Kako izgraditi senzorsku stanicu za nadzor udobnosti: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ova instrukcija opisuje dizajn i izgradnju takozvane Comfort Monitoring Station CoMoS, kombiniranog senzorskog uređaja za ambijentalne uslove, koji je razvijen na odjelu za izgrađeno okruženje u TUK -u, Technische Universität Kaiserslautern, Njemačka.

CoMoS koristi ESP32 kontroler i senzore za temperaturu i relativnu vlažnost zraka (Si7021), brzinu zraka (senzor vjetra rev. C prema Modern Device) i temperaturu globusa (DS18B20 u crnoj žarulji), sve u kompaktnom, lakom za građevinsko kućište s vizualnom povratnom spregom putem LED indikatora (WS2812B). Osim toga, uključen je i senzor osvjetljenja (BH1750) za analizu lokalnog vizuelnog stanja. Svi podaci senzora povremeno se čitaju i šalju putem Wi-Fi-ja na poslužitelj baze podataka, odakle se mogu koristiti za nadzor i kontrolu.

Motivacija ovog razvoja je nabavka jeftine, ali vrlo moćne alternative laboratorijskim senzorskim uređajima, koji su obično po cijeni većoj od 3000 €. Nasuprot tome, CoMoS koristi hardver čija je ukupna cijena oko 50 € i stoga se može sveobuhvatno primijeniti u (uredskim) zgradama za utvrđivanje individualnog toplinskog i vizualnog stanja u stvarnom vremenu na svakom radnom mjestu ili dijelu zgrade.

Za više informacija o našem istraživanju i povezanom radu na odjelu posjetite službenu web stranicu pametnog uredskog prostora Living Lab ili kontaktirajte odgovarajućeg autora izravno putem LinkedIna. Svi kontakti autora navedeni su na kraju ovog uputstva.

Strukturna napomena: Ova instrukcija opisuje originalno podešavanje CoMoS-a, ali također pruža informacije i upute za nekoliko varijacija koje smo nedavno razvili: Osim originalnog kućišta izgrađenog od standardnih dijelova, postoji i opcija 3D ispisa. Osim originalnog uređaja s vezom s serverom baze podataka, postoji i alternativna samostalna verzija sa memorijom SD kartice, integriranom WIFi pristupnom točkom i elegantnom mobilnom aplikacijom za vizualizaciju očitanja senzora. Molimo provjerite opcije označene u odgovarajućim poglavljima i samostalnu opciju u posljednjem poglavlju.

Lična napomena: Ovo je prvo autorovo uputstvo i pokriva prilično detaljnu i složenu postavku. Molimo ne ustručavajte se kontaktirati putem odjeljka za komentare na ovoj stranici, e-poštom ili putem LinkedIna, ako u ovim koracima nedostaju neki detalji ili informacije.

Korak 1: Pozadina - toplinska i vizualna udobnost

Toplinska i vizualna udobnost postaju sve važnije teme, posebno u uredskim i radnim okruženjima, ali i u stambenom sektoru. Glavni izazov na ovom polju je da toplotna percepcija pojedinaca često varira u širokom rasponu. Jedna osoba može se osjećati vruće u određenom toplinskom stanju, dok se drugoj osobi osjeća hladnoća u istom. To je zato što na individualnu toplinsku percepciju utječu mnogi faktori, uključujući fizičke faktore temperature zraka, relativne vlažnosti, brzine zraka i temperature zračenja okolnih površina. No, i odjeća, metabolička aktivnost i individualni aspekt dobi, spola, tjelesne mase i još mnogo toga utječu na toplinsku percepciju.

Iako pojedinačni faktori ostaju neizvjesni u smislu kontrole grijanja i hlađenja, fizički faktori se mogu precizno odrediti senzorskim uređajima. Temperatura zraka, relativna vlažnost, brzina zraka i temperatura globusa mogu se mjeriti i koristiti kao direktan ulaz za kontrolu zgrade. Nadalje, u detaljnijem pristupu, oni se mogu koristiti kao ulazni podaci za izračunavanje tzv. PMV-indeksa, gdje PMV označava predviđeni srednji glas. Opisuje kako bi ljudi u prosjeku vjerovatno ocijenili svoj toplinski osjećaj u datim sobnim uvjetima. PMV može poprimiti vrijednosti od -3 (hladno) do +3 (vruće), pri čemu je 0 neutralno stanje.

