Hvordan bygge en komfortovervåkingssensorstasjon: 10 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-13 06:58

Denne instruksjonsboken beskriver design og konstruksjon av en såkalt Comfort Monitoring Station CoMoS, en kombinert sensoranordning for omgivelsesforhold, som ble utviklet ved avdelingen for det bygde miljøet ved TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Tyskland.

CoMoS bruker en ESP32-kontroller og sensorer for lufttemperatur og relativ luftfuktighet (Si7021), lufthastighet (vindsensor rev. C av Modern Device) og jordtemperatur (DS18B20 i en svart pære), alt i en kompakt, lett å- bygg etui med visuell tilbakemelding gjennom en LED -indikator (WS2812B). I tillegg er en lysstyrkesensor (BH1750) inkludert for å analysere den lokale visuelle tilstanden. Alle sensordata leses med jevne mellomrom og sendes via Wi-Fi til en databaseserver, hvorfra de kan brukes til overvåking og kontroller.

Motivasjonen bak denne utviklingen er å få et rimelig, men svært kraftig alternativ til laboratoriesensorenheter, som vanligvis koster over 3000 €. I kontrast bruker CoMoS maskinvare til en totalpris på rundt 50 € og kan derfor distribueres omfattende i (kontor) bygninger for sanntidsbestemmelse av den individuelle termiske og visuelle tilstanden på hver enkelt arbeidsplass eller bygningsdel.

For mer informasjon om vår forskning og det tilknyttede arbeidet ved avdelingen, sjekk det offisielle nettstedet for Living Lab smart office space eller kontakt den tilhørende forfatteren direkte via LinkedIn. Alle forfatteres kontakter er oppført på slutten av denne instruksjonsboken.

Strukturelt notat: Denne instruksen beskriver det opprinnelige oppsettet av CoMoS, men det gir også informasjon og instruksjoner for noen få varianter vi nylig utviklet: I tillegg til den originale saken som er bygget av standarddeler, er det også et 3D-trykt alternativ. Og i tillegg til den opprinnelige enheten med databaseservertilkobling, er det en alternativ frittstående versjon med SD-kortlagring, integrert WIFi-tilgangspunkt og en flott mobilapp for å visualisere sensoravlesningene. Sjekk alternativene som er merket i de tilsvarende kapitlene og det frittstående alternativet i det siste kapitlet.

Personlig merknad: Dette er forfatterens første instruerbare, og den dekker et ganske detaljert og komplekst oppsett. Ikke nøl med å ta kontakt gjennom kommentarfeltet på denne siden, via e-post eller via LinkedIn, hvis det mangler detaljer eller informasjon under trinnene.

Trinn 1: Bakgrunn - termisk og visuell komfort

Termisk og visuell komfort har blitt mer og mer viktige temaer, spesielt i kontor- og arbeidsmiljøer, men også i boligsektoren. Hovedutfordringen på dette feltet er at den termiske oppfatningen av individer ofte varierer i et bredt spekter. En person kan føle seg varm i en bestemt termisk tilstand mens en annen person føler seg kald i den samme. Det er fordi den individuelle termiske oppfatningen påvirkes av mange faktorer, inkludert de fysiske faktorene for lufttemperatur, relativ fuktighet, lufthastighet og strålingstemperatur på omkringliggende overflater. Men også klær, metabolsk aktivitet og et individuelt aspekt av alder, kjønn, kroppsmasse og mer påvirker den termiske oppfatningen.

Selv om de enkelte faktorene forblir en usikkerhet når det gjelder oppvarming og kjøling, kan de fysiske faktorene bestemmes nøyaktig av sensorenheter. Lufttemperatur, relativ fuktighet, lufthastighet og jordtemperatur kan måles og brukes som en direkte inngang til bygningskontroller. Videre, i en mer detaljert tilnærming, kan de brukes som input for å beregne den såkalte PMV-indeksen, hvor PMV står for Predicted Mean Vote. Den beskriver hvordan folk i gjennomsnitt sannsynligvis vil vurdere sin termiske følelse under gitte romforhold. PMV kan ta på verdier fra -3 (kald) til +3 (varm), med 0 som en nøytral tilstand.

Hvorfor nevner vi den PMV-tingen her? Vel, for innen personlig komfort er det en vanlig indeks som kan tjene som et kvalitetskriterium for den termiske situasjonen i en bygning. Og med CoMoS kan alle omgivelsesparametere som kreves for PMV -beregning måles.

