Cara Membina Stesen Sensor Pemantauan Keselesaan: 10 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:01

Instruksional ini menerangkan reka bentuk dan pembinaan Stesen Pemantauan Comfort CoMoS, peranti sensor gabungan untuk keadaan persekitaran, yang dikembangkan di bahagian Lingkungan Buatan di TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Jerman.

CoMoS menggunakan pengawal dan sensor ESP32 untuk suhu udara dan kelembapan relatif (Si7021), halaju udara (sensor angin rev. C oleh Peranti Moden), dan suhu dunia (DS18B20 dalam mentol hitam), semuanya dalam kompak, mudah membina kes dengan maklum balas visual melalui penunjuk LED (WS2812B). Sebagai tambahan, sensor pencahayaan (BH1750) disertakan untuk menganalisis keadaan visual tempatan. Semua data sensor dibaca secara berkala dan dikirim melalui Wi-Fi ke pelayan pangkalan data, dari mana ia dapat digunakan untuk pemantauan dan pengendalian.

Motivasi di sebalik pengembangan ini adalah untuk mendapatkan alternatif kos rendah tetapi sangat kuat untuk peranti sensor makmal, yang biasanya dengan harga di atas 3000 €. Sebaliknya, CoMoS menggunakan perkakasan dengan harga keseluruhan sekitar 50 € dan oleh itu dapat digunakan secara komprehensif di bangunan (pejabat) untuk penentuan masa sebenar keadaan termal dan visual individu di setiap tempat kerja atau bahagian bangunan.

Untuk maklumat lebih lanjut mengenai penyelidikan kami dan kerja yang berkaitan di jabatan, periksa laman web ruang pejabat Living Lab rasmi atau hubungi pengarang yang berkenaan terus melalui LinkedIn. Semua kenalan penulis disenaraikan di akhir arahan ini.

Nota struktur: Instruksional ini menerangkan penyediaan asal CoMoS, tetapi juga memberikan maklumat dan arahan untuk beberapa variasi yang baru kami kembangkan: Selain casing asli yang dibina dari bahagian standard, terdapat juga pilihan cetak 3D. Dan selain peranti asal dengan sambungan pelayan pangkalan data, ada versi alternatif lain dengan penyimpanan kad SD, titik akses WIFi bersepadu, dan aplikasi mudah alih yang mewah untuk memvisualisasikan pembacaan sensor. Sila periksa pilihan yang ditandai dalam bab yang sesuai dan pilihan yang berdiri sendiri pada bab terakhir.

Catatan peribadi: Ini adalah arahan pertama pengarang, dan ini merangkumi penyediaan yang cukup terperinci dan kompleks. Jangan ragu untuk menghubungi bahagian komen halaman ini, melalui e-mel, atau melalui LinkedIn, sekiranya terdapat butiran atau maklumat yang hilang sepanjang langkah-langkah ini.

Langkah 1: Latar Belakang - Keselesaan Termal dan Visual

Keselesaan termal dan visual menjadi topik yang semakin penting, terutamanya di persekitaran pejabat dan tempat kerja, tetapi juga di sektor kediaman. Cabaran utama dalam bidang ini adalah bahawa persepsi termal individu sering berbeza dalam pelbagai bidang. Seseorang mungkin merasa panas dalam keadaan termal tertentu sementara orang lain berasa sejuk pada keadaan yang sama. Ini kerana 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 terma.

Walaupun faktor individu tetap tidak menentu dari segi kawalan pemanasan dan penyejukan, faktor fizikal dapat ditentukan dengan tepat oleh alat sensor. Suhu udara, kelembapan relatif, halaju udara, dan suhu dunia dapat diukur dan digunakan sebagai input langsung ke kontrol bangunan. Selanjutnya, dalam pendekatan yang lebih terperinci, mereka dapat digunakan sebagai input untuk menghitung apa yang disebut PMV-index, di mana PMV adalah singkatan dari Preduced Mean Vote. Ini menggambarkan bagaimana rata-rata orang akan menilai sensasi termal mereka dalam keadaan persekitaran bilik yang diberikan. PMV boleh mengambil nilai dari -3 (sejuk) hingga +3 (panas), dengan 0 menjadi keadaan neutral.

