Kā izveidot komforta uzraudzības sensoru staciju: 10 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Šī pamācība apraksta tā sauktās komforta monitoringa stacijas CoMoS - kombinētas apkārtējās vides sensoru ierīces - izstrādi un konstrukciju, kas tika izstrādāta TUK, Tehniskās universitātes Kaiserslautern, Tehniskās universitātes, Vācijas Būvētās vides departamentā.

CoMoS izmanto ESP32 kontrolieri un sensorus gaisa temperatūrai un relatīvajam mitrumam (Si7021), gaisa ātrumam (vēja sensora apgriezienu skaits C, izmantojot modernu ierīci) un zemeslodes temperatūrai (DS18B20 melnā spuldzē)-tas viss ir kompakts, viegli lietojams veidot korpusu ar vizuālu atgriezenisko saiti, izmantojot LED indikatoru (WS2812B). Turklāt ir iekļauts apgaismojuma sensors (BH1750), lai analizētu vietējo redzes stāvokli. Visi sensoru dati tiek periodiski nolasīti un caur Wi-Fi nosūtīti uz datu bāzes serveri, no kurienes tos var izmantot uzraudzībai un vadībai.

Šīs attīstības motivācija ir iegūt lētu, bet ļoti spēcīgu alternatīvu laboratorijas sensoru ierīcēm, kuru cena parasti pārsniedz 3000 eiro. Turpretī CoMoS izmanto aparatūru, kuras kopējā cena ir aptuveni 50 eiro, un tāpēc to var visaptveroši izvietot (biroju) ēkās, lai reālā laikā noteiktu individuālo siltuma un vizuālo stāvokli katrā darba vietā vai ēkas daļā.

Lai iegūtu vairāk informācijas par mūsu pētījumu un saistīto darbu nodaļā, skatiet oficiālo Living Lab viedo biroja telpu vietni vai sazinieties ar atbilstošo autoru tieši, izmantojot LinkedIn. Visu autoru kontakti ir norādīti šīs pamācības beigās.

Strukturāla piezīme: Šī pamācība apraksta sākotnējo CoMoS iestatījumu, taču tajā ir sniegta informācija un norādījumi par dažām nesen izstrādātām variācijām: Papildus oriģinālajam korpusam, kas veidots no standarta detaļām, ir pieejama arī 3D drukāta opcija. Papildus oriģinālajai ierīcei ar datu bāzes servera savienojumu ir arī alternatīva atsevišķa versija ar SD karšu krātuvi, integrētu WIFi piekļuves punktu un izsmalcinātu mobilo lietotni sensoru rādījumu vizualizēšanai. Lūdzu, pārbaudiet opcijas, kas atzīmētas attiecīgajās nodaļās, un atsevišķo opciju pēdējā nodaļā.

Personīgā piezīme: šī ir autora pirmā pamācība, un tā aptver diezgan detalizētu un sarežģītu iestatīšanu. Lūdzu, nevilcinieties sazināties, izmantojot šīs lapas komentāru sadaļu, e-pastu vai LinkedIn, ja visu darbību laikā trūkst kādas detaļas vai informācijas.

1. darbība. Pamatinformācija - siltuma un vizuālais komforts

Termiskais un vizuālais komforts ir kļuvis par arvien svarīgāku tēmu, īpaši biroja un darba vidē, bet arī dzīvojamā sektorā. Galvenais izaicinājums šajā jomā ir tas, ka indivīdu termiskā uztvere bieži mainās plašā diapazonā. Viena persona noteiktos termiskos apstākļos var justies karsta, bet otra - auksta. Tas ir tāpēc, ka individuālo termisko uztveri ietekmē daudzi faktori, tostarp gaisa temperatūras, relatīvā mitruma, gaisa ātruma un apkārtējo virsmu starojuma temperatūras fiziskie faktori. Bet arī apģērbs, vielmaiņas aktivitātes un individuāls vecuma, dzimuma, ķermeņa masas un citu aspektu aspekts ietekmē termisko uztveri.

Lai gan atsevišķi faktori joprojām ir nenoteikti attiecībā uz apkures un dzesēšanas vadību, fiziskos faktorus var precīzi noteikt ar sensoru ierīcēm. Gaisa temperatūru, relatīvo mitrumu, gaisa ātrumu un zemeslodes temperatūru var izmērīt un izmantot kā tiešu ievadi ēkas vadības ierīcēm. Turklāt detalizētākā pieejā tos var izmantot kā ievadi, lai aprēķinātu tā saukto PMV indeksu, kur PMV apzīmē paredzamo vidējo balsojumu. Tajā aprakstīts, kā cilvēki vidējos apstākļos varētu novērtēt savu siltuma sajūtu noteiktos apkārtējās vides apstākļos. PMV var iegūt vērtības no -3 (auksts) līdz +3 (karsts), un 0 ir neitrāls stāvoklis.

