Mugavuse jälgimise andurjaama ehitamine: 10 sammu (piltidega)

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

See juhend kirjeldab nn mugavusseirejaama CoMoS, ümbritsevatele tingimustele kombineeritud anduriseadme, projekteerimist ja ehitamist, mis töötati välja TUK -i ehitatud keskkonna osakonnas, Technische Universität Kaiserslautern, Saksamaa.

CoMoS kasutab ESP32 kontrollerit ja andureid õhutemperatuuri ja suhtelise niiskuse (Si7021), õhukiiruse (tuuleanduri pöörete arv C kaasaegse seadme järgi) ja maakera temperatuuri (DS18B20 musta pirniga) mõõtmiseks, kõik kompaktses ja hõlpsasti kasutatavas ehitada ümbris visuaalse tagasisidega läbi LED -indikaatori (WS2812B). Lisaks on lisatud valgustusandur (BH1750) kohaliku visuaalse seisundi analüüsimiseks. Kõik andurite andmed loetakse perioodiliselt ja saadetakse Wi-Fi kaudu andmebaasiserverisse, kust neid saab kasutada jälgimiseks ja juhtimiseks.

Selle arengu motivatsiooniks on saada odav, kuid väga võimas alternatiiv laboriandurite seadmetele, mille hind on tavaliselt üle 3000 euro. Seevastu CoMoS kasutab riistvara, mille kogumaksumus on umbes 50 eurot, ja seetõttu saab seda (büroo) hoonetes igakülgselt kasutada, et määrata reaalajas individuaalne soojus- ja visuaalne seisund igas töökohas või hooneosas.

Lisateavet meie uurimistöö ja sellega seotud osakonna töö kohta leiate ametlikult Living Labi nutikontoriruumide veebisaidilt või võtke otse vastava autoriga ühendust LinkedIni kaudu. Kõigi autorite kontaktid on loetletud selle juhendi lõpus.

Struktuuriline märkus: see juhend kirjeldab CoMoS-i algset seadistust, kuid sisaldab ka teavet ja juhiseid mõne hiljuti välja töötatud variatsiooni kohta: lisaks standardosadest ehitatud originaalkorpusele on olemas ka 3D-prinditud valik. Lisaks originaalsele andmebaasiserveri ühendusega seadmele on olemas ka alternatiivne eraldiseisev versioon, millel on SD-kaardi salvestusruum, integreeritud WIFi-pöörduspunkt ja väljamõeldud mobiilirakendus andurite näitude visualiseerimiseks. Palun kontrollige vastavatesse peatükkidesse märgitud valikuid ja viimases peatükis eraldiseisvat valikut.

Isiklik märkus: see on autori esimene juhend, mis hõlmab üsna üksikasjalikku ja keerulist seadistust. Palun võtke kõhklemata ühendust selle lehe kommentaaride jaotise kaudu, e-posti teel või LinkedIni kaudu, kui sammude jooksul on üksikasju või teavet puudu.

1. samm: taust - termiline ja visuaalne mugavus

Termiline ja visuaalne mugavus on muutunud üha olulisemaks teemaks, eriti kontori- ja töökohakeskkonnas, aga ka elamusektoris. Selle valdkonna peamine väljakutse on see, et üksikisikute termiline taju varieerub sageli laias vahemikus. Üks inimene võib teatud soojusolukorras tunda end kuumana, teine aga samas. Seda seetõttu, et individuaalset termilist taju mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas õhutemperatuuri, suhtelise niiskuse, õhukiiruse ja ümbritsevate pindade kiirgustemperatuuri füüsikalised tegurid. Kuid ka riietus, metaboolne aktiivsus ning vanuse, soo, kehamassi ja muu individuaalne aspekt mõjutavad termilist taju.

Kuigi üksikud tegurid jäävad kütte ja jahutuse juhtimise osas ebakindlaks, saab füüsikalisi tegureid täpselt kindlaks määrata anduriseadmete abil. Õhutemperatuuri, suhtelist õhuniiskust, õhukiirust ja maakera temperatuuri saab mõõta ja kasutada hoone juhtseadiste otsese sisendina. Lisaks saab neid üksikasjalikuma lähenemisviisi korral kasutada sisendina niinimetatud PMV-indeksi arvutamiseks, kus PMV tähistab ennustatud keskmist häält. See kirjeldab, kuidas inimesed keskmiselt tõenäoliselt hindaksid oma soojustunnet antud ruumi tingimustes. PMV võib võtta väärtusi vahemikus -3 (külm) kuni +3 (kuum), kusjuures 0 on neutraalne olek.

