Hoe om 'n comfortmonitor -sensorstasie te bou: 10 stappe (met foto's)

2025 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2025-01-13 06:56

Hierdie instruksies beskryf die ontwerp en konstruksie van 'n sogenaamde Comfort Monitoring Station CoMoS, 'n gekombineerde sensorapparaat vir omgewingsomstandighede, wat ontwikkel is by die departement van die geboude omgewing by TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Duitsland.

CoMoS gebruik 'n ESP32-kontroleerder en sensors vir lugtemperatuur en relatiewe humiditeit (Si7021), luchtsnelheid (windsensor rev. C deur Modern Device) en aardboltemperatuur (DS18B20 in 'n swart gloeilamp), alles in 'n kompakte, maklik om te bou 'n kas met visuele terugvoer deur middel van 'n LED -aanwyser (WS2812B). Daarbenewens is 'n verligtingssensor (BH1750) ingesluit om die plaaslike visuele toestand te ontleed. Alle sensordata word gereeld gelees en via Wi-Fi na 'n databasisbediener gestuur, waarvandaan dit gebruik kan word vir monitering en kontroles.

Die motivering agter hierdie ontwikkeling is om 'n goedkoop, maar baie kragtige alternatief te kry vir laboratoriumsensorapparate, wat gewoonlik teen 'n prys van meer as 3000 € kos. Daarteenoor gebruik CoMoS hardeware teen 'n totale prys van ongeveer 50 € en kan dit dus omvattend in (kantoor) geboue ontplooi word om die individuele termiese en visuele toestand in elke werkplek of geboue in real-time te bepaal.

Vir meer inligting oor ons navorsing en die verbandhoudende werk by die departement, besoek die amptelike Living Lab -slimruimte -webwerf of kontak die ooreenstemmende skrywer direk via LinkedIn. Alle outeurs se kontakte word aan die einde van hierdie instruksies gelys.

Strukturele opmerking: hierdie instruksie beskryf die oorspronklike opstelling van CoMoS, maar dit bevat ook inligting en instruksies vir 'n paar variasies wat ons onlangs ontwikkel het: Behalwe die oorspronklike omhulsel wat uit standaardonderdele gebou is, is daar ook 'n 3D-gedrukte opsie. En behalwe die oorspronklike toestel met databasisbedienerverbinding, is daar 'n alternatiewe selfstandige weergawe met SD-kaartberging, geïntegreerde WIFi-toegangspunt en 'n spoggerige mobiele app om die sensorlesings te visualiseer. Kyk na die opsies wat in die ooreenstemmende hoofstukke gemerk is, en die losstaande opsie in die laaste hoofstuk.

Persoonlike opmerking: dit is die eerste opdrag van die skrywer, en dit dek 'n redelik gedetailleerde en komplekse opset. Moet asseblief nie huiwer om kontak te maak via die kommentaar-afdeling van hierdie bladsy, per e-pos of via LinkedIn nie, as daar tydens die stappe geen inligting of inligting ontbreek nie.

Stap 1: Agtergrond - termiese en visuele gemak

Termiese en visuele gemak het al hoe belangriker onderwerpe geword, veral in kantoor- en werkomgewings, maar ook in die residensiële sektor. Die grootste uitdaging op hierdie gebied is dat die termiese persepsie van individue dikwels in 'n wye reeks wissel. Een persoon kan in 'n sekere termiese toestand warm voel terwyl 'n ander persoon koud voel. Dit is omdat die individuele termiese waarneming deur baie faktore beïnvloed word, insluitend die fisiese faktore van lugtemperatuur, relatiewe humiditeit, lugsnelheid en stralings temperatuur van omliggende oppervlaktes. Maar ook klere, metaboliese aktiwiteit en 'n individuele aspek van ouderdom, geslag, liggaamsmassa en meer beïnvloed die termiese waarneming.

