Kényelemfigyelő érzékelőállomás építése: 10 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ez az oktatóanyag leírja a CoMoS, úgynevezett Comfort Monitoring Station, a környezeti feltételek kombinált érzékelő berendezésének tervezését és kivitelezését, amelyet a TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Németország épített környezet osztályán fejlesztettek ki.

A CoMoS ESP32 vezérlőt és érzékelőket használ a levegő hőmérsékletére és relatív páratartalmára (Si7021), a levegő sebességére (szélérzékelő C fordulata a Modern Device által) és a földgömb hőmérsékletére (DS18B20 fekete izzóban), mindezt kompakt, könnyen kezelhető építsen tokot vizuális visszajelzéssel egy LED -kijelzőn keresztül (WS2812B). Ezenkívül egy megvilágítási érzékelő (BH1750) is rendelkezésre áll a helyi vizuális állapot elemzéséhez. Az összes érzékelőadatot rendszeresen olvassák, és Wi-Fi-n keresztül elküldik egy adatbázis-kiszolgálóra, ahonnan felügyeletre és vezérlésre használhatók.

Ennek a fejlesztésnek az a motivációja, hogy olcsó, de nagyon hatékony alternatívát kapjon a laboratóriumi érzékelő eszközökhöz, amelyek tipikusan 3000 euró feletti áron vannak. Ezzel szemben a CoMoS körülbelül 50 € összértékű hardvert használ, és ezért átfogóan telepíthető (iroda) épületekbe, hogy valós időben meghatározzák az egyéni hő- és vizuális állapotot minden egyes munkahelyen vagy épületrészen.

Ha többet szeretne megtudni a kutatásainkról és az osztályon végzett kapcsolódó munkáról, nézze meg a Living Living intelligens irodaterület hivatalos webhelyét, vagy lépjen kapcsolatba a megfelelő szerzővel közvetlenül a LinkedIn -en keresztül. Az összes szerző elérhetősége megtalálható az útmutató végén.

Szerkezeti megjegyzés: Ez az oktatóanyag leírja a CoMoS eredeti beállítását, de információkat és utasításokat is tartalmaz néhány, a közelmúltban kifejlesztett variációhoz: A szabványos alkatrészekből épített eredeti tok mellett 3D nyomtatási lehetőség is rendelkezésre áll. Az adatbázis-szerver kapcsolattal rendelkező eredeti eszközön kívül van egy alternatív önálló verzió is, SD-kártya tárolóval, integrált WIFi hozzáférési ponttal és egy divatos mobilalkalmazással az érzékelők megjelenítéséhez. Kérjük, ellenőrizze a megfelelő fejezetekben megjelölt lehetőségeket, és az önálló opciót az utolsó fejezetben.

Személyes megjegyzés: Ez a szerző első utasítása, és meglehetősen részletes és összetett beállításokat tartalmaz. Kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni ennek az oldalnak a megjegyzés rovatában, e-mailben vagy a LinkedIn-en keresztül, ha a lépések során hiányoznak részletek vagy információk.

1. lépés: Háttér - Hő- és vizuális kényelem

A termikus és vizuális kényelem egyre fontosabb témává vált, különösen az irodai és munkahelyi környezetben, de a lakossági szektorban is. A fő kihívás ezen a területen az, hogy az egyének hőérzékelése gyakran széles tartományban változik. Az egyik személy meleget érezhet bizonyos hőmérsékleti körülmények között, míg a másik ugyanabban a hidegben. Ennek az az oka, hogy az egyéni hőérzékelést számos tényező befolyásolja, beleértve a fizikai hőmérsékletet, a levegő hőmérsékletét, a relatív páratartalmat, a légsebességet és a környező felületek sugárzási hőmérsékletét. De a ruházat, az anyagcsere -aktivitás, valamint az életkor, a nem, a testtömeg és sok más szempont is befolyásolja a hőérzékelést.