Kāpēc mēs šeit pieminam šo PMV lietu? Nu, jo personīgā komforta jomā tas ir plaši izmantots rādītājs, kas var kalpot kā kvalitātes kritērijs ēkas siltuma situācijai. Un ar CoMoS var izmērīt visus apkārtējās vides parametrus, kas nepieciešami PMV aprēķināšanai.

Ja jūs interesē, uzziniet vairāk par siltuma komfortu, zemeslodes kontekstu un vidējo starojuma temperatūru, PMV indeksu un ieviešanas ASHRAE standartu vietnē

Wikipedia: Termiskais komforts

ISO 7726 Termiskās vides ergonomika

ASHRAE NPO

Starp citu: personalizētas vides jomā jau sen ir pieejami, bet arī daudz jaunizveidotu sīkrīku, lai nodrošinātu individuālu siltuma un vizuālo komfortu. Mazie galddatoru ventilatori ir labi zināms piemērs. Bet arī tiek izstrādāti vai pat jau pieejami tirgū kāju sildītāji, apsildāmi un vēdināmi krēsli vai biroja starpsienas infrasarkanai apkurei un dzesēšanai. Visas šīs tehnoloģijas ietekmē vietējo termisko stāvokli, piemēram, darba vietā, un tās var automātiski kontrolēt, pamatojoties arī uz vietējo sensoru datiem, kā parādīts šī soļa attēlos.

Plašāka informācija par personalizētās vides sīkrīkiem un notiekošajiem pētījumiem ir pieejama vietnē

Living Lab viedās biroja telpas: personalizēta vide

Kalifornijas Universitāte, Bērklija

ZEN ziņojums par dzesēšanas ierīču sildīšanu [PDF]

SBRC Vulongunas universitāte

2. darbība: sistēmas shēma

Viens no izstrādes procesa galvenajiem mērķiem bija izveidot bezvadu, kompaktu un lētu sensoru ierīci, lai mērītu iekštelpu vides apstākļus vismaz desmit atsevišķās darba vietās noteiktā atklātā biroja telpā. Tāpēc stacija izmanto ESP32-WROOM-32 ar iebūvētu WiFi savienojumu un lielu dažādu savienotāju tapu un atbalstīto kopņu veidu klāstu visu veidu sensoriem. Sensoru stacijas izmanto atsevišķu IoT-WiFi un nosūta savus datu rādījumus uz MariaDB datu bāzi, izmantojot PHP skriptu, kas darbojas datu bāzes serverī. Pēc izvēles var uzstādīt arī viegli lietojamu Grafana vizuālo izvadi.

Iepriekš redzamajā shēmā ir parādīts visu perifēro komponentu izvietojums kā pārskats par sistēmas iestatīšanu, taču šī pamācība ir vērsta uz pašu sensoru staciju. Protams, PHP fails un SQL savienojuma apraksts ir iekļauti arī vēlāk, lai sniegtu visu nepieciešamo informāciju, lai izveidotu, izveidotu savienojumu un izmantotu CoMoS.

Piezīme: šīs pamācības beigās varat atrast norādījumus par to, kā izveidot alternatīvu atsevišķu CoMoS versiju ar SD karšu krātuvi, iekšējo WiFi piekļuves punktu un tīmekļa lietotni mobilajām ierīcēm.

3. solis: piegādes saraksts

Elektronika

Sensori un kontrolieris, kā parādīts attēlā:

• ESP32-WROOM-32 mikrokontrolleris (espressif.com) [A]
• Si7021 vai GY21 temperatūras un mitruma sensors (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ temperatūras sensors (adafruit.com) [C]
• Rev C. gaisa ātruma sensors (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 statusa LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 apgaismojuma sensors (amazon.de) [F]

Vairāk elektrisko detaļu:

• 4, 7k pievilkšanas rezistors (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (vai līdzīga) standarta stieple (adafruit.com)
• 2x Wago kompakti savienošanas savienotāji (wago.com)
• Mikro USB kabelis (sparkfun.com)

Korpusa daļas (Sīkāku informāciju par šīm detaļām un izmēriem atrodiet nākamajā darbībā. Ja jums ir pieejams 3D printeris, jums ir nepieciešama tikai galda tenisa bumba. Izlaidiet nākamo soli un atrodiet visu informāciju un failus drukāšanai, veicot 5. darbību.)