Alhoewel die individuele faktore 'n onsekerheid is ten opsigte van verwarmings- en verkoelingskontroles, kan die fisiese faktore presies deur sensortoestelle bepaal word. Lugtemperatuur, relatiewe humiditeit, lugsnelheid en aardboltemperatuur kan gemeet word en gebruik word as 'n direkte insette in die bou van kontroles. Verder kan hulle in 'n meer gedetailleerde benadering as insette gebruik word om die sogenaamde PMV-indeks te bereken, waar PMV staan vir Predicted Mean Vote. Dit beskryf hoe mense hul termiese sensasie gemiddeld waarskynlik onder gegewe kamertoestande sal beoordeel. PMV kan waardes aanneem van -3 (koud) tot +3 (warm), met 0 as 'n neutrale toestand.

Waarom noem ons die PMV-ding hier? Wel, want op die gebied van persoonlike gemak is dit 'n algemeen gebruikte indeks wat kan dien as 'n kwaliteitskriterium vir die termiese situasie in 'n gebou. En met CoMoS kan alle omgewingsparameters wat vir PMV -berekening benodig word, gemeet word.

As u belangstel, vind meer uit oor termiese gemak, die konteks van die aardbol en die gemiddelde stralings temperatuur, die PMV-indeks en die implementerende ASHRAE-standaard by

Wikipedia: Termiese gemak

ISO 7726 Ergonomie van die termiese omgewing

ASHRAE NPO

Terloops: daar is lankal bestaande, maar ook baie nuut ontwikkelde gadgets op die gebied van 'n persoonlike omgewing om individuele termiese en visuele gemak te bied. Klein lessenaarwaaiers is 'n bekende voorbeeld. Maar ook voetverwarmers, verhitte en geventileerde stoele of kantoorafskortings vir IR-stralingsverwarming en -verkoeling word ontwikkel of selfs reeds op die mark beskikbaar. Al hierdie tegnologieë beïnvloed byvoorbeeld die plaaslike termiese toestand, byvoorbeeld op 'n werkplek, en dit kan ook outomaties beheer word op grond van plaaslike sensordata, soos geïllustreer in die foto's van hierdie stap.

Meer inligting oor die toestelle van die persoonlike omgewing en die voortgesette navorsing is beskikbaar by

Living Lab slim kantoorruimte: persoonlike omgewing

Universiteit van Kalifornië, Berkeley

ZEN -verslag oor persoonlike verwarming en verkoelingstoestelle [PDF]

SBRC Universiteit van Wollongong

Stap 2: Stelselskema

Een van die hoofdoelwitte in die ontwikkelingsproses was om 'n draadlose, kompakte en goedkoop sensor te skep om binne -omgewingstoestande van ten minste tien individuele werkplekke in 'n gegewe oop kantoorruimte te meet. Daarom gebruik die stasie 'n ESP32-WROOM-32 met ingeboude WiFi-verbinding en met 'n groot verskeidenheid aansluitpenne en ondersteunde bustipes vir alle soorte sensors. Die sensorstasies gebruik 'n aparte IoT-WiFi en stuur hul data-lesings na 'n MariaDB-databasis deur 'n PHP-script wat op die databasisbediener werk. Opsioneel kan ook 'n maklik om te gebruik Grafana visuele uitset geïnstalleer word.

Die skema hierbo toon die rangskikking van alle perifere komponente as 'n oorsig oor die stelselopstelling, maar hierdie instruksies fokus op die sensorstasie self. Natuurlik word die PHP -lêer en 'n beskrywing van die SQL -verbinding ook later ingesluit om alle nodige inligting te verskaf om CoMoS te bou, aan te sluit en te gebruik.

Let wel: aan die einde van hierdie instruksies kan u instruksies vind oor hoe u 'n alternatiewe selfstandige weergawe van CoMoS kan bou met SD-kaartberging, interne WiFi-toegangspunt en 'n webprogram vir mobiele toestelle.

Stap 3: Voorsieningslys

Elektronika

Sensors en kontroleerder, soos op die foto getoon:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) [A]
• Si7021 of GY21 temperatuur- en humiditeitsensor (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ temperatuursensor (adafruit.com) [C]
• Eerste C. lugsnelheidssensor (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 status LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 verligting sensor (amazon.de) [F]

Meer elektriese onderdele:

• 4, 7k optrekweerstand (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (of soortgelyke) standaarddraad (adafruit.com)
• 2x Wago kompakte verbindingsverbindings (wago.com)
• Mikro -USB -kabel (sparkfun.com)

Omhulselonderdele (vind meer gedetailleerde inligting oor hierdie onderdele en groottes in die volgende stap. As u 'n 3D-drukker beskikbaar het, benodig u slegs 'n tafeltennisbal. Slaan die volgende stap oor en vind alle inligting en lêers om te druk in stap 5.)

