Bagaimana Membangun Stesen Sensor Pemantauan Keselesaan: 10 Langkah (dengan Gambar)

Pengajaran ini menerangkan reka bentuk dan pembinaan sesuatu yang dipanggil Stesen Pemantauan Keselesaan CoMoS, peranti sensor gabungan untuk keadaan ambien, yang telah dibangunkan di jabatan Persekitaran Bina di TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Jerman.

CoMoS menggunakan pengawal dan sensor ESP32 untuk suhu udara dan kelembapan relatif (Si7021), halaju udara (sensor angin revolusi C oleh Alat Moden), dan suhu dunia (DS18B20 dalam mentol hitam), kesemuanya dalam kes padat dan mudah dibina dengan maklum balas visual menerusi penunjuk LED (WS2812B). Di samping itu, a pencahayaan sensor (BH1750) dimasukkan untuk menganalisis keadaan visual tempatan. Semua data sensor dibaca secara berkala dan dihantar melalui Wi-Fi ke pelayan pangkalan data, dari mana ia boleh digunakan untuk pemantauan dan kawalan.

Motivasi di sebalik perkembangan ini adalah untuk mendapatkan alternatif yang murah tetapi sangat berkuasa untuk peranti sensor makmal, yang biasanya pada harga melebihi 3000 €. Sebaliknya, CoMoS menggunakan perkakasan harga keseluruhan sekitar 50 € dan oleh itu boleh digunakan secara menyeluruh di bangunan (pejabat) untuk penentuan masa nyata keadaan haba dan visual individu di setiap tempat kerja atau seksyen bangunan.

Untuk maklumat lanjut mengenai penyelidikan dan kerja yang berkaitan di jabatan, lihat laman web ruang pejabat pejabat Makmal Hidup yang rasmi atau hubungi penulis yang berkaitan secara langsung melalui LinkedIn. Semua kenalan penulis disenaraikan pada akhir pengajaran ini.

Nota struktur: Pengajaran ini menerangkan persediaan asal CoMoS, tetapi ia juga menyediakan maklumat dan arahan untuk beberapa variasi kami baru-baru ini membangun: Selain kes asal yang dibina dari bahagian standard, terdapat juga a Pilihan bercetak 3D. Dan selain peranti asal dengan sambungan pelayan pangkalan data, ada alternatif lain versi berdiri sendiri dengan storan SD-kad, titik akses WIFi bersepadu, dan apl mudah alih yang mewah untuk membayangkan bacaan sensor. Sila semak pilihan yang ditandakan dalam bab yang sepadan dan pilihan sendiri dalam bab akhir.

Nota peribadi: Ini adalah pengajaran pertama yang boleh dipelajari, dan ia meliputi persiapan yang agak terperinci dan rumit. Tolong jangan teragak-agak untuk berhubung melalui bahagian komen di halaman ini, melalui e-mel, atau melalui LinkedIn, jika terdapat sebarang butiran atau maklumat yang hilang sepanjang langkah-langkah.

Bekalan:

Langkah 1: Latar Belakang - Keselesaan Thermal dan Visual

Keselesaan terma dan visual telah menjadi lebih dan lebih penting topik, terutama di pejabat dan persekitaran tempat kerja, tetapi juga di sektor perumahan. Cabaran utama dalam bidang ini adalah bahawa persepsi terma terhadap individu sering berbeza dalam pelbagai bidang. Satu orang mungkin merasa panas dalam keadaan terma tertentu manakala orang lain berasa sejuk dalam keadaan yang sama. Itulah sebabnya persepsi terma individu dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk faktor fizikal suhu udara, kelembapan relatif, halaju udara, dan suhu berseri permukaan sekitarnya. Tetapi juga, pakaian, aktiviti metabolik, dan aspek individu umur, jantina, jisim badan, dan banyak lagi, mempengaruhi persepsi termal.

Walaupun faktor individu kekal sebagai ketidakpastian dari segi pemanasan dan kawalan penyejukan, faktor fizikal boleh ditentukan dengan tepat oleh peranti sensor. Suhu udara, kelembapan relatif, halaju udara, dan suhu dunia boleh diukur dan digunakan sebagai input langsung kepada kawalan bangunan. Selanjutnya, dalam pendekatan yang lebih terperinci, mereka boleh digunakan sebagai input untuk mengira yang disebut PMV-indeks, di mana PMV bermaksud Unjuran Maksimum Anggaran. Ia menerangkan bagaimana orang-orang secara purata akan menilai sensasi termal mereka di bawah syarat bilik persekitaran yang diberikan. PMV boleh mengambil nilai dari -3 (sejuk) hingga +3 (panas), dengan 0 menjadi keadaan neutral.