• Akrila plāksne, apaļa 50x4 mm [1]
• Tērauda plāksne apaļa 40x10 mm [2]
• Akrila caurule 50x5x140 mm [3]
• Akrila plāksne, apaļa 40x5 mm [4]
• Akrila caurule 12x2x50 mm [5]
• Galda tenisa bumba [6]

Dažādi

• Balts krāsas aerosols
• Melns matēts krāsas aerosols
• Kaut kāda lente
• Nedaudz izolācijas vates, kokvilnas spilventiņa vai kaut kas tamlīdzīgs

Rīki

• Spēka urbis
• 8 mm zagšanas urbis
• 6 mm koka/plastmasas urbis
• 12 mm koka/plastmasas urbis
• Plāns rokas zāģis
• Smilšpapīrs
• Stiepļu griešanas knaibles
• Stiepļu noņēmējs
• Lodāmurs un alva
• Spēka līme vai karstās līmes pistole

Programmatūra un bibliotēkas (skaitļi norāda bibliotēkas versijas, kuras mēs izmantojām un pārbaudījām aparatūru. Tāpat vajadzētu darboties arī jaunākām bibliotēkām, taču, mēģinot dažādas / jaunākas versijas, mēs laiku pa laikam saskārāmies ar dažām problēmām.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 galvenā bibliotēka
• BH1750FVI bibliotēka
• Adafruit_Si7021 bibliotēka (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel bibliotēka (1.1.6)
• Dalasas Temperatūras bibliotēka (3.7.9)
• OneWire bibliotēka (2.3.3)

4. darbība. Korpusa projektēšana un uzbūve - 1. iespēja

CoMoS dizainā ir plāns, vertikāls korpuss ar lielāko daļu sensoru, kas uzstādīti augšējā zonā, un tikai temperatūras un mitruma sensors ir uzstādīts tuvu apakšai. Sensora pozīcijas un izkārtojums atbilst īpašām izmērāmo mainīgo prasībām:

• Si7021 temperatūras un mitruma sensors ir uzstādīts ārpus korpusa, tā apakšdaļas tuvumā, lai ļautu brīvai gaisa cirkulācijai ap sensoru un līdz minimumam samazinātu siltuma zudumus, ko rada mikrokontrolleris korpusa iekšpusē.
• Apgaismojuma sensors BH1750 ir uzstādīts korpusa plakanā augšpusē, lai izmērītu apgaismojumu uz horizontālas virsmas, kā to prasa kopējie darba vietas apgaismojuma standarti.
• C Rev. vēja sensors ir uzstādīts arī korpusa augšpusē, tā elektronika ir paslēpta korpusa iekšpusē, bet zari, kas satur faktisko termoanemometru un temperatūras sensoru, ir pakļauti gaisam ap augšpusi.
• DS18B20 temperatūras sensors ir uzstādīts pašā stacijas augšpusē, melni krāsotas galda tenisa bumbiņas iekšpusē. Augšējā pozīcija ir nepieciešama, lai samazinātu skata faktorus un līdz ar to pašas sensoru stacijas radiācijas ietekmi uz zemeslodes temperatūras mērīšanu.

Papildu resursi par vidējo starojuma temperatūru un melno galda tenisa bumbiņu izmantošanu kā globusa temperatūras sensori ir:

Vangs, Šangs un Li, Juguo. (2015). Akrila un vara globusa termometru piemērotība diennakts āra iestatījumiem. Ēka un vide. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de dārgais, Ričard. (1987). Galda galda tenisa termometri vidējai starojuma temperatūrai. H & Eng.,. 60. 10.-12.

Korpuss ir veidots vienkārši, lai ražošanas laiks un pūles būtu pēc iespējas zemākas. To var viegli izveidot no standarta detaļām un komponentiem, izmantojot tikai dažus vienkāršus rīkus un prasmes. Vai arī tiem, kam paveicies, ka viņu rīcībā ir 3D printeris, visas korpusa daļas var arī izdrukāt 3D formātā. Lai drukātu lietu, pārējo šo darbību var izlaist, un nākamajā solī var atrast visus nepieciešamos failus un instrukcijas.