• Akrielplaat rond 50x4 mm [1]
• Staalplaat rond 40x10 mm [2]
• Akriel buis 50x5x140 mm [3]
• Akriel bord rond 40x5 mm [4]
• Akriel buis 12x2x50 mm [5]
• Tafeltennisbal [6]

Diverse

• Wit verf spuit
• Swart mat verfspuit
• 'N Paar band
• 'N Bietjie isolasiewol, 'n watte of iets dergeliks

Gereedskap

• Kragboor
• 8 mm steelboor
• 6 mm hout/plastiek boor
• 12 mm hout/plastiek boor
• Dun handsaag
• Skuurpapier
• Draad sny tang
• Draadstropper
• Soldeerbout en blik
• Power-gom of warm lijmpistool

Sagteware en biblioteke (die syfers dui die biblioteekweergawes aan waarmee ons die hardeware gebruik en getoets het. Nuwer biblioteke behoort ook te werk, maar ons het soms probleme ondervind terwyl ons verskillende / nuwer weergawes probeer.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Kernbiblioteek
• BH1750FVI biblioteek
• Adafruit_Si7021 biblioteek (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel biblioteek (1.1.6)
• Dallas Temperatuurbiblioteek (3.7.9)
• OneWire -biblioteek (2.3.3)

Stap 4: Ontwerp en konstruksie van die kas - opsie 1

Die ontwerp van CoMoS het 'n skraal, vertikale omhulsel met die meeste sensors in die boonste gedeelte, met slegs die temperatuur- en humiditeitsensor naby die onderkant. Die sensorposisies en rangskikkings volg spesifieke vereistes van die gemete veranderlikes:

• Die Si7021 -temperatuur- en humiditeitsensor is buite die omhulsel, naby die onderkant, gemonteer om vrye lugsirkulasie rondom die sensor moontlik te maak en die invloed van afvalhitte wat deur die mikrobeheerder in die kas ontwikkel word, te verminder.
• Die BH1750 -verligingsensor is gemonteer op die plat bokant van die omhulsel om die beligting op 'n horisontale oppervlak te meet, soos vereis deur algemene standaarde vir werksbeligting.
• Die ds C -windsensor is ook aan die bokant van die omhulsel gemonteer, met sy elektronika in die omhulsel, maar sy tande, wat die werklike termiese anemometer en temperatuursensor dra, is blootgestel aan die lug om die bokant.
• Die DS18B20 temperatuursensor is bo -aan die stasie gemonteer, binne 'n swart geverfde tafeltennisbal. Die posisie bo -op is nodig om die kykfaktore en dus die stralende invloed van die sensorstasie self op die aardboltemperatuurmeting te verminder.

Bykomende hulpbronne oor die gemiddelde stralings temperatuur en die gebruik van swart tafeltennisballe as aardtemperatuur sensors is:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Geskiktheid van akriel- en koperboltermometers vir daaglikse buitenshuise instellings. Gebou en omgewing. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Beste, Richard. (1987). Ping-pong aardbol termometers vir gemiddelde stralings temperatuur. H & Eng.,. 60. 10-12.

Die saak is eenvoudig ontwerp om die vervaardigingstyd en moeite so laag as moontlik te hou. Dit kan maklik gebou word uit standaardonderdele en -komponente met slegs 'n paar eenvoudige gereedskap en vaardighede. Of, vir diegene wat gelukkig is om 'n 3D-drukker tot hul beskikking te hê, kan ook al die saakonderdele 3D-druk. Om die saak te druk, kan die res van hierdie stap oorgeslaan word, en alle vereiste lêers en instruksies kan in die volgende stap gevind word.

