Paano Bumuo ng isang Station ng Sensor ng Pagsubaybay sa Komportable: 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

2025 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2025-01-13 06:58

Inilalarawan ng itinuturo na ito ang disenyo at pagtatayo ng tinatawag na Comfort Monitoring Station CoMoS, isang pinagsamang aparato ng sensor para sa mga kondisyon sa paligid, na binuo sa departamento ng Built Environment sa TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Germany.

Gumagamit ang CoMoS ng isang kontroler at sensor ng ESP32 para sa temperatura ng hangin at kamag-anak na kahalumigmigan (Si7021), bilis ng hangin (wind sensor rev. C ng Modern Device), at temperatura ng mundo (DS18B20 sa isang itim na bombilya), lahat sa isang compact, madaling-to- bumuo ng kaso sa visual feedback sa pamamagitan ng isang LED tagapagpahiwatig (WS2812B). Bilang karagdagan, isang sensor ng pag-iilaw (BH1750) ay kasama upang pag-aralan ang lokal na kundisyong biswal. Ang lahat ng data ng sensor ay nababasa nang pana-panahon at ipinadala sa pamamagitan ng Wi-Fi sa isang database server, mula sa kung saan maaari itong magamit para sa pagsubaybay at mga kontrol.

Ang pagganyak sa likod ng pag-unlad na ito ay upang makakuha ng isang mababang gastos ngunit napakalakas na kahalili sa mga aparato ng sensor ng laboratoryo, na karaniwang nasa presyong higit sa 3000 €. Sa kaibahan, ang CoMoS ay gumagamit ng hardware ng isang kabuuang presyo sa paligid ng 50 € at samakatuwid ay maaaring maipadala nang komprehensibo sa (mga tanggapan) na mga gusali para sa real-time-pagpapasiya ng indibidwal na kalagayan ng thermal at visual sa bawat solong lugar ng trabaho o seksyon ng gusali.

Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa aming pagsasaliksik at ang nakakonektang gawain sa kagawaran, tingnan ang opisyal na website ng puwang ng tanggapan ng tanggapan ng Smart Lab o makipag-ugnay sa kaukulang may-akda nang direkta sa pamamagitan ng LinkedIn. Ang lahat ng mga contact ng mga may-akda ay nakalista sa pagtatapos ng pagtuturo na ito.

Tala sa istruktura: Inilalarawan ng itinuturo na ito ang orihinal na pag-set up ng CoMoS, ngunit nagbibigay din ito ng impormasyon at mga tagubilin para sa ilang mga pagkakaiba-iba na binuo namin kamakailan: Bukod sa orihinal na kaso na binuo mula sa mga karaniwang bahagi, mayroon ding pagpipilian na naka-print sa 3D. At bukod sa orihinal na aparato na may koneksyon sa database server, mayroong isang kahaliling bersyon na nakapag-iisa na may imbakan na SD-card, isinamang WIFi access point, at isang magarbong mobile app upang mailarawan ang mga pagbabasa ng sensor. Mangyaring suriin ang mga pagpipilian na minarkahan sa kaukulang mga kabanata at ang mag-iisang pagpipilian sa huling kabanata.

Personal na tala: Ito ang unang itinuturo ng may-akda, at sinasaklaw nito ang isang detalyadong at kumplikadong pag-set up. Mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa seksyon ng mga komento ng pahinang ito, sa pamamagitan ng e-mail, o sa pamamagitan ng LinkedIn, kung mayroong anumang mga detalye o impormasyon na nawawala sa buong mga hakbang.

Hakbang 1: Background - Thermal at Visual Comfort

Ang pang-init at biswal na ginhawa ay naging higit na mas mahalagang mga paksa, lalo na sa mga kapaligiran sa opisina at lugar ng trabaho, ngunit pati na rin sa sektor ng tirahan. Ang pangunahing hamon sa larangan na ito ay ang pang-init na pang-unawa ng mga indibidwal na madalas na nag-iiba sa isang malawak na saklaw. Ang isang tao ay maaaring makaramdam ng mainit sa isang tiyak na kondisyong pang-init habang ang ibang tao ay nararamdamang malamig sa pareho. Iyon ay dahil ang indibidwal na pang-unawa na pang-init na pananaw ay naiimpluwensyahan ng maraming mga kadahilanan, kabilang ang mga pisikal na kadahilanan ng temperatura ng hangin, kamag-anak na kahalumigmigan, bilis ng hangin, at nagliliwanag na temperatura ng mga nakapaligid na ibabaw. Ngunit din, ang damit, aktibidad na metabolic, at isang indibidwal na aspeto ng edad, kasarian, masa ng katawan, at higit pa, nakakaimpluwensya sa pang-init na pang-unawa.