Zašto ovdje spominjemo tu PMV stvar? Pa, zato što je u području osobne udobnosti to uobičajeno korišteni indeks koji može poslužiti kao kriterij kvalitete toplinske situacije u zgradi. A sa CoMoS -om se mogu mjeriti svi parametri okoline potrebni za proračun PMV -a.

Ako ste zainteresirani, saznajte više o toplinskoj udobnosti, kontekstu globusa i srednjoj zračnoj temperaturi, PMV-indeksu i implementacijskom ASHRAE standardu na

Wikipedia: Toplinska udobnost

ISO 7726 Ergonomija toplotnog okruženja

ASHRAE NPO

Usput: Postoje dugo postojeći, ali i dosta novorazvijenih gadžeta u području personaliziranog okruženja koji pružaju individualnu toplinsku i vizualnu udobnost. Mali ljubitelji desktop računara poznati su primjer. No, također se razvijaju ili čak već dostupni na tržištu grijači za noge, grijane i ventilirane stolice ili uredske pregrade za grijanje i hlađenje IC zračenjem. Sve ove tehnologije utječu na lokalno toplinsko stanje, na primjer na radnom mjestu, a njima se može automatski upravljati i na osnovu podataka lokalnog senzora, kao što je prikazano na slikama u ovom koraku.

Više informacija o gadgetima personaliziranog okruženja i tekućim istraživanjima dostupno je na adresi

Pametni poslovni prostor Living Lab: personalizirano okruženje

Kalifornijski univerzitet, Berkeley

Izvještaj ZEN -a o ličnim uređajima za grijanje i hlađenje [PDF]

SBRC Univerzitet u Wollongongu

Korak 2: Šema sistema

Jedan od glavnih ciljeva u razvojnom procesu bio je stvaranje bežičnog, kompaktnog i jeftinog senzorskog uređaja za mjerenje uslova unutrašnje okoline na najmanje deset pojedinačnih radnih mjesta u datom otvorenom uredskom prostoru. Stoga stanica koristi ESP32-WROOM-32 sa ugrađenom WiFi vezom i sa velikim izborom pinova konektora i podržanim tipovima sabirnica za sve vrste senzora. Senzorske stanice koriste zasebni IoT-WiFi i šalju svoja očitanja u bazu podataka MariaDB putem PHP skripte koja se izvodi na serveru baze podataka. Opcionalno, može se instalirati i grafički izlaz jednostavan za korištenje.

Gornja shema prikazuje raspored svih perifernih komponenti kao pregled postavljanja sistema, ali ovo uputstvo se fokusira na samu stanicu senzora. Naravno, PHP datoteka i opis SQL veze su kasnije uključeni kako bi pružili sve potrebne informacije za izgradnju, povezivanje i upotrebu CoMoS -a.

Napomena: na kraju ovog uputstva možete pronaći upute o tome kako izgraditi alternativnu samostalnu verziju CoMoS-a sa memorijom SD kartice, internom WiFi pristupnom točkom i web aplikacijom za mobilne uređaje.

Korak 3: Lista zaliha

Elektronika

Senzori i kontroler, kao što je prikazano na slici:

• ESP32-WROOM-32 mikrokontroler (espressif.com) [A]
• Senzor temperature i vlažnosti Si7021 ili GY21 (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ senzor temperature (adafruit.com) [C]
• Rev C. Senzor brzine zraka (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 LED LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 Senzor osvjetljenja (amazon.de) [F]

Još električnih dijelova:

• 4, 7k pull-up otpornik (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (ili slična) standardna žica (adafruit.com)
• 2x Wago kompaktni spojnici za spajanje (wago.com)
• Mikro USB kabel (sparkfun.com)

Dijelovi kućišta (Detaljnije informacije o ovim dijelovima i veličinama potražite u sljedećem koraku. Ako imate dostupan 3D pisač, potrebna vam je samo loptica za stolni tenis. Preskočite sljedeći korak i pronađite sve podatke i datoteke za ispis u 5. koraku.))