Vir die konstruksie uit standaardonderdele word by die meeste van hulle pasformate gekies:

• Die hoofliggaam is 'n akriel (PMMA) pyp met 'n buitendiameter van 50 mm, 'n wanddikte van 5 mm en 'n hoogte van 140 mm.
• Die onderste plaat, wat dien as 'n liggeleier vir die status -LED, is 'n ronde akrielplaat met 'n deursnee van 50 mm en 'n dikte van 4 mm.
• 'N Staalronde met 'n deursnee van 40 mm en 'n dikte van 10 mm word as 'n gewig bo -op die onderplaat aangebring en pas in die onderkant van die hoofbuis om te voorkom dat die stasie omval en die onderplaat vas hou in plek.
• Die boonste plaat pas ook in die buis van die hoofliggaam. Dit is gemaak van PMMA en het 'n deursnee van 40 mm en 'n dikte van 5 mm.
• Laastens is die boonste buis ook PMMA, met 'n buitedeursnee van 10 mm, 'n wanddikte van 2 mm en 'n lengte van 50 mm.

Die vervaardigings- en monteerproses is eenvoudig, begin met 'n paar gate om te boor. Die staalronde het 'n deurlopende gat van 8 mm nodig om by die LED en kabels te pas. Die hoofbuis benodig ongeveer 6 mm gate, as deurvoer van die kabel vir die USB- en sensorkabels, en as ventilasiegate. Die aantal gate en posisies kan volgens u voorkeur verander word. Die keuse van die ontwikkelaars is ses gate aan die agterkant, naby bo en onder, en twee aan die voorkant, een bo, weer een onder, as verwysing.

Die boonste bord is die moeilikste deel. Dit benodig 'n gesentreerde, reguit en deurlopende geheel van 12 mm om by die boonste stygbuis te pas, nog 'n 6 mm -gat wat buite die middel van die illuminansiesensorkabel pas, en 'n dun spleet van ongeveer 1, 5 mm breedte en 18 mm lengte om by die wind te pas sensor. Sien die prente vir verwysing. En laastens het die tafeltennisbal ook 'n 6 mm -geheel nodig om by die aardboltemperatuursensor en kabel te pas.

In die volgende stap moet alle PMMA -dele, behalwe die onderplaat, gespuit word, die verwysing is wit. Die tafeltennisbal moet in mat swart geverf word om die geskatte termiese en optiese eienskappe daarvan te bepaal.

Die staalronde word in die middel vasgeplak en plat aan die onderplaat geplak. Die boonste buis word in die gat van 12 mm van die boonste plaat vasgeplak. Die tafeltennisbal word vasgeplak aan die bokant van die riser, met sy gat wat ooreenstem met die binneste opening van die stygbuis, sodat die temperatuursensor en kabel daarna deur die stygbuis aan die bal gesit kan word.

Met hierdie stap is alle dele van die saak gereed om aanmekaar te sit deur dit aanmekaar te sit. As sommige te styf pas, skuur dit 'n bietjie, as dit te los is, voeg 'n dun laag band by.

Stap 5: Ontwerp en konstruksie van die kas - opsie 2

Alhoewel opsie 1 om die CoMoS-kas te bou, nog steeds vinnig en eenvoudig is, kan dit selfs makliker wees om 'n 3D-drukker te laat doen. Ook vir hierdie opsie is die omhulsel in drie dele verdeel, die boonste, die omhulsel en die onderste deel, sodat die bedrading en montering maklik kan wees, soos beskryf in die volgende stap.

Die lêers en meer inligting oor die drukkerinstellings word by Thingiverse verskaf:

CoMoS -lêers op Thingiverse

Dit word sterk aanbeveel dat u die instruksies volg vir die gebruik van wit filament vir die boonste dele en die liggaamsdele. Dit voorkom dat die kas te vinnig in sonlig verhit word en valse metings vermy word. Transparante filament moet vir die onderste deel gebruik word om LED -aanwysers te verlig.

'N Ander variasie van opsie 1 is dat die metaalronde ontbreek. Om te voorkom dat CoMoS omval, moet enige gewig, soos balle of 'n klomp metaalwassers, in/op die deursigtige onderkant geplaas word. Dit is ontwerp met 'n rand rondom om 'n bietjie gewig te hou. Alternatiewelik kan CoMoS op die plek van installasie vasgemaak word met dubbelzijdige band.