Miks me seda PMV-asja siin mainime? Noh, sest isikliku mugavuse valdkonnas on see tavaliselt kasutatav indeks, mis võib olla hoone soojusolukorra kvaliteedikriteerium. CoMoSi abil saab mõõta kõiki PMV arvutamiseks vajalikke ümbritseva keskkonna parameetreid.

Kui olete huvitatud, saate lisateavet soojusmugavuse, maakera konteksti ja keskmise kiirgustemperatuuri, PMV-indeksi ja rakendatava ASHRAE-standardi kohta

Wikipedia: Termiline mugavus

ISO 7726 Termilise keskkonna ergonoomika

MTÜ ASHRAE

Muide: isikupärastatud keskkonna valdkonnas on juba ammu olemas, kuid ka palju äsja välja töötatud vidinaid, mis pakuvad individuaalset soojus- ja visuaalset mugavust. Tuntud näide on väikesed töölaua ventilaatorid. Kuid ka jalalaua soojendajaid, soojendusega ja ventileeritavaid toole või kontori vaheseinu infrapunakiirgusega kütmiseks ja jahutamiseks töötatakse välja või on need juba turul saadaval. Kõik need tehnoloogiad mõjutavad kohalikku termilist seisundit, näiteks töökohal, ja neid saab automaatselt juhtida ka kohalike andurite andmete alusel, nagu on näidatud selle sammu piltidel.

Lisateavet isikupärastatud keskkonna vidinate ja käimasolevate uuringute kohta leiate aadressilt

Living Labi nutikad kontoripinnad: isikupärastatud keskkond

California ülikool, Berkeley

ZENi aruanne jahutusseadmete isikliku soojendamise kohta [PDF]

SBRC Wollongongi ülikool

2. samm: süsteemiskeem

Arendusprotsessi üks peamisi eesmärke oli luua traadita, kompaktne ja odav anduriseade, mis mõõdab antud avatud kontoriruumis vähemalt kümne üksiku töökoha sisetingimusi. Seetõttu kasutab jaam ESP32-WROOM-32, millel on sisseehitatud WiFi-ühendus ning millel on suur valik pistikupesasid ja toetatud siinitüüpe igasuguste andurite jaoks. Andurijaamad kasutavad eraldi IoT-WiFi-d ja saadavad oma andmenäidud andmebaasiserveris töötava PHP-skripti kaudu MariaDB andmebaasi. Soovi korral saab paigaldada ka hõlpsasti kasutatava Grafana visuaalse väljundi.

Ülaltoodud skeem näitab kõigi välisseadmete paigutust süsteemi seadistuse ülevaates, kuid see juhend keskendub andurjaamale endale. Loomulikult lisatakse PHP -fail ja SQL -ühenduse kirjeldus ka hiljem, et anda kogu vajalik teave CoMoS -i loomiseks, ühendamiseks ja kasutamiseks.

Märkus. Selle juhendi lõpus leiate juhiseid selle kohta, kuidas luua CoMoS-i alternatiivne eraldiseisev versioon koos SD-kaardi salvestusruumi, sisemise WiFi-pöörduspunkti ja mobiilseadmete veebirakendusega.

3. samm: tarnekiri

Elektroonika

Andurid ja kontroller, nagu pildil näidatud:

• ESP32-WROOM-32 mikrokontroller (espressif.com) [A]
• Si7021 või GY21 temperatuuri- ja niiskusandur (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ temperatuuriandur (adafruit.com) [C]
• Rev C. õhu kiirusandur (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 oleku LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 valgustuse andur (amazon.de) [F]

Veel elektrilisi osi:

• 4, 7k tõmbetakistus (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (või sarnane) standardtraat (adafruit.com)
• 2x Wago kompaktset ühendusliidest (wago.com)
• Mikro -USB -kaabel (sparkfun.com)

Korpuse osad (nende osade ja suuruste kohta leiate üksikasjalikumat teavet järgmises etapis. Kui teil on saadaval 3D-printer, vajate ainult lauatennisepalli. Jätke järgmine samm vahele ja leidke samm-sammult kogu teave ja failid printimiseks.)

