Jak vybudovat senzorovou stanici sledování pohodlí: 10 kroků (s obrázky)

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

Tento návod popisuje návrh a konstrukci takzvané Comfort Monitoring Station CoMoS, kombinovaného senzorového zařízení pro okolní podmínky, které bylo vyvinuto na oddělení Built Environment na TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Německo.

CoMoS používá regulátor ESP32 a senzory pro teplotu a relativní vlhkost vzduchu (Si7021), rychlost vzduchu (snímač větru rev. C od Modern Device) a teplotu zeměkoule (DS18B20 v černé žárovce), vše v kompaktním a snadno přístupném stavitelné pouzdro s vizuální zpětnou vazbou prostřednictvím LED indikátoru (WS2812B). Kromě toho je součástí dodávky senzor osvětlení (BH1750) pro analýzu místních vizuálních podmínek. Všechna data ze senzorů jsou pravidelně čtena a odesílána přes Wi-Fi na databázový server, odkud je lze použít k monitorování a ovládání.

Motivací tohoto vývoje je získat levnou, ale velmi výkonnou alternativu k laboratorním senzorovým zařízením, která jsou obvykle za cenu vyšší než 3 000 EUR. Naproti tomu CoMoS využívá hardware v celkové ceně kolem 50 EUR, a proto může být komplexně nasazen v (kancelářských) budovách pro stanovení individuálních tepelných a vizuálních podmínek v reálném čase na každém jednotlivém pracovišti nebo části budovy.

Další informace o našem výzkumu a související práci na oddělení najdete na oficiálních webových stránkách chytrých kancelářských prostor Living Lab nebo kontaktujte příslušného autora přímo prostřednictvím LinkedIn. Kontakty všech autorů jsou uvedeny na konci tohoto pokynu.

Strukturální poznámka: Tento návod popisuje původní nastavení CoMoS, ale také poskytuje informace a pokyny pro několik variant, které jsme nedávno vyvinuli: Kromě původního pouzdra postaveného ze standardních dílů je k dispozici také možnost 3D tisku. A kromě původního zařízení s připojením k databázovému serveru existuje alternativní samostatná verze s úložištěm na kartu SD, integrovaným přístupovým bodem WIFi a efektní mobilní aplikací pro vizualizaci údajů ze senzorů. Zkontrolujte prosím možnosti označené v příslušných kapitolách a samostatnou možnost v závěrečné kapitole.

Osobní poznámka: Toto je autorův první pokyn a pokrývá celkem podrobné a složité nastavení. Neváhejte nás kontaktovat prostřednictvím sekce komentářů na této stránce, e-mailem nebo prostřednictvím LinkedIn, pokud v průběhu kroků chybí nějaké podrobnosti nebo informace.

Krok 1: Pozadí - tepelný a vizuální komfort

Tepelný a vizuální komfort se stávají stále důležitějšími tématy, zejména v kancelářském a pracovním prostředí, ale také v rezidenčním sektoru. Hlavní výzvou v této oblasti je, že tepelné vnímání jednotlivců se často liší v širokém rozsahu. Jedna osoba se může cítit horká v určitých tepelných podmínkách, zatímco jiná osoba cítí chlad ve stejné. Je to proto, že individuální tepelné vnímání je ovlivněno mnoha faktory, včetně fyzikálních faktorů teploty vzduchu, relativní vlhkosti, rychlosti vzduchu a sálavé teploty okolních povrchů. Tepelné vnímání ovlivňuje také oblečení, metabolická aktivita a individuální aspekt věku, pohlaví, tělesné hmotnosti a dalších.

Zatímco jednotlivé faktory zůstávají nejistotou, pokud jde o ovládání vytápění a chlazení, fyzikální faktory lze přesně určit pomocí senzorových zařízení. Teplotu vzduchu, relativní vlhkost, rychlost vzduchu a teplotu zeměkoule lze měřit a používat jako přímý vstup do řízení budov. Dále, v podrobnějším přístupu, mohou být použity jako vstup pro výpočet takzvaného PMV-indexu, kde PMV znamená Predicated Mean Vote. Popisuje, jak by průměrní lidé pravděpodobně hodnotili svůj tepelný pocit za daných podmínek okolní místnosti. PMV může nabývat hodnot od -3 (studený) do +3 (horký), přičemž 0 je neutrální stav.