Hvis du er interessert, kan du finne ut mer om termisk komfort, klodenes kontekst og gjennomsnittlige stråletemperatur, PMV-indeksen og implementerende ASHRAE-standarden på

Wikipedia: Termisk komfort

ISO 7726 Ergonomi i det termiske miljøet

ASHRAE NPO

Forresten: Det er lenge eksisterende, men også mange nyutviklede gadgets innen personlig miljø for å gi individuell termisk og visuell komfort. Små skrivebordsvifter er et velkjent eksempel. Men også fotvarmere, oppvarmede og ventilerte stoler eller kontorpartisjoner for oppvarming og kjøling av IR-stråling utvikles eller er allerede tilgjengelige på markedet. Alle disse teknologiene påvirker den lokale termiske tilstanden, for eksempel på en arbeidsplass, og de kan også kontrolleres automatisk basert på lokale sensordata, som illustrert i dette trinnets bilder.

Mer informasjon om gadgets til personlig miljø og pågående forskning er tilgjengelig på

Living Lab smart kontorlokaler: Personlig miljø

University of California, Berkeley

ZEN -rapport om personlig oppvarming og kjøleenheter [PDF]

SBRC University of Wollongong

Trinn 2: Systemopplegg

Et av hovedmålene i utviklingsprosessen var å lage en trådløs, kompakt og billig sensorenhet for å måle innendørs miljøforhold på minst ti individuelle arbeidsplasser i et gitt åpent kontorlokale. Derfor bruker stasjonen en ESP32-WROOM-32 med innebygd WiFi-tilkobling og med et stort utvalg av kontaktstift og støttede busstyper for alle slags sensorer. Sensorstasjonene bruker en egen IoT-WiFi og sender datavlesningene sine til en MariaDB-database gjennom et PHP-script som kjører på databaseserveren. Eventuelt kan en brukervennlig Grafana-visuell utgang også installeres.

Opplegget ovenfor viser arrangementet av alle perifere komponenter som en oversikt over systemoppsettet, men dette instruerbare fokuserer på selve sensorstasjonen. Selvfølgelig er PHP -filen og en beskrivelse av SQL -tilkoblingen inkludert senere også for å gi all nødvendig informasjon for å bygge, koble til og bruke CoMoS.

Merk: på slutten av denne instruksjonsboken kan du finne instruksjoner om hvordan du bygger en alternativ frittstående versjon av CoMoS med SD-kortlagring, internt WiFi-tilgangspunkt og en webapp for mobile enheter.

Trinn 3: Tilførselsliste

Elektronikk

Sensorer og kontroller, som vist på bildet:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) [A]
• Si7021 eller GY21 temperatur- og fuktighetssensor (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ temperatursensor (adafruit.com) [C]
• Rev C. lufthastighetssensor (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 status LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 lysstyrkesensor (amazon.de) [F]

Flere elektriske deler:

• 4, 7k opptrekksmotstand (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (eller lignende) standardtråd (adafruit.com)
• 2x Wago kompakte skjøtekontakter (wago.com)
• Micro USB -kabel (sparkfun.com)

Sakdeler (Finn mer detaljert informasjon om disse delene og størrelsene i neste trinn. Hvis du har en 3D-skriver tilgjengelig, trenger du bare en bordtennisball. Hopp over neste trinn og finn all informasjon og filer for utskrift i trinn 5.)

• Akrylplate rund 50x4 mm [1]
• Stålplate rund 40x10 mm [2]
• Akrylrør 50x5x140 mm [3]
• Akrylplate rund 40x5 mm [4]
• Akrylrør 12x2x50 mm [5]
• Bordtennisball [6]

Diverse

• Hvit malingsspray
• Svart matt spray
• Noe tape
• Litt isolasjonsull, en bomullspute eller noe lignende

Verktøy

• Bormaskin
• 8 mm tyvbor
• 6 mm tre/plastbor
• 12 mm tre/plastbor
• Tynn håndsag
• Sandpapir
• Wire kutting tang
• Wire stripper
• Loddejern og tinn
• Power-lim eller varm limpistol