• Ümmargune akrüülplaat 50x4 mm [1]
• Terasplaat ümmargune 40x10 mm [2]
• Akrüültoru 50x5x140 mm [3]
• Ümmargune akrüülplaat 40x5 mm [4]
• Akrüültoru 12x2x50 mm [5]
• Lauatennise pall [6]

Mitmesugused

• Valge värvipihusti
• Must matt värvipihusti
• Mingi lint
• Natuke soojustusvilla, vatipatja või muud sarnast

Tööriistad

• Jõutrell
• 8 mm varastamispuur
• 6 mm puidust/plastist puur
• 12 mm puidust/plastist puur
• Õhuke käsisaag
• Liivapaber
• Traadi lõikamise tangid
• Traadi eemaldaja
• Jootekolb ja tina
• Jõuliim või kuumliimipüstol

Tarkvara ja teegid (numbrid näitavad raamatukogu versioone, mida kasutasime ja riistvara testisime. Uuemad teegid peaksid samuti töötama, kuid erinevate / uuemate versioonide proovimisel tekkis aeg -ajalt probleeme.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 põhiteek
• BH1750FVI raamatukogu
• Adafruit_Si7021 raamatukogu (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixeli raamatukogu (1.1.6)
• Dallase temperatuuri raamatukogu (3.7.9)
• OneWire'i teek (2.3.3)

4. samm: korpuse projekteerimine ja ehitamine - 1. võimalus

CoMoS -i disainil on õhuke vertikaalne korpus, kus enamik andureid on paigaldatud ülemisele alale, ainult temperatuuri ja niiskuse andur on paigaldatud põhja lähedale. Andurite asukohad ja paigutus järgivad mõõdetud muutujate erinõudeid:

• Si7021 temperatuuri- ja niiskusandur on paigaldatud korpusest väljapoole, selle põhja lähedale, et võimaldada vaba õhuringlust anduri ümber ja minimeerida korpuses oleva mikrokontrolleri poolt tekkiva heitsoojuse mõju.
• BH1750 valgustusandur on paigaldatud korpuse tasasele ülaosale, et mõõta valgustust horisontaalsel pinnal, nagu on nõutud töökoha valgustuse ühiste standardite kohaselt.
• Rev. C tuuleandur on paigaldatud ka korpuse ülaossa, selle elektroonika on peidetud korpuse sisse, kuid selle piid, mis kannavad tegelikku termilist anemomeetrit ja temperatuuriandurit, puutuvad kokku ülaosa ümbritseva õhuga.
• DS18B20 temperatuuriandur on paigaldatud jaama ülaossa, mustaks värvitud lauatennisepalli sisse. Ülemine positsioon on vajalik vaadetegurite minimeerimiseks ja seega andurjaama enda kiirgusmõju maakera temperatuuri mõõtmiseks.

Täiendavad ressursid keskmise kiirgustemperatuuri ja mustade lauatennisepallide kasutamise kohta maakera temperatuurianduritena on järgmised:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Akrüül- ja vaskgloobuse termomeetrite sobivus päevasteks välitingimusteks. Ehitus ja keskkond. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Kallis, Richard. (1987). Ping-pong globe termomeetrid keskmise kiirgustemperatuuri jaoks. H & Eng.,. 60. 10-12.

Korpus on konstrueeritud lihtsaks, et tootmisaeg ja vaev oleks võimalikult väike. Seda saab hõlpsasti ehitada standardosadest ja -komponentidest vaid mõne lihtsa tööriista ja oskusega. Või neile, kellel on õnn, et nende käsutuses on 3D-printer, saab kõiki korpuse osi ka 3D-printida. Korpuse printimiseks võib ülejäänud selle sammu vahele jätta ning järgmises etapis leiate kõik vajalikud failid ja juhised.