Míg az egyes tényezők továbbra is bizonytalanok a fűtés és a hűtés szabályozása tekintetében, a fizikai tényezőket pontosan meg lehet határozni az érzékelőberendezésekkel. A levegő hőmérséklete, a relatív páratartalom, a légsebesség és a földgömb hőmérséklete mérhető, és közvetlen bemenetként használható az épület vezérléséhez. Ezenkívül részletesebb megközelítésben bemenetként használhatók az úgynevezett PMV-index kiszámításához, ahol a PMV a prediktív átlagos szavazatot jelenti. Leírja, hogy az emberek átlagos környezeti körülmények között valószínűleg hogyan értékelnék hőérzetüket. A PMV -3 (hideg) és +3 (forró) értékeket vehet fel, a 0 semleges állapot.

Miért említjük itt azt a PMV-dolgot? Nos, mert a személyes kényelem területén ez egy általánosan használt mutató, amely minőségi kritériumként szolgálhat az épület termikus helyzetéhez. A CoMoS segítségével pedig a PMV kiszámításához szükséges összes környezeti paraméter mérhető.

Ha érdekli, tudjon meg többet a termikus kényelemről, a földgömb és az átlagos sugárzási hőmérséklet összefüggéseiről, a PMV-indexről és a megvalósító ASHRAE-szabványról

Wikipédia: Termikus kényelem

ISO 7726 A termikus környezet ergonómiája

ASHRAE NPO

Mellesleg: A személyre szabott környezet területén már régóta léteznek, de rengeteg újonnan kifejlesztett kütyü is van, amelyek egyéni hő- és vizuális kényelmet biztosítanak. Jól ismert példa a kis asztali ventilátorok. De fejlesztenek, vagy már a piacon is kaphatók lábmelegítők, fűtött és szellőztetett székek, vagy irodai válaszfalak infravörös sugárzású fűtéshez és hűtéshez. Mindezek a technológiák befolyásolják a helyi hőviszonyokat, például egy munkahelyen, és automatikusan vezérelhetők a helyi érzékelőadatok alapján is, amint ezt a lépés képei illusztrálják.

További információ a személyre szabott környezet eszközeiről és a folyamatban lévő kutatásról a következő címen érhető el

Living Lab intelligens irodaterület: személyre szabott környezet

Kaliforniai Egyetem, Berkeley

ZEN jelentés a hűtőberendezések személyes fűtéséről [PDF]

SBRC Wollongong Egyetem

2. lépés: Rendszer séma

A fejlesztési folyamat egyik fő célja az volt, hogy egy vezeték nélküli, kompakt és olcsó érzékelőeszközt hozzon létre egy adott nyílt irodaterületen legalább tíz egyéni munkahely beltéri környezeti feltételeinek mérésére. Ezért az állomás ESP32-WROOM-32-et használ, beépített WiFi-kapcsolattal, valamint számos csatlakozótűvel és támogatott busztípussal mindenféle érzékelőhöz. Az érzékelőállomások külön IoT-WiFi-t használnak, és az adatbázis-kiszolgálón futó PHP-szkript segítségével elküldik az adatok leolvasását a MariaDB adatbázisba. Opcionálisan egy könnyen használható Grafana vizuális kimenet is telepíthető.

A fenti séma az összes perifériás komponens elrendezését mutatja a rendszer beállításának áttekintéseként, de ez az utasítás magára az érzékelőállomásra összpontosít. Természetesen a PHP fájl és az SQL kapcsolat leírása a későbbiekben is szerepel, hogy minden szükséges információt megadjon a CoMoS létrehozásához, csatlakoztatásához és használatához.

Megjegyzés: ennek az oktatóanyagnak a végén talál útmutatást a CoMoS alternatív önálló verziójának felépítéséhez SD-kártya tárolóval, belső WiFi hozzáférési ponttal és egy mobilalkalmazásokhoz készült webalkalmazással.

3. lépés: Ellátási lista

Elektronika

Érzékelők és vezérlő, a képen látható módon:

• ESP32-WROOM-32 mikrovezérlő (espressif.com) [A]
• Si7021 vagy GY21 hőmérséklet- és páratartalom -érzékelő (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ hőmérséklet -érzékelő (adafruit.com) [C]
• Rev. légsebesség -érzékelő (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 állapotjelző LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 megvilágítási érzékelő (amazon.de) [F]

További elektromos alkatrészek:

• 4, 7k felhúzó ellenállás (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (vagy hasonló) szabványos huzal (adafruit.com)
• 2x Wago kompakt illesztő csatlakozó (wago.com)
• Micro USB kábel (sparkfun.com)

Dobozrészek (Részletes információkat ezekről az alkatrészekről és méretekről a következő lépésben talál. Ha rendelkezésre áll 3D nyomtató, akkor csak asztalitenisz labdára van szüksége. Hagyja ki a következő lépést, és keresse meg az összes információt és fájlt a nyomtatáshoz az 5. lépésben.))