Mengapa kita menyebut perkara PMV di sini? Oleh kerana, dalam bidang keselesaan peribadi, indeks ini biasanya digunakan sebagai kriteria kualiti keadaan termal di sebuah bangunan. Dan dengan CoMoS, semua parameter ambien yang diperlukan untuk pengiraan PMV dapat diukur.

Sekiranya anda berminat, ketahui lebih lanjut mengenai keselesaan terma, konteks suhu dunia dan suhu berseri rata-rata, indeks PMV, dan standard ASHRAE pelaksana di

Wikipedia: Keselesaan Termal

ISO 7726 Ergonomi persekitaran terma

ASHRAE NPO

Ngomong-ngomong: Sudah lama ada, tetapi juga banyak alat yang baru dikembangkan dalam bidang persekitaran yang diperibadikan untuk memberikan keselesaan termal dan visual individu. Peminat desktop kecil adalah contoh yang terkenal. Tetapi juga, penghangat kaki, kerusi yang dipanaskan dan berventilasi, atau partisi pejabat untuk pemanasan dan penyejukan radiasi IR sedang dikembangkan atau bahkan sudah tersedia di pasaran. Semua teknologi ini mempengaruhi keadaan terma tempatan, di tempat kerja misalnya, dan mereka dapat dikendalikan secara automatik berdasarkan data sensor tempatan juga, seperti yang digambarkan dalam gambar langkah ini.

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

Ruang pejabat pintar Living Lab: Persekitaran Peribadi

Universiti California, Berkeley

Laporan ZEN mengenai pemanasan peribadi alat penyejuk [PDF]

SBRC University of Wollongong

Langkah 2: Skema Sistem

Salah satu tujuan utama dalam proses pengembangan adalah membuat alat sensor tanpa wayar, padat, dan murah untuk mengukur keadaan persekitaran dalaman sekurang-kurangnya sepuluh tempat kerja individu di ruang pejabat terbuka yang diberikan. Oleh itu, stesen ini menggunakan ESP32-WROOM-32 dengan sambungan WiFi on-board dan dengan pelbagai pin penyambung dan jenis bas yang disokong untuk semua jenis sensor. Stesen sensor menggunakan IoT-WiFi yang terpisah dan mengirim pembacaan data mereka ke pangkalan data MariaDB melalui skrip PHP yang berjalan di pelayan pangkalan data. Sebagai pilihan, output visual Grafana yang mudah digunakan juga boleh dipasang.

Skema di atas menunjukkan susunan semua komponen periferal sebagai gambaran keseluruhan mengenai penyediaan sistem, tetapi arahan ini memberi tumpuan kepada stesen sensor itu sendiri. Sudah tentu, fail PHP dan keterangan mengenai sambungan SQL disertakan di kemudian hari juga untuk memberikan semua maklumat yang diperlukan untuk membina, menghubungkan, dan menggunakan CoMoS.

Catatan: pada akhir arahan ini, anda boleh mendapatkan arahan mengenai cara membina versi CoMoS alternatif yang tersendiri dengan penyimpanan kad SD, titik akses WiFi dalaman, dan aplikasi web untuk peranti mudah alih.

Langkah 3: Senarai Bekalan

Elektronik

Sensor dan pengawal, seperti yang ditunjukkan dalam gambar:

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

Lebih banyak bahagian elektrik:

• Perintang tarik 4, 7k (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (atau serupa) wayar standard (adafruit.com)
• 2x penyambung penyambungan kompak Wago (wago.com)
• Kabel USB mikro (sparkfun.com)

Bahagian casing (Cari maklumat yang lebih terperinci mengenai bahagian dan ukuran ini pada Langkah seterusnya. Sekiranya anda mempunyai pencetak 3D, anda hanya memerlukan bola tenis meja. Lewati Langkah seterusnya dan cari semua maklumat dan fail untuk dicetak pada Langkah 5.)

