Kako zgraditi senzorsko postajo za spremljanje udobja: 10 korakov (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-13 06:58

Ta navodila opisujejo načrtovanje in gradnjo tako imenovane Comfort Monitoring Station CoMoS, kombinirane senzorske naprave za razmere v okolju, ki je bila razvita na oddelku za vgrajeno okolje na TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Nemčija.

CoMoS uporablja krmilnik ESP32 in senzorje za temperaturo zraka in relativno vlažnost (Si7021), hitrost zraka (senzor vetra, rev. C s strani sodobne naprave) in temperaturo globusa (DS18B20 v črni žarnici), vse v kompaktni, enostavni za uporabo izdelava ohišja z vizualno povratno informacijo preko LED indikatorja (WS2812B). Poleg tega je vključen senzor osvetljenosti (BH1750) za analizo lokalnega vidnega stanja. Vsi podatki senzorjev se občasno berejo in prek Wi-Fi pošiljajo na strežnik baz podatkov, od koder jih je mogoče uporabiti za spremljanje in upravljanje.

Motivacija tega razvoja je pridobiti poceni, a zelo zmogljivo alternativo laboratorijskim senzorskim napravam, ki so običajno po ceni nad 3000 €. Nasprotno pa CoMoS uporablja strojno opremo s skupno ceno okoli 50 €, zato jo je mogoče celovito uporabiti v (pisarniških) stavbah za določanje posameznih toplotnih in vizualnih stanj v realnem času na vsakem posameznem delovnem mestu ali odseku stavbe.

Za več informacij o naših raziskavah in s tem povezanem delu na oddelku obiščite uradno spletno mesto pametnega pisarniškega prostora Living Lab ali se obrnite na ustreznega avtorja neposredno prek LinkedIna. Vsi stiki avtorjev so navedeni na koncu tega navodila.

Strukturna opomba: Ta navodila opisujejo prvotno nastavitev CoMoS, vendar pa vsebujejo tudi informacije in navodila za nekaj različic, ki smo jih nedavno razvili: Poleg prvotnega ohišja, izdelanega iz standardnih delov, obstaja tudi možnost 3D-tiskanja. Poleg prvotne naprave s povezavo s strežnikom baz podatkov obstaja še alternativna samostojna različica s shrambo na kartici SD, integrirano dostopno točko WIFi in domišljijsko mobilno aplikacijo za vizualizacijo odčitkov senzorja. Preverite možnosti, označene v ustreznih poglavjih, in samostojno možnost v zadnjem poglavju.

Osebna opomba: To je avtorjev prvi pouk in zajema precej podrobno in zapleteno nastavitev. Ne odlašajte in stopite v stik s komentarjem na tej strani, po e-pošti ali prek LinkedIna, če v vseh korakih manjkajo podrobnosti ali informacije.

1. korak: Ozadje - toplotno in vizualno udobje

Toplotno in vizualno udobje postajata vse bolj pomembni temi, zlasti v pisarniških in delovnih okoljih, pa tudi v stanovanjskem sektorju. Glavni izziv na tem področju je, da se toplotna percepcija posameznikov pogosto spreminja v širokem razponu. Ena oseba se lahko v določenem toplotnem stanju počuti vroče, druga pa v istem. To je zato, ker na posamezno toplotno zaznavanje vplivajo številni dejavniki, vključno s fizikalnimi dejavniki temperature zraka, relativne vlažnosti, hitrosti zraka in temperature sevanja okoliških površin. Toda tudi oblačila, presnovna aktivnost in posamezen vidik starosti, spola, telesne mase in še več vplivajo na toplotno zaznavanje.

Medtem ko posamezni dejavniki ostajajo negotovosti glede regulacije ogrevanja in hlajenja, lahko fizikalne dejavnike natančno določimo s senzorskimi napravami. Temperaturo zraka, relativno vlažnost, hitrost zraka in temperaturo globusa je mogoče izmeriti in uporabiti kot neposreden vnos pri nadzoru stavbe. Poleg tega se lahko pri podrobnejšem pristopu uporabijo kot vhodni podatki za izračun tako imenovanega indeksa PMV, kjer PMV pomeni Predvideni povprečni glas. Opisuje, kako bi ljudje v povprečju glede na pogoje v okolici ocenili svoj toplotni občutek. PMV lahko prevzame vrednosti od -3 (hladno) do +3 (vroče), pri čemer je 0 nevtralno stanje.

