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

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-13 06:57

Ova uputa opisuje projektiranje i izgradnju takozvane Comfort Monitoring Station CoMoS, kombiniranog senzorskog uređaja za vanjske uvjete, 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 (osjetnik 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 vizualnog stanja. Svi se podaci senzora povremeno čitaju i šalju putem Wi-Fi-a na poslužitelj baze podataka, odakle se mogu koristiti za nadzor i upravljanje.

Motivacija ovog razvoja je nabaviti jeftinu, ali vrlo moćnu alternativu laboratorijskim senzorskim uređajima, koji su obično po cijeni većoj od 3000 €. Nasuprot tome, CoMoS koristi hardver čija je ukupna cijena oko 50 € te se stoga može sveobuhvatno primijeniti u (uredskim) zgradama za utvrđivanje individualnog toplinskog i vizualnog stanja u stvarnom vremenu na svakom pojedinom 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 autorski kontakti navedeni su na kraju ovog uputstva.

Strukturna napomena: Ova uputa opisuje izvorno postavljanje CoMoS-a, ali također pruža informacije i upute za nekoliko varijacija koje smo nedavno razvili: Osim izvornog kućišta izrađenog od standardnih dijelova, postoji i opcija 3D ispisa. Osim izvornog uređaja s vezom s poslužiteljem 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.

Osobna 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 tijekom koraka nedostaju pojedinosti ili informacije.

Korak 1: Pozadina - toplinska i vizualna udobnost

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

Iako pojedini čimbenici ostaju neizvjesni u smislu kontrole grijanja i hlađenja, fizički se čimbenici mogu točno odrediti senzorskim uređajima. Temperatura zraka, relativna vlažnost, brzina zraka i temperatura globusa mogu se mjeriti i koristiti kao izravan ulaz za kontrolu zgrade. Nadalje, u detaljnijem pristupu, oni se mogu koristiti kao ulazni podaci za izračun tzv. PMV-indeksa, gdje PMV označava predviđeni srednji glas. Opisuje kako bi ljudi u prosjeku ocijenili svoj toplinski osjećaj u datim uvjetima okoline. 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. S CoMoS -om se mogu mjeriti svi parametri okoline potrebni za izračun 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 toplinskog okoliša

NPH ASHRAE

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

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

Pametni uredski prostor Living Lab: personalizirano okruženje

Kalifornijsko sveučilište, Berkeley

Izvješće ZEN -a o osobnim grijačima i rashladnim uređajima [PDF]

SBRC Sveučilište u Wollongongu

Korak 2: Shema sustava

Jedan od glavnih ciljeva u razvojnom procesu bio je stvaranje bežičnog, kompaktnog i jeftinog senzorskog uređaja za mjerenje unutarnjih okolišnih uvjeta na najmanje deset pojedinačnih radnih mjesta u danom otvorenom uredskom prostoru. Stoga stanica koristi ESP32-WROOM-32 s ugrađenom WiFi vezom i s velikim izborom priključaka i podržanih tipova 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 poslužitelju baze podataka. Po želji se može instalirati i vizualni izlaz Grafana jednostavan za korištenje.

Gornja shema prikazuje raspored svih perifernih komponenti kao pregled postavljanja sustava, ali ovo uputstvo usredotočuje se na samu stanicu senzora. Naravno, kasnije se uključuje i PHP datoteka i opis SQL veze radi pružanja svih potrebnih informacija za izgradnju, povezivanje i korištenje 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: Popis 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 status (adafruit.com) [E]
• Senzor osvjetljenja BH1750 (amazon.de) [F]

Više 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 tim 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]

Razno

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

Alati

• Bušilica
• Bušilica za krađu 8 mm
• Bušilica za drvo/plastiku 6 mm
• Bušilica za drvo/plastiku 12 mm
• Tanka ručna pila
• Šmirgl papir
• Kliješta za rezanje žice
• Skidač žice
• Lemilo i lim
• Power-ljepilo ili pištolj za vruće ljepilo

Softver i knjižnice (Brojevi označavaju verzije knjižnica s kojima smo koristili i testirali hardver. Novije knjižnice trebale bi također raditi, ali povremeno smo se suočavali s nekim problemima prilikom isprobavanja različitih / novijih verzija.)

