Cum se construiește o stație de monitorizare a confortului: 10 pași (cu imagini)

Acest instructiv descrie proiectarea și construirea unui așa-numit Stație de monitorizare a confortului CoMoS, un dispozitiv de senzor combinat pentru condițiile ambientale, dezvoltat la departamentul Mediul încorporat de la TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Germania.

CoMoS utilizează un controler ESP32 și senzori pentru temperatura aerului și umiditate relativă (Si7021), Viteza aerului (senzor de vânt rev. C de către dispozitivul modern) și temperatura globului (DS18B20 într-un bec negru), toate într-un caz compact, ușor de construit, cu feedback vizual printr-un indicator LED (WS2812B). În plus, un iluminarii senzorul (BH1750) este inclus pentru a analiza starea vizuală locală. Toate datele senzorilor sunt citite periodic și trimise prin Wi-Fi către un server de bază de date, de unde pot fi utilizate pentru monitorizare și comenzi.

Motivatia din spatele acestei dezvoltari este de a obtine o alternativa low-cost, dar foarte puternica la dispozitivele de senzor de laborator, care de obicei sunt la un pret mai mare de 3000 €. În schimb, CoMoS folosește hardware de un preț total de aproximativ 50 € și poate fi utilizat, prin urmare, cuprinzător în clădiri (birouri) pentru determinarea în timp real a condițiilor termice și vizuale individuale la fiecare loc de muncă sau clădire.

Pentru mai multe informații despre cercetarea noastră și despre lucrul conectat la departament, consultați site-ul oficial Living Lab pentru spațiul de birou inteligent sau contactați autorul corespunzător direct prin intermediul LinkedIn. Toate persoanele de contact ale autorilor sunt listate la sfârșitul acestei instrucțiuni.

Nota structurala: Acest instructiv descrie configurarea inițială a CoMoS, dar oferă, de asemenea, informații și instrucțiuni pentru câteva variații am dezvoltat recent: În afară de cazul original construit din piese standard, există și o Opțiunea imprimată 3D. Și pe lângă dispozitivul original cu conexiune la serverul de bază de date, există o alternativă stand-alone versiune cu spațiu de stocare SD-card, punct de acces integrat WIFi și o aplicație mobilă fantezie pentru a vizualiza citirile senzorilor. Verificați opțiunile marcate în capitolele corespunzătoare și opțiune autonomă în capitolul final.

Notă personală: Aceasta este prima instrucțiune a autorului și acoperă o configurație destul de detaliată și complexă. Nu ezitați să intrați în legătură cu secțiunea de comentarii a acestei pagini, prin e-mail sau prin intermediul LinkedIn, în cazul în care lipsesc detalii sau informații pe parcursul tuturor etapelor.

Furnituri:

Pasul 1: Contextul - confortul vizual și termic

Confort termic și vizual au devenit teme tot mai importante, în special în mediul de birou și la locul de muncă, dar și în sectorul rezidențial. Principala provocare în acest domeniu este că percepția termică a persoanelor variază adesea într-o gamă largă. O persoană ar putea să se simtă fierbinte într-o anumită stare termică, în timp ce o altă persoană se simte rece în același. Asta pentru că percepția termică individuală este influențată de mulți factori, printre care factorii fizici ai temperaturii aerului, umiditatea relativă, viteza aerului și temperatura radiantă a suprafețelor înconjurătoare. Dar, de asemenea, îmbrăcămintea, activitatea metabolică și un aspect individual de vârstă, sex, masă corporală și multe altele influențează percepția termică.

În timp ce factorii individuali rămân o incertitudine în ceea ce privește comenzile de încălzire și de răcire, factorii fizici pot fi determinați cu precizie de dispozitivele senzorilor. Temperatura aerului, umiditatea relativă, viteza aerului și temperatura globului pot fi măsurate și utilizate ca o intrare directă pentru controlul clădirii. Mai mult, într-o abordare mai detaliată, ele pot fi utilizate ca input pentru a calcula așa-numitul PMV-indicele, unde PMV reprezintă Votul mediu estimat. Descrie modul în care persoanele în medie ar putea să-și evalueze senzația termică în condițiile ambientale date. PMV poate lua valori de la -3 (rece la +3) (fierbinte), 0 fiind o stare neutră.