• Plat akrilik bulat 50x4 mm [1]
• Plat keluli bulat 40x10 mm [2]
• Tiub akrilik 50x5x140 mm [3]
• Plat akrilik bulat 40x5 mm [4]
• Tiub akrilik 12x2x50 mm [5]
• Bola pingpong [6]

Pelbagai

• Semburan cat putih
• Semburan cat matte hitam
• Sebilangan pita
• Sedikit bulu penebat, pad kapas, atau yang serupa

Alat

• Latihan kuasa
• Bor curi 8 mm
• Bor kayu / plastik 6 mm
• Bor kayu / plastik 12 mm
• Gergaji tangan nipis
• Kertas pasir
• Tang pemotong wayar
• Pelucut wayar
• Pateri besi dan timah
• Power-lem atau senapang panas

Perisian dan perpustakaan (Angka menunjukkan versi perpustakaan yang kami gunakan dan uji perkakasannya. Perpustakaan yang lebih baru juga berfungsi, tetapi kami kadang-kadang menghadapi beberapa masalah semasa mencuba versi yang berbeza / baru.)

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

Langkah 4: Reka Bentuk dan Pembinaan Kes - Pilihan 1

Reka bentuk CoMoS mempunyai casing menegak tipis dengan kebanyakan sensor dipasang di kawasan atas, dengan hanya sensor suhu dan kelembapan yang dipasang di bahagian bawah. Kedudukan dan susunan sensor mengikuti keperluan khusus pemboleh ubah yang diukur:

• Sensor suhu dan kelembapan Si7021 dipasang di luar casing, dekat bahagian bawahnya, untuk membolehkan peredaran udara bebas di sekitar sensor dan untuk meminimumkan pengaruh haba sisa yang dihasilkan oleh mikrokontroler di dalam casing.
• Sensor pencahayaan BH1750 dipasang di bahagian atas casing yang rata, untuk mengukur pencahayaan pada permukaan mendatar seperti yang dikehendaki oleh standard umum mengenai pencahayaan di tempat kerja.
• Sensor angin Rev. C juga dipasang di bahagian atas casing, dengan elektroniknya tersembunyi di dalam casing, tetapi tine, yang membawa anemometer termal dan sensor suhu sebenar, terkena udara di sekitar bahagian atas.
• Sensor suhu DS18B20 dipasang di bahagian paling atas stesen, di dalam bola tenis meja yang dicat hitam. Kedudukan di atas diperlukan untuk meminimumkan faktor pandangan dan oleh itu pengaruh radiasi stesen sensor itu sendiri terhadap pengukuran suhu dunia.

Sumber tambahan mengenai suhu berseri rata-rata dan penggunaan bola tenis meja hitam sebagai sensor suhu dunia adalah:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Kesesuaian Termometer Globe Akrilik dan Tembaga untuk Tetapan Luaran Diurnal. Bangunan dan Persekitaran. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Dear, Richard. (1987). Termometer globe ping-pong untuk suhu berseri rata-rata. H & Eng.,. 60. 10-12.

Casing ini dirancang sederhana, untuk memastikan masa dan usaha pembuatan serendah mungkin. Ia dapat dibina dengan mudah dari bahagian dan komponen standard dengan hanya beberapa alat dan kemahiran sederhana. Atau, bagi mereka yang cukup bernasib baik untuk memiliki pencetak 3D, semua bahagian casing juga boleh dicetak 3D. Untuk mencetak casing, Selebihnya 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:

• Badan utama adalah paip akrilik (PMMA) dengan diameter luar 50 mm, ketebalan dinding 5 mm, dan ketinggian 140 mm.
• Plat bawah, yang berfungsi sebagai konduktor cahaya untuk status LED, adalah plat bulat akrilik dengan diameter 50 mm dan ketebalan 4 mm.
• Bulat keluli dengan diameter 40 mm dan ketebalan 10 mm dipasang sebagai berat di bahagian atas plat bawah dan sesuai di bahagian bawah tiub badan utama untuk mengelakkan stesen itu terguling dan menahan plat bawah di tempat.
• 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 juga adalah PMMA, dengan diameter luar 10 mm, ketebalan dinding 2 mm, dan panjang 50 mm.