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

Korak 4: Projektiranje i izrada kućišta - opcija 1

CoMoS -ov dizajn odlikuje se tankim, okomitim kućištem s većinom senzora postavljenim u gornjoj zoni, s samo senzorom temperature i vlažnosti pri dnu. Položaji i raspored senzora slijede posebne zahtjeve mjernih varijabli:

• Senzor temperature i vlage Si7021 postavljen je izvan kućišta, blizu njegova dna, kako bi se omogućila slobodna cirkulacija zraka oko senzora i smanjio utjecaj otpadne topline koju mikrokontroler razvija u kućištu.
• Senzor osvjetljenja BH1750 montiran je na ravni gornji dio kućišta za mjerenje osvjetljenja na vodoravnoj površini prema uobičajenim standardima za osvjetljenje radnog mjesta.
• Senzor vjetra Rev. C također je montiran na vrhu kućišta, a njegova elektronika skrivena je unutar kućišta, ali njegovi zupci, koji nose stvarni termometar i senzor temperature, izloženi su zraku oko vrha.
• Senzor temperature DS18B20 postavljen je na samom vrhu stanice, unutar crno obojene loptice za stolni tenis. Položaj na vrhu neophodan je za smanjenje čimbenika pogleda, a time i radijacijskog utjecaja 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 temperaturu zračenja. 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 pisač na usluzi, svi dijelovi kućišta mogu se ispisati 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 akrilna (PMMA) cijev vanjskog promjera 50 mm, debljine stijenke 5 mm i visine 140 mm.
• Donja ploča, koja služi kao svjetlosni vodič za statusnu LED, okrugla je akrilna 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 postaje i držala donja ploča na mjestu.
• Gornja ploča također se uklapa u cijev glavnog tijela. 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 duljinom od 50 mm.

Proces proizvodnje i sastavljanja je jednostavan, počevši od nekih rupa za bušenje. Čelična okrugla treba neprekidnu rupu od 8 mm za postavljanje LED diode i kabela. Za cijev glavnog kućišta potrebno je otvora od 6 mm, za provlačenje kabela za USB i senzorske kabele te za ventilacijske otvore. Broj i položaj rupa može 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 cijela cijev od 12 mm za postavljanje gornje usponske cijevi, još jedna centrirana rupa od 6 mm za postavljanje kabela osjetnika osvjetljenja i tanak prorez širine otprilike 1,5 mm i dužine 18 mm za prilagođavanje vjetru senzor. Za referencu pogledajte slike. I na kraju, lopta za stolni tenis također treba cijelu 6 mm da stane na senzor temperature i kabel.

U sljedećem koraku svi dijelovi PMMA -e, osim donje ploče, trebaju biti obojeni sprejom, referenca je bijela. Lopta za stolni tenis mora biti obojana 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 zalijepljena je u otvor od 12 mm gornje ploče. Lopta za stolni tenis zalijepljena je na gornji kraj uspona, s rupom koja se podudara s unutarnjim otvorom usponske cijevi, tako da se senzor temperature i kabel mogu naknadno umetnuti u loptu kroz cijev uspona.

Ovim korakom svi su dijelovi kućišta 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-pisaču 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

Slijedite upute za uporabu bijelih niti za gornje dijelove i dijelove kućišta. 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 okrugla. Kako bi se spriječilo prevrtanje CoMoS -a, bilo koju vrstu utega poput ležajnih kuglica ili hrpe metalnih podložaka treba staviti u/na prozirni donji dio. Dizajniran je s rubom 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 kartica 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 spojeni 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 opskrbe strujom ESP -a po pinu i neophodan je za mogućnost resetiranja senzora prekidom napajanja u slučaju komunikacijskih grešaka senzora. Za više informacija pogledajte ESP kod i komentare.