De ce menționăm PMV-ul aici? Ei bine, pentru că în domeniul confortului personal este un indice utilizat în mod obișnuit care poate servi drept criteriu de calitate pentru situația termică dintr-o clădire. Și cu CoMoS, toți parametrii ambientali necesari pentru calculul PMV pot fi măsurați.

Dacă sunteți interesat, aflați mai multe despre confortul termic, contextul globului și temperatura medie radiantă, indicele PMV și standardul de implementare ASHRAE la

Wikipedia: Confortul termic

ISO 7726 Ergonomia mediului termic

ASHRAE NPO

Apropo: Există mult timp existente, dar și o mulțime de gadget-uri recent dezvoltate în domeniul mediu personalizat pentru a oferi un confort termic și vizual individual. Fanii de desktop mici sunt un exemplu binecunoscut. Dar, de asemenea, încălzitoarele, scaunele încălzite și ventilate sau partițiile de birou pentru încălzirea și răcirea prin radiație IR sunt în curs de dezvoltare sau chiar disponibile deja pe piață. Toate aceste tehnologii influențează starea termică locală, de exemplu, la un loc de muncă și pot fi controlate automat și pe baza datelor senzorilor locali, așa cum este ilustrat în imaginile acestei etape.

Mai multe informații despre gadget-urile unui mediu personalizat și despre cercetarea în desfășurare sunt disponibile la

Living Lab spațiu de birou inteligent: Mediu personalizat

Universitatea din California, Berkeley

Raportul ZEN privind încălzirea personală și dispozitivele de răcire PDF

Universitatea SBRC din Wollongong

Pasul 2: Schema de sistem

Unul dintre principalele obiective ale procesului de dezvoltare a fost acela de a crea un fără fir, compact, și ieftin dispozitiv senzor pentru măsurarea condițiilor de mediu din interiorul a cel puțin zece locuri de muncă individuale într-un anumit spațiu de birou deschis. Prin urmare, stația utilizează un ESP32-WROOM-32 cu conectivitate WiFi la bord și cu o mare varietate de pinii conectorilor și tipurile de bus acceptate pentru toate tipurile de senzori. Stațiile de senzori utilizează un IoT-WiFi separat și trimit citirile lor de date la o bază de date MariaDB printr-un script PHP care rulează pe serverul bazei de date. Opțional, se poate instala și o ieșire vizuală Grafana, ușor de utilizat.

Schema de mai sus prezintă aranjarea tuturor componentelor periferice ca o vedere de ansamblu asupra configurației sistemului, dar această instrucțiune se concentrează pe stația de senzori în sine. Desigur, fișierul PHP și o descriere a conexiunii SQL sunt incluse mai târziu, pentru a furniza toate informațiile necesare pentru a construi, conecta și utiliza CoMoS.

Notă: la sfârșitul acestei instrucțiuni puteți găsi instrucțiuni despre cum să construiți o versiune alternativă alternativă a CoMoS cu spațiu de stocare SD-card, punct intern de acces WiFi și o aplicație web pentru dispozitive mobile.

Pasul 3: Lista de aprovizionare

Electronică

Senzorii și controlerul, așa cum se arată în imagine:

• ESP32-WROOM-32 microcontroler (espressif.com) A
• Si7021 sau GY21 senzor de temperatura si umiditate (adafruit.com) B
• DS18B20 + senzor de temperatură (adafruit.com) C
• Rev C. Senzor de viteză a aerului (moderndevice.com) D
• LED-ul statusului WS2812B 5050 (adafruit.com) E
• Senzor de iluminare BH1750 (amazon.de) F

Mai multe piese electrice:

• Rezistor de tracțiune de 4,7k (adafruit.com)
• Sârmă standard de 0,14 mm² (sau similar) (adafruit.com)
• 2x conectori de racordare compact Wago (wago.com)
• Cablu micro USB (sparkfun.com)

Piese pentru piese
(Găsiți mai multe informații detaliate despre aceste părți și mărimi în pasul următor Dacă aveți o imprimantă 3D disponibilă, aveți nevoie doar de o minge de tenis de masă Treceți la pasul următor și găsiți toate informațiile și fișierele de imprimat la pasul 5.)