• Akrilna ploča okrugla 50x4 mm [1]
• Čelična ploča okrugla 40x10 mm [2]
• Akrilna cijev 50x5x140 mm [3]
• Akrilna ploča okrugla 40x5 mm [4]
• Akrilna cijev 12x2x50 mm [5]
• Lopta za stolni tenis [6]

Ostalo

• Sprej za bijelu boju
• Crni mat sprej u boji
• Malo trake
• Malo izolacijske vune, pamučni jastučić ili bilo što slično

Alati

• Električna bušilica
• Bušilica za krađu 8 mm
• Bušilica za drvo/plastiku 6 mm
• Svrdlo za drvo/plastiku 12 mm
• Tanka ručna pila
• Brusni papir
• Kliješta za rezanje žice
• Skidač žice
• Lemilica i lim
• Električno ljepilo ili pištolj za vruće ljepilo

Softver i biblioteke (Brojevi označavaju verzije biblioteka koje smo koristili i sa kojima smo testirali hardver. I nove biblioteke bi trebale raditi, ali povremeno smo se suočavali s nekim problemima prilikom isprobavanja različitih / novijih verzija.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Core biblioteka
• Biblioteka BH1750FVI
• Biblioteka Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Biblioteka Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Biblioteka DallasTemperature (3.7.9)
• Biblioteka OneWire (2.3.3)

Korak 4: Projektiranje i izrada kućišta - Opcija 1

CoMoS -ov dizajn sadrži tanko, okomito kućište s većinom senzora postavljenih u gornjem dijelu, sa samo senzorom temperature i vlažnosti postavljenim blizu dna. Položaji i raspored senzora slijede posebne zahtjeve mjernih varijabli:

• Senzor temperature i vlažnosti Si7021 postavljen je izvan kućišta, blizu njegovog dna, kako bi se omogućila slobodna cirkulacija zraka oko senzora i minimizirao utjecaj otpadne topline koju mikrokontroler emitira unutar kućišta.
• Senzor osvjetljenja BH1750 montiran je na ravni gornji dio kućišta za mjerenje osvjetljenja na vodoravnoj površini kako to zahtijevaju uobičajeni standardi za osvjetljenje radnog mjesta.
• Senzor vjetra Rev. C je također montiran na vrhu kućišta, a njegova elektronika skrivena je unutar kućišta, ali su njegovi zupci, koji nose stvarni termoanemometar i temperaturni senzor, izloženi zraku oko vrha.
• Senzor temperature DS18B20 postavljen je na samom vrhu stanice, unutar crno obojene loptice za stolni tenis. Položaj na vrhu je neophodan kako bi se čimbenici pogleda smanjili, a samim tim i radijacijski utjecaj same senzorske stanice na mjerenje temperature globusa.

Dodatni izvori o srednjoj temperaturi zračenja i upotrebi crnih loptica za stolni tenis kao globus senzora temperature su:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Pogodnost akrilnih i bakrenih termometara za dnevne vanjske postavke. Zgrada i okoliš. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Dragi, Richarde. (1987). Ping-pong globus termometri za srednju zračnu temperaturu. H & Eng.,. 60. 10-12.

Kućište je dizajnirano jednostavno, kako bi vrijeme i trud bili što manji. Lako se može izgraditi od standardnih dijelova i komponenti sa samo nekoliko jednostavnih alata i vještina. Ili, za one koji imaju sreće da imaju 3D štampač na usluzi, svi delovi kućišta mogu se štampati i 3D. Za ispis kućišta, ostatak ovog koraka se može preskočiti, a sve potrebne datoteke i upute mogu se pronaći u sljedećem koraku.

