Com construir una estació de sensor de control de confort: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest document instructiu descriu el disseny i la construcció de l'anomenada Estació de Monitorització Comfort CoMoS, un dispositiu de sensor combinat per a condicions ambientals, que es va desenvolupar al departament de Medi Ambient Construït de TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Alemanya.

CoMoS utilitza un controlador ESP32 i sensors per a la temperatura de l’aire i la humitat relativa (Si7021), la velocitat de l’aire (sensor de vent rev. C de Modern Device) i la temperatura del globus (DS18B20 en una bombeta negra), tot en un compacte, fàcil de build case amb retroalimentació visual mitjançant un indicador LED (WS2812B). A més, s’inclou un sensor d’il·luminància (BH1750) per analitzar l’estat visual local. Totes les dades del sensor es llegeixen periòdicament i s’envien mitjançant Wi-Fi a un servidor de bases de dades, des d’on es poden utilitzar per a la supervisió i els controls.

La motivació d’aquest desenvolupament és aconseguir una alternativa de baix cost però molt potent als dispositius de sensor de laboratori, que solen tenir un preu superior als 3000 €. En canvi, CoMoS utilitza maquinari d’un preu total d’uns 50 € i, per tant, es pot desplegar de manera completa en edificis (d’oficines) per determinar en temps real l’estat tèrmic i visual individual a cada lloc de treball o secció de l’edifici.

Per obtenir més informació sobre la nostra investigació i el treball connectat al departament, consulteu el lloc web oficial de l’oficina intel·ligent Living Lab o contacteu directament amb l’autor corresponent a través de LinkedIn. Tots els contactes dels autors s’enumeren al final d’aquest instructiu.

Nota estructural: aquest instructiu descriu la configuració original de CoMoS, però també proporciona informació i instruccions per a algunes variacions que hem desenvolupat recentment: A més de la carcassa original construïda a partir de peces estàndard, també hi ha una opció impresa en 3D. A més del dispositiu original amb connexió al servidor de bases de dades, hi ha una versió autònoma alternativa amb emmagatzematge de targetes SD, punt d’accés WIFi integrat i una aplicació mòbil de luxe per visualitzar les lectures del sensor. Comproveu les opcions marcades als capítols corresponents i l'opció autònoma al capítol final.

Nota personal: és la primera instrucció de l’autor que cobreix una configuració força detallada i complexa. No dubteu a posar-vos en contacte a través de la secció de comentaris d’aquesta pàgina, per correu electrònic o via LinkedIn, si falten detalls o informació al llarg dels passos.

Pas 1: Antecedents: comoditat tèrmica i visual

La comoditat tèrmica i visual s’ha convertit en temes cada vegada més importants, especialment en entorns d’oficines i llocs de treball, però també en el sector residencial. El principal repte en aquest camp és que la percepció tèrmica dels individus sovint varia en un ampli rang. Una persona pot sentir calor en un estat tèrmic determinat, mentre que una altra persona té fred a la mateixa. Això es deu al fet que la percepció tèrmica individual està influenciada per molts factors, inclosos els factors físics de la temperatura de l’aire, humitat relativa, velocitat de l’aire i temperatura radiant de les superfícies circumdants. Però també, la roba, l’activitat metabòlica i un aspecte individual de l’edat, el sexe, la massa corporal i molt més, influeixen en la percepció tèrmica.

Tot i que els factors individuals continuen sent una incertesa en termes de controls de calefacció i refrigeració, els factors físics es poden determinar amb precisió mitjançant dispositius de sensor. La temperatura de l'aire, la humitat relativa, la velocitat de l'aire i la temperatura del globus es poden mesurar i utilitzar com a entrada directa als controls de l'edifici. A més, en un enfocament més detallat, es poden utilitzar com a entrada per calcular l’anomenat índex PMV, on PMV significa Predict Vote Mean. Descriu com és probable que les persones en mitjana valorin la seva sensació tèrmica en condicions ambientals determinades. El PMV pot adoptar valors des de -3 (fred) fins a +3 (calent), sent 0 un estat neutre.

