Ako vybudovať senzačnú stanicu pohodlného monitorovania: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento návod popisuje návrh a konštrukciu takzvanej komfortnej monitorovacej stanice CoMoS, kombinovaného senzorového zariadenia pre okolité podmienky, ktorá bola vyvinutá na oddelení Built Environment na TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Nemecko.

CoMoS používa regulátor ESP32 a snímače teploty a relatívnej vlhkosti vzduchu (Si7021), rýchlosti vzduchu (snímač vetra rev. C od Modern Device) a teploty zemegule (DS18B20 v čiernej žiarovke), to všetko v kompaktnom a ľahko prístupnom zariadení. stavebné puzdro s vizuálnou spätnou väzbou prostredníctvom LED indikátora (WS2812B). Okrem toho je zahrnutý senzor osvetlenia (BH1750) na analýzu miestneho vizuálneho stavu. Všetky údaje zo senzorov sa pravidelne načítavajú a odosielajú prostredníctvom siete Wi-Fi na databázový server, odkiaľ ich možno použiť na monitorovanie a ovládanie.

Motiváciou tohto vývoja je získať lacnú, ale veľmi výkonnú alternatívu k laboratórnym senzorovým zariadeniam, ktorých cena je zvyčajne vyššia ako 3 000 EUR. Naproti tomu CoMoS používa hardvér v celkovej cene okolo 50 €, a preto ho možno komplexne nasadiť v (kancelárskych) budovách na stanovenie individuálnych tepelných a vizuálnych podmienok v reálnom čase na každom jednom pracovisku alebo časti budovy.

Ak chcete získať ďalšie informácie o našom výskume a súvisiacej práci na oddelení, navštívte oficiálnu webovú stránku inteligentných kancelárskych priestorov Living Lab alebo kontaktujte príslušného autora priamo prostredníctvom LinkedIn. Kontakty všetkých autorov sú uvedené na konci tohto návodu.

Štrukturálna poznámka: Tento návod popisuje pôvodné nastavenie CoMoS, ale poskytuje aj informácie a pokyny pre niekoľko variácií, ktoré sme nedávno vyvinuli: Okrem pôvodného puzdra postaveného zo štandardných dielov existuje aj možnosť 3D tlače. A okrem pôvodného zariadenia s pripojením k databázovému serveru existuje aj alternatívna samostatná verzia s úložiskom na kartu SD, integrovaným prístupovým bodom WIFi a elegantnou mobilnou aplikáciou na vizualizáciu údajov zo senzorov. Skontrolujte možnosti označené v príslušných kapitolách a samostatnú možnosť v záverečnej kapitole.

Osobná poznámka: Toto je autorov prvý návod a týka sa celkom podrobného a komplexného nastavenia. Ak v priebehu krokov chýbajú akékoľvek podrobnosti alebo informácie, neváhajte nás kontaktovať prostredníctvom sekcie komentárov na tejto stránke, e-mailom alebo prostredníctvom LinkedIn.

Krok 1: Pozadie - tepelný a vizuálny komfort

Tepelný a vizuálny komfort sa stávajú čoraz dôležitejšími témami, najmä v kancelárskom a pracovnom prostredí, ale aj v rezidenčnom sektore. Hlavnou výzvou v tejto oblasti je, že tepelné vnímanie jednotlivcov sa často líši v širokom rozsahu. Jedna osoba sa môže v určitých tepelných podmienkach cítiť horúco, zatiaľ čo inej osobe je naopak zima. Je to preto, že individuálne tepelné vnímanie je ovplyvňované mnohými faktormi, vrátane fyzikálnych faktorov teploty vzduchu, relatívnej vlhkosti, rýchlosti vzduchu a teploty sálavého povrchu. Tepelné vnímanie má vplyv aj na oblečenie, metabolickú aktivitu a individuálny aspekt veku, pohlavia, telesnej hmotnosti a ďalších.