Proses pembuatan dan pemasangan mudah, bermula dengan beberapa lubang untuk menggerudi. Bulat keluli memerlukan lubang berterusan 8 mm, agar sesuai dengan LED dan kabel. Tiub badan utama memerlukan beberapa lubang 6 mm, sebagai saluran masuk untuk kabel USB dan sensor, dan sebagai lubang pengudaraan. Jumlah dan kedudukan lubang dapat berubah-ubah sesuai dengan pilihan anda. Pilihan pemaju adalah enam lubang di bahagian belakang, dekat dengan atas dan bawah, dan dua di bahagian depan, satu atas, satu bawah lagi, sebagai rujukan.

Plat atas adalah bahagian yang paling sukar. Ia memerlukan keseluruhan 12 mm yang terpusat, lurus dan berterusan untuk memuatkan tiub riser atas, satu lagi lubang 6 mm yang berpusat agar sesuai dengan kabel sensor pencahayaan, dan celah tipis sekitar 1, 5 mm lebar dan 18 mm panjang agar sesuai dengan angin sensor. Lihat gambar untuk rujukan. Dan akhirnya, bola tenis meja juga memerlukan keseluruhan 6 mm, agar sesuai dengan sensor suhu dan kabel dunia.

Pada langkah seterusnya, semua bahagian PMMA, kecuali plat bawah, harus dicat dengan semburan, rujukannya berwarna putih. Bola pingpong mesti dicat dengan warna hitam matte untuk menentukan anggaran sifat dan optiknya.

Bulat keluli dilekatkan di tengah dan rata ke plat bawah. Tiub riser atas dilekatkan pada lubang 12 mm plat atas. Bola tenis meja dilekatkan pada hujung atas riser, dengan lubang yang sesuai dengan bukaan dalaman tiub riser, sehingga sensor suhu dan kabel dapat dimasukkan ke bola setelahnya melalui tiub riser.

Dengan langkah ini selesai, semua bahagian casing siap dipasang dengan menyatukannya. Sekiranya ada yang terlalu ketat, sandarkan sedikit, jika terlalu longgar, tambahkan lapisan pita nipis.

Langkah 5: Reka Bentuk dan Pembinaan Kes - Pilihan 2

Walaupun Pilihan 1 membina kes CoMoS masih cepat dan mudah, membiarkan pencetak 3D melakukan pekerjaan mungkin lebih mudah. Juga untuk pilihan ini, casing dibahagikan kepada tiga bahagian, bahagian atas, badan casing, dan bahagian bawah, untuk membolehkan pendawaian dan pemasangan yang mudah seperti yang dijelaskan dalam Langkah seterusnya.

Fail dan maklumat lanjut mengenai tetapan pencetak disediakan di Thingiverse:

Fail CoMoS di Thingiverse

Mematuhi arahan untuk menggunakan filamen putih untuk bahagian atas dan bahagian badan casing sangat digalakkan. Ini mengelakkan kes pemanasan terlalu cepat di bawah sinar matahari dan mengelakkan pengukuran palsu. Filamen lutsinar harus digunakan untuk bahagian bawah untuk membolehkan pencahayaan penunjuk LED.