Programvare og biblioteker (Tallene angir bibliotekversjonene vi brukte og testet maskinvaren med. Nyere biblioteker burde også fungere, men vi møtte noen problemer noen ganger mens vi prøvde forskjellige / nyere versjoner.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 kjernebibliotek
• BH1750FVI bibliotek
• Adafruit_Si7021 bibliotek (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel bibliotek (1.1.6)
• DallasTemperaturbibliotek (3.7.9)
• OneWire -bibliotek (2.3.3)

Trinn 4: Case design og konstruksjon - alternativ 1

CoMoS 'design har en slank, vertikal etui med de fleste sensorene montert i det øverste området, med bare temperatur- og fuktighetssensoren montert nær bunnen. Sensorposisjonene og arrangementene følger spesifikke krav til de målte variablene:

• Si7021 temperatur- og fuktighetssensor er montert utenfor saken, nær bunnen, for å tillate fri luftsirkulasjon rundt sensoren og for å minimere påvirkningen av spillvarme som utvikles av mikrokontrolleren inne i saken.
• BH1750 belysningsføleren er montert på den flate toppen av saken, for å måle belysningen på en horisontal overflate som kreves av vanlige standarder for belysning på arbeidsplassen.
• Rev. C vindsensor er også montert i toppen av saken, med elektronikken gjemt inne i saken, men tindene, som bærer det faktiske termiske anemometeret og temperatursensoren, utsatt for luften rundt toppen.
• DS18B20 temperatursensor er montert på toppen av stasjonen, inne i en svart malt bordtennisball. Posisjonen på toppen er nødvendig for å minimere visningsfaktorene og dermed den radiative påvirkningen fra selve sensorstasjonen til jordmålingstemperaturen.

Ytterligere ressurser om gjennomsnittlig strålingstemperatur og bruk av svarte bordtennisballer som temperatursensorer er:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Egnethet av akryl- og kobberkuletermometre for daglige utendørsinnstillinger. Bygg og miljø. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Dear, Richard. (1987). Ping-pong globetermometre for gjennomsnittlig strålingstemperatur. H & Eng.,. 60. 10-12.

Etuiet er designet enkelt for å holde produksjonstiden og innsatsen så lav som mulig. Den kan enkelt bygges av standarddeler og komponenter med bare noen få enkle verktøy og ferdigheter. Eller, for de som er så heldige å ha en 3D-skriver til deres tjeneste, kan alle delene i saken også 3D-skrives ut. For utskrift av saken kan resten av dette trinnet hoppes over, og alle nødvendige filer og instruksjoner finnes i neste trinn.

For konstruksjon fra standarddeler velges monteringsmål for de fleste av dem:

• Hoveddelen er et akrylrør (PMMA) med 50 mm ytterdiameter, 5 mm veggtykkelse og en høyde på 140 mm.
• Bunnplaten, som fungerer som en lysleder for status -LED, er en rund akrylplate med en diameter på 50 mm og en tykkelse på 4 mm.
• En stålrunde med en diameter på 40 mm og en tykkelse på 10 mm er installert som en vekt på toppen av bunnplaten og passer inne i den nedre enden av hovedrøret for å forhindre at stasjonen velter og for å holde bunnplaten på plass.
• Topplaten passer også inne i hovedrøret. Den er laget av PMMA og har en diameter på 40 mm og en tykkelse på 5 mm.
• Til slutt er det øvre stigerøret også PMMA, med en ytterdiameter på 10 mm, en veggtykkelse på 2 mm og en lengde på 50 mm.

Produksjons- og monteringsprosessen er enkel, og begynner med noen hull å bore. Stålrunden trenger et 8 mm kontinuerlig hull for å passe til LED og kabler. Hovedkroppsrøret trenger noen 6 mm hull, som kabelgjennomføring for USB- og sensorkablene, og som ventilasjonshull. Antall hull og posisjoner kan varieres opp til dine preferanser. Utviklernes valg er seks hull på baksiden, nær topp og bunn, og to på forsiden, en topp, en bunn igjen, som referanse.

Topplaten er den vanskeligste delen. Den trenger en sentrert, rett og kontinuerlig 12 mm helhet for å passe til toppstigerøret, et annet usentrert 6 mm hull for å passe til belysningssensorkabelen, og en tynn spalte på omtrent 1, 5 mm bredde og 18 mm lengde for å passe til vinden sensor. Se bildene for referanse. Og til slutt trenger bordtennisballen også en 6 mm helhet for å passe til temperatursensoren og kabelen.