Konstrukcijai no standarta detaļām lielākajai daļai tiek izvēlēti montāžas izmēri:

• Galvenais korpuss ir akrila (PMMA) caurule ar 50 mm ārējo diametru, 5 mm sienas biezumu un 140 mm augstumu.
• Apakšējā plāksne, kas kalpo kā gaismas vadītājs statusa gaismas diodei, ir akrila apaļa plāksne, kuras diametrs ir 50 mm un biezums 4 mm.
• Tērauda kārta ar diametru 40 mm un biezumu 10 mm ir uzstādīta kā svars virs apakšējās plāksnes un ievietota galvenās korpusa caurules apakšējā galā, lai novērstu stacijas apgāšanos un noturētu apakšējo plāksni vietā.
• Augšējā plāksne iekļaujas arī galvenā korpusa caurulē. Tas ir izgatavots no PMMA, tā diametrs ir 40 mm un biezums 5 mm.
• Visbeidzot, augšējā stāvvada caurule ir arī PMMA ar ārējo diametru 10 mm, sienas biezumu 2 mm un garumu 50 mm.

Ražošanas un montāžas process ir vienkāršs, sākot ar dažiem urbumiem. Tērauda apaļam ir nepieciešams 8 mm nepārtraukts caurums, lai tas atbilstu gaismas diodēm un kabeļiem. Galvenajam korpusa caurulim ir vajadzīgi daži 6 mm caurumi, kā kabeļu padeve USB un sensoru kabeļiem, kā arī ventilācijas atveres. Caurumu skaitu un novietojumu var mainīt pēc jūsu vēlmēm. Izstrādātāju izvēle ir seši caurumi aizmugurē, tuvu augšējai un apakšējai daļai, un divi priekšpusē, viens augšējais, atkal viens apakšējais, kā atsauce.

Augšējā plāksne ir visgrūtākā daļa. Tam nepieciešams centrēts, taisns un nepārtraukts 12 mm, lai tas ietilptu augšējā stāvvada caurulē, vēl viens 6 mm caurums, kas novietots apgaismojuma sensora kabeļa novietošanai, un plāns šķēlums, kura platums ir aptuveni 1, 5 mm un garums 18 mm, lai tas atbilstu vējam sensors. Skatiet attēlus atsaucei. Visbeidzot, galda tenisa bumbiņai ir vajadzīgs arī 6 mm vesels, lai tas atbilstu zemeslodes temperatūras sensoram un kabelim.

Nākamajā solī visas PMMA detaļas, izņemot apakšējo plāksni, jāpārklāj ar aerosolu, atsauce ir balta. Galda tenisa bumbiņai jābūt krāsotai matēti melnā krāsā, lai noteiktu tās aprēķinātās termiskās un optiskās īpašības.

Tērauda kārta ir pielīmēta centrā un līdzena apakšējai plāksnei. Augšējā stāvvada caurule ir pielīmēta augšējās plāksnes 12 mm caurumā. Galda tenisa bumba ir pielīmēta stāvvada augšējā galā, tā caurums sakrīt ar stāvvada caurules iekšējo atveri, tāpēc temperatūras sensoru un kabeli pēc tam var ievietot bumbiņā caur stāvvada cauruli.

Veicot šo darbību, visas korpusa daļas ir gatavas montāžai, saliekot tās kopā. Ja daži ir pārāk cieši pieguļoši, nedaudz noslīpējiet, ja pārāk vaļīgi, pievienojiet plānu lentes kārtu.

5. darbība. Korpusa projektēšana un uzbūve - 2. iespēja

Lai gan CoMoS korpusa izveides 1. iespēja joprojām ir ātra un vienkārša, ļaujot 3D printerim paveikt šo darbu, varētu būt vēl vieglāk. Arī šai opcijai korpuss ir sadalīts trīs daļās - augšējā, korpusa korpusā un apakšējā daļā, lai varētu viegli savienot elektroinstalāciju un montāžu, kā aprakstīts nākamajā darbībā.

Faili un papildu informācija par printera iestatījumiem ir pieejama vietnē Thingiverse:

CoMoS faili vietnē Thingiverse

Ir ļoti ieteicams ievērot norādījumus par balta kvēldiega izmantošanu ķermeņa augšdaļai un korpusa daļām. Tas neļauj korpusam pārāk ātri sakarst saules gaismā un novērš nepatiesus mērījumus. Apakšējai daļai jāizmanto caurspīdīgs kvēldiegs, lai varētu izgaismot LED indikatoru.

Vēl viena iespēja no 1. varianta ir tāda, ka trūkst metāla kārta. Lai novērstu CoMoS apgāšanos, caurspīdīgajā apakšējā daļā/uz tās jānovieto jebkura veida svars, piemēram, gultņu lodītes vai ķekars metāla paplāksņu. Tas ir veidots ar malu, lai ietilptu un noturētu zināmu svaru. Alternatīvi, CoMoS var pielīmēt tā uzstādīšanas vietā, izmantojot divpusēju lenti.

