Senden jedes einzelnen Bins jedoch nicht praktikabel ist, werden die Bins in 16 Frequenz
-Buckets zusammengefasst und die Leistung des Buckets für die Übertragung berechnet. Dies ergibt eine Ausgabe mit 16 Leistungs-Buckets pro Frequenz.

Da die Skalierung zwischen den Buckets stark variieren kann, ist es nicht sinnvoll, eine feste Skala für Frequenzdaten zu verwenden. Stattdessen wird die Beschleunigung auf den höchsten Wert normiert und der Rest der Werte entsprechend skaliert. Die Skalierungsinformationen werden in der Übertragung mitgesendet.

Erfahre mehr über die FFT auf Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation

RuuviTag Spezial-Vibrations-Firmware Komplexes Datenformat

Ein Beispiel für die Dekodierung der Vibrationssensordaten findest du unter https://github.com/ojousima/ojousima.ruuvi_endpoints.ts/blob/master/src/ojousima_endpoint_af.ts

Byte	Name	Bereich	Hinweis
0	HEADER	0xAF
1	VERSION	0x01
2	TYP	0 … 2	0 – X-Achse, 1 – Y-Achse, 2 – Z-Achse
3	SKALA_MSB	0 … 255	8.8 Festkommawert
4	SKALA_LSB		Teile den Wert durch 256, um einen Skalierungs-Float zu erhalten
5	FREQ_MSB	0 … 65534	Höchstes Frequenz-Bucket.
6	FREQ_LSB		Durch Beschleunigungssensor auf ~5 kHz begrenzt. In Hz.
7	BUCKET_1	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
8	BUCKET_2	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
9	BUCKET_3	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
10	BUCKET_4	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
11	BUCKET_5	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
12	BUCKET_6	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
13	BUCKET_7	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
14	BUCKET_8	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
15	BUCKET_9	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
16	BUCKET_10	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
17	BUCKET_11	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
18	BUCKET_12	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
19	BUCKET_13	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
20	BUCKET_14	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
21	BUCKET_15	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
22	BUCKET_16	0 … 255	Durch Skala teilen, um den Originalwert in G(rms)²/Hz zu erhalten
23	SEQUENZ	0.254	Springt auf 0 zurück, wird bei jeder Messung um eins erhöht

Spezielles Datenformat für komplexe FFT-Vibrationsdaten von Ruuvi

RuuviTag Pro Bluetooth-Vibrationssensor Firmware

Wir haben eine Proof-of-Concept-Firmware erstellt, die in den oben genannten Formaten und im ursprünglichen Ruuvi RAWv2 (0x05) Format sendet. Du kannst sie herunterladen und auf jedem RuuviTag oder RuuviTag Pro bis zur Hardware-Version B8 ausführen. Die spezielle Firmware kann hier heruntergeladen werden: https://github.com/ojousima/ojousima.acceleration_bcast.c/releases/tag/v1.0.3. Das Flashen kann mit Nordic Semiconductor nRF Connect durchgeführt werden, eine Anleitung findest du hier.

Die Firmware sendet in einem Ein-Minuten-Zyklus, wobei jeder Zyklus 5 verschiedene Übertragungen umfasst:

Original RAWv2
„Einfaches“ Vibrationsdatenformat AC
„Komplexes“ Vibrationsdatenformat AF, einmal pro Achse

Jede Übertragung wird 5-mal im Abstand von 1285 ms wiederholt, sodass der Ein-Minuten-Zyklus etwa 32 Sekunden Sendezeit und eine weitere halbe Minute Ruhezeit hat. Alle Messungen stammen aus derselben Beschleunigungsstichprobe.

RuuviTag Pro Bluetooth-Sensor

Teste Ruuvis Beta-Firmware für die Vibrationsmessung

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