I neste trinn bør alle PMMA -deler, bortsett fra bunnplaten, spraymales, referansen er hvit. Bordtennisballen må males i matt svart for å fastslå dens estimerte termiske og optiske egenskaper.

Stålrunden er limt sentrert og flat til bunnplaten. Toppstigerøret er limt inn i det 12 mm hullet på topplaten. Bordtennisballen er limt på den øvre enden av stigerøret, med hullet som matcher den indre åpningen av stigerøret, slik at temperatursensoren og kabelen kan settes inn i ballen etterpå gjennom stigerøret.

Når dette trinnet er utført, er alle deler av saken klar til å settes sammen ved å sette dem sammen. Hvis noen passer for tett, puss dem litt ned, hvis de er for løse, legg til et tynt lag tape.

Trinn 5: Saksdesign og konstruksjon - alternativ 2

Selv om alternativ 1 for å bygge CoMoS-saken fremdeles er raskt og enkelt, kan det være enda enklere å la en 3D-skriver gjøre jobben. Også for dette alternativet er saken delt inn i tre deler, topp, kabinetthus og bunndel, for å tillate enkel kabling og montering som beskrevet i neste trinn.

Filene og ytterligere informasjon om skriverinnstillinger er tilgjengelig på Thingiverse:

CoMoS -filer på Thingiverse

Det er sterkt anbefalt å følge instruksjonene for bruk av hvitt filament for topp- og karosserideler. Dette forhindrer at saken varmes opp for raskt i sollys og unngår falske målinger. Transparent filament bør brukes til bunndelen for å tillate LED -indikatorbelysning.

En annen variant fra alternativ 1 er at metallrunden mangler. For å forhindre at CoMoS velter, bør enhver vekt som bæringskuler eller en haug metallskiver plasseres i/på den transparente bunndelen. Den er designet med en kant rundt for å passe og holde litt vekt. Alternativt kan CoMoS tapes til installasjonsstedet ved å bruke dobbeltsidig tape.

Merk: Thingiverse -mappen inneholder filer for et mikro -SD -kortleserveske som kan monteres på CoMoS -saken. Denne saken er valgfri og en del av den frittstående versjonen beskrevet i det siste trinnet i denne instruksjonsboken.

Trinn 6: Kabling og montering

ESP, sensorer, LED og USB -kabel er loddet og tilkoblet i henhold til skjematisk krets vist på bildene av dette trinnet. PIN-tildelingen som samsvarer med eksempelkoden beskrevet senere er:

• 14 - Tilbakestill bro (EN) - [grå]
• 17 - WS2811 (LED) - [grønn]
• 18 - pullup motstand for DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (One Wire) - [lilla]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [blå]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [gul]
• 25 - BH1750 (V -in) - [brun]
• 26 - SI7021 (V -in) - [brun]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [brun]
• 34 - Vindsensor (TMP) - [cyan]
• 35 - Vindsensor (RV) - [oransje]
• VIN - USB -kabel (+5V) - [rød]
• GND - USB -kabel (GND) - [svart]

Sensorer Si7021, BH1750 og DS18B20+ drives av en IO-pin på ESP32. Dette er mulig fordi deres maksimale strømutkast er under ESPs maksimale strømtilførsel per pinne, og nødvendig for å kunne tilbakestille sensorene ved å kutte strømforsyningen i tilfelle sensorkommunikasjonsfeil. Se ESP -koden og kommentarer for mer informasjon.

Si7021- og BH1750 -sensorene, samme som USB -kabelen, bør loddes med kablene som allerede er satt gjennom de spesielle hullene for å tillate montering i neste trinn. WAGO kompakte skjøtekontakter brukes til å koble enheter til strømforsyningen via USB -kabelen. Alle drives av 5 V DC med USB, som fungerer med logikknivået til ESP32 på 3, 3 V. Eventuelt kan datapinnene til mikro -USB -kabelen kobles til mikro -USB -kontakten igjen og kobles til ESPs mikro -USB kontakt, som strøminngang og datatilkobling for å overføre kode til ESP32 mens saken er lukket. Ellers, hvis den er tilkoblet som vist i opplegget, er det nødvendig med en annen intakt mikro -USB -kabel for å først overføre kode til ESP før du monterer saken.