Mengapa kita menyebut bahawa PMV-perkara di sini? Nah, kerana dalam bidang keselesaan peribadi, ia adalah indeks yang biasa digunakan yang boleh berfungsi sebagai kriteria kualiti untuk keadaan terma di dalam bangunan. Dan dengan CoMoS, semua parameter ambien yang diperlukan untuk pengiraan PMV boleh diukur.

Sekiranya anda berminat, ketahui lebih lanjut mengenai keselesaan termal, konteks dunia dan suhu bersinar yang bermakna, indeks PMV, dan pelaksanaan standard ASHRAE di

Wikipedia: Keselesaan Terma

ISO 7726 Ergonomik persekitaran terma

ASHRAE NPO

By the way: Ada yang lama, tetapi juga banyak alat yang baru dibangunkan dalam bidang persekitaran peribadi untuk menyediakan keselesaan terma dan visual individu. Peminat desktop kecil adalah contoh yang terkenal. Tetapi juga, kaki kaki, kerusi dipanaskan dan pengudaraan, atau sekatan pejabat untuk pemanasan dan penyejukan radiasi IR sedang dimajukan atau bahkan sudah tersedia di pasaran. Semua teknologi ini mempengaruhi keadaan terma tempatan, di tempat kerja misalnya, dan mereka boleh dikawal secara automatik berdasarkan data sensor tempatan, juga, seperti yang digambarkan dalam gambar langkah ini.

Maklumat lanjut mengenai alat persekitaran yang diperibadikan dan penyelidikan berterusan boleh didapati di

Hidup ruang pejabat pintar Lab: Persekitaran peribadi

Universiti California, Berkeley

Laporan ZEN mengenai pemanasan peribadi alat penyejukan PDF

SBRC University of Wollongong

Langkah 2: Skim Sistem

Salah satu matlamat utama dalam proses pembangunan adalah untuk mencipta tanpa wayar, padat, dan murah alat sensor untuk mengukur keadaan persekitaran tertutup sekurang-kurangnya sepuluh tempat kerja individu di ruang pejabat terbuka. Oleh itu, stesen ini menggunakan ESP32-WROOM-32 dengan sambungan WiFi di-papan dan dengan pelbagai jenis pin penyambung dan jenis bas yang disokong untuk semua jenis sensor. Stesen sensor menggunakan IoT-WiFi berasingan dan menghantar bacaan data mereka ke pangkalan data MariaDB melalui skrip PHP yang berjalan pada pelayan pangkalan data. Opsyenal, output visual Grafana yang mudah digunakan juga boleh dipasang.

Skim di atas menunjukkan susunan semua komponen periferi sebagai gambaran keseluruhan mengenai persediaan sistem, tetapi pengajaran ini memberi tumpuan kepada stesen sensor itu sendiri. Sudah tentu, fail PHP dan penerangan mengenai sambungan SQL dimasukkan kemudian, juga, untuk menyediakan semua maklumat yang diperlukan untuk membina, menyambung, dan menggunakan CoMoS.

Catatan: pada akhir pengajaran ini, anda dapat menemui arahan tentang cara membina versi CoMoS alternatif yang berasingan dengan storan SD-kad, titik akses WiFi dalaman, dan aplikasi web untuk peranti mudah alih.

Langkah 3: Senarai Bekalan

Elektronik

Sensor dan pengawal, seperti yang ditunjukkan dalam gambar:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) A
• Sensor suhu dan kelembapan Si7021 atau GY21 (adafruit.com) B
• DS18B20 + sensor suhu (adafruit.com) C
• Rev C. sensor kelajuan udara (moderndevice.com) D
• WS2812B 5050 status LED (adafruit.com) E
• Sensor pencahayaan BH1750 (amazon.de) F

Lebih banyak bahagian elektrik:

• Resistor tarik 4,7k (adafruit.com)
• Dawai standard 0,14 mm² (atau serupa) (adafruit.com)
• Penyambung splicing 2x Wago (wago.com)
• Kabel USB mikro (sparkfun.com)

Bahagian kes
(Dapatkan maklumat lebih terperinci tentang bahagian dan saiz ini di Langkah seterusnya Jika anda mempunyai pencetak 3D yang tersedia, anda hanya perlu bola tenis meja. Langkau Langkah seterusnya dan cari semua maklumat dan fail untuk mencetak di Langkah 5.)