• Akril lemez kerek 50x4 mm [1]
• Acéllemez kerek 40x10 mm [2]
• Akrilcső 50x5x140 mm [3]
• Akril lemez kerek 40x5 mm [4]
• Akrilcső 12x2x50 mm [5]
• Asztalitenisz labda [6]

Vegyes

• Fehér festékszóró
• Fekete matt festékszóró
• Valami szalag
• Egy kis szigetelő gyapjú, vattakorong vagy bármi hasonló

Eszközök

• Villanyfúró
• 8 mm -es lopófúró
• 6 mm -es fa/műanyag fúró
• 12 mm -es fa/műanyag fúró
• Vékony kézi fűrész
• Csiszolópapír
• Drótvágó fogó
• Huzalcsupaszító
• Forrasztópáka és ón
• Erős ragasztó vagy forró ragasztópisztoly

Szoftverek és könyvtárak (A számok azt a könyvtári verziót jelzik, amelyet használtunk és teszteltük a hardvert. Az újabb könyvtáraknak is működniük kell, de időnként néhány problémával szembesültünk, amikor különböző / újabb verziókat próbáltunk ki.)

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

4. lépés: A tok tervezése és kivitelezése - 1. lehetőség

A CoMoS kialakításának vékony, függőleges tokja van, a legtöbb érzékelő a felső területen van felszerelve, és csak a hőmérséklet- és páratartalom -érzékelő van felszerelve az aljához. Az érzékelők helyzete és elrendezése követi a mért változók egyedi követelményeit:

• A Si7021 hőmérséklet- és páratartalom -érzékelőt a házon kívül, az alja közelében szerelik fel, hogy lehetővé tegyék a szabad levegő áramlását az érzékelő körül, és minimalizálják a házon belüli mikrokontroller által kibocsátott hulladékhő hatását.
• A BH1750 megvilágítási érzékelő a burkolat lapos tetejére van szerelve, hogy megmérje a megvilágítást vízszintes felületen, ahogy azt a munkahelyi megvilágításra vonatkozó közös szabványok előírják.
• A Rev. C szélérzékelő szintén a tok tetejére van felszerelve, elektronikája a házba rejtve, de fogai, amelyek a tényleges termikus anemométert és a hőmérséklet -érzékelőt hordozzák, a teteje körüli levegőnek vannak kitéve.
• A DS18B20 hőmérséklet -érzékelő az állomás tetején van elhelyezve, egy fekete festett asztaliteniszlabda belsejében. A felső pozíció szükséges ahhoz, hogy minimálisra csökkentsék a látási tényezőket, és ezáltal maga az érzékelőállomás sugárzó hatása a földgömb hőmérsékletmérésére.

További források az átlagos sugárzási hőmérsékletről és a fekete asztalitenisz labdák használatáról földgömbhőmérséklet -érzékelőként:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Az akril és rézgömb hőmérők alkalmassága a napi kültéri beállításokra. Épület és környezet. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de drága, Richard. (1987). Ping-pong gömbhőmérők az átlagos sugárzási hőmérséklethez. H & Eng.,. 60. 10-12.

A tok egyszerű kialakítású, hogy a gyártási idő és erőfeszítés a lehető legalacsonyabb legyen. Könnyen felépíthető szabványos alkatrészekből és alkatrészekből néhány egyszerű eszközzel és készséggel. Vagy azoknak, akiknek szerencséjük van a 3D nyomtató szolgálatában, az összes tok része 3D nyomtatással is nyomtatható. A tok nyomtatásához a lépés többi része kihagyható, és az összes szükséges fájl és utasítás megtalálható a következő lépésben.