Per què esmentem aquesta cosa PMV aquí? Bé, perquè en el camp de la comoditat personal és un índex d’ús habitual que pot servir com a criteri de qualitat per a la situació tèrmica d’un edifici. I amb CoMoS es poden mesurar tots els paràmetres ambientals necessaris per al càlcul del PMV.

Si esteu interessats, obteniu més informació sobre el confort tèrmic, el context del planeta i la temperatura radiant mitjana, l’índex PMV i la implementació de la norma ASHRAE a

Viquipèdia: Confort tèrmic

ISO 7726 Ergonomia de l’entorn tèrmic

ASHRAE NPO

Per cert: existeix des de fa temps, però també molts gadgets de nova creació en el camp de l'entorn personalitzat per proporcionar comoditat tèrmica i visual individual. Els petits ventiladors d'escriptori són un exemple ben conegut. Però també s’estan desenvolupant escalfadors de peus, cadires climatitzades i ventilades o envans d’oficines per a calefacció i refrigeració per radiació IR, o fins i tot ja estan disponibles al mercat. Totes aquestes tecnologies influeixen en l'estat tèrmic local, per exemple en un lloc de treball, i també es poden controlar automàticament en funció de les dades del sensor local, tal com es mostra a les imatges d'aquest pas.

Podeu obtenir més informació sobre els gadgets d’un entorn personalitzat i la investigació en curs a

Espai d'oficina intel·ligent Living Lab: entorn personalitzat

Universitat de Califòrnia, Berkeley

Informe ZEN sobre dispositius de calefacció i refrigeració personal [PDF]

Universitat SBRC de Wollongong

Pas 2: esquema del sistema

Un dels objectius principals del procés de desenvolupament era crear un dispositiu de sensor sense fils, compacte i econòmic per mesurar les condicions ambientals interiors d'almenys deu llocs de treball individuals en un espai d'oficines obert. Per tant, l'estació utilitza un ESP32-WROOM-32 amb connectivitat WiFi integrada i amb una gran varietat de pins de connectors i tipus de bus compatibles per a tot tipus de sensors. Les estacions de sensors utilitzen un IoT-WiFi separat i envien les seves lectures de dades a una base de dades MariaDB mitjançant un script PHP que s’executa al servidor de bases de dades. Opcionalment, també es pot instal·lar una sortida visual de Grafana fàcil d'utilitzar.

L'esquema anterior mostra la disposició de tots els components perifèrics com una visió general de la configuració del sistema, però aquesta instrucció se centra en la pròpia estació del sensor. Per descomptat, el fitxer PHP i una descripció de la connexió SQL també s’inclouen més endavant, per proporcionar tota la informació necessària per construir, connectar-se i utilitzar CoMoS.

Nota: al final d'aquest instructiu, podeu trobar instruccions sobre com construir una versió autònoma alternativa de CoMoS amb emmagatzematge de targetes SD, punt d'accés WiFi intern i una aplicació web per a dispositius mòbils.

Pas 3: llista de subministraments

Electrònica

Sensors i controladors, com es mostra a la imatge:

• Microcontrolador ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Sensor de temperatura i humitat Si7021 o GY21 (adafruit.com) [B]
• DS18B20 + sensor de temperatura (adafruit.com) [C]
• Sensor de velocitat de l'aire Rev C. (moderndevice.com) [D]
• LED d'estat WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Sensor d'il·luminació BH1750 (amazon.de) [F]

Més peces elèctriques:

• Resistència de tracció 4, 7k (adafruit.com)
• Cable estàndard de 0, 14 mm² (o similar) (adafruit.com)
• 2 connectors compactes d'empalmament Wago (wago.com)
• Cable micro USB (sparkfun.com)

Parts de la caixa (trobareu informació més detallada sobre aquestes parts i mides al següent pas. Si teniu disponible una impressora 3D, només necessiteu una pilota de tennis de taula. Omet el pas següent i trobeu tota la informació i fitxers per imprimir al pas 5.)