Zakaj tukaj omenjamo tisto PMV? No, ker je na področju osebnega udobja pogosto uporabljen indeks, ki lahko služi kot merilo kakovosti za toplotno stanje v stavbi. S CoMoS je mogoče izmeriti vse parametre okolja, potrebne za izračun PMV.

Če vas zanima, poiščite več o toplotnem udobju, kontekstu globusa in povprečni temperaturi sevanja, indeksu PMV in implementacijskem standardu ASHRAE na

Wikipedia: Toplotno udobje

ISO 7726 Ergonomija toplotnega okolja

NPO ASHRAE

Mimogrede: Na področju prilagojenega okolja že dolgo obstajajo, a tudi veliko novo razvitih pripomočkov, ki zagotavljajo individualno toplotno in vizualno udobje. Majhni namizni ventilatorji so dobro znan primer. Prav tako se razvijajo ali celo že ponujajo grelniki za noge, ogrevani in prezračevani stoli ali pisarniške predelne stene za ogrevanje in hlajenje z IR sevanjem. Vse te tehnologije vplivajo na lokalno toplotno stanje, na primer na delovnem mestu, in jih je mogoče samodejno upravljati tudi na podlagi podatkov lokalnega senzorja, kot je prikazano na slikah tega koraka.

Več informacij o pripomočkih prilagojenega okolja in tekočih raziskavah je na voljo na

Pametni pisarniški prostor Living Lab: prilagojeno okolje

Kalifornijska univerza, Berkeley

Poročilo ZEN o osebnih ogrevalnih in hladilnih napravah [PDF]

SBRC Univerza v Wollongongu

2. korak: Sistemska shema

Eden glavnih ciljev v razvojnem procesu je bil ustvariti brezžično, kompaktno in poceni senzorsko napravo za merjenje sobnih okoljskih pogojev vsaj desetih posameznih delovnih mest v danem odprtem pisarniškem prostoru. Zato postaja uporablja ESP32-WROOM-32 z vgrajeno WiFi povezavo in z veliko raznolikostjo priključkov in podprtih vrst vodila za vse vrste senzorjev. Senzorske postaje uporabljajo ločen IoT-WiFi in svoje odčitke podatkov pošiljajo v zbirko podatkov MariaDB prek skripta PHP, ki se izvaja na strežniku baz podatkov. Po želji lahko namestite tudi vizualni izhod Grafana, ki je enostaven za uporabo.

Zgornja shema prikazuje razporeditev vseh zunanjih komponent kot pregled nastavitev sistema, vendar se ta navodila nanašajo na senzorsko postajo samo. Seveda je kasneje vključena tudi datoteka PHP in opis povezave SQL, ki zagotavlja vse potrebne informacije za izdelavo, povezovanje in uporabo CoMoS.

Opomba: na koncu tega navodila lahko najdete navodila o tem, kako zgraditi alternativno samostojno različico CoMoS s pomnilnikom SD kartico, notranjo dostopno točko WiFi in spletno aplikacijo za mobilne naprave.

3. korak: Seznam zalog

Elektronika

Senzorji in krmilnik, kot je prikazano na sliki:

• Mikrokontroler ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Senzor temperature in vlažnosti Si7021 ali GY21 (adafruit.com) [B]
• Temperaturni senzor DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Rev C. Senzor hitrosti zraka (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 LED LED (adafruit.com) [E]
• Senzor osvetljenosti BH1750 (amazon.de) [F]

Več električnih delov:

• 4, 7k vlečni upor (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (ali podobna) standardna žica (adafruit.com)
• 2x kompaktni spojni priključki Wago (wago.com)
• Kabel mikro USB (sparkfun.com)

Deli ohišja (Podrobnejše informacije o teh delih in velikostih najdete v naslednjem koraku. Če imate na voljo 3D-tiskalnik, potrebujete samo žogo za namizni tenis. Preskočite naslednji korak in poiščite vse podatke in datoteke za tiskanje v 5. koraku.)