A szabványos alkatrészekből történő kivitelezéshez a legtöbb esetben az illesztési méreteket választják:

• A fő test egy akril (PMMA) cső, amelynek külső átmérője 50 mm, falvastagsága 5 mm, magassága 140 mm.
• Az alsó lemez, amely fényvezetőként szolgál az állapotjelző LED -hez, 50 mm átmérőjű és 4 mm vastag akril kerek lemez.
• Egy 40 mm átmérőjű és 10 mm vastagságú acél kereket helyeznek súlyként az alsó lemez tetejére, és illeszkednek a fő cső alsó végébe, hogy megakadályozzák az állomás felborulását és az alsó lemez megtartását a helyén.
• A felső lemez a főcső belsejébe is illeszkedik. PMMA -ból készül, átmérője 40 mm, vastagsága 5 mm.
• Végül a felső felszálló cső is PMMA, külső átmérője 10 mm, falvastagsága 2 mm és hossza 50 mm.

A gyártási és összeszerelési folyamat egyszerű, néhány furattal kezdve. Az acél körnek 8 mm -es folyamatos lyukra van szüksége a LED és a kábelek elhelyezéséhez. A főcsőnek körülbelül 6 mm-es lyukakra van szüksége, az USB és az érzékelő kábelek átvezetésére, valamint a szellőzőnyílásokra. A lyukak száma és elhelyezkedése tetszés szerint változtatható. A fejlesztők választása hat lyuk a hátoldalon, közel a tetejéhez és az aljához, és kettő az elülső oldalon, egy felső, egy másik alul, referenciaként.

A felső lemez a legtrükkösebb rész. Középpontú, egyenes és folytonos 12 mm -es egészre van szüksége, hogy illeszkedjen a felső felszálló csőhöz, egy másik, lefelé központosított 6 mm -es lyukhoz, amely illeszkedik a megvilágítási érzékelő kábeléhez, és egy vékony, körülbelül 1, 5 mm széles és 18 mm hosszú rést, hogy illeszkedjen a szélhez érzékelő. Nézze meg a képeket referenciaként. És végül, az asztalitenisz labdának 6 mm -es egészre is szüksége van, hogy illeszkedjen a földgömb hőmérséklet -érzékelőjéhez és kábeléhez.

A következő lépésben az összes PMMA alkatrészt, kivéve az alsó lemezt, porlasztással kell festeni, a referencia fehér. Az asztali teniszlabdát matt feketére kell festeni, hogy megállapítsák becsült hő- és optikai tulajdonságait.

Az acélkört középre és laposan ragasztják az alsó lemezhez. A felső felszálló csövet a felső lemez 12 mm -es lyukába ragasztják. Az asztali teniszlabda a felszálló felső végére van ragasztva, lyuk illeszkedik a felszálló cső belső nyílásához, így a hőmérséklet -érzékelő és a kábel utólag behelyezhető a labdába a felszálló csövön keresztül.

Ezzel a lépéssel a tok minden része összeszerelésre készen áll összerakásával. Ha egyesek túl szorosan illeszkednek, csiszolja le őket egy kicsit, ha túl laza, tegyen rá egy vékony réteg szalagot.

5. lépés: A tok tervezése és kivitelezése - 2. lehetőség

Míg a CoMoS tok kialakításának 1. lehetősége még mindig gyors és egyszerű, a 3D nyomtató elvégzése még egyszerűbb lehet. Ebben az opcióban is a ház három részre van osztva: felső, tok és alsó rész, hogy lehetővé tegye a könnyű bekötést és összeszerelést a következő lépésben leírtak szerint.

A fájlok és a nyomtatóbeállításokkal kapcsolatos további információk a Thingiverse webhelyen találhatók:

CoMoS fájlok a Thingiverse webhelyen

Erősen ajánlott az utasításokat követni, hogy fehér szálat használjon a felső és a testrészekhez. Ez megakadályozza, hogy a tok túl gyorsan felmelegedjen a napfényben, és elkerülhető legyen a hamis mérés. Az alsó részhez átlátszó izzószálat kell használni, hogy lehetővé tegye a LED jelzőfény megvilágítását.

Az 1. lehetőség másik változata, hogy hiányzik a fém kör. A CoMoS felborulásának megakadályozása érdekében bármilyen súlyt, például csapágygolyókat vagy egy csomó fém alátétet kell elhelyezni az átlátszó alsó részben. Úgy van kialakítva, hogy egy él van, hogy elférjen és tartson némi súlyt. Alternatív megoldásként a CoMoS kétoldalas ragasztószalaggal ragasztható a telepítési helyére.