• Placa acrílica rodona 50x4 mm [1]
• Planxa d'acer rodona 40x10 mm [2]
• Tub acrílic 50x5x140 mm [3]
• Placa acrílica rodona 40x5 mm [4]
• Tub acrílic 12x2x50 mm [5]
• Pilota de tennis de taula [6]

Divers

• Spray de pintura blanca
• Spray de pintura mat negra
• Una mica de cinta
• Una mica de llana aïllant, un cotó o qualsevol cosa similar

Eines

• Trepant elèctric
• Trepant de robatori de 8 mm
• Trepant de fusta / plàstic de 6 mm
• Trepant de fusta / plàstic de 12 mm
• Serra fina
• Paper de vidre
• Alicates de tall de filferro
• Decapant de filferro
• Soldador i estany
• Pistola d’enganxar o enganxar calent

Programari i biblioteques (els números indiquen les versions de les biblioteques amb què hem utilitzat i provat el maquinari. Les biblioteques més noves també haurien de funcionar, però ocasionalment ens enfrontàvem a alguns problemes mentre provàvem versions diferents / més recents).

• ID Arduino (1.8.5)
• Biblioteca ESP32 Core
• Biblioteca BH1750FVI
• Biblioteca Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Biblioteca Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Biblioteca DallasTemperature (3.7.9)
• Biblioteca OneWire (2.3.3)

Pas 4: disseny i construcció de casos: opció 1

El disseny de CoMoS inclou una funda vertical i prima amb la majoria dels sensors muntats a la zona superior, amb només el sensor de temperatura i humitat muntat a la part inferior. Les posicions i disposicions del sensor segueixen els requisits específics de les variables mesurades:

• El sensor de temperatura i humitat Si7021 està muntat a l’exterior de la caixa, prop de la seva part inferior, per permetre la lliure circulació d’aire al voltant del sensor i minimitzar la influència de la calor residual que ha evolucionat el microcontrolador a l’interior de la caixa.
• El sensor d’il·luminació BH1750 està muntat a la part superior plana de la caixa, per mesurar la il·luminació en una superfície horitzontal tal com requereixen les normes comunes d’il·luminació del lloc de treball.
• El sensor de vent Rev. C també està muntat a la part superior de la caixa, amb l'electrònica amagada a l'interior de la caixa, però els seus dents, que porten l'anemòmetre tèrmic i el sensor de temperatura reals, exposats a l'aire al voltant de la part superior.
• El sensor de temperatura DS18B20 està muntat a la part superior de l’estació, dins d’una pilota de tennis de taula pintada de negre. La posició a la part superior és necessària per minimitzar els factors de visió i, per tant, la influència radiativa de la pròpia estació del sensor a la mesura de la temperatura del globus.

Els recursos addicionals sobre la temperatura radiant mitjana i l’ús de pilotes de tennis de taula negres com a sensors de temperatura del globus són:

Wang, Shang i Li, Yuguo. (2015). Adequació dels termòmetres de globus acrílic i de coure per a entorns diürns. Edificació i Medi Ambient. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Benvolgut, Richard. (1987). Termòmetres globus de ping-pong per a la temperatura radiant mitjana. H & Eng.,. 60. 10-12.

La carcassa està dissenyada de forma senzilla per mantenir el temps i l’esforç de fabricació el més baix possible. Es pot construir fàcilment a partir de components i components estàndard amb només algunes eines i habilitats senzilles. O, per als afortunats de tenir una impressora 3D al seu servei, també es poden imprimir totes les parts de la caixa. Per imprimir la funda, es pot ometre la resta d’aquest pas i es poden trobar tots els fitxers i instruccions necessaris al següent pas.