Standardosadest ehitamiseks valitakse enamiku jaoks paigaldusmõõdud:

• Põhikorpus on akrüültoru (PMMA), mille välisläbimõõt on 50 mm, seinapaksus 5 mm ja kõrgus 140 mm.
• Alumine plaat, mis toimib oleku LED -i valgusjuhina, on ümmargune akrüülplaat, mille läbimõõt on 50 mm ja paksus 4 mm.
• Terasest ümmargune läbimõõt 40 mm ja paksus 10 mm on kaaluna paigaldatud põhjaplaadi peale ja mahub põhitoru alumisse otsa, et vältida jaama ümberkukkumist ja alumise plaadi hoidmist kohas.
• Ülemine plaat sobib ka põhikorpuse toru sisse. See on valmistatud PMMA -st ja selle läbimõõt on 40 mm ja paksus 5 mm.
• Lõpuks on ka ülemine tõusutoru PMMA, mille välisläbimõõt on 10 mm, seinapaksus 2 mm ja pikkus 50 mm.

Tootmis- ja kokkupanekuprotsess on lihtne, alustades mõnedest aukudest, mida puurida. Terasest ümar vajab LED -i ja kaablite paigaldamiseks 8 mm pidevat ava. Põhikorpuse toru vajab umbes 6 mm auke kaablite läbipääsuks USB- ja andurikaablitele ning ventilatsiooniavadena. Aukude arvu ja asukohti saab vastavalt teie eelistustele muuta. Arendajate valik on kuus auku tagaküljel, üla- ja alaosa lähedal ning kaks esiküljel, üks üleval, jälle üks allikas.

Ülemine plaat on kõige keerulisem osa. Ülemise püsttoru paigaldamiseks on vaja tsentreeritud, sirget ja pidevat 12 mm tervikut, valgustuse anduri kaabli jaoks veel üks 6 mm läbimõõduga ava ja õhuke, umbes 1, 5 mm laiune ja 18 mm pikkune pilu, mis sobib tuulega andur. Vaadake viitamiseks pilte. Ja lõpuks, lauatennise pall vajab ka 6 mm tervikut, et see sobiks maakera temperatuurianduri ja kaabliga.

Järgmises etapis tuleks kõik PMMA osad, välja arvatud alumine plaat, värvida pihustiga, viide on valge. Lauatennisepall tuleb värvida mattmustaks, et määrata selle hinnangulised termilised ja optilised omadused.

Terasest ümmargune liimitakse põhjaplaadi keskele ja tasaseks. Ülemine tõusutoru liimitakse ülemise plaadi 12 mm auku. Lauatennisepall on liimitud tõusutoru ülemisele otsale, selle auk sobib püsttoru sisemise avaga, nii et temperatuuriandurit ja kaablit saab pärast püsttoru torni palli sisse viia.

Kui see samm on tehtud, on kõik korpuse osad kokkupanemiseks valmis, pannes need kokku. Kui mõni sobib liiga tihedalt, lihvige neid veidi maha, kui liiga lahti, lisage õhuke kiht teipi.

5. samm: korpuse projekteerimine ja ehitamine - 2. võimalus

Kuigi CoMoS-i korpuse ehitamise 1. võimalus on endiselt kiire ja lihtne, võib 3D-printeril töö tegemine olla veelgi lihtsam. Ka selle variandi puhul on korpus jagatud kolmeks osaks, ülemine, korpuse korpus ja alumine osa, et võimaldada lihtsat juhtmestikku ja kokkupanekut, nagu on kirjeldatud järgmises etapis.

Failid ja lisateave printeriseadete kohta leiate veebisaidilt Thingiverse:

CoMoS -failid saidil Thingiverse

Soovitatav on järgida valge hõõgniidi kasutamise juhiseid keha üla- ja korpuseosade jaoks. See hoiab ära korpuse kuumutamise päikesevalguses liiga kiiresti ja väldib vale mõõtmist. LED -indikaatori valgustamiseks tuleks alumise osa jaoks kasutada läbipaistvat hõõgniiti.

Teine variant 1. variandist on see, et metallring puudub. Et vältida CoMoS -i ümberkukkumist, tuleb läbipaistvasse alumisse ossa/peale asetada igasugune raskus, näiteks kandekuulid või hunnik metallist seibi. See on konstrueeritud nii, et selle serv sobib ümber ja mahutab teatud raskust. Teise võimalusena saab CoMoS-i teipida oma paigalduskohale kahepoolse teibiga.