Aj keď jednotlivé faktory zostávajú neistotou, pokiaľ ide o ovládanie vykurovania a chladenia, fyzikálne faktory môžu byť presne určené senzorovými zariadeniami. Teplotu vzduchu, relatívnu vlhkosť, rýchlosť vzduchu a teplotu zemegule je možné merať a používať ako priamy vstup do ovládacích prvkov budovy. Ďalej, v podrobnejšom prístupe, môžu byť použité ako vstup na výpočet takzvaného indexu PMV, kde PMV znamená predikovaný priemerný hlas. Opisuje, ako by priemerní ľudia pravdepodobne hodnotili svoj tepelný pocit za daných podmienok okolitej miestnosti. PMV môže nadobúdať hodnoty od -3 (studený) do +3 (horúci), pričom 0 je neutrálny stav.

Prečo tu spomíname tú vec PMV? Pretože v oblasti osobného pohodlia je to bežne používaný index, ktorý môže slúžiť ako kritérium kvality pre tepelnú situáciu v budove. A pomocou CoMoS je možné merať všetky okolité parametre potrebné na výpočet PMV.

Ak vás zaujíma, zistite viac o tepelnom komforte, kontexte zemegule a priemernej sálavej teplote, indexe PMV a implementácii štandardu ASHRAE na

Wikipedia: Tepelný komfort

ISO 7726 Ergonómia tepelného prostredia

ASHRAE NPO

Mimochodom: Existuje mnoho existujúcich, ale aj veľa novo vyvinutých pomôcok v oblasti personalizovaného prostredia, ktoré poskytujú individuálny tepelný a vizuálny komfort. Známym príkladom sú malé stolné ventilátory. Vyvíjajú sa alebo dokonca už dodávajú aj ohrievače nôh, vyhrievané a vetrané stoličky alebo kancelárske priečky pre infračervené žiarenie a chladenie. Všetky tieto technológie ovplyvňujú miestny tepelný stav, napríklad na pracovisku, a dajú sa automaticky ovládať aj na základe údajov miestnych senzorov, ako je to znázornené na obrázkoch tohto kroku.

Viac informácií o pomôckach prispôsobeného prostredia a prebiehajúcom výskume je k dispozícii na

Inteligentné kancelárske priestory Living Lab: prispôsobené prostredie

Kalifornská univerzita, Berkeley

Správa ZEN o osobných vykurovacích a chladiacich zariadeniach [PDF]

Univerzita SBRC vo Wollongongu

Krok 2: Systémová schéma

Jedným z hlavných cieľov v procese vývoja bolo vytvoriť bezdrôtové, kompaktné a lacné senzorové zariadenie na meranie vnútorných podmienok prostredia najmenej desiatich jednotlivých pracovísk v danom otvorenom kancelárskom priestore. Stanica preto používa ESP32-WROOM-32 s vstavaným WiFi pripojením a s veľkým počtom konektorov a podporovaných typov zberníc pre všetky druhy senzorov. Senzorické stanice používajú samostatný IoT-WiFi a odosielajú svoje údaje do databázy MariaDB prostredníctvom skriptu PHP, ktorý beží na databázovom serveri. Voliteľne je možné nainštalovať aj ľahko použiteľný vizuálny výstup Grafana.

Vyššie uvedená schéma ukazuje usporiadanie všetkých periférnych komponentov ako prehľad o nastavení systému, ale tento návod sa zameriava na samotnú senzorovú stanicu. Súbor PHP a popis pripojenia SQL sú samozrejme zahrnuté aj neskôr, aby poskytli všetky potrebné informácie na zostavenie, pripojenie a používanie CoMoS.

Poznámka: Na konci tohto pokynu nájdete návod na vytvorenie alternatívnej samostatnej verzie CoMoS s úložiskom na kartu SD, interným prístupovým bodom WiFi a webovou aplikáciou pre mobilné zariadenia.

Krok 3: Zoznam dodávok

Elektronika

Senzory a regulátor, ako je znázornené na obrázku:

• Mikroprocesor ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Senzor teploty a vlhkosti Si7021 alebo GY21 (adafruit.com) [B]
• Snímač teploty DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Ot. C. snímač rýchlosti vzduchu (moderndevice.com) [D]
• Stavová LED dióda WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Senzor osvetlenia BH1750 (amazon.de) [F]

Ďalšie elektrické diely:

• 4, 7k výsuvný odpor (adafruit.com)
• Štandardný drôt 0, 14 mm² (alebo podobný) (adafruit.com)
• 2x kompaktné spojovacie konektory Wago (wago.com)
• Micro USB kábel (sparkfun.com)

Časti puzdra (Podrobnejšie informácie o týchto častiach a veľkostiach nájdete v nasledujúcom kroku. Ak máte k dispozícii 3D tlačiareň, potrebujete iba loptičku na stolný tenis. Preskočte ďalší krok a v kroku 5 vyhľadajte všetky informácie a súbory na tlač.)