Variasi lain dari Pilihan 1 ialah putaran logam tidak ada. Untuk mengelakkan CoMoS terguling, segala jenis berat seperti bola galas atau sekumpulan pencuci logam harus diletakkan di / di bahagian bawah yang telus. Ia direka dengan pinggir sekitar agar sesuai dan menahan berat badan. Sebagai alternatif, CoMoS dapat dirakam ke tempat pemasangannya dengan menggunakan pita dua sisi.

Catatan: Folder Thingiverse merangkumi fail untuk casing pembaca kad SD mikro yang boleh dipasang ke casing CoMoS. Kes ini adalah pilihan dan merupakan sebahagian daripada versi tersendiri yang dijelaskan pada langkah terakhir arahan ini.

Langkah 6: Pendawaian dan Pemasangan

Kabel ESP, sensor, LED, dan USB disolder dan disambungkan mengikut litar skematik yang ditunjukkan dalam gambar langkah ini. Tugasan PIN yang sepadan dengan kod contoh yang dijelaskan kemudian adalah:

• 14 - Tetapkan semula jambatan (EN) - [kelabu]
• 17 - WS2811 (LED) - [hijau]
• 18 - perintang penarik 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) - [sian]
• 35 - Sensor angin (RV) - [oren]
• VIN - Kabel USB (+ 5V) - [merah]
• GND - Kabel USB (GND) - [hitam]

Sensor Si7021, BH1750, dan DS18B20 + digerakkan melalui pin IO ESP32. Hal ini dimungkinkan kerana draf arus maksimum mereka berada di bawah bekalan arus maksimum setiap pin ESP, dan perlu untuk mengatur semula sensor dengan memotong bekalan kuasa mereka sekiranya berlaku kesalahan komunikasi sensor. Lihat kod ESP dan komen untuk maklumat lebih lanjut.

Sensor Si7021 dan BH1750, sama seperti kabel USB, harus disolder dengan kabel yang sudah dimasukkan melalui lubang casing khusus untuk membolehkan pemasangan pada langkah seterusnya. Penyambung penyambungan kompak WAGO digunakan untuk menyambungkan peranti ke bekalan kuasa dengan kabel USB. Semua dihidupkan pada 5 V DC oleh USB, yang berfungsi dengan tahap logik ESP32 pada 3, 3 V. Secara pilihan, pin data kabel USB mikro dapat disambungkan semula ke palam USB mikro dan disambungkan ke USB mikro ESP soket, sebagai input kuasa dan sambungan data untuk memindahkan kod ke ESP32 semasa casing ditutup. Jika tidak, jika dihubungkan seperti yang ditunjukkan dalam skema, kabel USB mikro yang utuh diperlukan untuk memindahkan kod ke ESP pada mulanya sebelum memasang casing.

Sensor suhu Si7021 dilekatkan pada bahagian belakang casing, dekat dengan bahagian bawah. Sangat penting untuk memasang sensor ini ke bahagian bawah, untuk mengelakkan pembacaan suhu yang salah disebabkan oleh haba yang berkembang di dalam casing. Lihat langkah Epilog untuk lebih banyak Maklumat mengenai isu ini. Sensor pencahayaan BH1750 terpaku pada plat atas, dan sensor angin dimasukkan dan dipasang dengan pas ke celah di sisi yang berlawanan. Sekiranya terpasang terlalu kalah, sedikit pita di bahagian tengah sensor membantu mengekalkannya pada kedudukannya. 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 bukaan bawah ditutup dengan pita atau lem panas, untuk mengelakkan pemindahan haba konduktif atau konvektif ke dunia. LED dipasang ke lubang bulat keluli menghadap ke bawah untuk menerangi plat bawah.

Semua wayar, penyambung penyambungan, dan ESP32 masuk ke dalam casing utama dan semua bahagian kes disatukan dalam pemasangan akhir.

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

Pengawal mikro ESP32 dapat diprogramkan dengan menggunakan Arduino IDE dan perpustakaan Teras ESP32 yang disediakan oleh Espressif. Terdapat banyak tutorial yang tersedia dalam talian mengenai cara menyiapkan IDE untuk keserasian ESP32, misalnya di sini.