Si7021 temperatursensoren er limt på baksiden av saken, nær bunnen. Det er veldig viktig å feste denne sensoren nær bunnen, for å unngå falske temperaturavlesninger forårsaket av varme som utvikles i saken. Se Epilog -trinnet for mer informasjon om dette problemet. BH1750 belysningsføleren limes til topplaten, og vindsensoren settes inn og monteres på spalten på motsatt side. Hvis den passer for tapt, hjelper en liten tape rundt senterdelen av sensoren til å holde den på plass. DS18B20 temperatursensoren settes gjennom toppstigningen inn i bordtennisballen, med en siste posisjon i midten av ballen. Innsiden av toppstigningen er fylt med isolasjonsull og den nedre åpningen er forseglet med tape eller varmt lim for å forhindre ledende eller konvektiv varmeoverføring til kloden. Lysdioden er festet til det runde stålhullet som vender ned for å belyse bunnplaten.

Alle ledninger, skjøtekontaktene og ESP32 går inn i hovedhuset og alle kabinettdeler settes sammen til sluttmontering.

Trinn 7: Programvare - ESP, PHP og MariaDB -konfigurasjon

ESP32 -mikrokontrolleren kan programmeres ved å bruke Arduino IDE og ESP32 Core -biblioteket fra Espressif. Det er mange opplæringsprogrammer tilgjengelig online om hvordan du konfigurerer IDE for ESP32 -kompatibilitet, for eksempel her.

Når den er konfigurert, overføres den vedlagte koden til ESP32. Det er kommentert gjennomgående for enkel forståelse, men noen viktige funksjoner er:

• Den har en "brukerkonfigurasjon" -del i begynnelsen, der individuelle variabler må settes opp, for eksempel WiFi -ID og passord, databaseserver -IP og ønskede datavlesninger og sendeperiode. Den inkluderer også en "null vindjustering" -variabel som kan brukes til å justere null vindhastighetsavlesninger til 0 i tilfelle en ikke-stabil strømforsyning.
• Koden inkluderer gjennomsnittlige kalibreringsfaktorer bestemt av forfatterne fra kalibrering av ti eksisterende sensorstasjoner. Se Epilog -trinnet for mer informasjon og mulig individuell justering.
• Ulike feilhåndtering er inkludert i flere deler av koden. Spesielt en effektiv deteksjon og håndtering av busskommunikasjonsfeil som ofte forekommer på ESP32 -kontrollere. Igjen, se Epilog -trinnet for mer informasjon.
• Den har en LED -fargeutgang for å vise sensorstasjonens nåværende tilstand og eventuelle feil. Se resultattrinnet for mer informasjon.

Den vedlagte PHP -filen må installeres og være tilgjengelig i rotmappen til databaseserveren, på serverIP/sensor.php. PHP -filnavnet og innholdet i databehandlingen må samsvare med anropsfunksjonskoden til ESP og, på den andre siden, matche databasetabelloppsettet for å tillate lagring av datavlesninger. Eksempelkodene som er vedlagt er samsvarende, men hvis du endrer noen variabler, må de endres i hele systemet. PHP -filen inneholder en justeringsdel i begynnelsen, der individuelle justeringer gjøres i henhold til miljøet i systemet, spesielt databasens brukernavn og passord, og databasenavnet.

En MariaDB- eller SQL -database er satt opp på samme server, i henhold til tabelloppsettet som brukes i sensorstasjonskoden og PHP -skriptet. I eksempelkoden er MariaDB -databasenavnet "sensorstation" med en tabell med navnet "data", som inneholder 13 kolonner for UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, og IllumMax.

En Grafana analyse- og overvåkingsplattform kan installeres i tillegg på serveren som et alternativ for direkte databasevisualisering. Dette er ikke et sentralt trekk ved denne utviklingen, så det er ikke beskrevet nærmere i denne instruksen.