• Placă acrilică rotundă 50x4 mm 1
• Placă de oțel rotund 40x10 mm 2
• Tub acril 50x5x140 mm 3
• Placă acrilică rotundă 40x5 mm 4
• Tub acril 12x2x50 mm 5
• Minge de tenis de masă 6

Diverse

• Spray de vopsea alb
• Pulverizator de vopsea negru mat
• Unele bandă
• O mică lână de izolare, un tampon de bumbac sau ceva similar

Unelte

• Power drill
• Masina de gaurit de 8 mm
• 6 mm burghiu din lemn / plastic
• Burghiu de lemn / plastic de 12 mm
• Thin mână văzut
• sandpaper
• Cleste de tăiat sârme
• Îndepărtarea sârmei
• Solder de fier și staniu
• Adeziv de putere sau pistol de lipire caldă

Software și biblioteci
(Numerele indică versiunile de bibliotecă pe care le-am folosit și le-am testat hardware-ul. Bibliotecile mai noi ar trebui să funcționeze, dar ne-am confruntat ocazional cu unele probleme în timp ce încercăm versiuni mai noi / mai noi.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Biblioteca de bază
• Biblioteca BH1750FVI
• Biblioteca Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Biblioteca Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Biblioteca DallasTemperature (3.7.9)
• Biblioteca OneWire (2.3.3)

Pasul 4: Proiectarea și construcția carcasei - Opțiunea 1

Designul CoMoS are o carcasă subțire, verticală, cu majoritatea senzorilor montați în zona superioară, numai senzorul de temperatură și umiditate montat în partea de jos. pozițiile senzorilor și aranjamentele respectă cerințele specifice ale variabilelor măsurate:

• Si7021 senzor de temperatură și umiditate este montată în exteriorul carcasei, lângă fundul acesteia, pentru a permite circulația liberă a aerului în jurul senzorului și pentru a minimiza influența căldurii reziduale degajate de microcontroler în interiorul carcasei.
• BH1750 senzor de iluminare este montat pe partea superioară a carcasei, pentru a măsura iluminarea pe o suprafață orizontală, conform cerințelor standardelor comune privind iluminarea la locul de muncă.
• Rev. C senzor de vânt este de asemenea montată în partea superioară a carcasei, cu electronice ascunse în interiorul carcasei, dar bolțurile sale, care poartă anemometrul termic real și senzorul de temperatură, sunt expuse la aerul din jur.
• DS18B20 senzor de temperatura este montat chiar pe partea de sus a stației, în interiorul unei mingi de ping pong neagră pictată. Poziția de sus este necesară pentru a minimiza factorii de vedere și, prin urmare, influența radiativă a stației de senzori în sine asupra măsurării temperaturii globului.

Resurse suplimentare privind temperatura medie radiantă și utilizarea mingilor de tenis negru de masă ca senzori de temperatură globali sunt:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Potrivirea termometrelor Acrylic and Copper Globe pentru setările de zi cu zi. Construcții și mediu. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Dear, Richard. (1987). Ping-pong globe termometre pentru temperatura radiantă medie. H & Eng.,. 60. 10-12.

Cazul este proiectat simplu, pentru a menține timpul și efortul de fabricație cât mai scăzut posibil. Poate fi ușor construit din piese standard și componente cu doar câteva instrumente și abilități simple. Sau, pentru cei care au norocul de a avea o imprimanta 3D la dispozitia lor, toate piesele de caz pot fi 3D-imprimate de asemenea. Pentru a imprima cazul, restul acestui pas poate fi sărit și toate fișierele și instrucțiunile necesare pot fi găsite în următorul pas.