Habang ang mga indibidwal na kadahilanan ay mananatiling isang kawalan ng katiyakan sa mga tuntunin ng pag-init at paglamig control, ang mga pisikal na kadahilanan ay maaaring matukoy nang tumpak ng mga aparato ng sensor. Ang temperatura ng hangin, kamag-anak na kahalumigmigan, bilis ng hangin, at temperatura ng mundo ay maaaring masukat at magamit bilang isang direktang pag-input sa mga kontrol sa gusali. Dagdag dito, sa isang mas detalyadong diskarte, maaari silang magamit bilang input upang kalkulahin ang tinawag na PMV-index, kung saan ang PMV ay nangangahulugang Predicted na Vote. Inilalarawan nito kung paano ang mga tao sa average ay malamang na i-rate ang kanilang pang-init na pang-amoy sa ilalim ng ibinigay na mga kondisyon sa silid sa paligid. Ang PMV ay maaaring tumagal ng mga halagang mula sa -3 (malamig) hanggang +3 (mainit), na may 0 na walang kinikilingan na estado.

Bakit natin binabanggit ang bagay na PMV-dito? Kaya, dahil sa larangan ng personal na ginhawa ito ay isang karaniwang ginagamit na index na maaaring magsilbing isang pamantayan sa kalidad para sa pang-init na sitwasyon sa isang gusali. At sa CoMoS, ang lahat ng mga parameter ng paligid ay kinakailangan para sa pagkalkula ng PMV ay masusukat.

Kung interesado ka, alamin ang higit pa tungkol sa thermal ginhawa, ang konteksto ng mundo at ibig sabihin ng nagniningning na temperatura, ang PMV-index, at ang pagpapatupad ng ASHRAE-standard sa

Wikipedia: Thermal Comfort

Ang ISO 7726 Ergonomics ng thermal environment

ASHRAE NPO

Sa pamamagitan ng paraan: Mayroong matagal na umiiral, ngunit marami ring mga bagong binuo na gadget sa larangan ng isinapersonal na kapaligiran upang magbigay ng indibidwal na kainit at biswal na kaginhawaan. Ang mga maliliit na tagahanga ng desktop ay isang kilalang halimbawa. Ngunit gayun din, ang mga footwarmer, pinainit at maaliwalas na upuan, o mga partisyon ng tanggapan para sa IR-radiative na pag-init at paglamig ay binuo o magagamit na sa merkado. Ang lahat ng mga teknolohiyang ito ay nakakaimpluwensya sa lokal na kondisyon ng termal, sa isang lugar ng trabaho halimbawa, at awtomatiko silang makokontrol batay sa data ng lokal na sensor, tulad din ng nakalarawan sa mga larawan ng hakbang na ito.

Higit pang impormasyon tungkol sa mga gadget ng isinapersonal na kapaligiran at ang patuloy na pananaliksik ay magagamit sa

Puwang ng matalinong tanggapan ng Living Lab: Isinapersonal na Kapaligiran

University of California, Berkeley

ZEN ulat sa personal na pag-init ng isang paglamig aparato [PDF]

SBRC University of Wollongong

Hakbang 2: System Scheme

Ang isa sa mga pangunahing layunin sa proseso ng pag-unlad ay upang lumikha ng isang wireless, compact, at murang sensor aparato upang masukat ang panloob na mga kondisyon sa kapaligiran na hindi bababa sa sampung indibidwal na mga lugar ng trabaho sa isang naibigay na bukas na puwang ng tanggapan. Samakatuwid, gumagamit ang istasyon ng isang ESP32-WROOM-32 na may koneksyon sa on-board WiFi at may maraming iba't ibang mga pin ng konektor at sinusuportahan ang mga uri ng bus para sa lahat ng mga uri ng sensor. Gumagamit ang mga istasyon ng sensor ng isang hiwalay na IoT-WiFi at ipinapadala ang kanilang mga pagbabasa ng data sa isang database ng MariaDB sa pamamagitan ng isang PHP script na tumatakbo sa database server. Bilang pagpipilian, maaaring mai-install din ang isang madaling gamitin na output ng Grafana.