Za izradu od standardnih dijelova, za većinu se odabiru dimenzije ugradnje:

• Glavno tijelo je cijev od akrila (PMMA) vanjskog promjera 50 mm, debljine stijenke 5 mm i visine 140 mm.
• Donja ploča, koja služi kao svjetlosni vodič za statusnu LED, je akrilna okrugla ploča promjera 50 mm i debljine 4 mm.
• Čelična okrugla promjera 40 mm i debljine 10 mm ugrađena je kao uteg na donju ploču i stavi se u donji kraj cijevi glavnog tijela kako bi se spriječilo prevrtanje stanice i držala donja ploča na mjestu.
• Gornja ploča se također uklapa u cijev glavnog kućišta. Napravljen je od PMMA i ima promjer 40 mm i debljinu 5 mm.
• Konačno, i gornja usponska cijev je PMMA, s vanjskim promjerom 10 mm, debljinom stijenke 2 mm i dužinom od 50 mm.

Proces proizvodnje i sastavljanja je jednostavan, počevši od nekih rupa za bušenje. Čelična okrugla rupa treba imati 8 mm neprekidnu rupu za postavljanje LED diode i kablova. Za cijev glavnog kućišta potrebno je nekih 6 mm rupa, kao provlačenje kabela za USB i senzorske kabele, te kao otvori za ventilaciju. Broj i položaj rupa mogu se mijenjati prema vašim željama. Programeri su odabrali šest rupa na stražnjoj strani, blizu vrha i dna, te dvije na prednjoj strani, jednu gornju, opet jednu donju, kao referencu.

Gornja ploča je najteži dio. Potrebna mu je centrirana, ravna i kontinuirana cjelina od 12 mm za postavljanje gornje usponske cijevi, još jedna centrirana rupa od 6 mm za postavljanje kabela senzora osvjetljenja i tanak prorez širine približno 1,5 mm i dužine 18 mm koji odgovara vjetru senzor. Za referencu pogledajte slike. I na kraju, lopti za stolni tenis potrebna je i cijela 6 mm, kako bi se uklopila na senzor temperature i kabel.

U sljedećem koraku, svi PMMA dijelovi, osim donje ploče, trebaju biti obojeni sprejom, referenca je bijela. Lopta za stolni tenis mora biti obojena u mat crnu boju kako bi se utvrdile njene procijenjene toplinske i optičke osobine.

Čelična okrugla ploča lijepljena je centrirano i ravno na donju ploču. Gornja usponska cijev je zalijepljena u otvor od 12 mm gornje ploče. Lopta za stolni tenis zalijepljena je na gornji kraj uspona, s otvorom koji odgovara unutrašnjem otvoru cijevi za podizanje, tako da se senzor temperature i kabel mogu nakon toga umetnuti u kuglicu kroz cijev za podizanje.

Ovim korakom svi dijelovi kućišta su spremni za sastavljanje sastavljanjem. Ako neki pristaju preusko, malo ih izbrusite, ako su previše labavi, dodajte tanki sloj trake.

Korak 5: Projektiranje i izrada kućišta - Opcija 2

Dok je opcija 1 za izradu kućišta CoMoS-a još uvijek brza i jednostavna, dopuštanje 3D štampaču da obavi posao moglo bi biti još lakše. Također za ovu opciju, kućište je podijeljeno na tri dijela, gornji dio, tijelo kućišta i donji dio, kako bi se omogućilo jednostavno ožičenje i sastavljanje kako je opisano u sljedećem koraku.

Datoteke i dodatne informacije o postavkama pisača nalaze se u Thingiverseu:

CoMoS datoteke na Thingiverseu

Preporučuje se slijediti upute za korištenje bijelih niti za gornje dijelove i kućište. Time se sprječava prebrzo zagrijavanje kućišta na sunčevoj svjetlosti i izbjegavaju lažna mjerenja. Za donji dio treba upotrijebiti prozirnu nit kako bi se omogućilo osvjetljenje LED indikatora.