Trinn 8: Resultater - Datalesing og bekreftelse

Med alle ledninger, montering, programmering og miljøoppsett utført, sender sensorstasjonen dataavlesninger med jevne mellomrom til databasen. Mens den er på, er flere driftstilstander indikert gjennom den nedre LED -fargen:

• Under oppstart lyser LED -en i gul farge for å indikere ventende tilkobling til WiFi.
• Når og mens den er tilkoblet, er indikatoren blå.
• Sensorstasjonen kjører sensoravlesninger og sender den til serveren med jevne mellomrom. Hver vellykket overføring indikeres med en grønn lysimpuls på 600 ms.
• Ved feil, vil indikatoren farge rød, lilla eller gulaktig, i henhold til feiltypen. Etter en viss tid eller et antall feil, tilbakestiller sensorstasjonen alle sensorer og starter på nytt automatisk, igjen indikert med et gult lys på støvelen. Se ESP32 -koden og kommentarer for mer informasjon om indikatorfargene.

Når dette siste trinnet er utført, kjører og opererer sensorstasjonen kontinuerlig. Til dags dato er et nettverk av 10 sensorstasjoner installert og kjører i det på forhånd nevnte Living Lab smarte kontorlokalet.

Trinn 9: Alternativ: Frittstående versjon

Utviklingen av CoMoS fortsetter, og det første resultatet av denne pågående prosessen er en frittstående versjon. Den versjonen av CoMoS trenger ikke en databaseserver og WiFi -nettverk for å overvåke og registrere miljødata.

De nye viktige funksjonene er:

• Datavlesninger lagres på det interne mikro-SD-kortet i Excel-vennlig CSV-format.
• Integrert WiFi -tilgangspunkt for tilgang til CoMoS fra hvilken som helst mobil enhet.
• Nettbasert app (intern webserver på ESP32, ingen internettforbindelse nødvendig) for live data, innstillinger og lagringstilgang med direkte nedlasting av filer fra SD-kortet, som vist på bildet og skjermdumper vedlagt dette trinnet.

Dette erstatter WiFi og databasetilkoblingen mens alle andre funksjoner, inkludert kalibrering og all design og konstruksjon, forblir urørt fra den opprinnelige versjonen. Likevel krever den frittstående CoMoS erfaring og ytterligere kunnskap om hvordan du får tilgang til det interne filbehandlingssystemet "SPIFFS" i ESP32, og litt bevissthet om HTML, CSS og Javascript for å forstå hvordan nettappen fungerer. Det trenger også noen flere / forskjellige biblioteker for å fungere.

Vennligst sjekk Arduino -koden i zip -filen vedlagt for nødvendige biblioteker og følgende referanser for ytterligere informasjon om programmering og opplasting til SPIFFS filsystem:

SPIFFS bibliotek av espressif

SPIFFS filopplasting av me-no-dev

ESP32WebServer bibliotek av Pedroalbuquerque

Denne nye versjonen vil gjøre en helt ny instruerbar som kan bli utgitt i fremtiden. Men for nå, spesielt for mer erfarne brukere, ønsker vi ikke å gå glipp av sjansen til å dele den grunnleggende informasjonen og filene du trenger for å konfigurere den.

Raske trinn for å bygge en frittstående CoMoS:

• Bygg en sak i henhold til trinnet før. Du kan eventuelt 3D-skrive ut et ekstra etui for at mikro SC-kortleseren skal festes til CoMoS-etuiet. Hvis du ikke har en 3D -skriver tilgjengelig, kan kortleseren også plasseres inne i CoMoS -etuiet, ingen bekymringer.
• Koble alle sensorer som beskrevet tidligere, men installer og koble i tillegg til en micro SD -kortleser (amazon.com) og en DS3231 sanntidsklokke (adafruit.com) som angitt i ledningsopplegget som er knyttet til dette trinnet. Merk: Pinnene til opptrekkmotstanden og oneWire skiller seg fra det opprinnelige ledningsopplegget!
• Kontroller Arduino -koden og juster WiFi -tilgangspunktvariablene "ssid_AP" og "password_AP" etter dine personlige preferanser. Hvis den ikke er justert, er standard SSID "CoMoS_AP" og passordet er "12345678".
• Sett inn micro SD -kort, last opp koden, last opp innholdet i "data" -mappen til ESP32 ved å laste opp SPIFFS -filen, og koble en hvilken som helst mobil enhet til WiFi -tilgangspunktet.
• Naviger til "192.168.4.1" i din mobile nettleser og nyt!