• Akrylová doska okrúhla 50x4 mm [1]
• Oceľový plech kruhový 40x10 mm [2]
• Akrylová trubica 50x5x140 mm [3]
• Akrylová doska okrúhla 40x5 mm [4]
• Akrylová trubica 12x2x50 mm [5]
• Stolná tenisová loptička [6]

Zmiešaný

• Biely lak v spreji
• Čierny matný sprej na farby
• Nejaká páska
• Trochu izolačnej vlny, vatový tampón alebo čokoľvek podobné

Nástroje

• Elektrická vŕtačka
• 8 mm vŕtačka na krádež
• 6 mm vrták do dreva/plastu
• 12 mm vŕtačka do dreva/plastu
• Tenká ručná píla
• Brúsny papier
• Kliešte na rezanie drôtu
• Odstraňovač drôtov
• Spájkovačka a cín
• Power-lepidlo alebo horúca lepiaca pištoľ

Softvér a knižnice (Čísla označujú verzie knižníc, ktoré sme použili a s ktorými sme testovali hardvér. Aj novšie knižnice by mali fungovať, ale pri skúšaní rôznych / novších verzií sme sa občas stretli s problémami.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• Knižnica ESP32 Core
• Knižnica BH1750FVI
• Knižnica Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Knižnica Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Knižnica teploty v Dallase (3.7.9)
• Knižnica OneWire (2.3.3)

Krok 4: Návrh a konštrukcia puzdra - možnosť 1

Dizajn CoMoS má tenké, zvislé puzdro, pričom väčšina senzorov je umiestnených v hornej časti, pričom v spodnej časti je namontovaný iba snímač teploty a vlhkosti. Polohy a usporiadania snímačov zodpovedajú špecifickým požiadavkám meraných veličín:

• Senzor teploty a vlhkosti Si7021 je namontovaný mimo puzdra, blízko jeho dna, aby umožňoval voľnú cirkuláciu vzduchu okolo snímača a minimalizoval vplyv odpadového tepla vyvíjaného mikrokontrolérom vo vnútri puzdra.
• Senzor osvetlenia BH1750 je namontovaný na plochú hornú časť skrinky a slúži na meranie osvetlenia na vodorovnom povrchu, ako to vyžadujú spoločné normy pre osvetlenie pracoviska.
• V hornej časti puzdra je tiež namontovaný snímač vetra Rev.
• Snímač teploty DS18B20 je namontovaný na samom vrchu stanice, vo vnútri čierno natretej loptičky na stolný tenis. Poloha hore je potrebná na minimalizáciu faktorov pohľadu a teda radiačného vplyvu samotnej senzorickej stanice na meranie teploty zemegule.

Ďalšie zdroje o priemernej sálavej teplote a použití čiernych stolných tenisových loptičiek ako senzorov teploty zemegule sú:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Vhodnosť teplomerov z akrylového a medeného glóbusu pre denné vonkajšie nastavenia. Budova a životné prostredie. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Vážený, Richard. (1987). Teplomery na pingpongový glóbus pre priemernú teplotu žiarenia. H & Eng.,. 60. 10-12.

Puzdro je navrhnuté tak, aby bol čas a úsilie pri výrobe čo najnižšie. Dá sa ľahko postaviť zo štandardných dielov a komponentov pomocou niekoľkých jednoduchých nástrojov a zručností. Alebo pre tých, ktorí majú to šťastie, že majú k dispozícii 3D tlačiareň, môžu byť všetky diely puzdra vytlačené aj 3D. Pri tlači puzdra je možné zvyšok tohto kroku preskočiť a všetky požadované súbory a pokyny nájdete v nasledujúcom kroku.