Druga varijacija od Opcije 1 je da nedostaje metalna runda. Kako bi se spriječilo prevrtanje CoMoS -a, bilo koju vrstu utega poput kuglica ležaja ili gomile metalnih podložaka treba staviti u/na prozirni donji dio. Dizajniran je s rubovima tako da stane i zadrži određenu težinu. Alternativno, CoMoS se može zalijepiti na mjesto ugradnje pomoću dvostrane trake.

Napomena: Mapa Thingiverse sadrži datoteke za kućište čitača mikro SD kartice koje se mogu montirati na kućište CoMoS. Ovaj slučaj nije obavezan i dio je samostalne verzije opisane u posljednjem koraku ovog uputstva.

Korak 6: Ožičenje i montaža

ESP, senzori, LED i USB kabel su lemljeni i povezani prema shematskom krugu prikazanom na slikama ovog koraka. Dodjela PIN-a koja odgovara kasnije opisanom primjeru koda je:

• 14 - Resetirajte most (EN) - [sivo]
• 17 - WS2811 (LED) - [zeleno]
• 18 - pullup otpornik za DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (jedna žica) - [ljubičasta]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [plavo]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [žuto]
• 25 - BH1750 (V -in) - [smeđe]
• 26 - SI7021 (V -in) - [smeđe]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [smeđe]
• 34 - Senzor vjetra (TMP) - [cijan]
• 35 - Senzor vjetra (RV) - [narančasto]
• VIN - USB kabel (+5V) - [crveno]
• GND - USB kabel (GND) - [crno]

Senzori Si7021, BH1750 i DS18B20+ napajaju se putem IO-pina ESP32. To je moguće jer je njihov maksimalni napon struje ispod maksimalne struje napajanja ESP -a po pinu i neophodan je za mogućnost poništavanja senzora prekidom napajanja u slučaju grešaka u komunikaciji senzora. Za više informacija pogledajte ESP kod i komentare.

Senzori Si7021 i BH1750, isto kao i USB kabel, trebaju biti lemljeni sa kabelima koji su već provučeni kroz namjenske rupe na kućištu kako bi se omogućilo sastavljanje u sljedećem koraku. WAGO kompaktni spojnici za spajanje koriste se za povezivanje uređaja na napajanje putem USB kabela. Svi se napajaju na 5 V DC putem USB -a, koji radi s logičkim nivoom ESP32 na 3, 3 V. Opcionalno, pinovi podataka mikro USB kabela mogu se ponovno spojiti na mikro USB utikač i spojiti na mikro USB ESP -a utičnicu, kao ulaz napajanja i podatkovnu vezu za prijenos koda na ESP32 dok je kućište zatvoreno. Inače, ako je spojen kako je prikazano na shemi, potreban je još jedan netaknuti mikro USB kabel za inicijalni prijenos koda na ESP prije sastavljanja kućišta.

Senzor temperature Si7021 zalijepljen je na stražnju stranu kućišta, blizu dna. Vrlo je važno ovaj senzor pričvrstiti blizu dna kako biste izbjegli lažna očitanja temperature uzrokovana toplinom koja se razvila u kućištu. Za više informacija o ovom pitanju pogledajte korak Epilogue. Senzor osvjetljenja BH1750 je zalijepljen na gornju ploču, a senzor vjetra je umetnut i montiran na prorez na suprotnoj strani. Ako se previše uklapa, malo trake oko središnjeg dijela senzora pomaže mu da ostane u svom položaju. Senzor temperature DS18B20 umetnut je kroz gornji podizač u lopticu za stolni tenis, s konačnim položajem u sredini lopte. Unutrašnjost gornjeg uspona ispunjena je izolacijskom vunom, a donji otvor zabrtvljen je trakom ili vrućim ljepilom, kako bi se spriječio kondukcijski ili konvektivni prijenos topline na globus. LED dioda je pričvršćena u čeličnu okruglu rupu okrenutu prema dolje kako bi osvijetlila donju ploču.

Sve žice, konektori za spajanje i ESP32 ulaze u glavno kućište, a svi dijelovi kućišta sastavljaju se u konačnoj montaži.