Megjegyzés: A Thingiverse mappa tartalmazza a Micro SD kártyaolvasó tokjához tartozó fájlokat, amelyek a CoMoS tokba szerelhetők. Ez az eset opcionális, és része ennek az utasításnak az utolsó lépésében leírt önálló verzióhoz.

6. lépés: Kábelezés és összeszerelés

Az ESP, az érzékelők, a LED és az USB -kábel forrasztva és csatlakoztatva az e lépés képein látható vázlatos áramkör szerint. A később leírt példakódnak megfelelő PIN-kiosztás:

• 14 - Híd visszaállítása (EN) - [szürke]
• 17 - WS2811 (LED) - [zöld]
• 18 - felhúzó ellenállás DS18B20+ -hoz
• 19 - DS18B20+ (egy vezeték) - [lila]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [kék]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [sárga]
• 25 - BH1750 (V -in) - [barna]
• 26 - SI7021 (V -in) - [barna]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [barna]
• 34 - Szélérzékelő (TMP) - [cián]
• 35 - Szélérzékelő (RV) - [narancssárga]
• VIN - USB kábel (+5V) - [piros]
• GND - USB -kábel (GND) - [fekete]

A Si7021, BH1750 és DS18B20+ érzékelőket az ESP32 IO-tűje táplálja. Ez azért lehetséges, mert a maximális áramerősségük az ESP maximális áramellátása alatt van, és szükségesek ahhoz, hogy az érzékelők kommunikációs hibák esetén visszaállíthassák az áramellátást. További információkért tekintse meg az ESP kódot és a megjegyzéseket.

A Si7021 és a BH1750 érzékelőket, ugyanúgy, mint az USB -kábelt, forrasztani kell a kábelekkel, amelyeket már a dedikált tok lyukain keresztül vezettek át, hogy lehetővé tegyék a következő lépésben történő összeszerelést. A WAGO kompakt illesztési csatlakozók az eszközök USB -kábellel történő csatlakoztatására szolgálnak a tápegységhez. Mindegyik 5 V egyenáramú tápellátást biztosít USB -n keresztül, amely az ESP32 logikai szintjével működik 3, 3 V -on. Opcionálisan a mikro -USB -kábel adattűi is csatlakoztathatók a mikro -USB -csatlakozóhoz, és csatlakoztathatók az ESP mikro -USB -jéhez aljzat, mint tápellátás és adatkapcsolat a kód ESP32 -re történő átviteléhez, miközben a tok zárva van. Ellenkező esetben, ha a séma szerint van csatlakoztatva, akkor egy másik ép mikro -USB -kábelre van szükség a kód kezdeti átviteléhez az ESP -hez a tok összeállítása előtt.

Az Si7021 hőmérséklet -érzékelő a tok hátoldalához van ragasztva, közel az aljához. Nagyon fontos, hogy ezt az érzékelőt az aljához közel rögzítse, hogy elkerülje a házon belüli hő okozta hamis hőmérséklet -leolvasást. A problémával kapcsolatos további információkért lásd az Epilogue lépését. A BH1750 megvilágítási érzékelőt a felső lemezhez ragasztják, a szélérzékelőt pedig behelyezik és az ellenkező oldalon lévő résbe szerelik. Ha túlságosan jól illeszkedik, egy kis szalag az érzékelő középső része körül segít abban, hogy a helyén maradjon. A DS18B20 hőmérséklet -érzékelőt a felső emelkedőn keresztül az asztalitenisz labdába helyezzük, végső helyzetben a labda közepén. A felső felszálló bélés szigetelő gyapjúval van töltve, az alsó nyílás pedig szalaggal vagy forró ragasztóval van lezárva, hogy megakadályozza a vezetőképes vagy konvekciós hőátadást a földgömbre. A LED a lefelé néző acél kerek lyukba van rögzítve, hogy megvilágítsa az alsó lemezt.

Minden vezeték, az illesztőcsatlakozók és az ESP32 a fő tokba kerül, és a ház minden része össze van szerelve a végső összeszerelésben.