Märkus: kaust Thingiverse sisaldab faile micro SD -kaardilugeja korpuse jaoks, mida saab paigaldada CoMoS -i korpusele. See juhtum on valikuline ja kuulub selle juhendi viimases etapis kirjeldatud eraldiseisva versiooni juurde.

6. samm: juhtmestik ja kokkupanek

ESP, andurid, LED ja USB -kaabel on joodetud ja ühendatud vastavalt selle sammu piltidel näidatud skeemile. Hiljem kirjeldatud näidiskoodile vastav PIN-kood on järgmine:

• 14 - Lähtesta sild (EN) - [hall]
• 17 - WS2811 (LED) - [roheline]
• 18 - tõmbetakistus DS18B20+ jaoks
• 19 - DS18B20+ (üks juhe) - [lilla]
• 21 - BH1750 ja SI7021 (SDA) - [sinine]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [kollane]
• 25 - BH1750 (V -in) - [pruun]
• 26 - SI7021 (V -in) - [pruun]
• 27 - DS18B20+ (V -sisend) - [pruun]
• 34 - Tuuleandur (TMP) - [tsüaan]
• 35 - Tuuleandur (RV) - [oranž]
• VIN - USB -kaabel (+5V) - [punane]
• GND - USB -kaabel (GND) - [must]

Si7021, BH1750 ja DS18B20+ andurid saavad toite ESP32 IO-kontakti kaudu. See on võimalik, kuna nende maksimaalne voolutõmme on alla ESP maksimaalse voolutugevuse tihvti kohta ja see on vajalik andurite kommunikatsioonivigade korral andurite lähtestamiseks, katkestades nende toiteallika. Lisateabe saamiseks vaadake ESP koodi ja kommentaare.

Si7021 ja BH1750 andurid, nagu ka USB -kaabel, tuleks joota koos kaablitega, mis on juba läbi spetsiaalsete korpuseavade, et oleks võimalik järgmises etapis kokku panna. WAGO kompaktseid ühenduspistikuid kasutatakse seadmete ühendamiseks toiteallikaga USB -kaabli abil. Kõiki toiteallikaid toidab 5 V alalisvool USB, mis töötab ESP32 loogikatasemega 3, 3 V. Soovi korral saab mikro -USB -kaabli andmeklemmid uuesti ühendada mikro -USB -pistikuga ja ühendada ESP -i mikro -USB -ga pistikupesa, toitesisendina ja andmesideühendusena koodi edastamiseks ESP32 -le, kui korpus on suletud. Vastasel juhul, kui see on skeemil näidatud viisil ühendatud, on enne korpuse kokkupanekut vaja esmakordselt koodi ESP -le edastamiseks kasutada teist puutumatut mikro -USB -kaablit.

Si7021 temperatuuriandur on liimitud korpuse tagaküljele, põhja lähedale. See on väga oluline kinnitada see andur põhja lähedale, et vältida korpuses tekkivast kuumusest tingitud valede temperatuurinäitude saamist. Selle probleemi kohta lisateabe saamiseks vaadake Epiloogi sammu. Valgusandur BH1750 on liimitud ülemise plaadi külge ja tuuleandur on sisestatud ja paigaldatud vastasküljel asuvale pilule. Kui see sobib liiga kaduma, aitab väike teip anduri keskosa ümber hoida seda asendis. DS18B20 temperatuuriandur sisestatakse läbi ülemise tõusutoru lauatennise palli, lõppasendiga palli keskel. Ülemise püstiku sisemus on täidetud isolatsioonvillaga ja alumine ava on tihendatud teibi või kuuma liimiga, et vältida juhtivat või konvektiivset soojusülekannet maakerale. LED on kinnitatud terasest ümarasse alasuunas, et valgustada põhjaplaati.

Kõik juhtmed, splaissingu pistikud ja ESP32 lähevad põhikorpuse sisse ja kogu korpuse osa pannakse lõplikuks kokkupanekuks kokku.