Pri konštrukcii zo štandardných dielov sú pre väčšinu z nich zvolené montážne rozmery:

• Hlavné teleso je akrylátová (PMMA) trubka s vonkajším priemerom 50 mm, hrúbkou steny 5 mm a výškou 140 mm.
• Spodná doska, ktorá slúži ako svetelný vodič pre stavovú LED, je akrylová okrúhla doska s priemerom 50 mm a hrúbkou 4 mm.
• Oceľový kruh s priemerom 40 mm a hrúbkou 10 mm je nainštalovaný ako závažie na vrch spodnej dosky a zapadá do spodného konca trubice hlavného telesa, aby sa zabránilo prevrhnutiu stanice a aby držala spodnú dosku na mieste.
• Horná doska sa zmestí aj do trubice hlavného tela. Je vyrobený z PMMA a má priemer 40 mm a hrúbku 5 mm.
• Nakoniec je hornou stúpacou rúrkou aj PMMA s vonkajším priemerom 10 mm, hrúbkou steny 2 mm a dĺžkou 50 mm.

Výrobný a montážny proces je jednoduchý, počnúc niekoľkými dierami na vyvŕtanie. Oceľový kruh potrebuje 8 mm súvislý otvor, aby sa zmestili LED diódy a káble. Trubica hlavnej časti tela potrebuje asi 6 mm otvory ako káblové priechodky pre káble USB a senzory a ako vetracie otvory. Počet a polohy otvorov sa môžu líšiť podľa vašich preferencií. Vývojári si vybrali ako referenciu šesť otvorov na zadnej strane, v blízkosti hornej a dolnej časti, a dva na prednej strane, jeden horný a jeden opäť spodný.

Horná doska je najzložitejšia časť. Potrebuje vycentrovaný, rovný a súvislý 12 mm celok, aby sa zmestil na hornú stúpaciu trubicu, ďalší vycentrovaný 6 mm otvor, aby sa zmestil na kábel senzora osvetlenia, a tenkú štrbinu so šírkou približne 1, 5 mm a dĺžkou 18 mm, aby zodpovedala vetru snímač. Pozrite si obrázky ako referenciu. A nakoniec, stolná tenisová loptička potrebuje aj celok 6 mm, aby sa do nej zmestil globálny teplotný senzor a kábel.

V nasledujúcom kroku by mali byť všetky diely PMMA, okrem spodnej dosky, nastriekané, referenčná hodnota je biela. Stolné tenisové loptičky musia byť natreté matnou čiernou, aby sa stanovili odhadované tepelné a optické vlastnosti.

Oceľový kruh je prilepený k spodnej doske vycentrovaný a plochý. Horná stúpacia trubica je prilepená do otvoru 12 mm v hornej doske. Stolnotenisová loptička je prilepená na hornom konci stúpačky, pričom jej otvor je v súlade s vnútorným otvorom stúpacej trubice, takže teplotný senzor a kábel je možné následne vložiť do lopty cez stúpaciu trubicu.

Po dokončení tohto kroku sú všetky časti puzdra pripravené na montáž tak, že ich spojíte. Ak sú niektoré príliš tesné, trochu ich prebrúste, ak sú príliš voľné, pridajte tenkú vrstvu pásky.

Krok 5: Návrh a konštrukcia puzdra - možnosť 2

Aj keď je možnosť 1 stavby puzdra CoMoS stále rýchla a jednoduchá, nechať prácu 3D tlačiarňou môže byť ešte jednoduchšie. Aj pre túto možnosť je puzdro rozdelené na tri časti, hornú časť, teleso puzdra a spodnú časť, aby sa umožnilo jednoduché zapojenie a montáž, ako je popísané v nasledujúcom kroku.

Súbory a ďalšie informácie o nastaveniach tlačiarne nájdete v Thingiverse:

Súbory CoMoS na serveri Thingiverse

Dôrazne sa odporúča postupovať podľa pokynov na použitie bieleho vlákna na vrchnú časť tela a časti tela. Zabráni sa tým príliš rýchlemu zahrievaniu puzdra na slnečnom svetle a zabráni sa falošným meraniam. V spodnej časti by malo byť použité priehľadné vlákno, ktoré umožní osvetlenie indikátora LED.