• Plat akrilik bulat 50x4 mm 1
• Keluli plat bulat 40x10 mm 2
• Tiub akrilik 50x5x140 mm 3
• Plat akrilik bulat 40x5 mm 4
• Tiub akrilik 12x2x50 mm 5
• Bola tenis meja 6

Pelbagai

• Semburan cat putih
• Semburan cat matte hitam
• Sesetengah pita
• Bulu penebat kecil, pad kapas, atau apa-apa yang serupa

Alat

• Gerudi kuasa
• 8 mm mencuri gerudi
• 6 mm kayu / gerudi plastik
• Gerudi kayu 12 mm / plastik
• Tangan tipis
• Kertas pasir
• Wire cutting wire
• Wayar penari telanjang
• Pematerian besi dan timah
• Alat api gam atau gam gam panas

Perisian dan perpustakaan
(Angka-angka menunjukkan versi perpustakaan yang kami gunakan dan menguji perkakasan dengan. Perpustakaan yang lebih baru harus berfungsi juga, tetapi kami menghadapi beberapa masalah sesekali semasa mencuba versi yang berbeza / lebih baru.)

• IDE Arduino (1.8.5)
• Perpustakaan Teras ESP32
• Perpustakaan BH1750FVI
• Perpustakaan Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Perpustakaan Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Perpustakaan DallasTemperature (3.7.9)
• Perpustakaan OneWire (2.3.3)

Langkah 4: Reka Bentuk dan Pembinaan Kes - Pilihan 1

Reka bentuk CoMoS mempunyai kes menegak, menegak dengan kebanyakan sensor yang dipasang di kawasan teratas, dengan sensor suhu dan kelembapan dipasang di bahagian bawah. The kedudukan sensor dan susunan mengikut keperluan tertentu pemboleh ubah yang diukur:

• Si7021 sensor suhu dan kelembapan dipasang di luar kes itu, berhampiran bahagian bawahnya, untuk membolehkan peredaran udara bebas di sekitar sensor dan untuk meminimumkan pengaruh haba sisa yang dihasilkan oleh mikrokontroler di dalam kes itu.
• BH1750 sensor pencahayaan dipasang pada bahagian atas kes itu, untuk mengukur pencahayaan pada permukaan mendatar seperti yang dikehendaki oleh piawaian umum pada pencahayaan tempat kerja.
• Pdt sensor angin juga dipasang di bahagian atas kes itu, dengan elektronika tersembunyi di dalam kes itu, tetapi tinesnya, yang membawa anemometer haba dan sensor suhu sebenar, terdedah kepada udara di sekeliling bahagian atas.
• DS18B20 Pengesan suhu dipasang di bahagian paling atas stesen, di dalam bola tenis meja yang dicat hitam. Kedudukan di atas adalah perlu untuk meminimumkan faktor pandangan dan oleh itu pengaruh radiasi dari stesen sensor itu sendiri kepada pengukuran suhu dunia.

Sumber tambahan mengenai suhu bersinar min dan penggunaan bola tenis meja hitam sebagai sensor suhu dunia ialah:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Kesesuaian Termometer Wayar Akrilik dan Tembaga untuk Tetapan Luar Diurnal. Bangunan dan Alam Sekitar. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Dear, Richard. (1987). Termometer dunia ping-pong untuk suhu bersinar bermakna. H & Eng.,. 60. 10-12.

Kes ini direka dengan mudah, untuk memastikan masa dan usaha pembuatan serendah mungkin. Ia dengan mudah boleh dibina dari bahagian standard dan komponen dengan hanya beberapa alat dan kemahiran yang mudah. Atau, bagi orang-orang yang bernasib baik untuk mempunyai pencetak 3D di perkhidmatan mereka, semua bahagian kes boleh Dicetak 3D juga. Untuk mencetak kes itu, seluruh Langkah ini boleh dilangkau dan semua fail dan arahan yang diperlukan boleh didapati di Langkah seterusnya.