• Akrilna plošča okrogla 50x4 mm [1]
• Jeklena plošča okrogla 40x10 mm [2]
• Akrilna cev 50x5x140 mm [3]
• Akrilna plošča okrogla 40x5 mm [4]
• Akrilna cev 12x2x50 mm [5]
• Žoga za namizni tenis [6]

Razno

• Sprej za belo barvo
• Črni mat lak za pršenje
• Nekaj traku
• Malo izolacijske volne, bombažne blazinice ali česa podobnega

Orodja

• Električni vrtalnik
• 8 mm vrtalnik za krajo
• 6 mm vrtalnik za les/plastiko
• 12 mm sveder za les/plastiko
• Tanka ročna žaga
• Brusni papir
• Klešče za rezanje žice
• Odstranjevalec žice
• Spajkalnik in kositer
• Močno lepilo ali pištola za vroče lepilo

Programska oprema in knjižnice (številke označujejo različice knjižnic, ki smo jih uporabljali in s katerimi smo testirali strojno opremo. Prav tako bi morale delovati novejše knjižnice, vendar smo se ob poskusih različnih / novejših različic občasno srečevali z nekaterimi težavami.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• Knjižnica ESP32 Core
• Knjižnica BH1750FVI
• Knjižnica Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Knjižnica Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Knjižnica temperature Dallas (3.7.9)
• Knjižnica OneWire (2.3.3)

4. korak: Oblikovanje in izdelava ohišja - 1. možnost

Zasnova CoMoS -a ima tanko, navpično ohišje z večino senzorjev, nameščenih v zgornjem delu, pri dnu pa le senzor temperature in vlažnosti. Položaji in razporedi senzorjev sledijo posebnim zahtevam merjenih spremenljivk:

• Senzor temperature in vlažnosti Si7021 je nameščen zunaj ohišja, blizu njegovega dna, da omogoči prosto kroženje zraka okoli senzorja in zmanjša vpliv odpadne toplote, ki nastaja zaradi mikrokrmilnika v ohišju.
• Senzor osvetljenosti BH1750 je nameščen na ravnem vrhu ohišja za merjenje osvetlitve na vodoravni površini, kot to zahtevajo skupni standardi osvetlitve na delovnem mestu.
• Senzor vetra Rev. C je nameščen tudi na vrhu ohišja, njegova elektronika je skrita v notranjosti ohišja, vendar so roglji, ki nosijo dejanski termometer in temperaturni senzor, izpostavljeni zraku okoli vrha.
• Temperaturni senzor DS18B20 je nameščen na samem vrhu postaje, znotraj črno pobarvane žoge za namizni tenis. Položaj na vrhu je potreben za zmanjšanje faktorjev pogleda in s tem tudi sevalnega vpliva same senzorske postaje na merjenje temperature globusa.

Dodatni viri o srednji sevalni temperaturi in uporabi črnih žog za namizni tenis kot senzorjev temperature na svetu so:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Primernost akrilnih in bakrenih termometrov za dnevne zunanje nastavitve. Gradbeništvo in okolje. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Spoštovani, Richard. (1987). Globoki termometri za namizni tenis za srednjo temperaturo sevanja. H & Eng.,. 60. 10-12.

Ohišje je zasnovano preprosto, tako da je čas izdelave in trud čim manjši. Z lahkoto ga je mogoče sestaviti iz standardnih delov in sestavnih delov z le nekaj preprostimi orodji in spretnostmi. Ali pa za tiste, ki imajo srečo, da imajo na voljo 3D-tiskalnik, lahko tudi vse dele ohišja natisnejo 3D. Za tiskanje ohišja lahko preostanek tega koraka preskočite in vse potrebne datoteke in navodila najdete v naslednjem koraku.