Pentru construcție din părțile standard, dimensiunile de montare sunt alese pentru majoritatea acestora:

• corpul principal este o țeavă acrilică (PMMA) cu diametrul exterior de 50 mm, grosimea peretelui de 5 mm și o înălțime de 140 mm.
• placa inferioară, care servește ca un conductor de lumină pentru LED-ul de stare, este o placă rotundă acrilică cu diametrul de 50 mm și o grosime de 4 mm.
• A oțel rotund cu un diametru de 40 mm și o grosime de 10 mm este instalat ca o greutate pe partea superioară a plăcii inferioare și se potrivește în interiorul capătului inferior al tubului principal pentru a împiedica stația să se răstoarne și să țină placa de fund în poziție.
• placa de sus se potrivește și în interiorul tubului principal al corpului. Este fabricat din PMMA și are un diametru de 40 mm și o grosime de 5 mm.
• În cele din urmă, tubul superior este de asemenea PMMA, cu un diametru exterior de 10 mm, o grosime a peretelui de 2 mm și o lungime de 50 mm.

Procesul de fabricație și asamblare este simplu, începând cu unii găuri pentru a fora. Runda de oțel are nevoie de o gaură continuă de 8 mm, pentru a se potrivi cu LED-ul și cablurile. Tubul principal al corpului are nevoie de găuri de 6 mm, ca cablu de alimentare pentru cablurile USB și de senzori și ca găuri de ventilație. Numărul și pozițiile găurilor pot varia în funcție de preferințele dvs. Alegerea dezvoltatorilor este de șase găuri pe partea din spate, aproape de partea superioară și de jos, și două pe partea din față, una de sus, iar din nou un fund, ca referință.

Placa superioară este partea cea mai dificilă. Are nevoie de un întreg centrat, drept și continuu de 12 mm pentru a se potrivi tubului superior, un alt orificiu de 6 mm în centru pentru a monta cablul senzorului de iluminare și o fantă subțire cu lățimea de aproximativ 1,5 mm și lungimea de 18 mm pentru a se potrivi cu vântul senzor. Vedeți fotografiile pentru referință. În cele din urmă, mingea de tenis de masă are nevoie de un întreg de 6 mm, pentru a se potrivi senzorului de temperatură și cablului.

În etapa următoare, toate părțile PMMA, cu excepția plăcii inferioare, ar trebui să fie spray vopsit, referința este albă. Bilele de tenis de masă trebuie să fie vopsite în negru mat pentru a stabili atributele termice și optice estimate.

Runda de oțel este lipite centrat și plat pe placa inferioară. Tubul superior este lipit în orificiul de 12 mm al plăcii superioare. Bilele de tenis de masă sunt lipite pe capătul superior al orificiului, cu orificiul care se potrivește cu deschiderea interioară a tubului de ridicare, astfel încât senzorul de temperatură și cablul pot fi inserate pe minge după aceea prin tubul de ridicare.

Cu acest pas făcut, toate părțile cazului sunt gata să fie asamblate prin punerea lor împreună. Dacă unii se potrivesc prea strâns, spargeți-le puțin, dacă sunt prea des, adăugați un strat subțire de bandă.

Pasul 5: Proiectarea și construcția casetei - Opțiunea 2

În timp ce opțiunea 1 de construire a cazului CoMoS este încă una rapidă și simplă, permițând unui a imprimantă 3d munca ar putea fi chiar mai ușoară. De asemenea, pentru această opțiune, carcasa este împărțită în trei părți, partea de sus, corpul carcasei și partea inferioară, pentru a permite cablarea și asamblarea ușoară așa cum este descris în pasul următor.

Fișierele și alte informații despre setările imprimantei sunt furnizate la Thingiverse:

Fișiere CoMoS pe Thingiverse

Urmând instrucțiunile de utilizat filament alb pentru părțile superioare și ale caroseriei este foarte recomandat. Acest lucru împiedică cazul să se încălzească prea repede în lumina soarelui și evită măsurătorile false. Tfilamentul transparent trebuie utilizat pentru partea inferioară pentru a permite iluminarea indicatorului LED.