Per a la construcció a partir de peces estàndard, es trien les dimensions d’adaptació per a la majoria d’elles:

• El cos principal és un tub acrílic (PMMA) de 50 mm de diàmetre exterior, 5 mm de gruix de paret i una alçada de 140 mm.
• La placa inferior, que serveix de conductor de llum per al LED d’estat, és una placa rodona d’acrílic de 50 mm de diàmetre i un gruix de 4 mm.
• Una rodona d'acer amb un diàmetre de 40 mm i un gruix de 10 mm s'instal·la com a pes a la part superior de la placa inferior i s'adapta a l'extrem inferior del tub del cos principal per evitar que l'estació tombi i subjecti la placa inferior en el seu lloc.
• La placa superior també s’adapta a l’interior del tub del cos principal. És de PMMA i té un diàmetre de 40 mm i un gruix de 5 mm.
• Finalment, el tub elevador superior també és PMMA, amb un diàmetre exterior de 10 mm, un gruix de paret de 2 mm i una longitud de 50 mm.

El procés de fabricació i muntatge és senzill, començant per alguns forats per perforar. La rodona d'acer necessita un forat continu de 8 mm per adaptar-se al LED i als cables. El tub principal del cos necessita uns forats de 6 mm, com a pas de cable per als cables USB i del sensor, i com a forats de ventilació. El nombre i la posició dels forats es poden variar segons les vostres preferències. L’elecció dels desenvolupadors consisteix en sis forats a la part posterior, prop de la part superior i inferior i dos a la part frontal, un superior, un altre inferior com a referència.

La placa superior és la part més complicada. Necessita un conjunt centrat, recte i continu de 12 mm per adaptar-se al tub elevador superior, un altre forat descentrat de 6 mm per adaptar-se al cable del sensor d’il·luminància i una escletxa fina d’aproximadament 1, 5 mm d’amplada i 18 mm de longitud per adaptar-se al vent. sensor. Vegeu les imatges com a referència. I, finalment, la pilota de tennis de taula també necessita un conjunt de 6 mm per adaptar-se al sensor de temperatura del globus i al cable.

En el següent pas, totes les peces PMMA, excepte la placa inferior, haurien de ser pintades amb esprai, la referència és blanca. La pilota de tennis de taula s’ha de pintar de negre mat per establir els seus atributs òptics i tèrmics.

La rodona d'acer està enganxada al centre i plana a la placa inferior. El tub elevador superior s’enganxa al forat de 12 mm de la placa superior. La pilota de tennis de taula s’enganxa a l’extrem superior de la barra elevadora, amb el seu forat que coincideix amb l’obertura interior del tub vertical, de manera que el sensor de temperatura i el cable es poden inserir a la pilota després a través del tub vertical.

Fet aquest pas, totes les parts de la caixa estan preparades per muntar-les juntes. Si n’hi ha uns que encaixen massa, llisqueu-los una mica, si són massa fluixos, afegiu-hi una fina capa de cinta.

Pas 5: disseny i construcció de casos: opció 2

Tot i que l’opció 1 de construir la funda de CoMoS continua sent ràpida i senzilla, deixar que la impressora 3D faci la feina pot ser encara més fàcil. També per a aquesta opció, la caixa es divideix en tres parts, part superior, cos de la caixa i part inferior, per permetre un fàcil cablejat i muntatge, tal com es descriu al següent pas.

Els fitxers i més informació sobre la configuració de la impressora es proporcionen a Thingiverse:

Fitxers CoMoS a Thingiverse

Es recomana seguir les instruccions per utilitzar filaments blancs per a les parts del cos de la part superior i de la caixa. Això impedeix que el cas s’escalfi massa ràpidament a la llum solar i eviti falses mesures. S'ha d'utilitzar filament transparent per a la part inferior per permetre la il·luminació dels indicadors LED.

