Som det jo efterhånden er tradition, havde vi kørestolsrobotten, Kugleklokken og andre gammelkendte ting med – men også lidt nyt: En sandkunstmaskine og en Segway-lignende robot, som man kunne styre med et Wii Balance Board. Desuden en lille demo af vores adgangskontrolsystem.
Efter den sidste tids mange skriverier om det ny signalsystem ERTMS tænkte vi (dvs. Georg) at det kunne være interessant at se et af de gamle signalsystemer, mens de stadig var i drift. Georg kontaktede Banedanmark og fik arrangeret et besøg i Langå, hvor der findes et anlæg af typen 12/46 (navnet skyldes at den oprindelige model er fra 1912, og er opdateret i 1946).
Anlægget er elektromekanisk, dvs. der er en række betjeningsknapper og et sindrigt system af metalstænger, der forhindrer at man kan sætte knapperne i en ikke-tilladt position. Oven på dette mekaniske system er der så et system af relæer der laver yderlige checks.
I have a Philips Hue gateway at home that is connected to a number of Philips Hue lights, as well as some IKEA trådfri light bulbs, and a couple of OSRAM Lightify light strips. Most of the time the network works quite well, but some of the time a few of the lights become unreachable. I read a rumor online that the Hue lights and the other lights are actually on two different Zigbee networks. Of course, if only I had a way of sniffing the Zigbee traffic I could diagnose these problems. And thus began this quest.
USB TI CC2531 Zigbee sniffer dongle.
I started by buying a Zigbee sniffer, I found that the Texas Instruments CC2531 chip is widely used, and available in a cheap USB package. I purchased this USB CC2531 Zigbee sniffer, but others are probably equally good. After the dongle arrived I spent quite a while thinking that I need to replace the stock firmware, because of various old projects on GitHub (Sensniff, ccsniffpiper, etc.). Fortunately, you do not need to change the stock firmware. The best software package seems to be KillerBee which supports both sniffing and injection; however only sniffing with the CC2531. Installing KillerBee on Ubuntu is quite easy. You need to install scapy, and a few dependencies. The installation instructions are probably more up to date than this blog post.
Starting the sniffing is really easy, if you know the channel the Philips Hue is operating at. I think channel 11 is the default, but it is displayed in the Hue app, under info for the bridge:
sudo zbwireshark -c 11
This will launch a background process, and an instance of Wireshark that is monitoring the channel. At this point you can see the traffic; but everything is encrypted…
Encryption… Encryption everywhere!
A very incomplete intro to Zigbee encryption
Zigbee traffic can be encrypted with AES-128, which is a symmetric encryption scheme. This means the key to encrypt and decrypt is the same. There is a number of keys that can be used to encrypt a single packet payload:
The Network Key, which is unique to this Zigbee network. This is what we will ultimately need to find. It is generated by the gateway, and shared by all the devices on the network. How does a new device join the network then? It uses the…
The Key-Transport Key which is a pre-shared secret. Apparently there is a number of these, depending on the class of devices and type of network. These are apparently a well-kept secret or something, although widely available on the internet:
You can add these keys to Wireshark, and the Zigbee dissector will then try to decrypt traffic using them. Go to Edit -> Preferences -> Protocols -> ZigBee and edit the pre-configured keys:
The Key-Transport Key is used whenever a new device joins the network with the sole purpose of encrypting the network key. So, to find the network key we need to know the Key-Transport Key, and observe the traffic when a device joins. So this is what I did: I found an IKEA Trådfri lightbulb and spent the frustrating time needed to get it to join the Philips Hue gateway (resetting the bulb, searching for new lights). Finally, it suceeded!
Hitting gold!
Now, by adding the transport key to the list of keys in Wireshark all the traffic on the network was able to be decrypted!
Decrypted traffic
The next step will be to analyze the traffic, and understand the routing. Very initial probes using zigbee-viewer indicates that there is indeed three distinct routings:
For nogen tid siden opdagede vi at vores Huvema fræser ikke kunne køre på lav hastighed. Anders undersøgte problemet, og det viste sig at være en knækket ledning. Han lavede et hurtigt fix med en ekstra ledning, men bestemte sig hurtigt for at det var en god undskyldning for at skille det hele ad og lave det ordentligt. Så lige nu er maskinen splittet ad, og hele styretavlen bliver skilt ad og bygget op igen.
Vi har en fin moderne brændeovn derhjemme (en Aduro 1-2), som vi bruger ret intensivt til opvarmning af vores gamle stuehus. Et meget relevant spørgsmål er derfor: hvor meget bidrager sådan en moderne brændeovn til partikelforureningen i vores stue?