Piezīme: mapē Thingiverse ir faili micro SD karšu lasītāja korpusam, ko var uzstādīt CoMoS korpusā. Šis gadījums nav obligāts un ir daļa no atsevišķās versijas, kas aprakstīta šīs pamācības pēdējā solī.

6. darbība: elektroinstalācija un montāža

ESP, sensori, LED un USB kabelis ir pielodēti un savienoti saskaņā ar shēmas shēmu, kas parādīta šī soļa attēlos. Tālāk aprakstītajam parauga kodam atbilstošs PIN piešķiršana ir šāda:

• 14 - Atiestatīt tiltu (EN) - [pelēks]
• 17 - WS2811 (LED) - [zaļš]
• 18 - pievilkšanas rezistors priekš DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (viens vads) - [violets]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [zils]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [dzeltens]
• 25 - BH1750 (V -in) - [brūns]
• 26 - SI7021 (V -in) - [brūns]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [brūns]
• 34 - Vēja sensors (TMP) - [ciāna]
• 35 - Vēja sensors (RV) - [oranžs]
• VIN - USB kabelis (+5V) - [sarkans]
• GND - USB kabelis (GND) - [melns]

Si7021, BH1750 un DS18B20+ sensori tiek darbināti, izmantojot ESP32 IO tapu. Tas ir iespējams, jo to maksimālā strāvas iegrime ir zemāka par ESP maksimālo strāvas padevi uz tapu, un tas ir nepieciešams, lai sensoru sakaru kļūdu gadījumā varētu atiestatīt sensorus, pārtraucot to barošanu. Plašāku informāciju skatiet ESP kodā un komentāros.

Si7021 un BH1750 sensori, tāpat kā USB kabelis, jāpielodē ar kabeļiem, kas jau ir izlaisti caur speciālajiem korpusa caurumiem, lai varētu veikt montāžu nākamajā darbībā. WAGO kompaktie savienošanas savienotāji tiek izmantoti, lai ierīces savienotu ar barošanas avotu, izmantojot USB kabeli. Visi tiek darbināti ar 5 V līdzstrāvu, izmantojot USB, kas darbojas ar ESP32 loģikas līmeni pie 3, 3 V. Pēc izvēles mikro USB kabeļa datu tapas var atkārtoti pievienot mikro USB spraudnim un pievienot ESP mikro USB kontaktligzdu, kā strāvas ievadi un datu savienojumu, lai pārsūtītu kodu uz ESP32, kamēr korpuss ir aizvērts. Pretējā gadījumā, ja tas ir pievienots, kā parādīts shēmā, ir nepieciešams cits neskarts mikro USB kabelis, lai sākotnēji pārsūtītu kodu uz ESP pirms korpusa salikšanas.

Si7021 temperatūras sensors ir pielīmēts korpusa aizmugurē, tuvu apakšai. Ir ļoti svarīgi piestiprināt šo sensoru tuvu apakšai, lai izvairītos no nepatiesiem temperatūras rādījumiem, ko izraisījis korpuss. Lai iegūtu papildinformāciju par šo problēmu, skatiet Epilogue soli. Apgaismojuma sensors BH1750 ir pielīmēts pie augšējās plāksnes, un vēja sensors ir ievietots un piestiprināts pie spraugas pretējā pusē. Ja tas pārāk labi iederas, nedaudz lentes ap sensora centrālo daļu palīdz to noturēt. DS18B20 temperatūras sensors caur augšējo stāvvadītāju tiek ievietots galda tenisa bumbiņā ar galīgo pozīciju bumbas centrā. Augšējā stāvvada iekšpuse ir piepildīta ar izolācijas vilnu, un apakšējā atvere ir noslēgta ar lenti vai karstu līmi, lai novērstu vadošu vai konvekcijas siltuma pārnesi uz zemeslodi. Gaismas diode ir pievienota tērauda apaļajam caurumam, kas vērsts uz leju, lai apgaismotu apakšējo plāksni.

Visi vadi, savienošanas savienotāji un ESP32 iet iekšā galvenajā korpusā, un visa korpusa daļa ir salikta galīgajā montāžā.

7. solis: programmatūra - ESP, PHP un MariaDB konfigurācija

ESP32 mikrokontrolleru var ieprogrammēt, izmantojot Arduino IDE un ESP32 Core bibliotēku, ko nodrošina Espressif. Tiešsaistē ir pieejams daudz pamācību par IDE iestatīšanu ESP32 saderībai, piemēram, šeit.