Opmerking: die Thingiverse -lêergids bevat lêers vir 'n mikro -SD -kaartleserkas wat op die CoMoS -koffer gemonteer kan word. Hierdie saak is opsioneel en maak deel uit van die losstaande weergawe wat in die laaste stap van hierdie instruksies beskryf word.

Stap 6: Bedrading en montering

Die ESP, sensors, LED en USB -kabel word gesoldeer en verbind volgens die skematiese stroombaan wat in die foto's van hierdie stap getoon word. Die PIN-opdrag wat ooreenstem met die voorbeeldkode wat later beskryf word, is:

• 14 - Herstel brug (EN) - [grys]
• 17 - WS2811 (LED) - [groen]
• 18 - pullup -weerstand vir DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (One Wire) - [pers]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [blou]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [geel]
• 25 - BH1750 (V -in) - [bruin]
• 26 - SI7021 (V -in) - [bruin]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [bruin]
• 34 - Windsensor (TMP) - [siaan]
• 35 - Windsensor (RV) - [oranje]
• VIN - USB -kabel (+5V) - [rooi]
• GND - USB -kabel (GND) - [swart]

Die Si7021-, BH1750- en DS18B20+ -sensors word aangedryf deur 'n IO-pen van die ESP32. Dit is moontlik omdat hul maksimum huidige konsep onder die maksimum stroomvoorsiening per pen van die ESP is, en dit is nodig om die sensors terug te stel deur hul kragtoevoer af te skakel in die geval van sensorkommunikasiefoute. Sien die ESP -kode en kommentaar vir meer inligting.

Die Si7021- en BH1750 -sensors, dieselfde as die USB -kabel, moet gesoldeer word met die kabels wat reeds deur die toegewyde houers gesteek is om die volgende stap moontlik te maak. WAGO kompakte verbindingsverbindings word gebruik om toestelle via die USB -kabel aan die kragtoevoer te koppel. Almal word op 5 V DC aangedryf deur USB, wat werk met die logiese vlak van die ESP32 by 3, 3 V. Die data -penne van die mikro -USB -kabel kan ook weer aan die mikro -USB -aansluiting gekoppel word en aan die ESP se mikro -USB gekoppel word aansluiting, as kraginvoer en dataverbinding om kode na die ESP32 oor te dra terwyl die kas gesluit is. Andersins, as dit gekoppel is soos aangedui in die skema, is 'n ander ongeskonde mikro -USB -kabel nodig om die kode aanvanklik na die ESP oor te dra voordat die kas saamgestel word.

Die Si7021 -temperatuursensor is naby die onderkant aan die agterkant van die saak vasgeplak. Dit is baie belangrik om hierdie sensor aan die onderkant vas te maak, om vals temperatuurmetings te voorkom wat veroorsaak word deur hitte wat in die kas ontwikkel het. Sien Epilogue -stap vir meer inligting oor hierdie probleem. Die BH1750 -verligingsensor word op die boonste plaat vasgeplak en die windsensor word ingesit en aan die spleet aan die teenoorgestelde kant gemonteer. As dit te veel pas, help 'n bietjie band om die middelste deel van die sensor om dit in posisie te hou. Die DS18B20 temperatuursensor word deur die boonste riser in die tafeltennisbal geplaas, met 'n finale posisie in die middel van die bal. Die binnekant van die boonste riser is gevul met isolasiewol en die onderste opening is met band of warm gom verseël om geleidende of konvektiewe hitte -oordrag na die aardbol te voorkom. Die LED is vasgemaak in die ronde staalgat wat na onder wys om die onderste plaat te verlig.

Alle drade, die verbindingsverbindings en die ESP32 gaan in die hoofkas en al die onderdele word in die finale samestelling saamgevoeg.

Stap 7: Sagteware - ESP, PHP en MariaDB -konfigurasie

Die ESP32 -mikrobeheerder kan geprogrammeer word met behulp van die Arduino IDE en die ESP32 Core -biblioteek wat deur Espressif verskaf word. Daar is baie tutoriale aanlyn beskikbaar oor hoe om die IDE op te stel vir ESP32 -verenigbaarheid, byvoorbeeld hier.