Za izdelavo iz standardnih delov so za večino izbrane vgradne mere:

• Glavno telo je akrilna (PMMA) cev z zunanjim premerom 50 mm, debelino stene 5 mm in višino 140 mm.
• Spodnja plošča, ki služi kot svetlobni vodnik za statusno LED, je okrogla akrilna plošča s premerom 50 mm in debelino 4 mm.
• Jekleni krog s premerom 40 mm in debelino 10 mm je nameščen kot utež na vrhu spodnje plošče in se prilega v spodnji konec cevi glavnega telesa, da prepreči prevračanje postaje in zadrži spodnjo ploščo na mestu.
• Zgornja plošča se prilega tudi notranjosti cevi glavnega telesa. Narejena je iz PMMA in ima premer 40 mm in debelino 5 mm.
• Končno je tudi zgornja dvižna cev PMMA z zunanjim premerom 10 mm, debelino stene 2 mm in dolžino 50 mm.

Postopek izdelave in montaže je preprost, začenši z nekaj luknjami za vrtanje. Jekleni krog potrebuje 8 mm neprekinjeno luknjo za namestitev LED in kablov. Cev glavnega ohišja potrebuje približno 6 mm luknjic kot prehod za kable USB in senzorskih kablov ter kot prezračevalne luknje. Število in položaj lukenj se lahko spreminja glede na vaše želje. Razvijalci so izbrali šest lukenj na zadnji strani, blizu zgornjega in spodnjega dela, in dve na sprednji strani, eno zgoraj, spet eno spodaj, kot referenco.

Zgornja plošča je najbolj zapleten del. Potrebuje centrirano, ravno in neprekinjeno celoto 12 mm, da se prilega zgornji dvižni cevi, še eno centrirano luknjo 6 mm za namestitev kabla senzorja osvetljenosti in tanko režo širine približno 1,5 mm in dolžine 18 mm, ki ustreza vetru senzor. Za referenco si oglejte slike. In končno, žoga za namizni tenis potrebuje celo 6 mm celoto, da se prilega temperaturnemu senzorju in kablu.

V naslednjem koraku je treba vse dele PMMA, razen spodnje plošče, razpršiti, referenca je bela. Žoga za namizni tenis mora biti pobarvana v mat črno barvo, da se ugotovijo njene ocenjene toplotne in optične lastnosti.

Jekleni okrogli del je lepljen na sredino in ravno na spodnjo ploščo. Zgornja dvižna cev je prilepljena v 12 mm luknjo zgornje plošče. Žoga za namizni tenis je prilepljena na zgornji konec dvižnega voda, pri čemer se njegova luknja ujema z notranjo odprtino dvižne cevi, zato lahko temperaturni senzor in kabel nato vstavite v žogo skozi dvižno cev.

Po tem koraku so vsi deli ohišja pripravljeni za sestavljanje tako, da jih sestavite. Če se nekateri prilegajo pretesno, jih malo pobrusite, če so preveč ohlapni, dodajte tanko plast traku.

5. korak: Oblikovanje in izdelava ohišja - 2. možnost

Možnost 1 za izdelavo ohišja CoMoS je še vedno hitra in enostavna, vendar je lahko 3D-tiskalniku delo še lažje. Tudi za to možnost je ohišje razdeljeno na tri dele, zgornji del, ohišje ohišja in spodnji del, kar omogoča enostavno ožičenje in montažo, kot je opisano v naslednjem koraku.

Datoteke in dodatne informacije o nastavitvah tiskalnika so na voljo v Thingiverse:

Datoteke CoMoS na Thingiverse

Upoštevanje navodil za uporabo belih filamentov za zgornje in ohišje je zelo priporočljivo. To preprečuje prehitro segrevanje ohišja na sončni svetlobi in preprečuje napačne meritve. Za spodnji del je treba uporabiti prozorno nit, ki omogoča osvetlitev LED indikatorja.

Druga možnost pri možnosti 1 je, da manjka kovinski krog. Da preprečite, da bi se CoMoS prevrnil, je treba v/na prozoren spodnji del postaviti kakršno koli težo, kot so ležajne kroglice ali kup kovinskih podložk. Zasnovan je tako, da vzdolž roba drži nekaj teže. Druga možnost je, da CoMoS pritrdite na mesto namestitve z dvostranskim trakom.