Ipinapakita ng scheme sa itaas ang pag-aayos ng lahat ng mga sangkap ng paligid bilang isang pangkalahatang ideya sa pag-set up ng system, ngunit ang itinuturo na ito ay nakatuon sa istasyon ng sensor mismo. Siyempre, ang PHP file at isang paglalarawan ng koneksyon ng SQL ay kasama rin sa paglaon, upang maibigay ang lahat ng kinakailangang impormasyon upang mabuo, kumonekta, at magamit ang CoMoS.

Tandaan: sa pagtatapos ng pagtuturo na ito maaari kang makahanap ng mga tagubilin sa kung paano bumuo ng isang kahaliling bersyon na nag-iisa ng CoMoS na may imbakan ng SD-card, panloob na access point ng WiFi, at isang web app para sa mga mobile device.

Hakbang 3: Listahan ng Supply

Elektronika

Mga sensor at controller, tulad ng ipinakita sa larawan:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) [A]
• Si7021 o GY21 sensor ng temperatura at halumigmig (adafruit.com) [B]
• DS18B20 + sensor ng temperatura (adafruit.com) [C]
• Rev C. sensor ng bilis ng hangin (moderndevice.com) [D]
• LED status ng WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• BH1750 illuminance sensor (amazon.de) [F]

Mas maraming mga bahagi ng kuryente:

• 4, 7k pull-up risistor (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (o katulad) karaniwang wire (adafruit.com)
• 2x Wago compact splicing connectors (wago.com)
• Micro USB cable (sparkfun.com)

Mga bahagi ng kaso (Maghanap ng mas detalyadong impormasyon sa mga bahagi at sukat na ito sa susunod na Hakbang. Kung mayroon kang isang 3D-printer na magagamit, kailangan mo lamang ng isang table tennis ball. Laktawan ang susunod na Hakbang at hanapin ang lahat ng impormasyon at mga file para sa pag-print sa Hakbang 5.)

• Acrylic plate bilog 50x4 mm [1]
• Steel plate bilog 40x10 mm [2]
• Acrylic tube 50x5x140 mm [3]
• Acrylic plate bilog 40x5 mm [4]
• Acrylic tube 12x2x50 mm [5]
• Talahanayan ng bola ng tennis [6]

Miscellaneous

• Puting pintura ng pintura
• Spray ng itim na matte na pintura
• Ilang tape
• Isang maliit na pagkakabukod na lana, isang cotton pad, o anumang katulad

Mga kasangkapan

• Power drill
• 8 mm steal drill
• 6 mm kahoy / plastic drill
• 12 mm kahoy / plastic drill
• Ang manipis na kamay ang nakakita
• Papel de liha
• Mga wire ng pagputol ng wire
• Wire stripper
• Panghinang at bakal
• Power-glue o hot glue gun

Software at aklatan (Ipinapahiwatig ng mga numero ang mga bersyon ng silid-aklatan na ginamit namin at sinubukan ang hardware. Ang mga mas bagong aklatan ay dapat ding gumana, ngunit nahaharap namin ang ilang mga isyu paminsan-minsan habang sinusubukan ang magkakaiba / mas bagong mga bersyon.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Core library
• Library ng BH1750FVI
• Adafruit_Si7021 library (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel library (1.1.6)
• DallasTemperature library (3.7.9)
• OneWire library (2.3.3)