Ďalšou variáciou z možnosti 1 je, že chýba kovový kruh. Aby sa zabránilo prevrhnutiu CoMoS, do/na priehľadnú spodnú časť by mali byť umiestnené akékoľvek závažia ako ložiskové gule alebo zväzok kovových podložiek. Je navrhnutý s okrajom okolo, aby sa zmestil a držal určitú váhu. Alternatívne je možné CoMoS nalepiť na miesto inštalácie pomocou obojstrannej pásky.

Poznámka: Priečinok Thingiverse obsahuje súbory pre puzdro na čítačku kariet micro SD, ktoré je možné namontovať na puzdro CoMoS. Tento prípad je voliteľný a je súčasťou samostatnej verzie popísanej v poslednom kroku tohto návodu.

Krok 6: Zapojenie a montáž

Kábel ESP, senzory, LED a USB kábel sú spájkované a zapojené podľa schematického obvodu uvedeného na obrázkoch tohto kroku. Priradenie kódu PIN zodpovedajúce nižšie uvedenému vzorovému kódu je:

• 14 - Resetovací mostík (EN) - [sivý]
• 17 - WS2811 (LED) - [zelená]
• 18 - výsuvný odpor pre DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (jeden vodič) - [fialový]
• 21 - BH1750 a SI7021 (SDA) - [modrá]
• 22 - BH1750 a SI7021 (SCL) - [žltý]
• 25 - BH1750 (V -in) - [hnedý]
• 26 - SI7021 (V -in) - [hnedý]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [hnedý]
• 34 - Senzor vetra (TMP) - [azúrový]
• 35 - Senzor vetra (RV) - [oranžový]
• VIN - kábel USB (+5 V) - [červený]
• GND - kábel USB (GND) - [čierny]

Senzory Si7021, BH1750 a DS18B20+ sú napájané z IO-pinu ESP32. Je to možné, pretože ich maximálny prúdový prúd je pod maximálnym prúdovým napájaním ESP na pin a je potrebný na to, aby bolo možné resetovať snímače odpojením napájania v prípade chýb v komunikácii so senzormi. Ďalšie informácie nájdete v kóde ESP a komentároch.

Senzory Si7021 a BH1750, rovnaké ako kábel USB, by mali byť spájkované s káblami, ktoré sú už prevlečené cez vyhradené otvory v puzdre, aby sa umožnila montáž v nasledujúcom kroku. Kompaktné spojovacie konektory WAGO sa používajú na pripojenie zariadení k napájaniu káblom USB. Všetky sú napájané 5 V DC pomocou USB, ktoré pracuje s logickou úrovňou ESP32 na 3, 3 V. Voliteľne je možné dátové piny kábla micro USB znova pripojiť k zástrčke micro USB a pripojiť k mikro USB ESP zásuvka, ako zdroj napájania a dátové pripojenie na prenos kódu do ESP32, keď je kryt zatvorený. V opačnom prípade, ak je zapojený podľa schémy, na zostavenie puzdra je na počiatočný prenos kódu do ESP potrebný ďalší neporušený kábel micro USB.

Teplotný senzor Si7021 je prilepený k zadnej strane puzdra, blízko spodnej časti. Je veľmi dôležité pripevniť tento snímač blízko spodnej časti, aby ste sa vyhli falošným údajom teploty spôsobeným teplom vyvíjaným vo vnútri puzdra. Ďalšie informácie o tomto probléme nájdete v kroku Epilog. Senzor osvetlenia BH1750 je prilepený k hornej doske a snímač vetra je zasunutý a namontovaný do štrbiny na opačnej strane. Ak sa príliš stratí, trocha pásky okolo strednej časti senzora pomôže udržať ho na mieste. Snímač teploty DS18B20 je vložený cez hornú stúpačku do loptičky na stolný tenis s konečnou polohou v strede lopty. Vnútro horného stúpača je vyplnené izolačnou vlnou a dolný otvor je utesnený páskou alebo horúcim lepidlom, aby sa zabránilo vodivému alebo konvekčnému prenosu tepla do zemegule. LED dióda je pripevnená k oceľovému okrúhlemu otvoru smerom nadol, aby osvetlila spodnú dosku.

Všetky vodiče, spojovacie konektory a ESP32 idú dovnútra hlavného puzdra a všetky diely puzdra sú spojené vo finálnej montáži.