Proč zde zmiňujeme tu věc PMV? Protože v oblasti osobního pohodlí je to běžně používaný index, který může sloužit jako kritérium kvality pro tepelnou situaci v budově. A pomocí CoMoS lze měřit všechny okolní parametry potřebné pro výpočet PMV.

Pokud vás to zajímá, dozvíte se více o tepelném komfortu, kontextu zeměkoule a střední zářivé teplotě, indexu PMV a implementujícím standardu ASHRAE na

Wikipedia: Tepelný komfort

ISO 7726 Ergonomie tepelného prostředí

ASHRAE NPO

Mimochodem: Existuje mnoho existujících, ale také spousta nově vyvinutých přístrojů v oblasti přizpůsobeného prostředí, které poskytují individuální tepelný a vizuální komfort. Známým příkladem jsou malí fanoušci stolních počítačů. Ale také se vyvíjejí nebo dokonce již jsou na trhu k dispozici ohřívače nohou, vyhřívané a větrané židle nebo kancelářské příčky pro infračervené radiační vytápění a chlazení. Všechny tyto technologie ovlivňují místní tepelné podmínky, například na pracovišti, a lze je také automaticky ovládat na základě údajů místních senzorů, jak je znázorněno na obrázcích tohoto kroku.

Další informace o miniaplikacích přizpůsobeného prostředí a probíhajícím výzkumu jsou k dispozici na

Chytré kancelářské prostory Living Lab: přizpůsobené prostředí

Kalifornská univerzita, Berkeley

ZEN zpráva o osobních topných a chladicích zařízeních [PDF]

SBRC University of Wollongong

Krok 2: Systémové schéma

Jedním z hlavních cílů v procesu vývoje bylo vytvoření bezdrátového, kompaktního a levného senzorového zařízení pro měření vnitřních podmínek prostředí alespoň deseti jednotlivých pracovišť v daném otevřeném kancelářském prostoru. Stanice proto používá ESP32-WROOM-32 s integrovaným WiFi připojením a širokou škálou konektorových pinů a podporovaných typů sběrnic pro všechny druhy senzorů. Senzorové stanice používají samostatný IoT-WiFi a odesílají své údaje do databáze MariaDB prostřednictvím skriptu PHP, který běží na databázovém serveru. Volitelně lze také nainstalovat snadno použitelný vizuální výstup Grafana.

Výše uvedené schéma ukazuje uspořádání všech periferních komponent jako přehled nastavení systému, ale tento návod se zaměřuje na samotnou senzorovou stanici. Soubor PHP a popis připojení SQL jsou samozřejmě zahrnuty také později, aby poskytly všechny potřebné informace k sestavení, připojení a používání CoMoS.

Poznámka: na konci tohoto pokynu najdete pokyny, jak vytvořit alternativní samostatnou verzi CoMoS s úložištěm na SD kartě, interním přístupovým bodem WiFi a webovou aplikací pro mobilní zařízení.

Krok 3: Seznam dodávek

Elektronika

Senzory a ovladač, jak je znázorněno na obrázku:

• Mikroprocesor ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Senzor teploty a vlhkosti Si7021 nebo GY21 (adafruit.com) [B]
• Teplotní senzor DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Senzor rychlosti vzduchu Rev C. (moderndevice.com) [D]
• Stavová LED WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Senzor osvětlení BH1750 (amazon.de) [F]

Další elektrické díly:

• 4, 7k výsuvný odpor (adafruit.com)
• Standardní drát 0, 14 mm² (nebo podobný) (adafruit.com)
• 2x Wago kompaktní spojovací konektory (wago.com)
• Micro USB kabel (sparkfun.com)

Části pouzdra (Podrobnější informace o těchto částech a velikostech najdete v dalším kroku. Pokud máte k dispozici 3D tiskárnu, potřebujete pouze míč na stolní tenis. Přeskočte další krok a v kroku 5 najděte všechny informace a soubory pro tisk.)