Untuk pembinaan dari bahagian standard, dimensi pemasangan dipilih untuk kebanyakannya:

• The badan utama adalah paip akrilik (PMMA) diameter luar 50 mm, ketebalan dinding 5 mm, dan ketinggian 140 mm.
• The plat bawah, yang berfungsi sebagai konduktor cahaya untuk status LED, adalah plat pusingan akrilik diameter 50 mm dan ketebalan 4 mm.
• A pusingan keluli dengan diameter 40 mm dan ketebalan 10 mm dipasang sebagai berat di bahagian atas plat bawah dan muat di bahagian bawah tiub badan utama untuk mengelakkan stesen terhindar dan memegang plat bawah di tempatnya.
• The plat atas sesuai di dalam tiub badan utama juga. Ia diperbuat daripada PMMA dan mempunyai diameter 40 mm dan ketebalan 5 mm.
• Akhirnya, tiub riser atas adalah PMMA juga, dengan diameter luar 10 mm, ketebalan dinding 2 mm, dan panjang 50 mm.

Proses pembuatan dan pemasangan adalah mudah, bermula dengan beberapa lubang untuk menggerudi. Pusingan keluli memerlukan lubang berterusan 8 mm, agar sesuai dengan LED dan kabel. Tiub badan utama memerlukan beberapa lubang 6 mm, sebagai kabel suapan melalui kabel USB dan sensor, dan sebagai lubang pengudaraan. Bilangan dan kedudukan lubang boleh berubah mengikut keutamaan anda. Pilihan pemaju adalah enam lubang di bahagian belakang, dekat ke atas dan bawah, dan dua di bahagian depan, satu atas, satu bawah lagi, sebagai rujukan.

Plat atas adalah bahagian paling rumit. Ia memerlukan keseluruhan 12 mm yang berpusat, lurus dan berterusan untuk menyesuaikan tiub riser atas, satu lagi lubang 6 mm berpusat untuk menyesuaikan kabel sensor pencahayaan, dan celah nipis kira-kira 1,5 mm lebar dan panjang 18 mm untuk memenuhi angin sensor. Lihat gambar untuk rujukan. Dan akhirnya, bola tenis meja memerlukan keseluruhan 6 mm, untuk menyesuaikan sensor suhu dunia dan kabel.

Dalam langkah seterusnya, semua bahagian PMMA, kecuali plat bawah, sepatutnya semburan dicat, rujukannya adalah putih. Bola tenis meja mesti dicat dalam matte hitam untuk menentukan sifat haba dan optik yang dianggarkan.

Pusingan keluli adalah terpaku berpusat dan rata ke plat bawah. Tiub riser atas dilekatkan ke lubang 12 mm plat atas. Bola tenis meja terpaku di hujung atas riser, dengan lubangnya sepadan dengan pembukaan lubang riser, jadi sensor suhu dan kabel dapat dimasukkan ke dalam bola kemudian melalui tabung riser.

Dengan langkah ini, semua bahagian kes akan dipasang dengan meletakkannya bersama-sama. Sekiranya ada yang terlalu ketat, pasangkannya sedikit, jika terlalu longgar, tambah lapisan pita yang nipis.

Langkah 5: Reka Bentuk Kes dan Pembinaan - Pilihan 2

Walaupun Pilihan 1 membina kes CoMoS masih lagi pantas dan mudah, membiarkan a Pencetak 3D buat kerja mungkin lebih mudah. Juga untuk pilihan ini, kes dibahagikan kepada tiga bahagian, bahagian atas, badan kes, dan bahagian bawah, untuk membolehkan pendawaian mudah dan perhimpunan seperti yang diterangkan dalam Langkah seterusnya.

Fail dan maklumat lanjut mengenai tetapan pencetak disediakan di Thingiverse:

Fail CoMoS di Thingiverse

Mengikuti arahan untuk digunakan filamen putih untuk bahagian atas dan kes badan sangat disyorkan. Ini menghalang kes pemanasan terlalu cepat di bawah cahaya matahari dan mengelakkan pengukuran palsu. Tfilamen ransparent harus digunakan untuk bahagian bawah untuk membolehkan pencahayaan penunjuk LED.

Satu lagi variasi dari Opsyen 1 adalah bahawa pusingan logam hilang.Untuk mengelakkan CoMoS dari menggulingkan, sebarang jenis berat seperti bola bantalan atau sekumpulan pencuci logam harus diletakkan di / di bahagian bawah telus. Ia direka dengan kelebihan sekitar untuk menyesuaikan dan menahan berat badan. Sebagai alternatif, CoMoS boleh dirakam ke tempat pemasangan dengan menggunakan pita bermuka dua.