Opomba: Mapa Thingiverse vsebuje datoteke za ohišje bralnika kartic micro SD, ki jih je mogoče namestiti na ohišje CoMoS. Ta primer je neobvezen in je del samostojne različice, opisane v zadnjem koraku tega navodila.

Korak 6: Ožičenje in montaža

ESP, senzorji, LED in USB kabel so spajkani in povezani v skladu s shematskim vezjem, ki je prikazano na slikah tega koraka. Dodelitev PIN-a, ki se ujema s pozneje opisano kodo, je:

• 14 - Ponastavi most (EN) - [sivo]
• 17 - WS2811 (LED) - [zelena]
• 18 - uporni upor za DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (ena žica) - [vijolična]
• 21 - BH1750 in SI7021 (SDA) - [modra]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [rumena]
• 25 - BH1750 (V -in) - [rjava]
• 26 - SI7021 (V -v) - [rjava]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [rjava]
• 34 - Senzor vetra (TMP) - [cijan]
• 35 - Senzor vetra (RV) - [oranžno]
• VIN - kabel USB (+5V) - [rdeč]
• GND - kabel USB (GND) - [črno]

Senzorji Si7021, BH1750 in DS18B20+ se napajajo prek IO-pin ESP32. To je mogoče, ker je njihov največji trenutni osnutek pod največjim napajanjem ESP na pin in je potreben, da lahko senzorje ponastavite tako, da prekinete njihovo napajanje v primeru komunikacijskih napak senzorja. Za več informacij si oglejte kodo ESP in komentarje.

Senzorja Si7021 in BH1750, enako kot kabel USB, je treba spajkati s kabli, ki so že položeni skozi namenske luknje v ohišju, da se omogoči montaža v naslednjem koraku. Kompaktni spojni spoji WAGO se uporabljajo za priključitev naprav na napajanje prek kabla USB. Vsi imajo napajanje pri 5 V DC prek USB -ja, ki deluje z logično stopnjo ESP32 pri 3, 3 V. Po želji lahko podatkovne zatiče kabla mikro USB ponovno priključite na vtič mikro USB in priključite na mikro USB ESP vtičnico, kot vhodno moč in podatkovno povezavo za prenos kode na ESP32, ko je ohišje zaprto. V nasprotnem primeru, če je priključen, kot je prikazano na shemi, je potreben še en nepoškodovan kabel mikro USB za prvotno prenos kode na ESP, preden sestavite ohišje.

Senzor temperature Si7021 je prilepljen na zadnjo stran ohišja, blizu dna. Zelo pomembno je, da ta senzor pritrdite blizu dna, da se izognete napačnim odčitkom temperature, ki jih povzroča toplota, ki nastaja v ohišju. Za več informacij o tem vprašanju si oglejte korak Epilogue. Senzor osvetljenosti BH1750 je prilepljen na zgornjo ploščo, senzor vetra pa je vstavljen in pritrjen na režo na nasprotni strani. Če se preveč prilega, malo traku okoli osrednjega dela senzorja pomaga, da ostane na svojem mestu. Temperaturni senzor DS18B20 je vstavljen skozi zgornji dvižni vod v žogo za namizni tenis s končnim položajem na sredini žoge. Notranjost zgornjega dvižnega voda je napolnjena z izolacijsko volno, spodnja odprtina pa je zatesnjena s trakom ali vročim lepilom, da se prepreči prevodni ali konvektivni prenos toplote na globus. LED je pritrjena v jekleno okroglo luknjo, obrnjeno navzdol, da osvetli spodnjo ploščo.

Vse žice, spojni spoji in ESP32 gredo v glavno ohišje, vsi deli ohišja pa so sestavljeni v končno montažo.

7. korak: Programska oprema - konfiguracija ESP, PHP in MariaDB

Mikro krmilnik ESP32 je mogoče programirati z uporabo Arduino IDE in knjižnice ESP32 Core, ki jo ponuja Espressif. Na spletu je na voljo veliko vadnic o tem, kako nastaviti IDE za združljivost z ESP32, na primer tukaj.