O altă variantă de la opțiunea 1 este că runda metalică lipsește.Pentru a preveni răsturnarea CoMoS, orice fel de greutate ca bilele de rulmenți sau o grămadă de șaibe metalice trebuie așezate în partea inferioară transparentă. Acesta este proiectat cu o margine în jurul pentru a se potrivi și deține o anumită greutate. Alternativ, CoMoS poate fi lipit la locul său de instalare prin utilizarea unei benzi față-verso.

Notă: Dosarul Thingiverse include fișiere pentru cartelă pentru cititoare de carduri micro SD, care poate fi montată în cazul CoMoS. Acest caz este opțional și face parte din versiunea autonomă descrisă în ultima etapă a acestei instrucțiuni.

Pasul 6: Cablare și montaj

Senzorii ESP, senzorii, LED-ul și cablul USB sunt cositorite și conectate în conformitate cu circuitul schematic prezentat în imaginile acestei etape. PIN-atribuire potrivirea codului exemplu descris mai sus este:

• 14 - Resetare pod (EN) - gri
• 17 - WS2811 (LED) - verde
• Rezistor 18 pentru pullup pentru DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (un fir) - purpuriu
• 21 - BH1750 și SI7021 (SDA) - albastru
• 22 - BH1750 și SI7021 (SCL) - galben
• 25 - BH1750 (V-in) - maro
• 26 - SI7021 (V-in) - maro
• 27 - DS18B20 + (V-in) - maro
• 34 - Senzor de vânt (TMP) - cyan
• 35 - Senzor de vânt (RV) - portocaliu
• VIN - cablu USB (+ 5V) - roșu
• GND - cablu USB (GND) - negru

Senzorii Si7021, BH1750 și DS18B20 + sunt alimentați printr-un IO-pin al ESP32. Acest lucru este posibil deoarece debitul maxim al curentului este sub puterea maximă de alimentare a pinului ESP per pin și este necesar să fie posibilă resetarea senzorilor prin întreruperea sursei de alimentare în cazul erorilor de comunicare ale senzorilor. Consultați codul ESP și comentariile pentru mai multe informații.

Senzorii Si7021 și BH1750, la fel ca și senzorii cablu USB, trebuie să fie lipite cu cablurile deja introduse prin orificiile dedicate pentru a permite asamblarea în etapa următoare. Conectorii de îmbinare compact WAGO sunt utilizați pentru a conecta dispozitivele la sursa de alimentare prin cablul USB. Toate sunt alimentate la 5 V cc prin USB, care funcționează cu nivelul logic al ESP32 la 3,3 V. Opțional, pinii de date ai cablului micro USB pot fi reconectați la mufa micro USB și conectați la micro USB-ul ESP , ca intrare de alimentare și conexiune de date pentru a transfera codul ESP32 în timp ce carcasa este închisă. Altfel, dacă este conectat așa cum se arată în schemă, este necesar un alt cablu micro USB intact pentru a transfera inițial codul la ESP înainte de asamblarea carcasei.

Senzor de temperatură Si7021 este lipit pe partea din spate a carcasei, aproape de partea de jos. Este foarte important să atașați acest senzor aproape de partea inferioară, pentru a evita citirile false de temperatură cauzate de căldură care a evoluat în cazul respectiv. Consultați pasul Epilog pentru mai multe informații despre această problemă. Senzor de iluminare BH1750 este lipit pe placa de sus, și senzor de vânt este introdus și fixat montat pe fanta de pe partea opusă. Dacă se potrivește prea mult, o mică bandă în jurul părții centrale a senzorului ajută la menținerea acesteia în poziție. Senzor de temperatură DS18B20 este introdus prin coloana superioară în mingea de tenis de masă, cu o poziție finală în centrul mingii. Interiorul ascensorului de vârf este umplut cu lână de izolare iar orificiul inferior este etanșat cu bandă sau lipici fierbinte, pentru a preveni transferul de căldură conductiv sau convectiv pe glob. LED este atașat în gaura rotundă din oțel cu fața în jos pentru a ilumina placa inferioară.

Toate firele, conectorii de îmbinare și ESP32 intră în interiorul casetei principale și toate părțile de carcasă sunt montate în asamblarea finală.