Catatan: Folder Thingiverse termasuk fail untuk kes pembaca kad SD mikro yang boleh dipasang pada kes CoMoS. Kes ini adalah pilihan dan sebahagian daripada versi bersendirian yang diterangkan dalam langkah terakhir pengajaran ini.

Langkah 6: Pendawaian dan Perhimpunan

ESP, sensor, LED, dan kabel USB adalah soldered dan disambung mengikut litar skematik yang ditunjukkan dalam gambar-gambar langkah ini. The Tugasan PIN yang sepadan dengan kod contoh yang diterangkan kemudian ialah:

• 14 - Tetapkan semula jambatan (EN) - kelabu
• 17 - WS2811 (LED) - hijau
• 18 - pullup perintang untuk DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (Satu Kawat) - ungu
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - biru
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - kuning
• 25 - BH1750 (V-in) - coklat
• 26 - SI7021 (V-in) - coklat
• 27 - DS18B20 + (V-in) - coklat
• 34 - Sensor Angin (TMP) - cyan
• 35 - Sensor Angin (RV) - oren
• VIN - Kabel USB (+ 5V) - merah
• GND - Kabel USB (GND) - hitam

Sensor Si7021, BH1750, dan DS18B20 + disokong melalui pin IO daripada ESP32. Ini adalah mungkin kerana draf maksimum mereka adalah di bawah bekalan semasa max ESP bagi setiap pin, dan perlu untuk menetapkan semula sensor dengan memotong bekalan kuasa mereka sekiranya kesilapan komunikasi sensor. Lihat kod ESP dan komen untuk maklumat lanjut.

Sensor Si7021 dan BH1750, sama seperti wayar USB, harus disolder dengan kabel yang telah dipasang melalui lubang kes khusus untuk membolehkan pemasangan pada langkah seterusnya. Penyambung splicing WAGO padat digunakan untuk menyambungkan peranti ke bekalan kuasa dengan kabel USB. Semua dikuasakan pada 5 V DC oleh USB, yang berfungsi dengan tahap logik ESP32 pada 3,3 V. Optionally, pin data kabel USB mikro boleh disambung semula ke palam USB mikro dan disambungkan ke USB mikro ESP soket, sebagai input kuasa dan sambungan data untuk memindahkan kod ke ESP32 sementara kes ditutup. Selain itu, jika disambungkan seperti yang ditunjukkan dalam skema, satu lagi kabel USB mikro yang utuh diperlukan untuk mulanya memindahkan kod ke ESP sebelum memasang kes itu.

The Sensor suhu Si7021 adalah terpaku pada bahagian belakang kes itu, dekat dengan bahagian bawah. Sangat penting untuk melampirkan sensor ini dekat ke bawah, untuk mengelakkan pembacaan suhu palsu yang disebabkan oleh haba yang berkembang dalam kes itu. Lihat langkah Epilog untuk maklumat lanjut mengenai isu ini. The Sensor pencahayaan BH1750 adalah terpaku pada pinggir atas, dan sensor angin dimasukkan dan sesuai dipasang ke celah di seberang. Sekiranya ia sesuai juga hilang, sedikit pita di sekitar bahagian tengah sensor membantu mengekalkan kedudukannya. The Sensor suhu DS18B20 dimasukkan melalui riser atas ke dalam bola tenis meja, dengan kedudukan terakhir di tengah bola. Bahagian dalam riser atas dipenuhi dengan bulu pengasingan dan pembukaan yang lebih rendah dimeteraikan dengan pita atau gam panas, untuk mengelakkan pemindahan haba konduktif atau konveksi ke dunia. The LED dilampirkan ke lubang bulat keluli menghadap ke bawah untuk menerangi plat bawah.

Semua wayar, penyambung splicing, dan ESP32 masuk ke dalam kes utama dan semua bahagian kes digabungkan dalam pemasangan akhir.

Langkah 7: Perisian - ESP, PHP, dan Konfigurasi MariaDB

Pengawal mikro ESP32 boleh diprogramkan dengan menggunakan IDE Arduino dan perpustakaan Teras ESP32 yang disediakan oleh Espressif. Terdapat banyak tutorial yang boleh didapati dalam talian tentang bagaimana untuk menyediakan IDE untuk keserasian ESP32, contohnya di sini.