Partikelforurening er små partikler af støv og sod, der bl.a. fremkommer ved afbrænding af fossile brændsler, som olie og træ. De kan forårsage forskellige slags sundhedsproblemer, bl.a. kræft. På et interaktivt partikelkort kan man se hvilke niveauer der (beregnet) var i Danmark i 2012, og f.x. forskellen mellem land og by; årsgennemsnittet for PM2.5 lå på 5.3 – 11.9 μg/m3.
Det er et ganske egoistisk projekt jeg har gang i: jeg har ingen data for hvor stor partikelforureningen er udenfor huset, men kun inde i selve stuen. Der er en del kilder til partikelforurening som jeg kender til, eller har observeret:
Vi har et pillefyr, der står i nærheden, der også kører i den kolde tid
Vi bor i kort afstand fra en lettere befærdet vej
Madlavning, specielt med en gammel emhætte, kan bidrage betydeligt
Den generelle baggrundsvariation kan være betydelig
For at undersøge det har jeg opsat en partikel sensor (en Honeywell HPMA-1150S0) i stuen, ca. 3 m fra brændeovnen. Samtidig registrerer jeg brændeovnens temperatur, via en Aduro Smart Response sensor. Dette har jeg nu gjort i lidt over et år, og kan dermed lave en data analyse på et års data.
Til brug for analysen er der registreret PM10 og PM2.5 værdier, ifølge databladet i μg/m3. Sensoren skulle desuden være “fully calibrated”, og kunne køre i mindst 20.000 timer, så et års data burde man kunne stole på. Usikkerheden er dog angivet til +/- 15 μg/m3, eller +/-15% alt efter målingen; i praksis virker den dog til at være ret stabil i værdierne. Sensoren beregner PM10 værdier ud fra PM2.5 værdier, så jeg vil primært fokusere på analyse af PM2.5 værdierne. Data er optaget med et interval på 5 minutter, men med sensor læsninger ca. hvert 6 sekund der så er aggregeret ved gennemsnit (Der er brugt HPMA-1150S0 sensorens “auto-send”).
Sensoren opfanger partikler mindre end 2.5 μg med en laser.
Brændeovnens temperatur er målt som foreskrevet af Aduro Smart Response, dvs. i den øvre del af brændkammeret på vej mod røgrøret. Aduro sensoren sender data i ca. 4 timer. Jeg har defineret at brændeovnen er i brug, hvis temperaturen er registreret, dvs. afkøling også er talt med.
Data der er opsamlet er bl.a. PM10, PM2.5, brændeovnens temperatur, og strømforbrug på de 3 faser.
Vi bruger vores brændeovn en hel del i de kolde måneder. Faktisk helt op til halvdelen af tiden:
Det passer meget godt med at vi bruger brændeovnen næsten alt tid vi er hjemme, i de kolde måneder.
Vi tænder op efter forskrifterne og bedste evne; genindfyring sker typisk ved 175C eller 150C ved at lægge 2-3 stykker brænde ind, og åbne spjældet (der så ved Adurotronic lukker over ca. 6 minutter). Der er naturligvis stor variation i præcis hvornår der lige bliver genindfyret. Og en sjælden gang imellem glipper optændingen, og giver røg i stuen. Men generelt opleves fyringen som ganske uproblematisk.
Gennem året har jeg lavet lidt observationer, og min subjektive vurdering for partikelforureningen er ca.:
Der er normalt meget lille partikelforurening, 2-3 μg/m3
Ved god optænding stiger forureningen med 1-2 μg/m3
I nogle perioder er baggrundsforureningen højere, lige under 20 μg/m3
Ved uheldig opførsel stiger partikelforureningen drastisk – helt op til 900 μg/m3; det kan f.x. være ved dårlig optænding, eller ved madlavning.
Uheldig optænding.
Uheldig baconstegning.
Målinger
PM2.5 koncentrationer, ifht. årets måneder.
Som det kan ses er der en del variation imellem månederne. Der er også en hel del outliers, der trækker gennemsnittet op, mens medianen for alle måneder ligger under 5 μg/m3.
Mere interessant er det om partikelforureningen påvirkes af brændeovnens temperatur, og dermed dens brug. Det ser det bestemt ud til! Selvom median værdierne ikke stiger meget stiger specielt 3. kvartil. Gennemsnitsværdierne stiger også, helt op til 12.37 μg/m3 for intervallet [250, 300). En tolkning af dette kunne være at der normalt (median) ikke er ret meget mere partikelforurening, men det sker hyppigere at der er store koncentrationer til stede.