Pēc iestatīšanas pievienotais kods tiek pārsūtīts uz ESP32. Tas ir komentēts visā, lai to būtu vieglāk saprast, taču dažas galvenās iezīmes ir šādas:

• Tā sākumā ir sadaļa "lietotāja konfigurācija", kurā jāiestata atsevišķi mainīgie, piemēram, WiFi ID un parole, datu bāzes servera IP un vēlamie datu nolasījumi un nosūtīšanas periods. Tas ietver arī mainīgo "nulles vēja regulēšanas", ko var izmantot, lai nestabila barošanas avota gadījumā noregulētu nulles vēja ātruma rādījumus līdz 0.
• Kods ietver vidējos kalibrēšanas koeficientus, ko autori noteikuši pēc desmit esošo sensoru staciju kalibrēšanas. Plašāku informāciju un iespējamos individuālos pielāgojumus skatiet Epilogue solī.
• Dažādās koda sadaļās ir iekļauta dažāda kļūdu apstrāde. Īpaši efektīva autobusu sakaru kļūdu atklāšana un apstrāde, kas bieži rodas ESP32 kontrolieros. Atkal, lai iegūtu papildinformāciju, skatiet Epilogue soli.
• Tam ir LED krāsu izeja, kas parāda sensora stacijas pašreizējo stāvokli un visas kļūdas. Plašāku informāciju skatiet solī Rezultāti.

Pievienotais PHP fails ir jāinstalē un tam ir jābūt pieejamam datu bāzes servera saknes mapē serverIP/sensor.php. PHP faila nosaukumam un datu apstrādes saturam jāatbilst ESP izsaukuma funkcijas kodam un, no otras puses, jāatbilst datu bāzes tabulas iestatījumam, lai varētu saglabāt datu nolasījumus. Pievienotie piemēru kodi ir saskaņoti, bet, ja maināt dažus mainīgos, tie ir jāmaina visā sistēmā. PHP faila sākumā ir regulēšanas sadaļa, kurā tiek veiktas individuālas korekcijas atbilstoši sistēmas videi, jo īpaši datubāzes lietotājvārdam un parolei, kā arī datu bāzes nosaukumam.

Tajā pašā serverī tiek iestatīta MariaDB vai SQL datu bāze atbilstoši tabulas iestatījumiem, kas izmantoti sensoru stacijas kodā un PHP skriptā. Piemēra kodā MariaDB datu bāzes nosaukums ir "sensorstation" ar tabulu ar nosaukumu "data", kurā ir 13 kolonnas UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, un IllumMax.

Grafana analīzes un uzraudzības platformu var papildus instalēt serverī kā iespēju tiešai datu bāzes vizualizācijai. Šī nav šīs attīstības galvenā iezīme, tāpēc šajā instrukcijā tas nav sīkāk aprakstīts.

8. darbība. Rezultāti - datu nolasīšana un pārbaude

Pēc visu vadu, montāžas, programmēšanas un vides iestatījumu veikšanas sensoru stacija periodiski nosūta datu nolasījumus uz datu bāzi. Strāvas padeves laikā apakšējā LED krāsā ir norādīti vairāki darbības stāvokļi:

• Sāknēšanas laikā gaismas diode iedegas dzeltenā krāsā, norādot uz gaidāmo savienojumu ar WiFi.
• Kad savienojums ir izveidots, indikators ir zils.
• Sensora stacija veic sensoru rādījumus un periodiski nosūta tos serverim. Par katru veiksmīgu pārsūtīšanu liecina 600 ms zaļās gaismas impulss.
• Kļūdu gadījumā indikators iekrāsosies sarkanā, purpursarkanā vai dzeltenīgā krāsā atbilstoši kļūdas veidam. Pēc noteikta laika vai kļūdu skaita sensoru stacija atiestata visus sensorus un automātiski atsāknē, par ko atkal norāda dzeltenā gaisma sāknēšanas laikā. Plašāku informāciju par indikatora krāsām skatiet ESP32 kodā un komentāros.

Pabeidzot šo pēdējo darbību, sensoru stacija darbojas un darbojas nepārtraukti. Līdz šim 10 sensoru staciju tīkls ir uzstādīts un darbojas iepriekš minētajā Living Lab viedajā biroja telpā.