Pasul 7: Software - Configurare ESP, PHP și MariaDB

Microcontrollerul ESP32 poate fi programate folosind Arduino IDE și biblioteca ESP32 Core oferită de Espressif. Există o mulțime de tutoriale disponibile online despre modul de configurare a IDE pentru compatibilitatea ESP32, de exemplu aici.

După configurare, atașat cod este transferat la ESP32. Este comentat pentru o înțelegere ușoară, dar unele caracteristici cheie sunt:

• Are o "configurarea utilizatorilor"de la început, în care trebuie să se instaleze variabile individuale, cum ar fi ID-ul WiFi și parola, IP server de baze de date și citirile de date dorite și perioada de trimitere. Acesta include, de asemenea, o variabilă "reglare a vântului zero", care poate fi utilizată pentru a regla citirile de zero a vitezei vântului la 0 în cazul unei alimentări de energie nestabilă.
• Codul include media factori de calibrare determinată de autori din calibrarea a zece stații de senzori existente. Consultați pasul Epilog pentru mai multe informații și o posibilă ajustare individuală.
• Diferitele manevre de erori sunt incluse în mai multe secțiuni ale codului. Mai ales o detectare și manipulare eficientă a erorilor de comunicație a magistralei care apar deseori pe controlerele ESP32. Din nou, consultați pasul Epilog pentru mai multe informații.
• Are un Culoare LED cu ieșire pentru a afișa starea curentă a stației de senzor și orice eroare. Consultați pasul Rezultate pentru mai multe informații.

Atasat Fișier PHP trebuie să fie instalat și accesibil în dosarul rădăcină al serverului de baze de date, la serverIP / sensor.php. Numele fișierului PHP și conținutul manipulării datelor trebuie să se potrivească cu codul funcției de apel al ESP și, pe de altă parte, să se potrivească cu configurarea tabelului bazei de date, pentru a permite stocarea citirilor de date. Exemplele de coduri atașate sunt potrivite, dar în cazul în care schimbați unele variabile, acestea trebuie să fie modificate pe tot sistemul. Fișierul PHP include o secțiune de ajustare la început, în care ajustările individuale se fac în funcție de mediul sistemului, în special baza de date și numele de utilizator al parolei, și numele bazei de date.

Un MariaDB sau SQL Bază de date este setat pe același server, în funcție de configurația tabelului utilizată în codul stației de senzori și în scriptul PHP. În codul exemplu, numele bazei de date MariaDB este "sensorstation" cu un tabel denumit "data", care conține 13 coloane pentru UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Glob, VelMin, VelMax, și IllumMax.

O platformă de analiză și monitorizare Grafana poate fi instalată suplimentar pe server ca opțiune pentru vizualizarea directă a bazei de date. Aceasta nu este o trăsătură cheie a acestei dezvoltări, deci nu este descrisă în continuare în acest instructiv.

Pasul 8: Rezultate - Citirea și verificarea datelor

Cu toate cablarea, asamblarea, programarea și setarea de mediu realizate, stația de senzori trimite periodic citiri de date către baza de date. În timp ce este alimentat, mai multe de stat sunt indicate prin partea de jos LED culoare:

• În timpul încărcării, LED-ul se aprinde în culoarea galbenă pentru a indica conexiunea în așteptare la WiFi.
• Când și în timp ce este conectat, indicatorul este albastru.
• Stația senzor rulează citirile senzorilor și le trimite periodic la server. Fiecare transfer de succes este indicat de un impuls de lumină verde de 600 ms.
• În cazul unor erori, indicatorul va avea culoarea roșie, violet sau gălbui, în funcție de tipul de eroare. După un anumit timp sau număr de erori, stația de senzori resetează toate senzorii și repornește automat, indicată din nou de o lumină galbenă pe portbagaj. Consultați codul ESP32 și comentariile pentru mai multe informații despre culorile indicatorului.

Cu acest pas finalizat, stația de senzori funcționează și funcționează continuu. Până în prezent, o rețea de 10 stații de senzori este instalată și funcționează în spațiul de birouri inteligent Living Lab menționat anterior.