Ko je nastavljena, se priložena koda prenese v ESP32. Za lažje razumevanje je povsod komentiran, vendar so nekatere ključne značilnosti:

• Na začetku ima razdelek »uporabniška konfiguracija«, v katerem je treba nastaviti posamezne spremenljivke, na primer ID in geslo WiFi, IP strežnika baze podatkov ter želene odčitke podatkov in obdobje pošiljanja. Vključuje tudi spremenljivko "nastavitev ničelnega vetra", ki jo lahko uporabite za nastavitev odčitkov ničelne hitrosti vetra na 0 v primeru nestabilnega napajanja.
• Koda vključuje povprečne faktorje umerjanja, ki so jih določili avtorji na podlagi umerjanja desetih obstoječih senzorskih postaj. Za več informacij in možne individualne prilagoditve glejte korak Epilogue.
• V več oddelkih kode je vključeno različno obravnavanje napak. Še posebej učinkovito odkrivanje in obravnavanje komunikacijskih napak vodila, ki se pogosto pojavljajo na krmilnikih ESP32. Za več informacij glejte korak Epilogue.
• Ima LED barvni izhod, ki prikazuje trenutno stanje senzorske postaje in morebitne napake. Za več informacij si oglejte korak Rezultati.

Priložena datoteka PHP mora biti nameščena in dostopna v korenski mapi strežnika baz podatkov, na naslovu serverIP/sensor.php. Ime datoteke PHP in vsebina obdelave podatkov se morata ujemati s kodo klicne funkcije ESP -ja, na drugi strani pa z nastavitvijo tabele baze podatkov, da se omogoči shranjevanje odčitkov podatkov. Primeri priloženih kod se ujemajo, če pa spremenite nekatere spremenljivke, jih je treba spremeniti v celotnem sistemu. Datoteka PHP na začetku vsebuje razdelek za prilagajanje, v katerem se izvedejo individualne prilagoditve glede na okolje sistema, zlasti uporabniško ime in geslo baze podatkov ter ime baze podatkov.

Na istem strežniku je nastavljena zbirka podatkov MariaDB ali SQL, glede na nastavitev tabele, ki se uporablja v kodi postaje senzorja in skriptu PHP. V vzorčni kodi je ime zbirke podatkov MariaDB "sensorstation" s tabelo z imenom "data", ki vsebuje 13 stolpcev za UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, in IllumMax.

Platforma za analizo in spremljanje Grafana se lahko dodatno namesti na strežnik kot možnost za neposredno vizualizacijo baze podatkov. To ni ključna značilnost tega razvoja, zato ni podrobneje opisano v tem navodilu.

8. korak: rezultati - branje in preverjanje podatkov

Ko so vsa ožičenja, montaža, programiranje in okoljska nastavitev opravljena, senzorska postaja redno pošilja odčitke podatkov v bazo podatkov. Med napajanjem je skozi barvo spodnje LED prikazano več delovnih stanj:

• Med zagonom LED sveti rumeno, kar označuje čakajočo povezavo z WiFi.
• Ko je in ko je povezan, je indikator modre barve.
• Senzorska postaja izvaja odčitke senzorjev in jih občasno pošlje strežniku. Vsak uspešen prenos je označen z impulzom zelene luči 600 ms.
• V primeru napak bo indikator obarvan rdeče, vijolično ali rumenkasto glede na vrsto napake. Po določenem času ali številu napak senzorska postaja ponastavi vse senzorje in se samodejno znova zažene, kar znova označi rumena lučka ob zagonu. Za več informacij o barvah indikatorjev si oglejte kodo ESP32 in komentarje.

Po tem zadnjem koraku senzorska postaja deluje in deluje neprekinjeno. Do sedaj je v prej omenjenem pametnem pisarniškem prostoru Living Lab nameščeno in deluje omrežje 10 senzorskih postaj.