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

• Ini memiliki bagian "konfigurasi pengguna" pada awalnya, di mana pemboleh ubah individu harus disiapkan, seperti WiFi ID dan kata laluan, IP pelayan pangkalan data, dan pembacaan data dan masa pengiriman yang diinginkan. Ini juga termasuk pemboleh ubah "penyesuaian angin sifar" yang dapat digunakan untuk menyesuaikan pembacaan kelajuan angin sifar menjadi 0 dalam hal bekalan kuasa tidak stabil.
• Kod ini merangkumi purata faktor penentukuran yang ditentukan oleh penulis dari penentukuran sepuluh stesen sensor yang ada. Lihat langkah Epilog untuk maklumat lebih lanjut dan kemungkinan penyesuaian individu.
• Pelbagai pengendalian ralat disertakan di beberapa bahagian kod. Terutama pengesanan dan pengendalian kesalahan komunikasi bas yang berkesan yang sering berlaku pada pengawal ESP32. Sekali lagi, lihat langkah Epilog untuk maklumat lebih lanjut.
• Ia mempunyai output warna LED untuk menunjukkan keadaan semasa stesen sensor dan sebarang kesalahan. Lihat langkah Hasil untuk maklumat lebih lanjut.

Fail PHP yang dilampirkan harus dipasang dan dapat diakses di folder root pelayan pangkalan data, di serverIP / sensor.php. Nama fail PHP dan kandungan pengendalian data harus sesuai dengan kod fungsi panggilan ESP dan, di sisi lain, sesuai dengan penyediaan jadual pangkalan data, untuk membolehkan penyimpanan pembacaan data. Contoh kod yang dilampirkan sesuai, tetapi sekiranya anda mengubah beberapa pemboleh ubah, kode tersebut harus diubah di seluruh sistem. Fail PHP merangkumi bagian penyesuaian pada awalnya, di mana penyesuaian individu dibuat sesuai dengan lingkungan sistem, terutama nama pengguna dan kata sandi pangkalan data, dan nama pangkalan data.

Pangkalan data MariaDB atau SQL disediakan pada pelayan yang sama, sesuai dengan penyediaan jadual yang digunakan dalam kod stesen sensor dan skrip PHP. Dalam kod contoh, nama pangkalan data MariaDB adalah "sensorstation" dengan jadual bernama "data", yang mengandungi 13 lajur untuk UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, dan IllumMax.

Platform analisis dan pemantauan Grafana dapat dipasang tambahan pada pelayan sebagai pilihan untuk visualisasi pangkalan data langsung. Ini bukan ciri utama perkembangan ini, jadi ia tidak dijelaskan lebih lanjut dalam arahan ini.

Langkah 8: Hasil - Pembacaan dan Pengesahan Data

Dengan semua pendawaian, pemasangan, pengaturcaraan, dan penyediaan persekitaran dilakukan, stesen sensor menghantar pembacaan data secara berkala ke pangkalan data. Semasa dihidupkan, beberapa keadaan operasi ditunjukkan melalui warna LED bawah:

• Semasa boot, LED menyala dengan warna kuning untuk menunjukkan sambungan yang belum selesai ke WiFi.
• Semasa dan semasa disambungkan, penunjuk berwarna biru.
• Stesen sensor menjalankan pembacaan sensor dan menghantarnya ke pelayan secara berkala. Setiap pemindahan yang berjaya ditunjukkan oleh dorongan lampu hijau 600 ms.
• Sekiranya terdapat kesilapan, penunjuk akan berwarna merah, ungu, atau kekuningan, mengikut jenis ralat. Setelah masa atau jumlah kesalahan tertentu, stesen sensor menetapkan semula semua sensor dan reboot secara automatik, sekali lagi ditunjukkan oleh lampu kuning semasa boot. Lihat kod dan komen ESP32 untuk maklumat lebih lanjut mengenai warna penunjuk.