Setelah ditubuhkan, yang dilampirkan kod dipindahkan ke ESP32. Ia dikomentari sepanjang untuk memudahkan pemahaman, tetapi beberapa ciri utama adalah:

• Ia mempunyai "konfigurasi pengguna"pada awal, di mana pemboleh ubah individu mesti ditubuhkan, seperti ID dan kata laluan WiFi, IP pelayan pangkalan data, dan bacaan data yang dikehendaki dan hantar tempoh. Ia juga termasuk pembolehubah "pelarasan angin sifar" yang boleh digunakan untuk menyesuaikan sifar kelajuan bacaan kelajuan kepada 0 dalam kes bekalan kuasa yang tidak stabil.
• Kod ini termasuk purata faktor penentukuran ditentukan oleh penulis dari penentukuran sepuluh stesen sensor sedia ada. Lihat langkah Epilog untuk maklumat lanjut dan pelarasan individu yang mungkin.
• Pelbagai pengendalian ralat dimasukkan di beberapa bahagian kod. Terutama pengesanan dan pengendalian ralat komunikasi yang berkesan yang berlaku pada pengawal ESP32. Sekali lagi, lihat langkah Epilog untuk maklumat lanjut.
• Ia mempunyai Output warna LED untuk menunjukkan keadaan semasa stesen sensor dan apa-apa kesilapan. Lihat langkah Keputusan untuk maklumat lanjut.

Yang dilampirkan Fail PHP perlu dipasang dan boleh diakses dalam folder root pelayan pangkalan data, di serverIP / sensor.php. Nama file PHP dan kandungan penanganan data harus sesuai dengan kode fungsi panggilan ESP dan, di sisi lain, sesuai dengan pengaturan tabel pangkalan data, untuk membolehkan penyimpanan bacaan data. Kod contoh yang dilampirkan dipadankan, tetapi sekiranya anda mengubah beberapa pembolehubah, mereka perlu diubah sepanjang sistem. Fail PHP merangkumi seksyen penyesuaian pada permulaan, di mana pelarasan individu dibuat mengikut persekitaran sistem, terutamanya nama pengguna pangkalan data dan kata laluan, dan nama pangkalan data.

A MariaDB atau SQL pangkalan data didirikan pada pelayan yang sama, mengikut persediaan meja yang digunakan dalam kod stesen sensor dan skrip PHP. Dalam contoh kod, nama pangkalan data MariaDB ialah "sensorstation" dengan jadual yang dinamakan "data", yang mengandungi 13 lajur untuk UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, dan IllumMax.

Anjuran grafik Analytics dan pemantauan boleh dipasang tambahan pada pelayan sebagai pilihan untuk visualisasi pangkalan data langsung. Ini bukan ciri utama perkembangan ini, jadi ia tidak diterangkan lebih lanjut dalam pengajaran ini.

Langkah 8: Hasil - Membaca dan Pengesahan Data

Dengan semua pemasangan pendawaian, pemasangan, pengaturcaraan dan alam sekitar dilakukan, stesen sensor menghantar bacaan data secara berkala ke pangkalan data. Semasa dikuasai, beberapa keadaan operasi ditunjukkan melalui bahagian bawah LED warna:

• Semasa boot, lampu LED dalam warna kuning menunjukkan sambungan tertunda ke WiFi.
• Apabila dan semasa bersambung, penunjuk berwarna biru.
• Stesen sensor menjalankan bacaan sensor dan menghantarnya ke pelayan secara berkala. Setiap pemindahan yang berjaya ditandakan oleh impuls cahaya hijau sebanyak 600 ms.
• Sekiranya kesilapan, penunjuk akan berwarna merah, ungu, atau kekuningan, mengikut jenis ralat. Selepas masa atau bilangan kesilapan tertentu, stesen sensor mengeset semula semua sensor dan reboot secara automatik, sekali lagi ditunjukkan oleh cahaya kuning pada boot. Lihat kod dan komen ESP32 untuk maklumat lanjut tentang warna penunjuk.

Dengan langkah terakhir ini, stesen sensor berjalan dan beroperasi secara berterusan. Setakat ini, rangkaian 10 stesen sensor dipasang dan berjalan di ruang pejabat pintar Living Lab yang disebut sebelum ini.