Senzori Si7021 i BH1750, isto kao i USB kabel, trebaju biti lemljeni s kabelima koji su već provučeni kroz namjenske rupe na kućištu kako bi se omogućilo sastavljanje u sljedećem koraku. WAGO kompaktni spojnici za spajanje služe za spajanje uređaja na napajanje putem USB kabela. Svi se napajaju na 5 V DC putem USB -a, koji radi s logičkom razinom ESP32 na 3, 3 V. Opcionalno, podatkovni pinovi mikro USB kabela mogu se ponovno spojiti na mikro USB utikač i spojiti na mikro USB ESP -a utičnicu, kao ulaz energije 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 početni 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 problemu pogledajte korak Epilogue. Senzor osvjetljenja BH1750 zalijepljen je 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. Unutarnji dio gornjeg uspona ispunjen je izolacijskom vunom, a donji otvor zabrtvljen je trakom ili vrućim ljepilom, kako bi se spriječio prijenos vodila ili konvekcije topline na globus. LED dioda je pričvršćena u čeličnu okruglu rupu okrenutu prema dolje kako bi osvijetlila donju ploču.

Sve žice, priključci 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

Mikro kontroler ESP32 može se programirati pomoću Arduino IDE -a i biblioteke ESP32 Core 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, kao što su WiFi ID i lozinka, IP poslužitelja baze podataka te željena očitanja podataka i razdoblje slanja. Također uključuje varijablu "nulte prilagodbe vjetra" koja se može koristiti za podešavanje očitanja nulte brzine vjetra na 0 u slučaju nestabilnog napajanja.
• Kôd uključuje prosječne kalibracijske faktore koje su autori odredili kalibracijom deset postojećih senzorskih stanica. Za više informacija i moguću individualnu prilagodbu pogledajte korak Epilogue.
• U nekoliko odjeljaka koda uključeno je različito postupanje s pogreškama. Posebno učinkovito 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 postaje i sve pogreške. Za više informacija pogledajte korak Rezultati.

Priložena PHP datoteka mora biti instalirana i dostupna u korijenskoj mapi poslužitelja baze podataka, na poslužiteljuIP/sensor.php. Naziv PHP datoteke i sadržaj rukovanja podacima moraju odgovarati kodu pozivne funkcije ESP -a, a s druge strane odgovaraju postavkama tablice baze podataka, kako bi se omogućilo pohranjivanje očitanja podataka. Primjeri kodova u prilogu se podudaraju, ali u slučaju da promijenite neke varijable, moraju se promijeniti u cijelom sustavu. PHP datoteka uključuje odjeljak za podešavanje na početku, u kojem se vrše pojedinačna prilagođavanja prema okolini sustava, posebno korisničko ime i lozinka baze podataka, te naziv baze podataka.

MariaDB ili SQL baza podataka postavljena je na istom poslužitelju, prema postavci tablice koja se koristi u kodu stanice senzora i PHP skripti. U primjeru koda naziv 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 analizu i nadzor može se dodatno instalirati na poslužitelj kao opcija za izravnu 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 zaštite okoliša, senzorska stanica periodično šalje očitanja podataka u bazu podataka. Dok je napajano, kroz donju LED boju prikazuje se nekoliko radnih stanja:

• Tijekom 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 povremeno ih šalje poslužitelju. Svaki uspješan prijenos označen je impulsom zelenog svjetla od 600 ms.
• U slučaju pogrešaka, indikator će, prema vrsti pogreške, dobiti crvenu, ljubičastu ili žućkastu boju. Nakon određenog vremena ili broja pogrešaka, senzorska stanica resetira sve senzore i automatski se ponovno pokreće, što je ponovno označeno žutim svjetlom pri pokretanju. Više informacija o bojama indikatora potražite u ESP32 kodu i komentarima.