Dengan langkah terakhir ini, stesen sensor berjalan dan beroperasi secara berterusan. Sehingga kini, rangkaian 10 stesen sensor dipasang dan beroperasi di ruang pejabat pintar Living Lab yang disebutkan sebelumnya.

Langkah 9: Alternatif: Versi Berdiri Sendiri

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

Ciri utama baru adalah:

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

Ini menggantikan sambungan WiFi dan pangkalan data sementara semua ciri lain termasuk penentukuran dan semua reka bentuk dan pembinaan tetap tidak tersentuh dari versi asalnya. Namun, CoMoS yang berdiri sendiri memerlukan pengalaman dan pengetahuan lebih lanjut mengenai cara mengakses sistem pengurusan fail dalaman "SPIFFS" ESP32, dan sedikit kesedaran mengenai HTML, CSS, dan Javascript untuk memahami bagaimana aplikasi web berfungsi. Ia juga memerlukan beberapa perpustakaan yang berbeza / berbeza.

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

Perpustakaan SPIFFS oleh espressif

Pemuat naik fail SPIFFS oleh saya-no-dev

Perpustakaan ESP32WebServer oleh Pedroalbuquerque

Versi baru ini akan membuat arahan baru yang mungkin akan diterbitkan pada masa akan datang. Tetapi buat masa ini, terutama bagi pengguna yang lebih berpengalaman, kami tidak ingin melepaskan peluang untuk berkongsi maklumat dan fail asas yang anda perlukan untuk menyiapkannya.

Langkah pantas untuk membina CoMoS yang berdiri sendiri:

• Bina casing mengikut langkah sebelumnya. Sebagai pilihan, cetak 3D casing tambahan untuk pembaca kad mikro SC untuk dilampirkan ke casing CoMoS. Sekiranya anda tidak mempunyai pencetak 3D, pembaca kad juga boleh diletakkan di dalam casing utama CoMoS, jangan risau.
• Kabelkan semua sensor seperti yang dijelaskan sebelumnya, tetapi di samping itu, pasang dan pasangkan pembaca kad SD mikro (amazon.com) dan jam masa nyata DS3231 (adafruit.com) seperti yang ditunjukkan dalam skema pendawaian yang dilampirkan pada langkah ini. Catatan: Pin untuk perintang penarik dan oneWire berbeza dengan skema pendawaian asal!
• Periksa kod Arduino dan sesuaikan pemboleh ubah titik akses WiFi "ssid_AP" dan "password_AP" mengikut pilihan peribadi anda. Sekiranya tidak disesuaikan, 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" di penyemak imbas mudah alih anda dan nikmati!

Aplikasi ini semua berdasarkan html, css, dan javascript. Ini tempatan, tidak ada sambungan internet yang terlibat atau diperlukan. Ini memiliki menu sisi dalam aplikasi untuk mengakses halaman penyiapan dan halaman memori. Pada halaman persediaan, anda boleh menyesuaikan tetapan yang paling penting seperti tarikh dan waktu tempatan, selang pembacaan sensor, dll. Semua tetapan akan disimpan secara kekal dalam simpanan dalaman ESP32 dan dipulihkan pada boot seterusnya. Di halaman memori, senarai fail pada kad SD tersedia. Mengklik nama fail akan memulakan muat turun langsung fail CSV ke peranti mudah alih.

Penyediaan sistem ini membolehkan pemantauan individu dan jarak jauh terhadap keadaan persekitaran dalaman. Semua bacaan sensor disimpan pada kad SD secara berkala, dengan fail baru dibuat untuk setiap hari baru. Ini membolehkan operasi berterusan selama beberapa minggu atau bulan tanpa akses atau penyelenggaraan. Seperti disebutkan sebelumnya, ini masih merupakan penyelidikan dan pengembangan yang sedang berlangsung. Sekiranya anda berminat dengan maklumat atau bantuan lebih lanjut, jangan ragu untuk menghubungi pengarang yang berkenaan melalui komen atau terus melalui LinkedIn.