Una altra variació de l’opció 1 és que falta la rodona metàl·lica. Per evitar que el CoMoS es tombi, s’ha de col·locar qualsevol tipus de pes com les boles de rodament o un munt de volanderes metàl·liques a la part inferior transparent. Està dissenyat amb una vora al voltant per ajustar-se i aguantar una mica de pes. Com a alternativa, CoMoS es pot gravar al lloc d’instal·lació mitjançant cinta de doble cara.

Nota: La carpeta Thingiverse inclou fitxers per a una funda lectora de targeta micro SD que es pot muntar a la funda CoMoS. Aquest cas és opcional i forma part de la versió independent descrita a l'últim pas d'aquesta instrucció.

Pas 6: cablejat i muntatge

Els cables ESP, sensors, LED i USB es solden i es connecten segons el circuit esquemàtic que es mostra a les imatges d’aquest pas. L'assignació de PIN que coincideix amb el codi d'exemple que es descriu més endavant és:

• 14 - Restableix el pont (EN) - [gris]
• 17 - WS2811 (LED) - [verd]
• 18 - resistència de tracció per DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (One Wire) - [morat]
• 21 - BH1750 i SI7021 (SDA) - [blau]
• 22 - BH1750 i SI7021 (SCL) - [groc]
• 25 - BH1750 (entrada V) - [marró]
• 26 - SI7021 (entrada V) - [marró]
• 27 - DS18B20 + (entrada V) - [marró]
• 34 - Sensor de vent (TMP) - [cian]
• 35 - Sensor de vent (RV) - [taronja]
• VIN - Cable USB (+ 5V) - [vermell]
• GND - Cable USB (GND) - [negre]

Els sensors Si7021, BH1750 i DS18B20 + s’alimenten a través d’un pin IO de l’ESP32. Això és possible perquè la seva corrent màxima de corrent està per sota del subministrament de corrent màxim de l'ESP per pin i és necessària per poder restablir els sensors tallant la font d'alimentació en cas d'errors de comunicació del sensor. Consulteu el codi ESP i els comentaris per obtenir més informació.

Els sensors Si7021 i BH1750, igual que el cable USB, s’han de soldar amb els cables ja posats a través dels forats dedicats de la caixa per permetre el muntatge al següent pas. Els connectors compactes d’empalmament WAGO s’utilitzen per connectar dispositius a la font d’alimentació mitjançant el cable USB. Tots s’alimenten a 5 V CC per USB, que funciona amb el nivell lògic de l’ESP32 a 3, 3 V. Opcionalment, els pins de dades del cable micro USB es poden tornar a connectar al connector micro USB i connectar-los al micro USB de l’ESP presa de corrent, com a entrada d’alimentació i connexió de dades per transferir codi a l’ESP32 mentre la caixa està tancada. Altrament, si es connecta tal com es mostra a l’esquema, es necessita un altre cable micro USB intacte per transferir inicialment el codi a l’ESP abans de muntar la caixa.

El sensor de temperatura Si7021 està enganxat a la part posterior de la caixa, prop de la part inferior. És molt important connectar aquest sensor a la part inferior, per evitar falses lectures de temperatura causades per la calor evolucionada a la caixa. Consulteu el pas de l'epíleg per obtenir més informació sobre aquest problema. El sensor d'il·luminació BH1750 està enganxat a la placa superior i el sensor de vent s'insereix i s'adapta a la ranura del costat oposat. Si s’adapta massa, una mica de cinta al voltant de la part central del sensor ajuda a mantenir-lo en posició. El sensor de temperatura DS18B20 s’insereix a través de la part superior de la bola de tennis de taula, amb una posició final al centre de la pilota. L’interior de l’aixecador superior s’omple de llana d’aïllament i l’obertura inferior es tanca amb cinta adhesiva o cola calenta per evitar la transferència de calor conductiva o convectiva al globus. El LED s’uneix al forat rodó d’acer mirant cap avall per il·luminar la placa inferior.

Tots els cables, els connectors d’empalmament i l’ESP32 van a l’interior de la caixa principal i totes les parts de la caixa s’uneixen en el muntatge final.