9. darbība. Alternatīva: atsevišķa versija

CoMoS izstrāde turpinās, un pirmais šī notiekošā procesa rezultāts ir atsevišķa versija. Šai CoMoS versijai nav nepieciešams datu bāzes serveris un WiFi tīkls, lai uzraudzītu un ierakstītu vides datus.

Jaunās galvenās iezīmes ir šādas:

• Datu rādījumi tiek saglabāti iekšējā micro SD kartē, Excel draudzīgā CSV formātā.
• Integrēts WiFi piekļuves punkts, lai piekļūtu CoMoS no jebkuras mobilās ierīces.
• Tīmekļa lietotne (ESP32 iekšējais tīmekļa serveris, nav nepieciešams interneta savienojums) tiešajiem datiem, iestatījumiem un piekļuvei krātuvei, tieši lejupielādējot failus no SD kartes, kā parādīts attēlā un ekrānuzņēmumos, kas pievienoti šai darbībai.

Tas aizstāj WiFi un datu bāzes savienojumu, savukārt visas citas funkcijas, ieskaitot kalibrēšanu un visu dizainu un konstrukciju, paliek neskartas no sākotnējās versijas. Tomēr patstāvīgajam CoMoS ir nepieciešama pieredze un papildu zināšanas par to, kā piekļūt ESP32 iekšējai failu pārvaldības sistēmai "SPIFFS", kā arī neliela izpratne par HTML, CSS un Javascript, lai saprastu, kā darbojas tīmekļa lietotne. Tam ir vajadzīgas arī dažas vairāk / dažādas bibliotēkas.

Lūdzu, pārbaudiet Arduino kodu pievienotajā zip failā, lai iegūtu nepieciešamās bibliotēkas, un šīs atsauces, lai iegūtu papildinformāciju par programmēšanu un augšupielādi SPIFFS failu sistēmā:

SPIFFS bibliotēka ar espressif

SPIFFS failu augšupielādētājs, ko izstrādājis me-no-dev

Pedroalbuquerque ESP32WebServer bibliotēka

Šī jaunā versija padarītu pilnīgi jaunu pamācību, kas varētu tikt publicēta nākotnē. Bet pagaidām, īpaši pieredzējušākiem lietotājiem, mēs nevēlamies palaist garām iespēju koplietot pamatinformāciju un failus, kas nepieciešami tās iestatīšanai.

Ātri soļi, lai izveidotu atsevišķu CoMoS:

• Izveidojiet lietu saskaņā ar iepriekšējo darbību. Pēc izvēles 3D drukājiet papildu korpusu, lai Micro SC karšu lasītājs tiktu pievienots CoMoS korpusam. Ja jums nav pieejams 3D printeris, karšu lasītāju var ievietot arī CoMoS galvenajā korpusā, neuztraucieties.
• Pievienojiet visus sensorus, kā aprakstīts iepriekš, bet papildus instalējiet un pieslēdziet micro SD karšu lasītāju (amazon.com) un DS3231 reālā laika pulksteni (adafruit.com), kā norādīts šim solim pievienotajā elektroinstalācijas shēmā. Piezīme: Pievilkšanas rezistora un oneWire tapas atšķiras no sākotnējās elektroinstalācijas shēmas!
• Pārbaudiet Arduino kodu un pielāgojiet WiFi piekļuves punkta mainīgos "ssid_AP" un "password_AP" atbilstoši savām vēlmēm. Ja tas nav pielāgots, standarta SSID ir “CoMoS_AP” un parole “12345678”.
• Ievietojiet micro SD karti, augšupielādējiet kodu, augšupielādējiet mapes "dati" saturu ESP32, izmantojot SPIFFS failu augšupielādētāju, un pievienojiet jebkuru mobilo ierīci WiFi piekļuves punktam.
• Mobilajā pārlūkprogrammā dodieties uz "192.168.4.1" un izbaudiet!

Visas lietotnes pamatā ir html, css un javascript. Tas ir lokāls, nav saistīts vai nepieciešams interneta savienojums. Tam ir lietotnes sānu izvēlne, lai piekļūtu iestatīšanas lapai un atmiņas lapai. Iestatīšanas lapā varat pielāgot svarīgākos iestatījumus, piemēram, vietējo datumu un laiku, sensora rādījumu intervālu utt. Visi iestatījumi tiks pastāvīgi saglabāti ESP32 iekšējā atmiņā un atjaunoti nākamajā palaišanas reizē. Atmiņas lapā ir pieejams SD kartē esošo failu saraksts. Noklikšķinot uz faila nosaukuma, tiek sākta CSV faila tieša lejupielāde mobilajā ierīcē.