9. korak: Alternativa: Samostojna različica

Razvoj CoMoS se nadaljuje in prvi rezultat tega potekajočega procesa je samostojna različica. Ta različica CoMoS ne potrebuje strežnika baz podatkov in omrežja WiFi za spremljanje in snemanje okoljskih podatkov.

Nove ključne funkcije so:

• Odčitki podatkov so shranjeni na notranji mikro SD kartici v Excelu prijaznem formatu CSV.
• Vgrajena dostopna točka WiFi za dostop do CoMoS s katere koli mobilne naprave.
• Spletna aplikacija (notranji spletni strežnik na ESP32, internetna povezava ni potrebna) za podatke v živo, nastavitve in dostop do pomnilnika z neposrednim prenosom datotek s kartice SD, kot je prikazano na sliki in posnetkih zaslona, priloženih temu koraku.

To nadomešča povezavo WiFi in bazo podatkov, medtem ko vse druge funkcije, vključno s kalibracijo ter vso zasnovo in konstrukcijo, ostanejo nedotaknjene v primerjavi s prvotno različico. Kljub temu pa samostojni CoMoS zahteva izkušnje in nadaljnje znanje o dostopu do notranjega sistema za upravljanje datotek "SPIFFS" ESP32 ter malo zavedanja o HTML, CSS in Javascript, da bi razumeli, kako deluje spletna aplikacija. Za delo potrebuje tudi nekaj več / različnih knjižnic.

Za dodatne informacije o programiranju in nalaganju v datotečni sistem SPIFFS preverite kodo Arduino v priloženi datoteki zip.

Knjižnica SPIFFS by espressif

Nalaganje datotek SPIFFS avtorja me-no-dev

Knjižnica ESP32WebServer avtorja Pedroalbuquerque

Ta nova različica bi naredila popolnoma nov pouk, ki bi bil lahko objavljen v prihodnosti. Toda zaenkrat, še posebej za bolj izkušene uporabnike, ne želimo zamuditi priložnosti za izmenjavo osnovnih podatkov in datotek, ki jih potrebujete za nastavitev.

Hitri koraki za izgradnjo samostojnega sistema CoMoS:

• Zgradite ohišje po predhodnem koraku. Po želji 3D-natisnite dodatno ohišje za bralnik kartic micro SC, ki bo pritrjen na ohišje CoMoS. Če nimate na voljo 3D -tiskalnika, lahko bralnik kartic postavite tudi v glavno ohišje CoMoS, brez skrbi.
• Priključite vse senzorje, kot je opisano prej, poleg tega pa namestite in priključite bralnik kartic micro SD (amazon.com) in uro v realnem času DS3231 (adafruit.com), kot je navedeno v shemi ožičenja, priloženi temu koraku. Opomba: Zatiči vlečnega upora in oneWire se razlikujejo od prvotne sheme ožičenja!
• Preverite kodo Arduino in spremenljivki dostopne točke WiFi "ssid_AP" in "geslo_AP" prilagodite svojim osebnim željam. Če ni nastavljen, je standardni SSID "CoMoS_AP", geslo pa "12345678".
• Vstavite kartico micro SD, naložite kodo, naložite vsebino mape "podatkov" v ESP32 z nalaganjem datotek SPIFFS in poljubno mobilno napravo povežite z dostopno točko WiFi.
• V brskalniku za mobilne naprave pojdite na "192.168.4.1" in uživajte!

Aplikacija temelji na html, css in javascript. Je lokalna, internetna povezava ni potrebna ali potrebna. Omogoča stranski meni v aplikaciji za dostop do nastavitvene strani in strani pomnilnika. Na strani za nastavitev lahko prilagodite najpomembnejše nastavitve, kot so lokalni datum in čas, interval odčitkov senzorjev itd. Vse nastavitve bodo trajno shranjene v notranjem pomnilniku ESP32 in obnovljene ob naslednjem zagonu. Na strani s pomnilnikom je na voljo seznam datotek na kartici SD. S klikom na ime datoteke se začne neposreden prenos datoteke CSV v mobilno napravo.