Langkah 9: Alternatif: Versi Bersendirian

Perkembangan CoMoS berterusan dan hasil pertama proses yang berterusan ini adalah versi berdiri sendiri. Versi CoMoS tidak memerlukan pelayan pangkalan data dan rangkaian WiFi untuk memantau dan merekodkan data persekitaran.

The ciri utama baru adalah:

• Pembacaan data disimpan pada mikro SD kad dalaman, dalam format CSV mesra Excel.
• Titik akses WiFi bersepadu untuk akses ke CoMoS oleh mana-mana peranti mudah alih.
• Aplikasi berasaskan web (pelayan web dalaman di ESP32, tiada sambungan internet diperlukan) untuk data, tetapan dan akses storan langsung dengan muat turun fail langsung dari kad SD, seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan tangkapan skrin yang dilampirkan pada langkah ini.

Ini menggantikan sambungan WiFi dan pangkalan data sementara semua ciri-ciri lain termasuk penentukuran dan semua reka bentuk dan pembinaan tetap tidak disentuh dari versi asal. Namun, CoMoS yang berdiri sendiri memerlukan pengalaman dan pengetahuan selanjutnya bagaimana untuk mengakses sistem pengurusan fail dalaman "SPIFFS" daripada ESP32, dan sedikit kesedaran mengenai HTML, CSS, dan Javascript untuk memahami bagaimana aplikasinya berfungsi. Ia juga memerlukan beberapa lagi / perpustakaan yang berbeza untuk berfungsi.

Sila semak kod Arduino dalam fail zip yang dilampirkan untuk perpustakaan yang diperlukan dan rujukan berikut untuk maklumat lanjut mengenai pengaturcaraan dan muat naik ke sistem fail SPIFFS:

Perpustakaan SPIFFS oleh espressif

Uploader fail SPIFFS oleh saya-no-dev

Perpustakaan ESP32WebServer oleh Pedroalbuquerque

Versi baru ini akan membuat pengajaran baru yang boleh diterbitkan pada masa akan datang. Tetapi buat masa ini, terutamanya untuk pengguna yang lebih berpengalaman, kami tidak mahu melepaskan peluang untuk berkongsi maklumat asas dan fail yang anda perlukan untuk menetapkannya.

Langkah cepat untuk membina CoMoS yang berdiri sendiri:

• Bina kes mengikut langkah sebelum ini. Secara pilihan, cetak 3D kes tambahan untuk pembaca kad mikro SC untuk dilampirkan kepada kes CoMoS. Jika anda tidak mempunyai pencetak 3D yang tersedia, pembaca kad boleh diletakkan di dalam kes utama CoMoS juga, tidak ada kebimbangan.
• Wayar semua sensor seperti yang diterangkan sebelumnya, tetapi di samping itu, pasang dan sambungkan pembaca kad SD mikro (amazon.com) dan jam masa nyata DS3231 (adafruit.com) seperti yang ditunjukkan dalam skema pendayung yang dilampirkan pada langkah ini. Nota: Pins untuk perintang tarik dan satu wayar berbeza dari skema pendawaian asal!

• Semak kod Arduino dan laraskan pembolehubah titik akses WiFi "ssid_AP" dan "password_AP" ke pilihan peribadi anda. Sekiranya tidak diselaraskan, SSID standard adalah "CoMoS_AP" dan kata laluan adalah "12345678".

• Masukkan kad SD mikro, muat naik kod, muat naik kandungan folder "data" ke ESP32 menggunakan pemuat naik fail SPIFFS, dan sambungkan sebarang peranti mudah alih ke titik akses WiFi.

• Navigasi ke "192.168.4.1" dalam penyemak imbas mudah alih anda dan nikmati!

Aplikasi ini semuanya berasaskan html, css, dan javascript. Ia tempatan, tiada sambungan internet yang terlibat atau diperlukan. Ia mempunyai menu sisi dalam apl untuk mengakses halaman persediaan dan halaman ingatan. Pada halaman persediaan, anda boleh menyesuaikan tetapan yang paling penting seperti tarikh dan masa tempatan, selang bacaan sensor, dan lain-lain. Semua tetapan akan disimpan secara kekal dalam storan dalaman ESP32 dan dipulihkan pada but depan. Pada halaman ingatan, senarai fail pada kad SD tersedia. Mengklik nama fail memulakan muat turun langsung fail CSV ke peranti mudah alih.