• Akrylová deska kulatá 50x4 mm [1]
• Ocelový plech kulatý 40x10 mm [2]
• Akrylová trubka 50x5x140 mm [3]
• Akrylová deska kulatá 40x5 mm [4]
• Akrylová trubka 12x2x50 mm [5]
• Míček na stolní tenis [6]

Smíšený

• Bílá barva ve spreji
• Černý matný sprej
• Nějaká páska
• Trochu izolační vlny, vatový tampon nebo cokoli podobného

Nástroje

• Elektrická vrtačka
• 8 mm vrták
• 6 mm vrták do dřeva/plastu
• 12 mm vrták do dřeva/plastu
• Tenká ruční pila
• Smirkový papír
• Kleště na řezání drátu
• Odstraňovač drátů
• Páječka a cín
• Power-lepidlo nebo horké lepidlo

Software a knihovny (Čísla udávají verze knihoven, které jsme použili a s nimiž jsme testovali hardware. Novější knihovny by také měly fungovat, ale při zkoušení různých / novějších verzí jsme se občas potýkali s problémy.)

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

Krok 4: Návrh a konstrukce pouzdra - možnost 1

Design CoMoS je vybaven tenkým, svislým pouzdrem, přičemž většina senzorů je umístěna v horní části, přičemž pouze snímač teploty a vlhkosti je umístěn ve spodní části. Pozice a uspořádání senzorů se řídí specifickými požadavky měřených veličin:

• Senzor teploty a vlhkosti Si7021 je namontován mimo pouzdro, poblíž jeho dna, aby umožňoval volnou cirkulaci vzduchu kolem snímače a minimalizoval vliv odpadního tepla vyvíjeného mikrokontrolérem uvnitř pouzdra.
• Senzor osvětlení BH1750 je namontován na ploché horní části skříně pro měření osvětlení na vodorovném povrchu, jak to vyžadují společné standardy pro osvětlení pracoviště.
• V horní části skříně je také namontován snímač větru Rev.
• Teplotní senzor DS18B20 je namontován na samém vrcholu stanice, uvnitř černě malovaného míčku na stolní tenis. Poloha nahoře je nezbytná k minimalizaci faktorů pohledu a tedy radiačního vlivu samotné senzorové stanice na měření teploty zeměkoule.

Další zdroje o průměrné zářivé teplotě a používání černých míčků na stolní tenis jako globálních teplotních senzorů jsou:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Vhodnost teploměrů z akrylového a měděného glóbu pro denní venkovní nastavení. Budova a životní prostředí. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Vážený, Richarde. (1987). Ping-pongové teploměry pro střední zářivou teplotu. H & Eng.,. 60. 10-12.

Pouzdro je navrženo jednoduše, aby doba výroby a úsilí byly co nejnižší. Lze jej snadno sestavit ze standardních dílů a komponent pomocí několika jednoduchých nástrojů a dovedností. Nebo pro ty, kteří mají to štěstí, že mají k dispozici 3D tiskárnu, mohou být všechny části skříně vytištěny také 3D. Při tisku případu lze zbytek tohoto kroku přeskočit a všechny požadované soubory a pokyny najdete v dalším kroku.

Pro konstrukci ze standardních dílů jsou pro většinu z nich zvoleny montážní rozměry:

• Hlavním tělesem je akrylátová (PMMA) trubka o vnějším průměru 50 mm, tloušťce stěny 5 mm a výšce 140 mm.
• Spodní deska, která slouží jako světelný vodič pro stavovou LED, je akrylová kulatá deska o průměru 50 mm a tloušťce 4 mm.
• Ocelové kolo o průměru 40 mm a tloušťce 10 mm je instalováno jako závaží na horní část spodní desky a zapadá do spodního konce trubky hlavního tělesa, aby se zabránilo převržení stanice a aby spodní deska držela na místě.
• Horní deska se vejde i do hlavní trubice těla. Je vyroben z PMMA a má průměr 40 mm a tloušťku 5 mm.
• Konečně, horní stoupací trubka je také PMMA, s vnějším průměrem 10 mm, tloušťkou stěny 2 mm a délkou 50 mm.

Proces výroby a montáže je jednoduchý, počínaje několika otvory k vyvrtání. Ocelový kruh potřebuje 8 mm souvislý otvor, aby se vešel do LED a kabelů. Hlavní trubka těla potřebuje asi 6 mm otvory, jako kabelové průchodky pro kabely USB a senzory a jako větrací otvory. Počet a pozice otvorů se mohou lišit podle vašich preferencí. Výběr vývojářů je šest otvorů na zadní straně, blízko horní a dolní části, a dva na přední straně, jeden horní, jeden opět spodní, jako reference.