Pas 7: programari: configuració ESP, PHP i MariaDB

El micro controlador ESP32 es pot programar mitjançant l'IDE Arduino i la biblioteca ESP32 Core proporcionada per Espressif. Hi ha molts tutorials disponibles en línia sobre com configurar l'IDE per a la compatibilitat ESP32, per exemple aquí.

Un cop configurat, el codi adjunt es transfereix a l’ESP32. Es comenta a tot arreu per facilitar-ne la comprensió, però algunes de les característiques principals són:

• Té una secció de "configuració d'usuari" al principi, en la qual s'han de configurar variables individuals, com ara ID i contrasenya WiFi, IP del servidor de base de dades, i les lectures de dades desitjades i el període d'enviament. També inclou una variable "ajust del vent zero" que es pot utilitzar per ajustar les lectures de velocitat del vent zero a 0 en cas d'una font d'alimentació no estable.
• El codi inclou factors de calibratge mitjans determinats pels autors a partir del calibratge de deu estacions de sensors existents. Consulteu el pas de l’epíleg per obtenir més informació i un possible ajust individual.
• A diverses seccions del codi s’inclouen diversos tractaments d’errors. Especialment una detecció i maneig eficaç dels errors de comunicació de bus que es produeixen sovint als controladors ESP32. De nou, consulteu el pas de l'epíleg per obtenir més informació.
• Té una sortida de color LED per mostrar l’estat actual de l’estació del sensor i qualsevol error. Consulteu el pas Resultats per obtenir més informació.

El fitxer PHP adjunt ha d’estar instal·lat i accessible a la carpeta arrel del servidor de base de dades, a serverIP / sensor.php. El nom del fitxer PHP i el contingut del tractament de dades han de coincidir amb el codi de funció de trucada de l’ESP i, a l’altra banda, coincidir amb la configuració de la taula de base de dades, per permetre l’emmagatzematge de les lectures de dades. Els exemples de codis adjunts coincideixen, però en cas de canviar algunes variables, s'han de canviar a tot el sistema. El fitxer PHP inclou una secció d’ajust al principi, en què es fan ajustos individuals segons l’entorn del sistema, especialment el nom d’usuari i la contrasenya de la base de dades, i el nom de la base de dades.

Una base de dades MariaDB o SQL es configura al mateix servidor, segons la configuració de la taula utilitzada al codi de l'estació del sensor i a l'script PHP. Al codi d'exemple, el nom de la base de dades MariaDB és "sensorstation" amb una taula anomenada "data", que conté 13 columnes per a UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, i IllumMax.

Es pot instal·lar addicionalment una plataforma d’anàlisi i supervisió de Grafana al servidor com a opció per a la visualització directa de la base de dades. Aquesta no és una característica clau d’aquest desenvolupament, de manera que no es descriu més en aquest document instructiu.

Pas 8: Resultats: lectura i verificació de dades

Amb tot el cablejat, muntatge, programació i configuració ambiental realitzats, l'estació del sensor envia lectures de dades periòdicament a la base de dades. Mentre està alimentat, s’indiquen diversos estats de funcionament a través del color LED inferior:

• Durant l’arrencada, el LED s’encén de color groc per indicar la connexió pendent a WiFi.
• Quan i mentre està connectat, l'indicador és blau.
• L'estació del sensor executa les lectures del sensor i l'envia al servidor periòdicament. Cada transferència reeixida està indicada per un impuls de llum verda de 600 ms.
• En cas d'errors, l'indicador es mostrarà de color vermell, morat o groguenc, segons el tipus d'error. Després d'un determinat temps o nombre d'errors, l'estació del sensor restableix tots els sensors i es reinicia automàticament, de nou indicat per una llum groga a l'arrencada. Consulteu el codi ESP32 i els comentaris per obtenir més informació sobre els colors dels indicadors.