Korak 7: Softver - ESP, PHP i MariaDB konfiguracija

ESP32 mikro kontroler može se programirati pomoću Arduino IDE -a i ESP32 Core biblioteke koju pruža Espressif. Na internetu je na raspolaganju mnogo vodiča o tome kako postaviti IDE za ESP32 kompatibilnost, na primjer ovdje.

Nakon postavljanja, priloženi kôd se prenosi na ESP32. Komentira se radi lakšeg razumijevanja, ali neke su ključne značajke:

• Na početku ima odjeljak "korisnička konfiguracija" u kojem se moraju postaviti pojedinačne varijable, poput WiFi ID -a i lozinke, IP servera baze podataka i željena očitanja podataka i period slanja. Također uključuje varijablu "podešavanje nultog vjetra" koja se može koristiti za podešavanje očitanja nulte brzine vjetra na 0 u slučaju nestabilnog napajanja.
• Kôd uključuje prosječne faktore kalibracije koje su autori odredili kalibracijom deset postojećih senzorskih stanica. Pogledajte korak Epilogue za više informacija i moguće individualno prilagođavanje.
• U nekoliko odjeljaka koda uključeno je različito rukovanje greškama. Posebno efikasno otkrivanje i rukovanje komunikacijskim greškama sabirnice koje se često pojavljuju na ESP32 kontrolerima. Opet, pogledajte korak Epilogue za više informacija.
• Ima LED izlaz u boji koji prikazuje trenutno stanje senzorske stanice i sve greške. Za više informacija pogledajte korak Rezultati.

Priložena PHP datoteka mora biti instalirana i dostupna u osnovnoj mapi servera baze podataka, na serverIP/sensor.php. Naziv PHP datoteke i sadržaj rukovanja podacima moraju odgovarati kodu funkcije poziva ESP -a, a s druge strane odgovaraju postavkama tablice baze podataka, kako bi se omogućilo pohranjivanje očitanja podataka. Primjereni kodovi se podudaraju, ali u slučaju da promijenite neke varijable, moraju se promijeniti u cijelom sistemu. PHP datoteka uključuje odjeljak za podešavanje na početku, u kojem se vrše pojedinačna prilagođavanja prema okruženju sistema, posebno korisničko ime i lozinka baze podataka, te naziv baze podataka.

MariaDB ili SQL baza podataka postavljena je na istom poslužitelju, prema postavkama tablice koje se koriste u kodu stanice senzora i PHP skripti. U primjeru koda, ime baze podataka MariaDB je "sensorstation" s tablicom pod nazivom "data", koja sadrži 13 stupaca za UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, i IllumMax.

Grafana platforma za analitiku i praćenje može se dodatno instalirati na server kao opcija za direktnu vizualizaciju baze podataka. Ovo nije ključna značajka ovog razvoja, pa nije dodatno opisano u ovom uputstvu.

Korak 8: Rezultati - čitanje i provjera podataka

Nakon svih ožičenja, sastavljanja, programiranja i postavljanja okoliša, senzorska stanica periodično šalje očitanja podataka u bazu podataka. Dok je napajanje, nekoliko radnih stanja je prikazano kroz donju LED boju:

• Tokom pokretanja LED dioda svijetli žutom bojom kako bi označila vezu na čekanju za WiFi.
• Kada je i dok ste povezani, indikator je plave boje.
• Senzorska stanica pokreće očitanja senzora i periodično ih šalje serveru. Svaki uspješan prijenos označen je impulsom zelenog svjetla od 600 ms.
• U slučaju grešaka, indikator će obojiti crvenu, ljubičastu ili žućkastu boju, ovisno o vrsti greške. Nakon određenog vremena ili broja grešaka, senzorska stanica resetira sve senzore i automatski se ponovo pokreće, što je ponovo označeno žutim svjetlom pri pokretanju. Za više informacija o bojama indikatora pogledajte kod ESP32 i komentare.

Nakon završetka ovog posljednjeg koraka, senzorska stanica radi i radi neprekidno. Do danas je mreža od 10 senzorskih stanica instalirana i radi u prethodno spomenutom pametnom uredskom prostoru Living Lab.