Pasul 9: Alternativă: versiunea autonomă

Dezvoltarea CoMoS continuă și primul rezultat al acestui proces în curs este a stand-alone versiune. Această versiune a CoMoS nu are nevoie de un server de baze de date și de o rețea WiFi pentru a monitoriza și înregistra datele de mediu.

noi caracteristici cheie sunteți:

• Citirea datelor este stocată pe cardul micro SD intern, în format CSV prietenos Excel.
• Punct de acces WiFi integrat pentru accesul la CoMoS de către orice dispozitiv mobil.
• Aplicația bazată pe web (server web intern pe ESP32, fără conexiune la internet) pentru datele live, setările și accesul la stocare, cu descărcarea directă a fișierelor de pe cardul SD, așa cum se arată în imagine și capturi de ecran atașate la acest pas.

Acest lucru înlocuiește conexiunea Wi-Fi și a bazei de date, în timp ce toate celelalte caracteristici, inclusiv calibrarea și tot proiectarea și construcția, rămân inutile din versiunea originală. Cu toate acestea, stand-alone CoMoS necesită experiență și cunoștințe viitoare cum să accesați sistemul de gestionare internă a fișierelor "SPIFFS" al ESP32 și o mică cunoaștere a HTML, CSS și Javascript pentru a înțelege cum funcționează aplicația web. De asemenea, este nevoie de câteva biblioteci / biblioteci diferite pentru a lucra.

Verificați codul Arduino din fișierul zip atașat pentru bibliotecile solicitate și următoarele referințe pentru informații suplimentare despre programarea și încărcarea în sistemul de fișiere SPIFFS:

Biblioteca SPIFFS de către espressif

Descărcarea fișierului SPIFFS de către me-no-dev

Biblioteca ESP32WebServer de către Pedroalbuquerque

Această versiune nouă ar face un nou instructiv care ar putea fi publicat în viitor. Dar pentru moment, mai ales pentru utilizatorii mai experimentați, nu vrem să ratați șansa de a partaja informațiile de bază și fișierele de care aveți nevoie pentru ao seta.

Pași rapizi pentru a construi un stand-alone CoMoS:

• Construiți un caz conform pasului anterior. Opțional, tipărirea 3D a unui caz suplimentar pentru cititorul de carduri micro SC să fie atașat la cazul CoMoS. Dacă nu aveți o imprimantă 3D disponibilă, cititorul de carduri poate fi plasat și în cazul principal al CoMoS, fără griji.
• Conectați toți senzorii conform descrierii de mai sus, dar, în plus, instalați și conectați un cititor de carduri micro SD (amazon.com) și un ceas de timp real DS3231 (adafruit.com), așa cum este indicat în schema de conexiuni atașată la acest pas. Notă: știfturile pentru rezistența de tracțiune și pentru un singur cablu diferă de schema de cablare originală!

• Verificați codul Arduino și ajustați variabilele punctului de acces WiFi "ssid_AP" și "parola_AP" în preferințele personale. Dacă nu este ajustat, SSID-ul standard este "CoMoS_AP", iar parola este "12345678".

• Introduceți cardul microSD, încărcați codul, încărcați conținutul folderului "date" la ESP32 utilizând încărcătorul de fișiere SPIFFS și conectați orice dispozitiv mobil la punctul de acces WiFi.

• Navigați la "192.168.4.1" în browserul dvs. mobil și bucurați-vă!

Aplicația se bazează pe html, css și javascript. Este local, nu este implicată sau necesară o conexiune la internet. Dispune de un meniu din partea aplicației pentru a accesa o pagină de configurare și o pagină de memorie. Pe pagina de configurare, puteți regla cele mai importante setări, cum ar fi data și ora locală, intervalul citirilor senzorilor etc. Toate setările vor fi stocate permanent în spațiul de stocare intern al sistemului ESP32 și vor fi restaurate la următoarea încărcare. Pe pagina de memorie, este disponibilă o listă de fișiere de pe cardul SD. Dacă faceți clic pe un nume de fișier, veți iniția o descărcare directă a fișierului CSV pe dispozitivul mobil.