Ta nastavitev sistema omogoča individualno in daljinsko spremljanje okoljskih razmer v zaprtih prostorih. Vsi odčitki senzorjev se občasno shranijo na kartico SD, pri čemer se za vsak nov dan ustvarijo nove datoteke. To omogoča neprekinjeno delovanje tedne ali mesece brez dostopa ali vzdrževanja. Kot smo že omenili, je to še vedno v teku raziskav in razvoja. Če vas zanimajo dodatne podrobnosti ali pomoč, se obrnite na ustreznega avtorja prek komentarjev ali neposredno prek LinkedIna.

10. korak: Epilog - znane težave in Outlook

Senzorska postaja, opisana v tem navodilu, je rezultat dolge in stalne raziskave. Cilj je ustvariti zanesljiv, natančen, a hkrati poceni senzorski sistem za razmere v zaprtih prostorih. To je držalo in nosi nekaj resnih izzivov, med katerimi je treba omeniti nekatere najbolj zanesljive:

Natančnost senzorja in kalibracija

Ti senzorji, uporabljeni v tem projektu, ponujajo relativno visoko natančnost po nizkih ali zmernih stroških. Večina jih je opremljenih z notranjim zmanjšanjem hrupa in vmesniki za digitalno vodilo za komunikacijo, kar zmanjšuje potrebo po kalibraciji ali prilagajanju ravni. Kakorkoli že, ker so senzorji nameščeni v ali na ohišju z določenimi lastnostmi, so avtorji izvedli kalibracijo celotne senzorske postaje, kar na kratko kažejo priložene slike. V določenih okoljskih razmerah je bilo testiranih skupaj deset enako zgrajenih senzorskih postaj v primerjavi s profesionalno napravo za senzor podnebja v zaprtih prostorih TESTO 480. Na podlagi teh poskusov so bili določeni umeritveni faktorji, vključeni v vzorčno kodo. Omogočajo preprosto kompenzacijo vpliva ohišja in elektronike na posamezne senzorje. Da bi dosegli največjo natančnost, se priporoča individualna kalibracija za vsako senzorsko postajo. Umerjanje tega sistema je poleg razvoja in konstrukcije, opisane v tem navodilu, drugi poudarek avtorjeve raziskave. Razpravlja se o dodatni, povezani publikaciji, ki je še v strokovnem pregledu in bo tukaj povezana takoj, ko bo na spletu. Več informacij o tej temi najdete na spletni strani avtorjev.

Stabilnost delovanja ESP32

Vse knjižnice senzorjev na osnovi Arduina, uporabljene v tej kodi, niso popolnoma združljive s ploščo ESP32. O tem vprašanju se je veliko razpravljalo na spletu, zlasti glede stabilnosti komunikacije I2C in OneWire. V tem razvoju se izvaja novo, kombinirano odkrivanje napak in ravnanje z njimi, ki temelji na napajanju senzorjev neposredno prek IO zatičev ESP32, da se omogoči prekinitev njihovega napajanja za ponastavitev. Z današnje perspektive ta rešitev ni bila predstavljena ali se o njej ne razpravlja široko. Rojen je bil iz nuje, vendar do danes deluje nemoteno za obdobja delovanja več mesecev in dlje. Vendar je to še vedno predmet raziskovanja.

Outlook

Skupaj s temi navodili avtorji izvajajo nadaljnje pisne publikacije in predstavitve na konferencah, da bi razširili razvoj in omogočili široko in odprtokodno uporabo. Medtem se raziskave nadaljujejo z nadaljnjim izboljšanjem senzorske postaje, zlasti v zvezi z načrtovanjem in proizvodnostjo sistema ter umerjanjem in preverjanjem sistema. Ta navodila bi lahko bila posodobljena glede pomembnih prihodnjih dogodkov, vendar za vse najnovejše informacije obiščite spletno mesto avtorjev ali se obrnite na avtorje neposredno prek LinkedIna:

ustrezni avtor: Mathias Kimmling

drugi avtor: Konrad Lauenroth

raziskovalka mentorica: prof. Sabine Hoffmann

Druga nagrada za avtorja prvič