Samm 7: Tarkvara - ESP, PHP ja MariaDB seadistamine

ESP32 mikrokontrollerit saab programmeerida Arduino IDE ja Espressifi pakutava ESP32 Core raamatukogu abil. Internetis on saadaval palju õpetusi selle kohta, kuidas seadistada IDE ESP32 ühilduvuse jaoks, näiteks siin.

Pärast seadistamist kantakse lisatud kood ESP32 -sse. See on arusaadavuse huvides kommenteeritud, kuid mõned põhijooned on järgmised:

• Selle alguses on jaotis "kasutajakonfiguratsioon", kus tuleb seadistada üksikud muutujad, näiteks WiFi ID ja parool, andmebaasi serveri IP ning soovitud andmete lugemis- ja saatmisperiood. See sisaldab ka muutujat "tuule nulli reguleerimine", mida saab kasutada ebastabiilse toiteallika korral nulltuule kiiruse näitude reguleerimiseks 0-le.
• Kood sisaldab keskmisi kalibreerimistegureid, mille autorid on määranud kümne olemasoleva andurijaama kalibreerimise põhjal. Lisateavet ja võimalikku individuaalset kohandamist vt Epilogue'i sammust.
• Mitmed veahaldused on lisatud koodi mitmesse ossa. Eriti tõhus ESP32 kontrolleritel sageli esinevate siiniside vigade tõhus avastamine ja käsitlemine. Lisateabe saamiseks vaadake jällegi Epilogue'i sammu.
• Sellel on LED -värviväljund, mis näitab andurjaama praegust olekut ja vigu. Lisateabe saamiseks vaadake tulemuste sammu.

Lisatud PHP -fail peab olema installitud ja juurdepääsetav andmebaasiserveri juurkausta aadressil serverIP/sensor.php. Andmete lugemise salvestamiseks peab PHP -failinimi ja andmetöötluse sisu vastama ESP -i kõnefunktsiooni koodile ja teisel pool andmebaasi tabeli seadistusele. Lisatud näidiskoodid sobivad, kuid mõne muutuja muutmisel tuleb neid kogu süsteemis muuta. PHP -faili alguses on reguleerimisjaotis, kus tehakse individuaalseid kohandusi vastavalt süsteemi keskkonnale, eriti andmebaasi kasutajanimele ja paroolile ning andmebaasi nimele.

MariaDB- või SQL -andmebaas seadistatakse samasse serverisse vastavalt andurjaama koodis ja PHP -skriptis kasutatud tabeli seadistusele. Näidiskoodis on MariaDB andmebaasi nimi "sensorstation" koos tabeliga "andmed", mis sisaldab 13 veergu UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, ja IllumMax.

Grafana analüüsi- ja jälgimisplatvormi saab andmebaasi otseseks visualiseerimiseks täiendavalt serverisse installida. See ei ole selle arengu peamine omadus, seega pole seda selles juhendis lähemalt kirjeldatud.

8. samm: Tulemused - andmete lugemine ja kontrollimine

Kui kõik juhtmed, kokkupanek, programmeerimine ja keskkonna seadistamine on tehtud, saadab andurjaam perioodiliselt andmete näidud andmebaasi. Toite ajal kuvatakse LED -i alumise värvi kaudu mitu tööolekut:

• Käivitamise ajal süttib kollane LED, mis näitab ootel WiFi -ühendust.
• Ühenduse ajal ja ajal on indikaator sinine.
• Andurjaam jookseb anduri näitu ja saadab selle perioodiliselt serverisse. Iga edukat ülekannet näitab roheline tuli 60 ms.
• Vigade korral värvub indikaator vastavalt veatüübile punaseks, lillaks või kollakaks. Pärast teatud aja või arvu vigu lähtestab andurjaam kõik andurid ja taaskäivitub automaatselt, mida näitab taaskäivitamisel kollane tuli. Näidiku värvide kohta lisateabe saamiseks vaadake ESP32 koodi ja kommentaare.

Kui see viimane samm on tehtud, töötab andurjaam pidevalt ja töötab. Praeguseks on 10 -st andurjaamast koosnev võrk paigaldatud ja töötab eelnevalt mainitud Living Labi nutikas kontoriruumis.