Amb aquest últim pas, l'estació del sensor funciona i funciona contínuament. Fins ara, s’ha instal·lat i funcionant una xarxa de 10 estacions de sensors a l’espai d’oficines intel·ligents Living Lab abans esmentat.

Pas 9: alternativa: versió autònoma

El desenvolupament de CoMoS continua i el primer resultat d’aquest procés continu és una versió autònoma. Aquesta versió de CoMoS no necessita un servidor de base de dades ni una xarxa WiFi per supervisar i registrar dades ambientals.

Les noves funcions clau són:

• Les lectures de dades s’emmagatzemen en una targeta micro SD interna, en format CSV compatible amb Excel.
• Punt d'accés WiFi integrat per a l'accés a CoMoS des de qualsevol dispositiu mòbil.
• Aplicació basada en web (servidor web intern a ESP32, sense connexió a Internet) per a dades en temps real, configuració i accés d’emmagatzematge amb descàrrega directa de fitxers des de la targeta SD, tal com es mostra a la imatge i a les captures de pantalla adjuntes a aquest pas.

Això substitueix la connexió WiFi i la base de dades, mentre que totes les altres funcions, inclòs el calibratge i tot el disseny i la construcció, es mantenen intactes de la versió original. Tot i això, el CoMoS autònom requereix experiència i coneixements addicionals sobre com accedir al sistema de gestió de fitxers intern "SPIFFS" de l'ESP32 i una mica de coneixement d'HTML, CSS i Javascript per entendre com funciona l'aplicació web. També necessita algunes biblioteques més / diferents per funcionar.

Consulteu el codi Arduino al fitxer zip adjunt per a les biblioteques necessàries i les referències següents per obtenir més informació sobre la programació i la càrrega al sistema de fitxers SPIFFS:

Biblioteca SPIFFS per espressif

Carregador de fitxers SPIFFS de me-no-dev

Biblioteca ESP32WebServer de Pedroalbuquerque

Aquesta nova versió faria que es pogués publicar en un futur completament instructiu. Però, ara com ara, especialment per als usuaris amb més experiència, no volem deixar passar l’oportunitat de compartir la informació bàsica i els fitxers que necessiteu per configurar-la.

Passos ràpids per crear un CoMoS autònom:

• Construïu un cas segons el pas anterior. Opcionalment, imprimiu en 3D una funda addicional perquè el lector de targetes micro SC es pugui connectar a la funda CoMoS. Si no teniu disponible una impressora 3D, el lector de targetes també es pot col·locar dins de la funda principal del CoMoS, sense preocupacions.
• Connecteu tots els sensors tal com s’ha descrit anteriorment, però, a més, instal·leu i connecteu un lector de targetes micro SD (amazon.com) i un rellotge en temps real DS3231 (adafruit.com) tal com s’indica a l’esquema de cablejat adjunt a aquest pas. Nota: els pins de la resistència de tracció i oneWire difereixen de l’esquema de cablejat original.
• Comproveu el codi Arduino i ajusteu les variables del punt d’accés WiFi "ssid_AP" i "password_AP" a les vostres preferències personals. Si no s'ajusta, l'SSID estàndard és "CoMoS_AP" i la contrasenya és "12345678".
• Inseriu una targeta micro SD, pengeu el codi, pengeu el contingut de la carpeta "dades" a l'ESP32 mitjançant el carregador de fitxers SPIFFS i connecteu qualsevol dispositiu mòbil al punt d'accés WiFi.
• Aneu a "192.168.4.1" al navegador del mòbil i gaudiu-ne.

L'aplicació es basa en HTML, CSS i JavaScript. És local, no requereix cap connexió a Internet. Inclou un menú lateral de l’aplicació per accedir a una pàgina de configuració i a una pàgina de memòria. A la pàgina de configuració, podeu ajustar la configuració més important, com ara la data i l’hora locals, l’interval de lectures del sensor, etc. A la pàgina de memòria, hi ha disponible una llista de fitxers de la targeta SD. En fer clic al nom d’un fitxer, s’inicia una baixada directa del fitxer CSV al dispositiu mòbil.