7. lépés: Szoftver - ESP, PHP és MariaDB konfiguráció

Az ESP32 mikrovezérlő az Arduino IDE és az Espressif által biztosított ESP32 Core könyvtár használatával programozható. Rengeteg oktatóanyag érhető el online az IDE ESP32 kompatibilitás beállításához, például itt.

A beállítás után a csatolt kód átkerül az ESP32 -be. Az egyszerűbb megértés érdekében végig kommentálva van, de néhány fontos jellemzője:

• Az elején van egy "felhasználói konfiguráció" rész, amelyben egyéni változókat kell beállítani, például a WiFi azonosítót és jelszót, az adatbázis -kiszolgáló IP -címét, valamint a kívánt adatolvasást és küldési időszakot. Tartalmaz egy "zéró szélbeállítás" változót is, amellyel nem stabil tápegység esetén 0-ra állítható a szélsebesség.
• A kód átlagos kalibrációs tényezőket tartalmaz, amelyeket a szerzők tíz meglévő érzékelőállomás kalibrálása alapján határoztak meg. További információkért és az esetleges egyéni beállításokért lásd az Epilógus lépését.
• A kód több szakaszában különféle hibakezelések szerepelnek. Különösen az ESP32 vezérlőkön gyakran előforduló busz kommunikációs hibák hatékony felderítése és kezelése. További információért lásd az Epilogue lépését.
• LED színkimenettel rendelkezik, amely az érzékelőállomás aktuális állapotát és az esetleges hibákat mutatja. További információkért lásd az Eredmények lépést.

A mellékelt PHP -fájlt telepíteni kell, és hozzá kell férni az adatbázis -kiszolgáló gyökérmappájába, a serverIP/sensor.php címen. A PHP fájlnévnek és az adatkezelés tartalmának meg kell egyeznie az ESP hívásfunkciós kódjával, a másik oldalon pedig az adatbázis tábla beállításával, hogy lehetővé tegye az adatok leolvasását. A mellékelt példakódok illeszkednek, de ha módosít néhány változót, akkor azokat a rendszer egészében módosítani kell. A PHP fájl elején található egy beállítási rész, amelyben egyedi beállításokat hajtanak végre a rendszer környezetének, különösen az adatbázis felhasználónevének és jelszavának, valamint az adatbázis nevének megfelelően.

A MariaDB vagy SQL adatbázis ugyanazon a kiszolgálón van beállítva, az érzékelőállomás kódjában és a PHP szkriptben használt táblázatbeállításoknak megfelelően. A példakódban a MariaDB adatbázis neve "sensorstation", az "data" nevű táblával, amely 13 oszlopot tartalmaz az UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, és az IllumMax.

A Grafana elemző és felügyeleti platform a kiszolgálón kívül telepíthető az adatbázis közvetlen megjelenítésére. Ez nem a fejlesztés kulcsfontosságú jellemzője, ezért ebben az oktatási útmutatóban nem részletezzük.

8. lépés: Eredmények - Adatok olvasása és ellenőrzése

Az összes huzalozás, összeszerelés, programozás és környezeti beállítás elvégzése után az érzékelőállomás rendszeresen küld adatokat az adatbázisnak. Tápellátás közben az alsó LED -szín több üzemállapotot jelez:

• A rendszerindítás során a LED sárga színben világít, jelezve a WiFi -re váró kapcsolatot.
• Csatlakoztatáskor és közben a jelzőfény kék.
• Az érzékelőállomás lefuttatja az érzékelő leolvasásait, és rendszeresen elküldi azokat a szervernek. Minden sikeres átvitelt 600 ms zöld fényjelzés jelez.
• Hiba esetén az indikátor piros, lila vagy sárgás színű lesz, a hiba típusától függően. Bizonyos idő vagy hibák után az érzékelőállomás visszaállítja az összes érzékelőt, és automatikusan újraindul, ezt ismét sárga fény jelzi a rendszerindításkor. Lásd az ESP32 kódot és megjegyzéseket, ha további információra van szüksége az indikátor színeiről.

Ezzel az utolsó lépéssel az érzékelőállomás folyamatosan működik és működik. A mai napig 10 érzékelőállomásból álló hálózat van telepítve és fut az előbb említett Living Lab intelligens irodaterületen.