Sodra dit opgestel is, word die aangehegte kode na die ESP32 oorgedra. Daar word deurgaans kommentaar gelewer om dit maklik te verstaan, maar 'n paar belangrike kenmerke is:

• Dit het aan die begin 'n "gebruikerskonfigurasie" -afdeling, waarin individuele veranderlikes opgestel moet word, soos WiFi -ID en wagwoord, databasisbediener -IP en gewenste data -lesings en stuurperiode. Dit bevat ook 'n veranderlike van 'nulwindaanpassing' wat gebruik kan word om die windsnelheidslesings van 0 op 0 te stel in die geval van 'n nie-stabiele kragtoevoer.
• Die kode bevat gemiddelde kalibreringsfaktore wat deur die outeurs bepaal is uit die kalibrasie van tien bestaande sensorstasies. Sien Epilogue -stap vir meer inligting en moontlike individuele aanpassing.
• Verskeie fouthantering is by verskillende afdelings van die kode ingesluit. Veral 'n effektiewe opsporing en hantering van buskommunikasiefoute wat gereeld op ESP32 -beheerders voorkom. Sien weer Epiloog -stap vir meer inligting.
• Dit het 'n LED -kleuruitset om die huidige toestand van die sensorstasie en enige foute aan te dui. Sien die resultate -stap vir meer inligting.

Die aangehegte PHP -lêer moet geïnstalleer en toeganklik wees in die hoofmap van die databasisbediener, by serverIP/sensor.php. Die PHP -lêernaam en inhoud van data -hantering moet ooreenstem met die oproepfunksiekode van die ESP en, aan die ander kant, ooreenstem met die opstelling van die databasistabel, sodat data gestoor kan word. Die aangehegte voorbeeldkodes stem ooreen, maar as u 'n paar veranderlikes verander, moet dit deur die hele stelsel verander word. Die PHP -lêer bevat aan die begin 'n aanpassingsgedeelte waarin individuele aanpassings gemaak word volgens die omgewing van die stelsel, veral die gebruikersnaam en wagwoord van die databasis en die databasisnaam.

'N MariaDB- of SQL -databasis word op dieselfde bediener opgestel, volgens die tabelopstelling wat in die sensorstasiekode en die PHP -script gebruik word. In die voorbeeldkode is die MariaDB -databasisnaam 'sensorstation' met 'n tabel met die naam 'data', wat 13 kolomme bevat vir UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, en IllumMax.

'N Grafana -analise- en moniteringsplatform kan ook op die bediener geïnstalleer word as 'n opsie vir direkte databasisvisualisering. Dit is nie 'n belangrike kenmerk van hierdie ontwikkeling nie, dus word dit nie verder beskryf in hierdie instruksies nie.

Stap 8: Resultate - Data lees en verifikasie

Met alle bedrading, montering, programmering en omgewingsopstelling gedoen, stuur die sensorstasie periodiek data -lesings na die databasis. Terwyl dit aangedryf word, word verskeie bedieningstoestande aangedui deur die onderste LED -kleur:

• Tydens die opstart brand die LED in geel om die hangende verbinding met WiFi aan te dui.
• As en terwyl dit verbind is, is die aanwyser blou.
• Die sensorstasie voer sensorlesings uit en stuur dit gereeld na die bediener. Elke suksesvolle oordrag word aangedui deur 'n groen ligimpuls van 600 ms.
• In die geval van foute, sal die aanwyser rooi, pers of geel kleur, volgens die tipe fout. Na 'n sekere tyd of aantal foute, stel die sensorstasie alle sensors terug en herlaai outomaties, weer aangedui deur 'n geel lig op die laaibak. Sien die ESP32 -kode en kommentaar vir meer inligting oor die kleure van die aanwysers.

Met hierdie laaste stap uitgevoer, werk en werk die sensorstasie voortdurend. Tot op hede is 'n netwerk van 10 sensorstasies geïnstalleer en werk in die vooraf genoemde Living Lab -slimruimte.

Stap 9: Alternatief: Losstaande weergawe

Die ontwikkeling van CoMoS gaan voort en die eerste resultaat van hierdie voortgesette proses is 'n losstaande weergawe. Die weergawe van CoMoS het nie 'n databasisbediener en WiFi -netwerk nodig om omgewingsdata te monitor en op te neem nie.