Krok 7: Software - Konfigurácia ESP, PHP a MariaDB

Mikroprocesor ESP32 je možné naprogramovať pomocou Arduino IDE a knižnice ESP32 Core poskytovanej spoločnosťou Espressif. Online je k dispozícii množstvo návodov, ako napríklad nastaviť IDE pre kompatibilitu s ESP32, napríklad tu.

Po nastavení sa priložený kód prenesie do ESP32. Kvôli ľahkému porozumeniu je komentovaný, ale niektoré kľúčové funkcie sú:

• Na začiatku má sekciu „konfigurácia používateľa“, v ktorej je potrebné nastaviť jednotlivé premenné, ako napríklad WiFi ID a heslo, IP databázového servera a požadované hodnoty údajov a obdobie odosielania. Obsahuje tiež premennú „nulové nastavenie vetra“, ktorú je možné použiť na úpravu hodnôt nulovej rýchlosti vetra na 0 v prípade nestabilného napájania.
• Kód obsahuje priemerné kalibračné faktory určené autormi z kalibrácie desiatich existujúcich senzorových staníc. Bližšie informácie a možné individuálne úpravy nájdete v kroku Epilogue.
• V niekoľkých častiach kódu je zahrnutých rôzne spracovanie chýb. Zvlášť účinná detekcia a spracovanie chýb v komunikácii zbernice, ktoré sa často vyskytujú na radičoch ESP32. Ďalšie informácie nájdete opäť v kroku Epilogue.
• Má farebný LED výstup, ktorý zobrazuje aktuálny stav senzorovej stanice a prípadné chyby. Ďalšie informácie nájdete v kroku Výsledky.

Pripojený súbor PHP musí byť nainštalovaný a prístupný v koreňovom priečinku databázového servera na serverIP/sensor.php. Názov súboru PHP a obsah spracovania údajov sa musia zhodovať s kódom funkcie volania ESP a na druhej strane sa musia zhodovať s nastavením tabuľky databázy, aby bolo možné ukladať údaje. Priložené kódy príkladov sa zhodujú, ale v prípade, že zmeníte niektoré premenné, je potrebné ich zmeniť v celom systéme. Súbor PHP obsahuje na začiatku sekciu úprav, v ktorej sa vykonávajú jednotlivé úpravy podľa prostredia systému, najmä používateľského mena a hesla databázy a názvu databázy.

Databáza MariaDB alebo SQL je nastavená na rovnakom serveri podľa nastavenia tabuľky použitého v kóde senzorovej stanice a skriptu PHP. V príklade kódu je názov databázy MariaDB „senzorová stanica“s tabuľkou s názvom „údaje“, ktorá obsahuje 13 stĺpcov pre UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, a IllumMax.

Analytickú a monitorovaciu platformu Grafana je možné dodatočne nainštalovať na server ako možnosť priamej vizualizácie databázy. Toto nie je kľúčová vlastnosť tohto vývoja, takže nie je ďalej popísané v tomto návode.

Krok 8: Výsledky - čítanie a overovanie údajov

Po dokončení všetkých zapojení, montáže, programovania a nastavenia prostredia senzorická stanica pravidelne odosiela údaje z databázy do databázy. Počas napájania je pomocou spodnej farby diódy LED indikovaných niekoľko prevádzkových stavov:

• Počas bootovania LED dióda svieti žltou farbou, čo indikuje čakajúce pripojenie k WiFi.
• Keď a keď ste pripojení, indikátor je modrý.
• Senzorická stanica prevádza údaje zo senzorov a pravidelne ich odosiela na server. Každý úspešný prenos je indikovaný zeleným impulzom 600 ms.
• V prípade chýb sa indikátor podľa typu chyby zafarbí na červeno, purpurovo alebo žltkasto. Po určitom čase alebo počte chýb senzorová stanica resetuje všetky senzory a automaticky sa reštartuje, čo opäť signalizuje žlté svetlo pri spustení. Ďalšie informácie o farbách indikátorov nájdete v kóde ESP32 a komentároch.

Po dokončení tohto posledného kroku senzorová stanica beží a pracuje nepretržite. K dnešnému dňu je v predtým uvedenom inteligentnom kancelárskom priestore Living Lab nainštalovaná a spustená sieť 10 senzorových staníc.