Persediaan sistem ini membolehkan pemantauan individu dan jarak jauh dalam keadaan persekitaran dalaman. Semua bacaan sensor disimpan pada kad SD secara berkala, dengan fail baru dicipta untuk setiap hari baru. Ini membolehkan operasi berterusan untuk minggu atau bulan tanpa akses atau penyelenggaraan. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ini masih merupakan penyelidikan dan pembangunan berterusan. Sekiranya anda berminat dengan butiran lanjut atau bantuan, jangan teragak-agak untuk menghubungi penulis yang berkaitan melalui komen atau terus melalui LinkedIn.

Langkah 10: Epilog - Isu dan Outlook yang Dikenali

Stesen sensor yang diterangkan dalam pengajaran ini adalah hasil penyelidikan yang panjang dan berterusan. Matlamatnya adalah untuk mewujudkan sistem penderiaan yang boleh dipercayai, tepat, namun kos rendah untuk keadaan persekitaran tertutup. Ini diadakan dan memegang beberapa cabaran yang serius, di mana yang paling pasti harus disebutkan di sini:

Ketepatan sensor dan penentukuran

Sensor yang digunakan dalam projek ini semuanya menawarkan ketepatan yang agak tinggi pada kos rendah atau sederhana. Kebanyakan dilengkapi dengan pengurangan hingar dalaman dan antara muka bas digital untuk komunikasi, mengurangkan keperluan bagi penentukuran atau penyesuaian tahap. Bagaimanapun, kerana sensor dipasang atau dalam kes dengan atribut tertentu, penentukuran stesen sensor lengkap dilakukan oleh penulis, seperti ditunjukkan secara ringkas oleh gambar yang dilampirkan. Sebanyak sepuluh stesen sensor yang dibina sama sekali telah diuji dalam keadaan alam sekitar yang jelas dan berbanding dengan peranti penderia suhu dalaman TESTO 480 profesional. Dari larian ini, faktor penentukuran yang dimasukkan dalam kod contoh ditentukan. Mereka membenarkan pampasan mudah kes dan elektronik 'pengaruh pada sensor individu. Untuk mencapai ketepatan tertinggi, penentukuran individu untuk setiap stesen sensor disyorkan. Penentukuran sistem ini merupakan fokus kedua penyelidik penulis, selain pembangunan dan pembinaan yang diterangkan dalam pengajaran ini. Ia dibincangkan dalam penerbitan tambahan, yang berkaitan, yang masih dalam tinjauan semula dan akan dihubungkan disini sebaik sahaja ia berjalan dalam talian. Sila dapatkan maklumat lanjut mengenai topik ini di laman web penulis.

Kestabilan operasi ESP32

Tidak semua perpustakaan sensor berasaskan Arduino yang digunakan dalam kod ini serasi sepenuhnya dengan papan ESP32. Isu ini telah dibincangkan secara meluas di banyak perkara dalam talian, terutamanya mengenai kestabilan komunikasi I2C dan OneWire. Dalam perkembangan ini, pengesanan dan pengendalian ralat gabungan yang baru dilakukan, berdasarkan kuasa menghidupkan sensor secara langsung melalui pin IO dari ESP32 untuk membolehkan memotong bekalan kuasa mereka untuk tujuan semula. Dari perspektif hari ini, penyelesaian ini tidak dibentangkan atau tidak dibincangkan secara meluas. Ia dilahirkan dari keperluan, tetapi kini berjalan lancar untuk tempoh operasi beberapa bulan dan seterusnya. Namun ia masih menjadi topik penyelidikan.

Outlook

Bersama-sama dengan pengajaran, penulisan bertulis dan persidangan persidangan ini selanjutnya dilakukan oleh penulis untuk menyebarkan perkembangan dan membolehkan aplikasi sumber yang luas dan terbuka. Sementara itu, penyelidikan terus meningkatkan lagi stesen sensor, terutamanya mengenai reka bentuk sistem dan manufacturability, dan sistem penentukuran dan pengesahan. Pengajaran ini mungkin dikemaskini mengenai perkembangan masa depan yang penting, tetapi untuk semua maklumat terkini, sila lawati laman web penulis atau hubungi penulis secara langsung melalui LinkedIn:

Penulis yang berkaitan: Mathias Kimmling

pengarang kedua: Konrad Lauenroth

mentor penyelidikan: Prof. Sabine Hoffmann

Hadiah Kedua di Malaysia
Pengarang Pertama Kali