Die nuwe sleutelkenmerke is:

• Gegewenslesings word op 'n interne mikro-SD-kaart gestoor in Excel-vriendelike CSV-formaat.
• Geïntegreerde WiFi -toegangspunt vir toegang tot CoMoS deur enige mobiele toestel.
• Webgebaseerde app (interne webbediener op ESP32, geen internetverbinding nodig nie) vir lewendige data, instellings en bergingstoegang met direkte aflaai van lêers vanaf die SD-kaart, soos getoon in die prentjie en skermkiekies wat by hierdie stap aangeheg is.

Dit vervang die WiFi- en databasisverbinding, terwyl alle ander funksies, insluitend kalibrasie en alle ontwerp en konstruksie, onaangeraak bly van die oorspronklike weergawe. Tog benodig die selfstandige CoMoS ervaring en verdere kennis van hoe u toegang kan verkry tot die interne lêerbestuurstelsel "SPIFFS" van die ESP32, en 'n bietjie bewustheid van HTML, CSS en Javascript om te verstaan hoe die web-app werk. Dit benodig ook nog 'n paar / verskillende biblioteke om te werk.

Kontroleer die Arduino -kode in die zip -lêer wat aangeheg is vir die vereiste biblioteke en die volgende verwysings vir meer inligting oor die programmering en oplaai na die SPIFFS -lêerstelsel:

SPIFFS -biblioteek deur espressif

SPIFFS-lêeroplaaier deur me-no-dev

ESP32WebServer -biblioteek deur Pedroalbuquerque

Hierdie nuwe weergawe sal 'n heel nuwe instruksie maak wat in die toekoms gepubliseer kan word. Maar vir eers, veral vir meer ervare gebruikers, wil ons nie die kans om die basiese inligting en lêers wat u nodig het om dit op te stel, misloop nie.

Vinnige stappe om 'n losstaande CoMoS te bou:

• Bou 'n saak volgens die vorige stap. U kan ook 3D-druk 'n ekstra omhulsel vir die mikro-SC-kaartleser wat aan die CoMoS-omhulsel geheg kan word. As u nie 'n 3D -drukker beskikbaar het nie, kan die kaartleser ook in die CoMoS -hoes geplaas word, geen probleem nie.
• Bedraad alle sensors soos voorheen beskryf, maar installeer ook 'n mikro -SD -kaartleser (amazon.com) en 'n DS3231 -real -time klok (adafruit.com), soos aangedui in die bedradingskema wat by hierdie stap aangeheg is. Opmerking: die penne vir die optrekweerstand en die oneWire verskil van die oorspronklike bedradingskema!
• Gaan die Arduino -kode na en pas die WiFi -toegangspuntveranderlikes "ssid_AP" en "password_AP" aan volgens u persoonlike voorkeur. As dit nie aangepas is nie, is die standaard SSID "CoMoS_AP" en is die wagwoord "12345678".
• Plaas 'n mikro -SD -kaart, laai die kode op, laai die inhoud van die 'data' -lêergids op na die ESP32 met behulp van die SPIFFS -lêeroplaaier, en koppel enige mobiele toestel aan die WiFi -toegangspunt.
• Gaan na "192.168.4.1" in u mobiele blaaier en geniet dit!

Die app is alles gebaseer op html, css en javascript. Dit is plaaslik, geen internetverbinding is betrokke nie of is nodig. Dit bevat 'n in-app-spyskaart vir toegang tot 'n opstellingsbladsy en 'n geheue-bladsy. Op die instellingsbladsy kan u die belangrikste instellings soos plaaslike datum en tyd, sensorlesingsinterval, ens aanpas. Alle instellings word permanent in die interne stoor van die ESP32 gestoor en by die volgende opstart herstel. Op die geheue -bladsy is 'n lys met lêers op die SD -kaart beskikbaar. As u op 'n lêernaam klik, begin u die CSV -lêer direk na die mobiele toestel.