Krok 9: Alternatíva: samostatná verzia

Vývoj CoMoS pokračuje a prvým výsledkom tohto prebiehajúceho procesu je samostatná verzia. Táto verzia CoMoS nepotrebuje databázový server a sieť WiFi na monitorovanie a zaznamenávanie údajov o životnom prostredí.

Nové kľúčové funkcie sú:

• Údaje sa ukladajú na vnútornú kartu micro SD vo formáte CSV kompatibilnom s Excelom.
• Integrovaný prístupový bod WiFi pre prístup k CoMoS akýmkoľvek mobilným zariadením.
• Webová aplikácia (interný webový server na ESP32, nevyžaduje sa internetové pripojenie) pre živé dáta, nastavenia a prístup k úložisku s priamym sťahovaním súborov z karty SD, ako je znázornené na obrázku a snímkach obrazovky pripojených k tomuto kroku.

Toto nahrádza WiFi a databázové pripojenie, zatiaľ čo všetky ostatné funkcie vrátane kalibrácie a celého dizajnu a konštrukcie zostávajú pôvodné verzie nedotknuté. Napriek tomu samostatný CoMoS vyžaduje skúsenosti a ďalšie znalosti o prístupe k internému systému správy súborov „SPIFFS“ESP32 a trochu znalosti HTML, CSS a Javascriptu, aby pochopil, ako webová aplikácia funguje. Na fungovanie potrebuje aj niekoľko ďalších / rôznych knižníc.

Skontrolujte kód Arduino v priloženom súbore zip pre požadované knižnice a nasledujúce odkazy, kde nájdete ďalšie informácie o programovaní a odosielaní do systému súborov SPIFFS:

Knižnica SPIFFS od espressif

Nástroj na nahrávanie súborov SPIFFS od me-no-dev

Knižnica ESP32WebServer od Pedroalbuquerque

Táto nová verzia by priniesla úplne nový návod, ktorý by mohol byť zverejnený v budúcnosti. Ale zatiaľ, najmä pre skúsenejších používateľov, nechceme ujsť príležitosť podeliť sa o základné informácie a súbory, ktoré potrebujete na jeho nastavenie.

Rýchle kroky k vybudovaniu samostatného CoMoS:

• Postavte prípad podľa predchádzajúceho kroku. Voliteľne môžete 3D tlačiť ďalšie puzdro na čítačku kariet micro SC, ktoré je možné pripevniť k puzdru CoMoS. Ak nemáte 3D tlačiareň k dispozícii, čítačku kariet je možné umiestniť aj do hlavného puzdra CoMoS, bez obáv.
• Pripojte všetky senzory podľa popisu vyššie, ale okrem toho nainštalujte a zapojte čítačku kariet micro SD (amazon.com) a hodiny reálneho času DS3231 (adafruit.com) podľa schémy zapojenia priloženej k tomuto kroku. Poznámka: Kolíky pre pull-up odpor a oneWire sa líšia od pôvodnej schémy zapojenia!
• Skontrolujte kód Arduino a nastavte premenné prístupového bodu WiFi „ssid_AP“a „password_AP“podľa svojich osobných preferencií. Ak nie je upravený, štandardný SSID je „CoMoS_AP“a heslo je „12345678“.
• Vložte kartu micro SD, nahrajte kód, nahrajte obsah priečinka „údaje“do ESP32 pomocou nástroja na nahrávanie súborov SPIFFS a k prístupovému bodu WiFi pripojte akékoľvek mobilné zariadenie.
• Prejdite v mobilnom prehliadači na „192.168.4.1“a užívajte si!

Celá aplikácia je založená na html, css a javascripte. Je to lokálne, nie je k dispozícii ani potrebné žiadne internetové pripojenie. Obsahuje bočnú ponuku v aplikácii na prístup na stránku nastavenia a na stránku pamäte. Na stránke nastavenia môžete upraviť najdôležitejšie nastavenia, ako je miestny dátum a čas, interval čítania senzorov atď. Všetky nastavenia budú natrvalo uložené vo vnútornom úložisku ESP32 a obnovia sa pri nasledujúcom spustení. Na stránke pamäte je k dispozícii zoznam súborov na karte SD. Kliknutím na názov súboru sa spustí priame stiahnutie súboru CSV do mobilného zariadenia.