Horní deska je nejsložitější částí. Potřebuje vystředěný, rovný a souvislý 12 mm celek, aby se vešel do horní stoupací trubice, další vycentrovaný 6 mm otvor, aby se vešel do kabelu senzoru osvětlení, a tenkou štěrbinu o šířce přibližně 1, 5 mm a délce 18 mm, aby odpovídala větru senzor. Viz obrázky pro referenci. A nakonec míček na stolní tenis potřebuje také celek 6 mm, aby se do něj vešlo čidlo teploty a kabel zeměkoule.

V dalším kroku by měly být všechny části PMMA, kromě spodní desky, nastříkány barvou, reference je bílá. Stolní tenisový míček musí být natřen matnou černou barvou, aby se stanovily jeho odhadované tepelné a optické vlastnosti.

Ocelové kolo je nalepeno na střed a ploché ke spodní desce. Horní stoupací trubka je nalepena do otvoru 12 mm v horní desce. Míč na stolní tenis je nalepen na horním konci stoupačky, přičemž jeho otvor odpovídá vnitřnímu otvoru stoupací trubice, takže teplotní senzor a kabel lze do míče následně zasunout stoupací trubkou.

Tímto krokem jsou všechny části pouzdra připraveny k sestavení jejich spojením. Pokud jsou některé příliš těsné, trochu je přebruste, pokud jsou příliš volné, přidejte tenkou vrstvu pásky.

Krok 5: Návrh a konstrukce pouzdra - možnost 2

Zatímco možnost 1 stavby skříně CoMoS je stále rychlá a jednoduchá, nechat práci 3D tiskárny může být ještě jednodušší. Také u této možnosti je pouzdro rozděleno na tři části, horní část, tělo pouzdra a spodní část, což umožňuje snadné zapojení a montáž, jak je popsáno v dalším kroku.

Soubory a další informace o nastavení tiskárny jsou k dispozici na webu Thingiverse:

Soubory CoMoS na Thingiverse

Důrazně doporučujeme dodržovat pokyny k použití bílého vlákna pro horní část těla a části těla. Tím se zabrání příliš rychlému zahřátí pouzdra na slunci a zamezí se falešným měřením. Ve spodní části by mělo být použito průhledné vlákno, které umožní osvětlení indikátoru LED.

Další variace z možnosti 1 je, že chybí kovové kolo. Aby se zabránilo převrhnutí CoMoS, měl by být do/na průhlednou spodní část umístěn jakýkoli druh závaží, jako jsou ložiskové koule nebo svazek kovových podložek. Je navržen s okrajem kolem, aby se vešel a udržel nějakou váhu. Alternativně lze CoMoS přilepit na místo instalace pomocí oboustranné pásky.

Poznámka: Složka Thingiverse obsahuje soubory pro pouzdro čtečky karet micro SD, které lze připojit k pouzdru CoMoS. Tento případ je volitelný a je součástí samostatné verze popsané v posledním kroku tohoto pokynu.

Krok 6: Zapojení a montáž

ESP, senzory, LED a USB kabel jsou připájeny a připojeny podle schématického obvodu zobrazeného na obrázcích tohoto kroku. Přiřazení PIN odpovídající ukázkovému kódu popsanému dále je:

• 14 - Resetovací můstek (EN) - [šedá]
• 17 - WS2811 (LED) - [zelená]
• 18 - vytahovací odpor pro DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (jeden vodič) - [fialový]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [modrá]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [žlutý]
• 25 - BH1750 (V -in) - [hnědý]
• 26 - SI7021 (V -in) - [hnědý]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [hnědý]
• 34 - Čidlo větru (TMP) - [azurová]
• 35 - Čidlo větru (RV) - [oranžová]
• VIN - USB kabel (+5V) - [červený]
• GND - USB kabel (GND) - [černý]

Senzory Si7021, BH1750 a DS18B20+ jsou napájeny přes IO-pin ESP32. To je možné, protože jejich maximální proudový tah je pod maximálním proudovým napájením ESP na pin a je nutné, aby bylo možné resetovat senzory odpojením jejich napájení v případě chyb komunikace senzoru. Další informace najdete v kódu ESP a komentářích.