Šī sistēmas iestatīšana ļauj individuāli un attālināti uzraudzīt iekštelpu vides apstākļus. Visi sensoru rādījumi tiek periodiski saglabāti SD kartē, katru dienu izveidojot jaunus failus. Tas ļauj nepārtraukti darboties nedēļas vai mēnešus bez piekļuves vai apkopes. Kā minēts iepriekš, tas joprojām ir pētniecība un attīstība. Ja jūs interesē sīkāka informācija vai palīdzība, lūdzu, nevilcinieties sazināties ar atbilstošo autoru, izmantojot komentārus vai tieši, izmantojot LinkedIn.

10. darbība. Epilogs - zināmās problēmas un Outlook

Šajā pamācībā aprakstītā sensoru stacija ir ilgstoša un nepārtraukta pētījuma rezultāts. Mērķis ir izveidot uzticamu, precīzu, bet lētu sensoru sistēmu iekštelpu vides apstākļiem. Tam bija un ir daži nopietni izaicinājumi, no kuriem šeit ir jāpiemin vissvarīgākie:

Sensora precizitāte un kalibrēšana

Šajā projektā izmantotie sensori piedāvā salīdzinoši augstu precizitāti par zemām vai mērenām izmaksām. Lielākā daļa ir aprīkoti ar iekšējo trokšņu samazināšanu un digitālās kopnes saskarnēm saziņai, samazinot nepieciešamību pēc kalibrēšanas vai līmeņa pielāgošanas. Jebkurā gadījumā, tā kā sensori ir uzstādīti korpusā vai uz tā ar noteiktiem atribūtiem, autori veica visas sensoru stacijas kalibrēšanu, kā īsumā parādīti pievienotajos attēlos. Kopumā desmit vienādi uzbūvētas sensoru stacijas tika pārbaudītas noteiktos vides apstākļos un salīdzinātas ar profesionālu iekštelpu klimata sensoru ierīci TESTO 480. No šiem braucieniem tika noteikti kalibrēšanas koeficienti, kas iekļauti parauga kodā. Tie ļauj vienkārši kompensēt korpusa un elektronikas ietekmi uz atsevišķiem sensoriem. Lai sasniegtu visaugstāko precizitāti, katrai sensoru stacijai ieteicams veikt individuālu kalibrēšanu. Šīs sistēmas kalibrēšana ir autoru pētījumu otrais fokuss, papildus attīstībai un konstrukcijai, kas aprakstīta šajā pamācībā. Tas tiek apspriests papildu saistītā publikācijā, kas joprojām tiek veikta salīdzinošā pārskatā un tiks pievienota šeit, tiklīdz tā nonāks tiešsaistē. Lūdzu, atrodiet vairāk informācijas par šo tēmu autoru vietnē.

ESP32 darbības stabilitāte

Ne visas šajā kodā izmantotās uz Arduino balstītās sensoru bibliotēkas ir pilnībā saderīgas ar ESP32 plati. Šis jautājums ir plaši apspriests daudzos tiešsaistes punktos, jo īpaši attiecībā uz I2C un OneWire komunikācijas stabilitāti. Šajā izstrādē tiek veikta jauna, kombinēta kļūdu noteikšana un apstrāde, kuras pamatā ir sensoru barošana tieši caur ESP32 IO tapām, lai atvienotu to barošanu. No šodienas viedokļa šis risinājums nav ticis prezentēts vai nav plaši apspriests. Tas radās nepieciešamības dēļ, taču līdz šim tas darbojas nevainojami vairāku mēnešu un ilgāk. Tomēr tas joprojām ir izpētes jautājums.

Outlook

Kopā ar šo pamācību autori veic turpmākas rakstiskas publikācijas un konferenču prezentācijas, lai izplatītu attīstību un nodrošinātu plašu un atvērtā koda pielietojumu. Tikmēr tiek turpināts pētījums, lai vēl vairāk uzlabotu sensoru staciju, jo īpaši attiecībā uz sistēmas konstrukciju un ražošanu, kā arī sistēmas kalibrēšanu un verifikāciju. Šo pamācību var atjaunināt par svarīgiem nākotnes notikumiem, taču, lai iegūtu visu jaunāko informāciju, lūdzu, apmeklējiet autoru vietni vai tieši sazinieties ar autoriem, izmantojot LinkedIn:

atbilstošais autors: Matiass Kimmlings

otrais autors: Konrāds Lauenrots

pētījumu mentore: prof. Sabīne Hofmane

Otrā balva autoram pirmo reizi