9. lépés: Alternatív: önálló verzió

A CoMoS fejlesztése folytatódik, és ennek a folyamatnak az első eredménye egy önálló verzió. A CoMoS ezen verziójának nincs szüksége adatbázis -kiszolgálóra és WiFi -hálózatra a környezeti adatok megfigyeléséhez és rögzítéséhez.

Az új kulcsfunkciók a következők:

• Az adatok leolvashatók a belső micro SD-kártyán, Excel-barát CSV formátumban.
• Beépített WiFi hozzáférési pont a CoMoS bármely mobileszközről való eléréséhez.
• Webalapú alkalmazás (belső webkiszolgáló az ESP32 rendszeren, nincs internetkapcsolat szükséges) az élő adatokhoz, beállításokhoz és tárolási hozzáféréshez, közvetlen fájlletöltéssel az SD-kártyáról, amint az a lépéshez csatolt képen és képernyőképeken is látható.

Ez felváltja a WiFi és az adatbázis -kapcsolatot, miközben az összes többi funkció, beleértve a kalibrálást és a tervezést és kivitelezést, érintetlen marad az eredeti verzióhoz képest. Ennek ellenére az önálló CoMoS tapasztalatot és további ismereteket igényel az ESP32 "SPIFFS" belső fájlkezelő rendszerének eléréséről, valamint egy kis HTML, CSS és Javascript ismerete a webes alkalmazás működésének megértéséhez. A működéséhez néhány további / különböző könyvtárra is szükség van.

Kérjük, ellenőrizze az Arduino kódot a mellékelt zip fájlban a szükséges könyvtárakhoz, és a következő hivatkozásokat a programozással és a SPIFFS fájlrendszerbe történő feltöltéssel kapcsolatos további információkért:

SPIFFS könyvtár by espressif

SPIFFS fájlfeltöltő, me-no-dev

ESP32WebServer könyvtár, Pedroalbuquerque

Ez az új verzió egy teljesen új utasítást adna, amelyet a jövőben publikálhatnak. De egyelőre, különösen a tapasztaltabb felhasználók számára, nem szeretnénk elszalasztani az alkalmat, hogy megosszuk a beállításhoz szükséges alapvető információkat és fájlokat.

Gyors lépések az önálló CoMoS létrehozásához:

• Készítsen tokot az előző lépés szerint. Opcionálisan 3D-nyomtatás egy további tokot a Micro SC kártyaolvasóhoz, amelyet a CoMoS tokhoz kell csatlakoztatni. Ha nincs 3D nyomtatója, akkor a kártyaolvasó a CoMoS fő tokba is elhelyezhető, nem kell aggódnia.
• Csatlakoztassa az összes érzékelőt az előzőekben leírtak szerint, de ezenkívül telepítsen és kössön be egy micro SD kártyaolvasót (amazon.com) és egy DS3231 valós idejű órát (adafruit.com) az ehhez a lépéshez mellékelt kapcsolási rajz szerint. Megjegyzés: A felhúzó ellenállás és a oneWire csapjai eltérnek az eredeti bekötési sémától!
• Ellenőrizze az Arduino kódot, és állítsa be a WiFi hozzáférési pont "ssid_AP" és "password_AP" változóit személyes preferenciái szerint. Ha nincs beállítva, a szabványos SSID "CoMoS_AP", a jelszó pedig "12345678".
• Helyezzen be micro SD kártyát, töltse fel a kódot, töltse fel az "adatok" mappa tartalmát az ESP32 -be az SPIFFS fájlfeltöltő segítségével, és csatlakoztasson bármilyen mobil eszközt a WiFi hozzáférési ponthoz.
• Navigáljon a "192.168.4.1" -re mobilböngészőjében, és élvezze!

Az alkalmazás html, css és javascript alapú. Helyi, nincs internetkapcsolat, vagy szükséges. Alkalmazáson belüli oldali menüvel rendelkezik a beállítási oldal és a memóriaoldal eléréséhez. A beállítási oldalon módosíthatja a legfontosabb beállításokat, például a helyi dátumot és időt, az érzékelő leolvasási időközét, stb. Minden beállítás véglegesen tárolódik az ESP32 belső tárhelyén, és a következő indításkor visszaáll. A memóriaoldalon elérhető az SD -kártyán található fájlok listája. A fájlnévre kattintva a CSV fájl közvetlenül letölthető a mobileszközre.