Senzory Si7021 a BH1750, stejně jako kabel USB, by měly být pájeny s kabely, které již byly protaženy vyhrazenými otvory v pouzdře, což umožňuje montáž v dalším kroku. Kompaktní spojovací konektory WAGO se používají k připojení zařízení k napájení pomocí kabelu USB. Všechny jsou napájeny 5 V DC přes USB, které pracuje s logickou úrovní ESP32 na 3, 3 V. Volitelně lze datové piny kabelu micro USB znovu připojit ke konektoru micro USB a připojit k mikro USB ESP zásuvka, jako napájení a datové připojení pro přenos kódu do ESP32, když je skříň zavřená. Jinak, pokud je připojen, jak je znázorněno na schématu, je zapotřebí jiný neporušený kabel micro USB pro počáteční přenos kódu do ESP před sestavením pouzdra.

Teplotní senzor Si7021 je nalepen na zadní straně pouzdra, blízko spodní části. Je velmi důležité připojit tento snímač blízko dna, aby se zabránilo falešným odečtům teploty způsobeným teplem vyvíjeným uvnitř pouzdra. Další informace o tomto problému najdete v kroku Epilog. Senzor osvětlení BH1750 je nalepen na horní desku a senzor větru je zasunut a namontován do štěrbiny na opačné straně. Pokud se to příliš ztrácí, trochu pásky kolem střední části senzoru pomáhá udržet ji na místě. Teplotní senzor DS18B20 je zasunut skrz horní stoupačku do míčku na stolní tenis s konečnou polohou uprostřed míče. Vnitřek horní stoupačky je vyplněn izolační vlnou a spodní otvor je utěsněn páskou nebo horkým lepidlem, aby se zabránilo vodivému nebo konvekčnímu přenosu tepla do zeměkoule. LED dioda je připevněna do ocelového kulatého otvoru směrem dolů, aby osvětlila spodní desku.

Všechny vodiče, spojovací konektory a ESP32 procházejí uvnitř hlavní skříně a všechny části pouzdra jsou sestaveny do konečné sestavy.

Krok 7: Software - Konfigurace ESP, PHP a MariaDB

Mikroprocesor ESP32 lze naprogramovat pomocí Arduino IDE a knihovny ESP32 Core od Espressif. Na internetu je k dispozici spousta návodů, jak například nastavit IDE pro kompatibilitu s ESP32, například zde.

Po nastavení se přiložený kód přenese do ESP32. Je snadno pochopitelný, ale obsahuje několik klíčových funkcí:

• Na začátku má sekci „uživatelská konfigurace“, ve které je třeba nastavit jednotlivé proměnné, jako je WiFi ID a heslo, IP databázového serveru a požadovaná čtení dat a období odesílání. Obsahuje také proměnnou „nastavení nulového větru“, kterou lze použít k nastavení hodnot nulové rychlosti větru na 0 v případě nestabilního napájení.
• Kód obsahuje průměrné kalibrační faktory určené autory z kalibrace deseti stávajících senzorových stanic. Další informace a možná individuální nastavení najdete v kroku Epilogue.
• Různé zpracování chyb je součástí několika sekcí kódu. Zvláště účinná detekce a zpracování chyb komunikace sběrnice, které se často vyskytují na řadičích ESP32. Další informace viz krok Epilogue.
• Má barevný výstup LED pro zobrazení aktuálního stavu senzorové stanice a případných chyb. Další informace najdete v kroku Výsledky.

Připojený soubor PHP musí být nainstalován a přístupný v kořenové složce databázového serveru na adrese serverIP/sensor.php. Název souboru PHP a obsah zpracování dat se musí shodovat s kódem funkce volání ESP a na druhé straně musí odpovídat nastavení tabulky databáze, aby bylo možné ukládat údaje. Přiložené kódy příkladů se shodují, ale v případě, že změníte některé proměnné, je třeba je změnit v celém systému. Soubor PHP obsahuje na začátku sekci úprav, ve které se provádí individuální úpravy podle prostředí systému, zejména uživatelského jména a hesla databáze a názvu databáze.

Databáze MariaDB nebo SQL je nastavena na stejném serveru podle nastavení tabulky použitého v kódu senzorové stanice a skriptu PHP. V ukázkovém kódu je název databáze MariaDB „senzorová stanice“s tabulkou s názvem „data“, která obsahuje 13 sloupců pro UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, a IllumMax.

Analytickou a monitorovací platformu Grafana lze dodatečně nainstalovat na server jako volitelnou možnost přímé vizualizace databáze. Toto není klíčová funkce tohoto vývoje, takže není dále popsáno v tomto pokynu.