Toto nastavenie systému umožňuje individuálne a diaľkové monitorovanie vnútorných podmienok prostredia. Všetky údaje zo senzorov sa pravidelne ukladajú na kartu SD a pre každý nový deň sa vytvárajú nové súbory. To umožňuje nepretržitú prevádzku niekoľko týždňov alebo mesiacov bez prístupu alebo údržby. Ako už bolo spomenuté, stále ide o neustály výskum a vývoj. Ak máte záujem o ďalšie podrobnosti alebo pomoc, neváhajte kontaktovať príslušného autora prostredníctvom komentárov alebo priamo prostredníctvom LinkedIn.

Krok 10: Epilog - známe problémy a Outlook

Senzorická stanica popísaná v tomto návode je výsledkom dlhého a pokračujúceho výskumu. Cieľom je vytvoriť spoľahlivý, presný, ale lacný senzorový systém pre podmienky vnútorného prostredia. To predstavovalo a prináša niekoľko vážnych výziev, z ktorých najistejšie je potrebné spomenúť tu:

Presnosť a kalibrácia senzora

Všetky senzory použité v tomto projekte ponúkajú relatívne vysokú presnosť pri nízkych alebo stredných nákladoch. Väčšina z nich je vybavená vnútornou redukciou šumu a rozhraniami digitálnej zbernice na komunikáciu, čo znižuje potrebu kalibrácie alebo nastavovania úrovní. Každopádne, pretože senzory sú inštalované v alebo na skrini s určitými atribútmi, autori vykonali kalibráciu kompletnej senzorickej stanice, ako to stručne ukazujú priložené obrázky. Celkovo bolo testovaných desať rovnako vybudovaných senzorových staníc v definovaných podmienkach prostredia a porovnané s profesionálnym zariadením na snímanie vnútornej klímy TESTO 480. Z týchto cyklov boli určené kalibračné faktory zahrnuté v príkladovom kóde. Umožňujú jednoduchú kompenzáciu vplyvu puzdra a elektroniky na jednotlivé snímače. Na dosiahnutie najvyššej presnosti sa odporúča individuálna kalibrácia pre každú senzorovú stanicu. Kalibrácia tohto systému je druhým vývojom výskumu autorov, okrem vývoja a konštrukcie popísaných v tomto návode. Diskutuje sa o tom v ďalšej, prepojenej publikácii, ktorá je stále v partnerskom preskúmaní a bude sem prepojená hneď, ako bude online. Viac informácií o tejto téme nájdete na webových stránkach autorov.

Stabilita prevádzky ESP32

Nie všetky knižnice senzorov založené na Arduine použité v tomto kóde sú úplne kompatibilné s doskou ESP32. Táto otázka bola široko diskutovaná v mnohých bodoch online, najmä pokiaľ ide o stabilitu komunikácie I2C a OneWire. V tomto vývoji sa vykonáva nová, kombinovaná detekcia chýb a manipulácia s nimi, založené na napájaní senzorov priamo cez IO piny ESP32, aby sa umožnilo prerušenie ich napájania na účely resetovania. Z dnešného pohľadu toto riešenie nebolo predstavené alebo nie je široko diskutované. Zrodil sa z nutnosti, ale dodnes funguje hladko po dobu niekoľkých mesiacov a neskôr. Napriek tomu je to stále téma výskumu.

Výhľad

Spolu s týmto návodom uskutočňujú autori ďalšie písomné publikácie a konferenčné prezentácie s cieľom rozšíriť vývoj a umožniť širokú a otvorenú zdrojovú aplikáciu. Medzitým pokračuje výskum v ďalšom zdokonaľovaní senzorickej stanice, najmä pokiaľ ide o návrh a vyrobiteľnosť systému a kalibráciu a overovanie systému. Tento pokyn môže byť aktualizovaný o dôležitom budúcom vývoji, ale ak chcete získať všetky aktuálne informácie, navštívte webovú stránku autorov alebo kontaktujte autorov priamo prostredníctvom LinkedIn:

zodpovedajúci autor: Mathias Kimmling

druhý autor: Konrad Lauenroth

mentor výskumu: prof. Sabine Hoffmann

Druhá cena po prvýkrát Autor