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 značajke su:

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

Time se zamjenjuje WiFi i veza 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 daljnje znanje o pristupu internom sustavu 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 knjižnica.

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

Biblioteka SPIFFS by espressif

Prenosilac datoteke SPIFFS od me-no-dev

Knjižnica ESP32WebServer od Pedroalbuquerquea

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

Brzi koraci za izgradnju samostalnog CoMoS-a:

• Napravite kućište prema prethodnom koraku. Opcijski, 3D ispišite dodatno kućište za čitač mikro SC kartica koji će se pričvrstiti na kućište CoMoS. Ako nemate na raspolaganju 3D pisač, 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 stvarnom vremenu DS3231 (adafruit.com) kako je naznačeno u shemi ožičenja priloženoj ovom koraku. Napomena: Igle za pull-up otpornik i oneWire razlikuju se od izvorne sheme ožičenja!
• Provjerite Arduino kôd i prilagodite varijable pristupne točke WiFi "ssid_AP" i "lozinka_AP" prema vašim osobnim željama. Ako nije podešen, standardni SSID je "CoMoS_AP", a lozinka je "12345678".
• Umetnite mikro SD karticu, učitajte kôd, prenesite sadržaj mape "podaci" na ESP32 pomoću alata za prijenos 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 izbornik 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 će postavke biti trajno spremljene u internu memoriju 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 sustava omogućuje pojedinačno i daljinsko praćenje stanja unutarnje okoline. Sva očitanja senzora povremeno se spremaju na SD karticu, a za svaki novi dan stvaraju se nove datoteke. To omogućuje kontinuirani rad tjednima ili mjesecima bez pristupa i održavanja. Kao što je već spomenuto, ovo je još uvijek u tijeku istraživanje i razvoj. Ako ste zainteresirani za dodatne pojedinosti ili pomoć, slobodno se obratite odgovarajućem autoru putem komentara ili izravno 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 sustav za unutarnje okolišne uvjete. To je držalo i nosi neke ozbiljne izazove, od kojih najvjerojatnije treba spomenuti ovdje:

Točnost senzora i kalibracija

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

Stabilnost rada ESP32

Nisu sve knjižnice senzora zasnovane na Arduinu korištene u ovom kodu potpuno kompatibilne s ESP32 pločom. O ovom pitanju se na mnogo mjesta na internetu raspravljalo, posebno u pogledu stabilnosti I2C i OneWire komunikacije. U tom razvoju provodi se novo, kombinirano otkrivanje grešaka i rukovanje njima, temeljeno na napajanju senzora izravno preko IO pinova ESP32 kako bi se omogućilo prekidanje njihovog napajanja za potrebe resetiranja. Iz današnje perspektive, ovo rješenje nije prezentirano ili se o njemu široko ne raspravlja. Nastao je iz potrebe, ali do danas radi glatko tijekom razdoblja rada od nekoliko mjeseci i duže. Ipak, to je još uvijek tema istraživanja.

Outlook

Zajedno s ovim uputstvom, autori provode daljnje pisane publikacije i prezentacije na konferencijama kako bi proširili razvoj i omogućili široku i otvorenu aplikaciju. U međuvremenu se nastavlja s istraživanjem radi daljnjeg poboljšanja senzorske postaje, posebno u pogledu dizajna i proizvodnosti sustava, te umjeravanja i provjere sustava. Ova se instrukcija može ažurirati o važnim budućim razvojima, ali za sve najnovije informacije posjetite web stranicu autora ili kontaktirajte autore izravno putem LinkedIna:

odgovarajući autor: Mathias Kimmling

drugi autor: Konrad Lauenroth

mentorica istraživanja: prof. Sabine Hoffmann

Druga nagrada po prvi put Autor