9. samm: alternatiiv: eraldiseisev versioon

CoMoS arendamine jätkub ja selle käimasoleva protsessi esimene tulemus on eraldiseisev versioon. See CoMoS -i versioon ei vaja keskkonnaandmete jälgimiseks ja salvestamiseks andmebaasiserverit ega WiFi -võrku.

Uued põhifunktsioonid on järgmised:

• Andmete näidud salvestatakse sisemisele mikro-SD-kaardile Excelisõbralikus CSV-vormingus.
• Integreeritud WiFi -pöörduspunkt mis tahes mobiilseadme kaudu CoMoS -i kasutamiseks.
• Veebipõhine rakendus (ESP32 sisemine veebiserver, Interneti-ühendust pole vaja) reaalajas andmete, seadete ja salvestusruumi juurdepääsu jaoks, otsene failide allalaadimine SD-kaardilt, nagu on näidatud sellel etapil lisatud pildil ja ekraanipiltidel.

See asendab WiFi ja andmebaasiühenduse, samas kui kõik muud funktsioonid, sealhulgas kalibreerimine ning kogu disain ja ehitus jäävad esialgsest versioonist puutumata. Sellegipoolest nõuab eraldiseisev CoMoS kogemusi ja täiendavaid teadmisi selle kohta, kuidas pääseda juurde ESP32 sisemisele failihaldussüsteemile "SPIFFS", ning veidi teadlikkust HTML-ist, CSS-ist ja Javascripti, et mõista veebirakenduse toimimist. Samuti vajab see töötamiseks veel mõnda / erinevat raamatukogu.

Palun vaadake lisatud zip -failist Arduino koodi vajalike teekide jaoks ja järgmisi viiteid, et saada lisateavet programmeerimise ja SPIFFS -failisüsteemi üleslaadimise kohta:

SPIFFS raamatukogu espressif

SPIFFS-faili üleslaadija, autor: me-no-dev

Pedroalbuquerque'i ESP32WebServeri raamatukogu

See uus versioon muudaks täiesti uue juhendatava, mis võidakse tulevikus avaldada. Kuid praegu, eriti kogenumate kasutajate jaoks, ei taha me jätta kasutamata võimalust jagada selle seadistamiseks vajalikku põhiteavet ja faile.

Kiired sammud iseseisva CoMoS-i loomiseks:

• Ehitage ümbris vastavalt eelnevale sammule. Soovi korral saate 3D-printida täiendava ümbrise mikro-SC-kaardilugejale CoMoS-i korpuse külge kinnitamiseks. Kui teil pole 3D -printerit saadaval, saate kaardilugeja ka CoMoS -i põhikorpuse sisse panna.
• Ühendage kõik andurid eelnevalt kirjeldatud viisil, kuid lisaks paigaldage ja ühendage mikro -SD -kaardi lugeja (amazon.com) ja DS3231 reaalajas kell (adafruit.com), nagu on näidatud selle sammuga ühendatud juhtmestikus. Märkus: Tõmbetakisti ja oneWire tihvtid erinevad algsest juhtmestikust!
• Kontrollige Arduino koodi ja kohandage WiFi pääsupunkti muutujaid "ssid_AP" ja "password_AP" vastavalt oma isiklikele eelistustele. Kui seda ei reguleerita, on standardne SSID "CoMoS_AP" ja parool "12345678".
• Sisestage mikro -SD -kaart, laadige kood üles, laadige SPIFFS -faili üleslaadija abil üles kausta "andmed" ESP32 -sse ja ühendage mis tahes mobiilseade WiFi -pöörduspunktiga.
• Liikuge oma mobiilibrauseris "192.168.4.1" ja nautige!

Rakendus põhineb html, css ja javascriptil. See on kohalik, Interneti -ühendust ei kaasata ega nõuta. Sellel on rakendusesisene külgmenüü, et pääseda juurde seadistuslehele ja mälulehele. Seadistuslehel saate reguleerida kõige olulisemaid seadeid, nagu kohalik kuupäev ja kellaaeg, anduri näiduintervall jne. Kõik seaded salvestatakse püsivalt ESP32 sisemällu ja taastatakse järgmisel käivitamisel. Mälulehel on saadaval SD -kaardil olevate failide loend. Failinime klõpsamisel alustatakse CSV -faili otsene allalaadimine mobiilseadmesse.