Krok 8: Výsledky - čtení a ověření dat

Po provedení všech kabeláží, montáže, programování a nastavení prostředí odesílá senzorická stanice údaje pravidelně do databáze. Při napájení je pomocí spodní barvy LED indikováno několik provozních stavů:

• Během spouštění LED dioda svítí žlutě, což indikuje čekající připojení k WiFi.
• Při připojení je indikátor modrý.
• Senzorická stanice provádí odečty senzorů a pravidelně je odesílá na server. Každý úspěšný přenos je indikován zeleným impulzem 600 ms.
• V případě chyb se indikátor zbarví červeně, purpurově nebo nažloutle podle typu chyby. Po určitém čase nebo počtu chyb senzorová stanice resetuje všechny senzory a automaticky se restartuje, což je opět indikováno žlutým světlem při spuštění. Další informace o barvách indikátorů najdete v kódu ESP32 a komentářích.

Po dokončení tohoto posledního kroku senzorová stanice běží a pracuje nepřetržitě. K dnešnímu dni je v dříve zmíněném chytrém kancelářském prostoru Living Lab nainstalována a spuštěna síť 10 senzorových stanic.

Krok 9: Alternativa: Samostatná verze

Vývoj CoMoS pokračuje a prvním výsledkem tohoto probíhajícího procesu je samostatná verze. Tato verze CoMoS nepotřebuje databázový server a WiFi síť ke sledování a zaznamenávání údajů o životním prostředí.

Nové klíčové funkce jsou:

• Odečty dat jsou uloženy na interní micro SD kartu ve formátu CSV vhodném pro Excel.
• Integrovaný přístupový bod WiFi pro přístup ke službě CoMoS jakýmkoli mobilním zařízením.
• Webová aplikace (interní webový server na ESP32, není vyžadováno připojení k internetu) pro živá data, nastavení a přístup k úložišti s přímým stahováním souborů z karty SD, jak ukazuje obrázek a snímky obrazovky připojené k tomuto kroku.

Toto nahrazuje připojení WiFi a databáze, zatímco všechny ostatní funkce včetně kalibrace a veškerého designu a konstrukce zůstávají nedotčeny z původní verze. Přesto samostatný CoMoS vyžaduje zkušenosti a další znalosti o tom, jak přistupovat k internímu systému správy souborů „SPIFFS“ESP32, a malou znalost HTML, CSS a Javascriptu, aby pochopil, jak webová aplikace funguje. Ke svému fungování také potřebuje několik dalších / různých knihoven.

Zkontrolujte prosím kód Arduino v přiloženém souboru zip pro požadované knihovny a následující odkazy pro další informace o programování a nahrávání do systému souborů SPIFFS:

Knihovna SPIFFS od espressif

Nahrávač souborů SPIFFS od me-no-dev

Knihovna ESP32WebServer od Pedroalbuquerque

Tato nová verze by vytvořila zcela nový instruktáž, který by mohl být zveřejněn v budoucnu. Ale prozatím, zejména pro zkušenější uživatele, nechceme ujít příležitost sdílet základní informace a soubory, které potřebujete k nastavení.

Rychlé kroky k vybudování samostatného CoMoS:

• Sestavte případ podle předchozího kroku. Volitelně lze 3D tisknout další pouzdro pro čtečku karet micro SC, které lze připojit k pouzdru CoMoS. Pokud nemáte k dispozici 3D tiskárnu, lze čtečku karet umístit i do hlavního pouzdra CoMoS, bez obav.
• Připojte všechny senzory, jak bylo popsáno dříve, ale kromě toho nainstalujte a zapojte čtečku karet micro SD (amazon.com) a hodiny reálného času DS3231 (adafruit.com), jak je uvedeno ve schématu zapojení připojeném k tomuto kroku. Poznámka: Piny pro pull-up odpor a oneWire se liší od původního schématu zapojení!
• Zkontrolujte kód Arduino a upravte proměnné přístupového bodu WiFi „ssid_AP“a „password_AP“podle svých osobních preferencí. Pokud není upraveno, standardní SSID je „CoMoS_AP“a heslo je „12345678“.
• Vložte kartu micro SD, nahrajte kód, nahrajte obsah složky „data“do ESP32 pomocí nástroje pro nahrávání souborů SPIFFS a připojte jakékoli mobilní zařízení k přístupovému bodu WiFi.
• Přejděte v mobilním prohlížeči na „192.168.4.1“a užívejte si!