Hierdie stelselopstelling laat individuele en afstandmonitering van binnenshuise omgewingstoestande toe. Alle sensorlesings word gereeld op die SD -kaart gestoor, met nuwe lêers vir elke nuwe dag. Dit laat 'n deurlopende werking vir weke of maande sonder toegang of onderhoud toe. Soos voorheen genoem, is dit steeds 'n deurlopende navorsing en ontwikkeling. As u belangstel in meer inligting of hulp, moet u asseblief met die betrokke skrywer kontak deur middel van die kommentaar of direk via LinkedIn.

Stap 10: Epiloog - bekende probleme en vooruitsigte

Die sensorstasie wat in hierdie instruksies beskryf word, is die resultaat van 'n lang en deurlopende navorsing. Die doel is om 'n betroubare, presiese, maar goedkoop sensorsisteem vir binnenshuise omgewingstoestande te skep. Dit het ernstige uitdagings ingehou, waarvan die sekerste hier genoem moet word:

Sensor akkuraatheid en kalibrasie

Die sensors wat in hierdie projek gebruik word, bied almal relatief hoë akkuraatheid teen lae of matige koste. Die meeste is toegerus met interne geraasvermindering en 'n digitale bus -koppelvlak vir kommunikasie, wat die behoefte aan kalibrasie of vlakaanpassings verminder. In elk geval, omdat die sensors in of op 'n omhulsel met sekere eienskappe geïnstalleer is, is die skrywers 'n kalibrasie van die volledige sensorstasie uitgevoer, soos kortliks aangetoon deur die aangehegte foto's. Altesaam tien ewe geboude sensorstasies is getoets in gedefinieerde omgewingstoestande en vergelyk met 'n TESTO 480 professionele binnenshuise klimaat sensor toestel. Uit hierdie lopies is die kalibreringsfaktore wat in die voorbeeldkode ingesluit is, bepaal. Hulle laat 'n eenvoudige vergoeding toe vir die invloed van die kas en elektronika op die individuele sensors. Om die hoogste akkuraatheid te bereik, word 'n individuele kalibrasie vir elke sensorstasie aanbeveel. Die kalibrasie van hierdie stelsel is 'n tweede fokuspunt van die skrywers se navorsing, behalwe die ontwikkeling en konstruksie wat in hierdie instruksies beskryf word. Dit word bespreek in 'n bykomende, gekoppelde publikasie, wat nog steeds in ewekniebeoordeling is en hierheen gekoppel sal word sodra dit aanlyn is. Vind meer inligting oor hierdie onderwerp op die webwerf van die skrywers.

ESP32 werking stabiliteit

Nie alle op Arduino gebaseerde sensorbiblioteke wat in hierdie kode gebruik word, is volledig versoenbaar met die ESP32-bord nie. Hierdie kwessie is op baie punte aanlyn wyd bespreek, veral oor die stabiliteit van I2C en OneWire -kommunikasie. In hierdie ontwikkeling word 'n nuwe, gekombineerde foutopsporing en -hantering uitgevoer, gebaseer op die aanstuur van die sensors direk deur IO -penne van die ESP32 om hul kragtoevoer vir 'n herstelde doel te onderbreek. Vanuit vandag se perspektief is hierdie oplossing nie aangebied of word dit wyd bespreek nie. Dit is uit nood gebore, maar tot op hede verloop dit vlot vir operasionele periodes van etlike maande en daarna. Tog is dit steeds 'n onderwerp van navorsing.

Vooruitsigte

Saam met hierdie instruksies word verdere geskrewe publikasies en konferensievoorleggings deur die skrywers uitgevoer om die ontwikkeling te versprei en 'n wye en oopbron -toepassing moontlik te maak. Intussen word voortgegaan met die navorsing om die sensorstasie verder te verbeter, veral ten opsigte van stelselontwerp en vervaardigbaarheid, en stelselkalibrasie en -verifikasie. Hierdie instruksie kan opgedateer word oor belangrike toekomstige ontwikkelings, maar besoek die outeur se webwerf vir alle opgedateerde inligting of kontak die outeurs direk via LinkedIn:

ooreenstemmende skrywer: Mathias Kimmling

tweede skrywer: Konrad Lauenroth

navorsingsmentor: prof. Sabine Hoffmann

Tweede prys in die eerste keer skrywer