Această configurare a sistemului permite monitorizarea individuală și de la distanță a condițiilor de mediu interioare. Toate citirile senzorilor sunt stocate periodic pe cardul SD, fiind create noi fișiere pentru fiecare zi nouă. Aceasta permite o funcționare continuă timp de săptămâni sau luni fără acces sau întreținere. Așa cum am menționat mai înainte, aceasta este încă una cercetarea și dezvoltarea în curs. Dacă sunteți interesat de mai multe detalii sau de asistență, vă rugăm să nu ezitați să contactați autorul corespunzător prin comentarii sau direct prin intermediul LinkedIn.

Pasul 10: Epilog - Probleme cunoscute și Outlook

Stația de senzori descrisă în acest document este rezultatul unei cercetări îndelungate și în curs de desfășurare. Scopul este de a crea un sistem de senzori fiabil, precis, dar ieftin pentru condițiile ambientale de interior. Aceasta a ținut și conține câteva provocări serioase, dintre care cele mai sigure ar trebui menționate aici:

Precizia și calibrarea senzorului

Senzorii utilizați în acest proiect oferă o precizie relativ mare la un cost redus sau moderat. Cele mai multe sunt echipate cu o reducere a zgomotului intern și o interfață digitală pentru comunicații, reducând necesitatea calibrării sau ajustării nivelului. Oricum, deoarece senzorii sunt instalați în sau pe un caz cu anumite atribute, o calibrare a stației complete de senzori a fost efectuată de către autori, așa cum este arătat pe scurt de fotografiile atașate. Un total de zece stații de senzori construite la fel au fost testate în condiții de mediu definite și comparate cu un dispozitiv profesional TESTO 480 pentru senzori climatici interiori. Din aceste runde s-au determinat factorii de calibrare incluși în codul exemplu. Acestea permit o simplă compensare a influenței cazului și a electronicii asupra senzorilor individuali. Pentru a obține cea mai mare precizie, este recomandată o calibrare individuală pentru fiecare stație de senzori. Calibrarea acestui sistem este un al doilea obiectiv al cercetării autorilor, pe lângă dezvoltarea și construcția descrise în acest manual. Este discutată într-o publicație suplimentară, conectată, care este încă în revizuire de tip peer-review și va fi legată aici de îndată ce va fi accesată online. Mai multe informații despre acest subiect găsiți pe site-ul autorului.

Stabilitatea funcționării ESP32

Nu toate bibliotecile senzorilor bazate pe Arduino utilizate în acest cod sunt pe deplin compatibile cu placa ESP32. Această problemă a fost discutată în multe privințe online, în special în ceea ce privește stabilitatea comunicării I2C și OneWire. În cadrul acestei dezvoltări se efectuează o nouă detectare și manipulare a erorilor combinate, bazată pe alimentarea senzorilor direct prin pinii IO ai ESP32 pentru a permite tăierea sursei de alimentare pentru resetare. Din perspectiva de azi, această soluție nu a fost prezentată sau nu este discutată pe scară largă. Sa născut din necesitate, dar până în prezent funcționează fără probleme pentru perioade de funcționare de câteva luni și mai mult. Cu toate acestea, este încă un subiect de cercetare.

perspectivă

Împreună cu acest instructiv, publicațiile scrise și prezentările conferințelor sunt realizate de către autori pentru a răspândi dezvoltarea și a permite o aplicație largă și cu sursă deschisă. Între timp, cercetarea continuă să îmbunătățească în continuare stația de senzori, în special în ceea ce privește proiectarea și fabricarea sistemului și calibrarea și verificarea sistemului. Această informație poate fi actualizată cu privire la evoluțiile viitoare importante, dar pentru toate informațiile actualizate, vizitați site-ul autorilor sau contactați autorii direct prin intermediul LinkedIn:

autorul corespunzător: Mathias Kimmling

al doilea autor: Konrad Lauenroth

mentor de cercetare: Prof. Sabine Hoffmann

Premiul al II-lea în
Primul autor