Langkah 10: Epilog - Isu dan Tinjauan yang Diketahui

Stesen sensor yang dijelaskan dalam arahan ini adalah hasil penyelidikan yang panjang dan berterusan. Tujuannya adalah untuk mewujudkan sistem sensor yang boleh dipercayai, tepat dan rendah untuk keadaan persekitaran dalaman. Ini menghadapi dan menghadapi beberapa cabaran serius, yang paling pasti harus disebutkan di sini:

Ketepatan dan penentukuran sensor

Sensor yang digunakan dalam projek ini semuanya menawarkan ketepatan yang agak tinggi dengan kos rendah atau sederhana. Sebilangan besar dilengkapi dengan pengurangan kebisingan dalaman dan antara muka bas digital untuk komunikasi, mengurangkan keperluan penentukuran atau penyesuaian tahap. Bagaimanapun, kerana sensor dipasang di dalam atau pada casing dengan atribut tertentu, penentukuran stesen sensor lengkap dilakukan oleh penulis, seperti yang ditunjukkan secara ringkas oleh gambar yang dilampirkan. Sebanyak sepuluh stesen sensor yang dibina sama diuji dalam keadaan persekitaran yang ditentukan dan dibandingkan dengan alat sensor iklim dalaman TESTO 480 profesional. Dari larian ini, faktor penentukuran yang termasuk dalam kod contoh ditentukan. Mereka membenarkan pampasan sederhana pengaruh kes dan elektronik pada sensor individu. Untuk mencapai ketepatan tertinggi, disyorkan penentukuran individu untuk setiap stesen sensor. Penentukuran sistem ini adalah fokus kedua kajian penulis, selain pengembangan dan pembinaan yang dijelaskan dalam arahan ini. Ia dibincangkan dalam penerbitan tambahan yang bersambung, yang masih dalam tinjauan rakan sebaya dan akan dihubungkan di sini sebaik sahaja dalam talian. Sila dapatkan lebih banyak maklumat mengenai topik ini di laman web pengarang.

Kestabilan operasi ESP32

Tidak semua perpustakaan sensor berasaskan Arduino yang digunakan dalam kod ini serasi sepenuhnya dengan papan ESP32. Isu ini telah banyak dibincangkan dalam banyak perkara dalam talian, terutama mengenai kestabilan komunikasi I2C dan OneWire. Dalam perkembangan ini, pengesanan dan pengendalian ralat gabungan baru dilakukan, berdasarkan pengaktifan sensor secara langsung melalui pin IO ESP32 untuk membolehkan pemotongan bekalan kuasa mereka untuk tujuan reset. Dari perspektif hari ini, penyelesaian ini belum dikemukakan atau tidak dibincangkan secara meluas. Itu lahir kerana keperluan, tetapi sehingga kini berjalan lancar untuk tempoh operasi beberapa bulan dan seterusnya. Namun ia masih menjadi topik kajian.

Prospek

Bersama dengan petunjuk ini, penerbitan bertulis lebih lanjut dan persembahan persidangan dilakukan oleh penulis untuk menyebarkan perkembangan dan membenarkan aplikasi sumber yang luas dan terbuka. Sementara itu, penelitian ini terus dilakukan untuk meningkatkan lagi stasiun sensor, terutama mengenai reka bentuk sistem dan pembuatan, dan penentukuran dan pengesahan sistem. Arahan ini mungkin dikemas kini mengenai perkembangan masa depan yang penting, tetapi untuk semua maklumat terkini, sila lawati laman web pengarang atau hubungi terus pengarang melalui LinkedIn:

pengarang yang sepadan: Mathias Kimmling

pengarang kedua: Konrad Lauenroth

mentor penyelidikan: Prof Sabine Hoffmann

Hadiah Kedua dalam Pengarang Kali Pertama