Aquesta configuració del sistema permet controlar de forma individual i remota les condicions ambientals interiors. Totes les lectures del sensor s’emmagatzemen periòdicament a la targeta SD i es creen fitxers nous per a cada nou dia. Això permet una operació contínua durant setmanes o mesos sense accés ni manteniment. Com es va esmentar abans, aquesta és una investigació i desenvolupament en curs. Si us interessa obtenir més informació o ajuda, no dubteu en contactar amb l'autor corresponent a través dels comentaris o directament a través de LinkedIn.

Pas 10: Epíleg: problemes coneguts i perspectiva

L'estació de sensors descrita en aquest instructiu és el resultat d'una investigació llarga i en curs. L’objectiu és crear un sistema de sensors fiable, precís però de baix cost per a les condicions ambientals interiors. Això tenia alguns reptes greus, entre els quals cal esmentar el més segur aquí:

Precisió i calibratge del sensor

Tots els sensors utilitzats en aquest projecte ofereixen una precisió relativament alta a un cost baix o moderat. La majoria estan equipades amb reducció de soroll intern i interfícies de bus digital per a la comunicació, reduint la necessitat de calibratge o ajustos de nivell. De totes maneres, atès que els sensors s’instal·len dins o en una caixa amb certs atributs, els autors van realitzar un calibratge de l’estació completa del sensor, tal com mostren breument les imatges adjuntes. Es van provar un total de deu estacions de sensors de construcció igual en condicions ambientals definides i es van comparar amb un dispositiu de sensor de clima interior professional TESTO 480. A partir d’aquestes proves, es van determinar els factors de calibratge inclosos al codi d’exemple. Permeten una compensació senzilla de la influència del cas i de l'electrònica en els sensors individuals. Per aconseguir la màxima precisió, es recomana un calibratge individual per a cada estació de sensors. El calibratge d’aquest sistema és un segon focus de la investigació dels autors, a més del desenvolupament i la construcció descrits en aquest instructiu. Es discuteix en una publicació addicional connectada, que encara es troba en revisió per parells i que s’enllaçarà aquí tan aviat com entri en línia. Trobareu més informació sobre aquest tema al lloc web dels autors.

ESP32 estabilitat de funcionament

No totes les biblioteques de sensors basades en Arduino utilitzades en aquest codi són totalment compatibles amb la placa ESP32. Aquest tema s'ha debatut àmpliament en molts punts en línia, especialment pel que fa a l'estabilitat de la comunicació I2C i OneWire. En aquest desenvolupament, es realitza una nova combinació de detecció i manipulació d'errors, basada en alimentar els sensors directament a través dels pins d'E / S de l'ESP32 per permetre tallar la seva font d'alimentació per restablir-la. Des de la perspectiva actual, aquesta solució no s’ha presentat o no es discuteix àmpliament. Va néixer de la necessitat, però fins ara funciona sense problemes durant períodes de funcionament de diversos mesos o més. Tot i així, segueix sent un tema d'investigació.

Perspectiva

Juntament amb aquest instructiu, els autors duen a terme altres publicacions escrites i presentacions de conferències per difondre el desenvolupament i permetre una aplicació de codi obert i àmplia. Mentrestant, es continua investigant per millorar encara més l’estació del sensor, especialment pel que fa al disseny i fabricabilitat del sistema, i al calibratge i verificació del sistema. Aquesta informació útil es pot actualitzar sobre importants desenvolupaments futurs, però, per obtenir tota la informació actualitzada, visiteu el lloc web dels autors o poseu-vos en contacte amb els autors directament a través de LinkedIn:

autor corresponent: Mathias Kimmling

segon autor: Konrad Lauenroth

mentora investigadora: la professora Sabine Hoffmann

Accèssit per primera vegada autor