Det bør noteres at der ikke er særlig mange målinger over 350C, som det kan ses af histogrammet for hvilke brændeovnstemperaturer der er registreret:
Fejlkilder
Der er et par fejlkilder i målingerne:
Der mangler en uges data i september, hvor en strømforsyning stod af mens vi var på ferie.
Partikelsensoren giver nogle meget højere målinger i et enkelt punkt, engang imellem. Checksummen fra sensoren ser ud til at passe, så hvad præcist problemet er ved jeg ikke. Jeg har først filtreret åbenlyst forkerte målinger (<0 eller >1000) fra i databehandlingen, men pga. gennemsnittet over de 5 min kan nogle åbenlyst forkerte målinger stadig være talt med.
Brændeovnssensor har nok manglet batteri en dag eller to, det kan jeg ikke helt huske.
Analyse
PM2.5
Årligt gennemsnit
5.44 μg/m3
– Årligt gennemsnit, brændeovn i brug
9.28 μg/m3
– Årligt gennemsnit, brændeovn ikke i brug
4.49 μg/m3
Alle værdier er under EU’s grænseværdi, på 25 μg/m3 PM2.5. Hvis vi antager at målingerne mens brændeovnen ikke er i brug er repræsentative for hele året, så har brændeovnen bidraget med 0.95 μg/m3 PM2.5 til års gennemsnittet.
For småkornet luftforurening [PM2.5] stiger risikoen for lungekræft med 18 procent per fem ekstra mikrogram svævestøv, men det resultat var ikke statistisk signifikant. Det var alle resultaterne for risikostigning under det tilladte niveau heller ikke.
Hvis vi antager at det resultat holder, og at virkningen er lineær, vil den øgede forurening på 0.95 μg/m3 PM2.5 øge risikoen for lungekræft med 3.42%.
Enkeltstående tilfælde
Et andet problem kunne være hvis enkeltstående tilfælde af høj luftforurening var specielt sundhedsskadeligt, som indikeret af at EU for PM10 også har en daglig grænseværdi (50 μg/m3), og et antal tilladte overskridelser per år (35). Der er 0 dage hvor den daglige PM10 grænseværdi har været overskredet. Jeg har alligevel analyseret de 35 dage med det højeste gennemsnit, og forsøgt at klassificere de årsager (primær og sekundære) til de høje værdier. Det har jeg gjort ved at kigge på brændeovnstemperaturen, strømforbruget, tidspunket på dagen, osv. Disse tal må derfor siges at være min subjektive vurdering.
Primær årsag
Sekundær årsag
Madlavning
19
3
Baggrund
11
1
Brændeovn
3
15
Ukendt
2
0
De primære årsager til høje målinger ser ud til at være madlaving og baggrund, mens brændeovnen bidrager til halvdelen af de høje dagsgennemsnit.
Konklusion
Vores moderne brændeovn bidrager med 0.95 μg/m3 PM2.5 til års gennemsnittet, og øger dermed vores risiko for lungekræft med 3.42%. Hvis vi f.x. flyttede til en større by som København ville vi opleve en væsentlig højere forøgelse til måske 10 μg/m3, ifølge modelberegningen, hvilket ville øge risikoen for lungekræft med 16%.
Hvis man ser på PM2.5 koncentrationer ifht. brændeovnens temperatur, ser det ud til at brændeovnen for det meste (målt på medianen) ikke udleder ret mange partikler, men bidrager til at høje forureningskoncentrationer optræder oftere (som set på de øgede gennemsnitsværdier, og forøgede 3. kvartil).
Brændeovnen bidrager til 18 af de 35 højeste dagsmålinger, mens de primære årsager til høje dagsmålinger er madlavning og baggrundsforurening.
Hal9k er Aalborgs hackerspace. Et åbent højteknologisk værksted, hvor man kan lave (næsten) alt. Udover en masse forskellige værksteder, oser Hal9k af viden, kreativitet og varmt socialt fælleskab.
Alle der kommer i vores lokaler risikerer at lære en masse, og ikke mindst få nogle gode oplevelser.
Der er fast klubaften hver torsdag fra kl. 19 til ud på aftenen, hvor alle er velkomne til at kigge forbi!
Privacy & Cookies: This site uses cookies. By continuing to use this website, you agree to their use.
To find out more, including how to control cookies, see here:
Cookie Policy
15 okt
Kommentarer lukket til Aarhus Mini Maker Faire 2019