Appen er alt basert på html, css og javascript. Det er lokalt, ingen internettforbindelse er involvert eller nødvendig. Den har en sidemeny i appen for å få tilgang til en oppsettside og en minneside. På oppsettsiden kan du justere de viktigste innstillingene som lokal dato og klokkeslett, sensoravlesningsintervall, etc. Alle innstillinger lagres permanent i ESP32s interne lagring og gjenopprettes ved neste oppstart. På minnesiden er en liste over filer på SD -kortet tilgjengelig. Hvis du klikker på et filnavn, starter du en direkte nedlasting av CSV -filen til mobilenheten.

Dette systemoppsettet tillater individuell og fjernovervåking av innendørs miljøforhold. Alle sensoravlesninger lagres med jevne mellomrom på SD -kortet, og nye filer opprettes for hver nye dag. Dette tillater en kontinuerlig drift i uker eller måneder uten tilgang eller vedlikehold. Som nevnt tidligere er dette fortsatt en pågående forskning og utvikling. Hvis du er interessert i ytterligere detaljer eller hjelp, ikke nøl med å kontakte den tilhørende forfatteren gjennom kommentarene eller direkte via LinkedIn.

Trinn 10: Epilog - kjente problemer og Outlook

Sensorstasjonen som er beskrevet i denne instruksen, er resultatet av en lang og pågående forskning. Målet er å lage et pålitelig, presist, men rimelig sensorsystem for innendørs miljøforhold. Dette inneholdt og inneholder noen alvorlige utfordringer, hvorav de mest sikre bør nevnes her:

Sensornøyaktighet og kalibrering

Sensorene som brukes i dette prosjektet tilbyr alle relativt høy nøyaktighet til lave eller moderate kostnader. De fleste er utstyrt med intern støyreduksjon og digitale bussgrensesnitt for kommunikasjon, noe som reduserer behovet for kalibrering eller nivåjusteringer. Uansett, fordi sensorene er installert i eller på et etui med visse attributter, ble en kalibrering av den komplette sensorstasjonen utført av forfatterne, som vist kort av bildene vedlagt. Totalt ti like bygget sensorstasjoner ble testet under definerte miljøforhold og sammenlignet med en TESTO 480 profesjonell inneklimasensorenhet. Fra disse forsøkene ble kalibreringsfaktorene som er inkludert i eksempelkoden bestemt. De tillater en enkel kompensasjon for sakens og elektronikkens innflytelse på de enkelte sensorene. For å oppnå høyest nøyaktighet anbefales en individuell kalibrering for hver sensorstasjon. Kalibreringen av dette systemet er et andre fokus for forfatterens forskning, i tillegg til utviklingen og konstruksjonen beskrevet i denne instruerbare. Det diskuteres i en ekstra, tilkoblet publikasjon, som fremdeles er i fagfellevurdering og vil bli lenket til her så snart den går på nettet. Finn mer informasjon om dette emnet på forfatterens nettsted.

ESP32 driftsstabilitet

Ikke alle Arduino-baserte sensorbiblioteker som brukes i denne koden, er fullt kompatible med ESP32-kortet. Dette problemet har blitt mye diskutert på mange punkter online, spesielt angående stabiliteten til I2C og OneWire -kommunikasjon. I denne utviklingen utføres en ny, kombinert feildeteksjon og håndtering, basert på å drive sensorene direkte gjennom IO -pinner på ESP32 for å tillate å kutte strømforsyningen for tilbakestillingsformål. Fra dagens perspektiv har denne løsningen ikke blitt presentert eller ikke blitt mye diskutert. Det ble født av nødvendighet, men til dags dato går det jevnt i driftsperioder på flere måneder og utover. Likevel er det fortsatt et tema for forskning.

Outlook

Sammen med denne instruerbare, blir ytterligere skriftlige publikasjoner og konferansepresentasjoner utført av forfatterne for å spre utviklingen og tillate en bred og åpen kildekode -applikasjon. I mellomtiden fortsetter forskningen å forbedre sensorstasjonen ytterligere, spesielt når det gjelder systemdesign og produserbarhet, og systemkalibrering og verifikasjon. Denne instruksen kan bli oppdatert om viktige fremtidige utviklinger, men for all oppdatert informasjon, vennligst besøk forfatterens nettsted eller kontakt forfatterne direkte via LinkedIn:

tilsvarende forfatter: Mathias Kimmling

andre forfatter: Konrad Lauenroth

forskningsmentor: Prof. Sabine Hoffmann

Andre pris i første gang forfatter