Ez a rendszer lehetővé teszi a beltéri környezet egyéni és távoli megfigyelését. Minden érzékelő leolvasása rendszeresen tárolódik az SD -kártyán, és minden nap új fájlokat hoz létre. Ez lehetővé teszi a hetek vagy hónapok folyamatos működését hozzáférés vagy karbantartás nélkül. Mint korábban említettük, ez még mindig folyamatban lévő kutatás és fejlesztés. Ha további részletekre vagy segítségre van szüksége, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni a megfelelő szerzővel a megjegyzésekben vagy közvetlenül a LinkedIn -en keresztül.

10. lépés: Epilógus - Ismert problémák és Outlook

Az ebben az oktatóanyagban leírt érzékelőállomás hosszú és folyamatos kutatás eredménye. A cél egy megbízható, pontos, mégis olcsó érzékelőrendszer létrehozása a beltéri környezeti feltételekhez. Ez komoly kihívásokat tartogat és tartogat, amelyek közül a legbiztosabbat itt kell megemlíteni:

Az érzékelő pontossága és kalibrálása

A projektben használt érzékelők viszonylag nagy pontosságot kínálnak alacsony vagy mérsékelt költségek mellett. Legtöbbjük belső zajcsökkentővel és digitális busz interfészekkel van felszerelve a kommunikációhoz, így nincs szükség kalibrálásra vagy szintbeállításra. Mindenesetre, mivel az érzékelők bizonyos tulajdonságokkal rendelkező tokba vannak szerelve, a szerzők elvégezték a teljes érzékelőállomás kalibrálását, amint azt a mellékelt képek röviden mutatják. Összesen tíz azonos felépítésű érzékelőállomást teszteltek meghatározott környezeti feltételek mellett, összehasonlítva egy professzionális TESTO 480 beltéri klímaérzékelővel. Ezekből a futtatásokból határozták meg a példakódban szereplő kalibrációs tényezőket. Lehetővé teszik a ház és az elektronika egyes érzékelőkre gyakorolt hatásának egyszerű kompenzálását. A legnagyobb pontosság elérése érdekében minden érzékelőállomáshoz egyedi kalibrálás ajánlott. Ennek a rendszernek a kalibrálása a szerzők kutatásának második fókusza, az ebben az utasításban leírt fejlesztés és konstrukció mellett. Ezt egy további, kapcsolódó kiadvány tárgyalja, amely még szakértői értékelés alatt áll, és amint az internetre kerül, ide linkeljük. A témával kapcsolatos további információkat a szerzők honlapján talál.

ESP32 működési stabilitás

Nem minden ebben a kódban használt Arduino-alapú érzékelőkönyvtár kompatibilis az ESP32 táblával. Ezt a kérdést az internet számos pontján széles körben megvitatták, különösen az I2C és a OneWire kommunikáció stabilitását illetően. Ebben a fejlesztésben egy új, kombinált hibafelismerést és -kezelést hajtanak végre, amely az érzékelőket közvetlenül az ESP32 IO csapjain keresztül táplálja, hogy lehetővé tegye a tápellátás visszaállítását. Mai szemszögből nézve ezt a megoldást nem mutatták be, vagy nem tárgyalják széles körben. Szükségből született, de a mai napig zökkenőmentesen működik a több hónapos és az azt követő időszakokban. Ez azonban még mindig kutatási téma.

Outlook

Ezzel az oktatható, további írásos publikációkkal és konferencia -előadásokkal készülnek a szerzők a fejlesztés elterjesztése és a széles és nyílt forráskódú alkalmazás lehetővé tétele érdekében. Eközben a kutatás tovább folytatódik az érzékelőállomás továbbfejlesztése érdekében, különösen a rendszer tervezése és gyárthatósága, valamint a rendszer kalibrálása és ellenőrzése tekintetében. Ez az oktatóanyag frissülhet a fontos jövőbeni fejleményekről, de minden naprakész információért látogasson el a szerzők webhelyére, vagy lépjen kapcsolatba a szerzőkkel közvetlenül a LinkedIn-en keresztül:

megfelelő szerző: Mathias Kimmling

második szerző: Konrad Lauenroth

kutatási mentor: Prof. Sabine Hoffmann

Második díj az első szerzőnél