Korak 9: Alternativa: Samostalna verzija

Razvoj CoMoS-a se nastavlja i prvi rezultat ovog tekućeg procesa je samostalna verzija. Ta verzija CoMoS -a ne treba poslužitelj baze podataka i WiFi mrežu za praćenje i snimanje podataka o okolišu.

Nove ključne karakteristike su:

• Očitavanja podataka se čuvaju na internoj mikro SD kartici, u CSV formatu prilagođenom Excelu.
• Integrirana WiFi pristupna točka za pristup CoMoS -u sa bilo kojeg mobilnog uređaja.
• Web aplikacija (interni web poslužitelj na ESP32, nije potrebna internetska veza) za podatke uživo, postavke i pristup pohrani s direktnim preuzimanjem datoteka sa SD kartice, kao što je prikazano na slici i snimkama zaslona u prilogu ovog koraka.

Ovo zamjenjuje WiFi i vezu s bazom podataka, dok sve ostale značajke, uključujući kalibraciju i sav dizajn i konstrukciju, ostaju netaknute u odnosu na izvornu verziju. Ipak, za samostalni CoMoS potrebno je iskustvo i dodatno znanje o pristupu internom sistemu za upravljanje datotekama "SPIFFS" ESP32, te malo svijesti o HTML-u, CSS-u i Javascriptu da biste razumjeli kako web-aplikacija radi. Za rad mu je potrebno još nekoliko / različitih biblioteka.

Molimo provjerite Arduino kôd u zip datoteci u prilogu za potrebne biblioteke i sljedeće reference za dodatne informacije o programiranju i učitavanju u SPIFFS datotečni sistem:

Biblioteka SPIFFS by espressif

Otpremač datoteka SPIFFS od me-no-dev

ESP32WebServer biblioteka od Pedroalbuquerquea

Ova nova verzija bi učinila potpuno novu instrukciju koja bi mogla biti objavljena u budućnosti. No, za sada, posebno za iskusnije korisnike, ne želimo propustiti priliku za razmjenu osnovnih podataka i datoteka koje su vam potrebne za postavljanje.

Brzi koraci za izgradnju samostalnog CoMoS-a:

• Napravite kućište prema prethodnom koraku. Opcionalno, 3D ispišite dodatno kućište za čitač mikro SC kartica koji se može pričvrstiti na kućište CoMoS. Ako nemate na raspolaganju 3D štampač, čitač kartica može se staviti i u glavno kućište CoMoS -a, bez brige.
• Ožičite sve senzore kao što je prethodno opisano, ali dodatno instalirajte i povežite čitač mikro SD kartica (amazon.com) i sat u realnom vremenu DS3231 (adafruit.com) kako je naznačeno u shemi ožičenja priloženoj ovom koraku. Napomena: Igle za pull-up otpornik i oneWire razlikuju se od originalne sheme ožičenja!
• Provjerite Arduino kôd i prilagodite varijable WiFi pristupne tačke "ssid_AP" i "lozinka_AP" prema vlastitim željama. Ako nije podešen, standardni SSID je "CoMoS_AP", a lozinka je "12345678".
• Umetnite mikro SD karticu, otpremite kôd, prenesite sadržaj mape "podaci" na ESP32 pomoću alata za učitavanje datoteka SPIFFS i povežite bilo koji mobilni uređaj s WiFi pristupnom točkom.
• Idite na "192.168.4.1" u svom mobilnom pregledniku i uživajte!

Aplikacija se temelji na html -u, css -u i javascript -u. Lokalno je, nema internetske veze niti je potrebno. Sadrži bočni meni u aplikaciji za pristup stranici za postavljanje i stranici za memoriju. Na stranici za postavljanje možete prilagoditi najvažnije postavke poput lokalnog datuma i vremena, intervala očitavanja senzora itd. Sve postavke bit će trajno pohranjene u internoj memoriji ESP32 i vraćene pri sljedećem pokretanju. Na stranici s memorijom dostupan je popis datoteka na SD kartici. Klikom na naziv datoteke započinje izravno preuzimanje CSV datoteke na mobilni uređaj.