See süsteemi seadistus võimaldab siseruumides olevate tingimuste individuaalset ja kaugseiret. Kõik andurite näidud salvestatakse perioodiliselt SD -kaardile, iga uue päeva jaoks luuakse uusi faile. See võimaldab pidevat töötamist nädalate või kuude jooksul ilma juurdepääsuta või hoolduseta. Nagu varem mainitud, on see jätkuv teadus- ja arendustegevus. Kui olete huvitatud täiendavatest üksikasjadest või abist, võtke kõhklemata ühendust vastava autoriga kommentaaride kaudu või otse LinkedIni kaudu.

Samm 10: Epiloog - teadaolevad probleemid ja Outlook

Selles juhendis kirjeldatud andurjaam on pika ja kestva uurimistöö tulemus. Eesmärk on luua siseruumides keskkonnatingimuste jaoks usaldusväärne, täpne, kuid samas odav kulusensor. See seisab silmitsi tõsiste väljakutsetega, millest tuleks siinkohal nimetada kõige kindlamad:

Anduri täpsus ja kalibreerimine

Kõik selles projektis kasutatavad andurid pakuvad suhteliselt suurt täpsust madalate või mõõdukate kuludega. Enamik neist on sisemise mürasummutusega ja digitaalsiini liidestega suhtlemiseks, vähendades vajadust kalibreerimise või taseme reguleerimise järele. Igatahes, kuna andurid on paigaldatud teatud atribuutidega korpusesse või selle külge, viisid autorid läbi kogu andurijaama kalibreerimise, nagu on lühidalt näidatud lisatud piltidel. Kokku katsetati määratletud keskkonnatingimustes kümmet võrdselt ehitatud andurjaama TESTO 480 professionaalse sisekliima anduriga. Nende katsete põhjal määrati näite koodis sisalduvad kalibreerimistegurid. Need võimaldavad lihtsalt kompenseerida korpuse ja elektroonika mõju üksikutele anduritele. Suurima täpsuse saavutamiseks on soovitatav iga andurijaama jaoks individuaalne kalibreerimine. Selle süsteemi kalibreerimine on autorite uurimistöö teine fookus lisaks käesolevas juhendis kirjeldatud arendamisele ja ehitamisele. Seda arutatakse täiendavas ühendatud väljaandes, mis on endiselt vastastikuses eksperdihinnangus ja lingitakse siia kohe, kui see võrku läheb. Selle teema kohta leiate lisateavet autorite veebisaidilt.

ESP32 töö stabiilsus

Mitte kõik selles koodis kasutatavad Arduino-põhised andmekogud ei ühildu täielikult ESP32-plaadiga. Seda küsimust on Internetis paljudes kohtades laialdaselt arutatud, eriti seoses I2C ja OneWire'i side stabiilsusega. Selle arenduse käigus viiakse läbi uus kombineeritud vigade tuvastamine ja käsitlemine, mis põhineb andurite toitel otse ESP32 IO -kontaktide kaudu, et võimaldada nende toiteallika lähtestamise eesmärgil katkestamist. Tänasest perspektiivist vaadatuna ei ole seda lahendust esitletud või sellest pole palju räägitud. See sündis vajadusest, kuid siiani töötab sujuvalt mitu kuud ja kauemgi. Ometi on see endiselt uurimisteema.

Väljavaade

Koos selle juhendatavaga viivad autorid edasi edasisi kirjalikke trükiseid ja konverentsiettekandeid, et levitada arengut ning võimaldada laialdast ja avatud lähtekoodiga rakendust. Vahepeal jätkatakse uuringuid andurjaama edasiseks täiustamiseks, eriti seoses süsteemi disaini ja valmistatavuse ning süsteemi kalibreerimise ja kontrollimisega. Seda juhendit võidakse värskendada tulevaste oluliste arengute kohta, kuid kogu ajakohase teabe saamiseks külastage autorite veebisaiti või võtke otse autoritega ühendust LinkedIni kaudu:

vastav autor: Mathias Kimmling

teine autor: Konrad Lauenroth

teadustöö mentor: prof Sabine Hoffmann

Teine auhind esmakordsel autoril