Celá aplikace je založena na html, css a javascriptu. Je to místní, není vyžadováno ani vyžadováno připojení k internetu. Obsahuje postranní nabídku v aplikaci pro přístup na stránku nastavení a stránku paměti. Na stránce nastavení můžete upravit nejdůležitější nastavení, jako je místní datum a čas, interval čtení senzorů atd. Všechna nastavení budou trvale uložena do interního úložiště ESP32 a obnovena při příštím spuštění. Na stránce paměti je k dispozici seznam souborů na kartě SD. Kliknutím na název souboru zahájíte přímé stažení souboru CSV do mobilního zařízení.

Toto nastavení systému umožňuje individuální a dálkové monitorování podmínek vnitřního prostředí. Všechny údaje ze senzorů jsou pravidelně ukládány na kartu SD a pro každý nový den se vytvářejí nové soubory. To umožňuje nepřetržitý provoz týdny nebo měsíce bez přístupu a údržby. Jak již bylo zmíněno dříve, stále se jedná o pokračující výzkum a vývoj. Pokud máte zájem o další podrobnosti nebo pomoc, neváhejte kontaktovat příslušného autora prostřednictvím komentářů nebo přímo prostřednictvím LinkedIn.

Krok 10: Epilog - Známé problémy a Outlook

Senzorická stanice popsaná v tomto pokynu je výsledkem dlouhého a pokračujícího výzkumu. Cílem je vytvořit spolehlivý, přesný a přitom levný senzorový systém pro podmínky vnitřního prostředí. To drželo a drží několik vážných výzev, z nichž nejjistější by měla být zmíněna zde:

Přesnost a kalibrace senzoru

Senzory použité v tomto projektu nabízejí relativně vysokou přesnost za nízké nebo střední náklady. Většina z nich je vybavena interní redukcí šumu a rozhraními digitální sběrnice pro komunikaci, což snižuje potřebu kalibrace nebo nastavení úrovně. Každopádně, protože senzory jsou instalovány v nebo na skříni s určitými atributy, byla autory provedena kalibrace kompletní senzorové stanice, jak je stručně ukázáno na přiložených obrázcích. Celkem bylo testováno deset stejně postavených senzorových stanic v definovaných podmínkách prostředí a porovnáno s profesionálním zařízením pro snímání vnitřního klimatu TESTO 480. Z těchto cyklů byly stanoveny kalibrační faktory zahrnuté v ukázkovém kódu. Umožňují jednoduchou kompenzaci vlivu pouzdra a elektroniky na jednotlivá čidla. K dosažení nejvyšší přesnosti se doporučuje individuální kalibrace pro každou senzorovou stanici. Kalibrace tohoto systému je druhým cílem výzkumu autorů, kromě vývoje a konstrukce popsaných v tomto návodu. Je to popsáno v další, propojené publikaci, která je stále ve vzájemném hodnocení a bude zde propojena, jakmile bude online. Více informací o tomto tématu najdete na webových stránkách autorů.

Stabilita provozu ESP32

Ne všechny knihovny senzorů založené na Arduinu použité v tomto kódu jsou plně kompatibilní s deskou ESP32. Tento problém byl široce diskutován v mnoha bodech online, zejména pokud jde o stabilitu komunikace I2C a OneWire. V tomto vývoji je prováděna nová, kombinovaná detekce chyb a manipulace založené na napájení senzorů přímo přes IO piny ESP32, aby bylo možné přerušit jejich napájení pro účely resetování. Z dnešního pohledu toto řešení nebylo představeno nebo není široce diskutováno. Zrodil se z nutnosti, ale dodnes běží hladce po dobu několika měsíců a dále. Přesto je to stále téma výzkumu.

Výhled

Spolu s tímto návodem provádějí autoři další písemné publikace a prezentace na konferencích, aby se rozšířil vývoj a umožnila široká a otevřená zdrojová aplikace. Mezitím výzkum pokračuje v dalším zlepšování senzorové stanice, zejména pokud jde o návrh a vyrobitelnost systému a kalibraci a ověřování systému. Tento pokyn může být aktualizován o důležitém budoucím vývoji, ale pro všechny aktuální informace navštivte webové stránky autorů nebo kontaktujte autory přímo prostřednictvím LinkedIn:

odpovídající autor: Mathias Kimmling

druhý autor: Konrad Lauenroth

mentor výzkumu: Prof. Sabine Hoffmann

Druhá cena poprvé autor