Ova postavka sistema omogućava individualno i daljinsko nadgledanje uslova okoline u zatvorenom prostoru. Sva očitanja senzora pohranjuju se povremeno na SD karticu, a za svaki novi dan stvaraju se nove datoteke. To omogućava kontinuirani rad tjednima ili mjesecima bez pristupa i održavanja. Kao što je već spomenuto, ovo je još uvijek istraživanje i razvoj. Ako ste zainteresirani za dodatne detalje ili pomoć, slobodno se obratite odgovarajućem autoru putem komentara ili direktno putem LinkedIna.

Korak 10: Epilog - poznati problemi i izgledi

Senzorska stanica opisana u ovom uputstvu rezultat je dugog i stalnog istraživanja. Cilj je stvoriti pouzdan, precizan, a opet jeftin senzorski sistem za unutrašnje uslove okoline. Ovo je držalo i nosi neke ozbiljne izazove, od kojih bi najvjerojatnije trebalo spomenuti ovdje:

Preciznost senzora i kalibracija

Svi senzori korišteni u ovom projektu nude relativno visoku preciznost uz niske ili umjerene troškove. Većina je opremljena internim smanjenjem buke i digitalnim sučeljima sabirnice za komunikaciju, smanjujući potrebu za kalibracijom ili podešavanjem nivoa. U svakom slučaju, budući da su senzori instalirani u ili na kućištu s određenim atributima, autori su izvršili kalibraciju cijele senzorske stanice, što je ukratko prikazano u priloženim slikama. Ukupno deset jednako izgrađenih senzorskih stanica testirano je u definiranim uvjetima okoline u usporedbi s TESTO 480 profesionalnim zatvorenim senzorom klime. Iz ovih ispitivanja su utvrđeni faktori kalibracije uključeni u primjer koda. Omogućuju jednostavnu kompenzaciju utjecaja kućišta i elektronike na pojedinačne senzore. Da bi se postigla najveća preciznost, preporučuje se pojedinačna kalibracija za svaku senzorsku stanicu. Kalibracija ovog sistema je drugi fokus istraživanja autora, osim razvoja i konstrukcije opisane u ovom uputstvu. O tome se govori u dodatnoj, povezanoj publikaciji, koja je još uvijek u recenziji i bit će povezana ovdje čim se pojavi na mreži. Više informacija o ovoj temi potražite na web stranici autora.

Stabilnost rada ESP32

Nisu sve biblioteke senzora zasnovane na Arduinu korištene u ovom kodu potpuno kompatibilne s ESP32 pločom. O ovom pitanju se raspravljalo na mnogo mjesta na internetu, posebno u pogledu stabilnosti I2C i OneWire komunikacije. U ovom razvoju, izvedeno je novo, kombinirano otkrivanje grešaka i rukovanje njima, zasnovano na napajanju senzora direktno kroz IO pinove ESP32 kako bi se omogućilo prekidanje njihovog napajanja za potrebe resetovanja. Iz današnje perspektive, ovo rješenje nije prezentirano ili se o njemu široko ne raspravlja. Rođena je iz potrebe, ali do danas radi bez problema za periode rada od nekoliko mjeseci i duže. Ipak, to je još uvijek tema istraživanja.

Outlook

Zajedno s ovim uputstvom, autori izvode daljnje pisane publikacije i prezentacije na konferencijama kako bi proširili razvoj i omogućili široku i otvorenu aplikaciju. U međuvremenu se nastavljaju istraživanja radi daljnjeg poboljšanja senzorske stanice, posebno u pogledu dizajna i proizvodnosti sistema, te kalibracije i verifikacije sistema. Ovo uputstvo se može ažurirati o važnim budućim dostignućima, ali za sve najnovije informacije posjetite web stranicu autora ili kontaktirajte autore direktno putem LinkedIna:

odgovarajući autor: Mathias Kimmling

drugi autor: Konrad Lauenroth

mentor istraživanja: prof. Sabine Hoffmann

Druga nagrada po prvi put Autor