Hakbang 4: Disenyo at Konstruksiyon ng Kaso - Pagpipilian 1

Nagtatampok ang disenyo ng CoMoS ng isang payat, patayong kaso na may karamihan ng mga sensor na naka-mount sa tuktok na lugar, na may sensor ng temperatura at halumigmig na naka-mount malapit sa ilalim. Ang mga posisyon at pag-aayos ng sensor ay sumusunod sa mga partikular na kinakailangan ng mga sinusukat na variable:

• Ang sensor ng temperatura at kahalumigmigan ng Si7021 ay naka-mount sa labas ng kaso, malapit sa ilalim nito, upang payagan ang libreng sirkulasyon ng hangin sa paligid ng sensor at upang mabawasan ang impluwensya ng init ng basura na binago ng microcontroller sa loob ng kaso.
• Ang sensor ng pag-iilaw ng BH1750 ay naka-mount sa patag na tuktok ng kaso, upang masukat ang pag-iilaw sa isang pahalang na ibabaw tulad ng hinihiling ng mga karaniwang pamantayan sa pag-iilaw sa lugar ng trabaho.
• Ang sensor ng Rev. C wind ay naka-mount din sa tuktok ng kaso, na nakatago ang mga electronics nito sa loob ng kaso, ngunit ang mga tine nito, na nagdadala ng aktwal na thermal anemometer at sensor ng temperatura, ay nakalantad sa hangin sa paligid ng tuktok.
• Ang sensor ng temperatura ng DS18B20 ay naka-mount sa tuktok ng istasyon, sa loob ng isang itim na ipininta na table tennis ball. Ang posisyon sa itaas ay kinakailangan upang i-minimize ang mga kadahilanan ng pagtingin at samakatuwid ang nagniningning na impluwensya ng istasyon ng sensor mismo sa pagsukat ng temperatura ng mundo.

Karagdagang mga mapagkukunan tungkol sa ibig sabihin ng nagniningning na temperatura at ang paggamit ng mga itim na talahanayan ng bola ng tennis bilang mga sensor ng temperatura sa mundo ay:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Ang pagiging angkop ng Acrylic at Copper Globe Thermometers para sa Mga Panlabas na Setting sa Panlabas. Gusali at Kapaligiran. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Mahal, Richard. (1987). Mga thermometro ng ping-pong globe para sa masining na temperatura. H & Eng.,. 60. 10-12.

Ang kaso ay idinisenyo nang simple, upang mapanatili ang oras ng paggawa at pagsisikap nang mas mababa hangga't maaari. Madali itong maitayo mula sa karaniwang mga bahagi at sangkap na may ilang simpleng mga tool at kasanayan lamang. O, para sa mga masuwerteng magkaroon ng isang 3D-printer sa kanilang serbisyo, ang lahat ng mga bahagi ng kaso ay maaaring naka-print din sa 3D. Para sa pag-print ng kaso, ang natitirang Hakbang na ito ay maaaring laktawan at ang lahat ng kinakailangang mga file at tagubilin ay matatagpuan sa susunod na Hakbang.

Para sa pagtatayo mula sa mga karaniwang bahagi, ang mga sukat na umaangkop ay pinili para sa karamihan sa mga ito:

• Ang pangunahing katawan ay isang tubo ng acrylic (PMMA) na 50 mm panlabas na lapad, 5 mm ang kapal ng pader, at taas na 140 mm.
• Ang ilalim na plato, na nagsisilbing isang light conductor para sa status LED, ay isang acrylic round plate na 50 mm diameter at isang kapal na 4 mm.
• Ang isang bilog na bakal na may diameter na 40 mm at isang kapal na 10 mm ay na-install bilang isang bigat sa tuktok ng ilalim na plato at magkasya sa loob ng ibabang dulo ng pangunahing tubo ng katawan upang maiwasan ang pagbagsak ng istasyon at hawakan ang ilalim na plato sa lugar.
• Ang tuktok na plato ay umaangkop din sa loob ng pangunahing tubo ng katawan. Ito ay gawa sa PMMA at may diameter na 40 mm at isang kapal na 5 mm.
• Sa wakas, ang tuktok na riser tube ay PMMA din, na may panlabas na diameter na 10 mm, isang kapal ng pader na 2 mm, at isang haba ng 50 mm.

Ang proseso ng pagmamanupaktura at pagtitipon ay simple, nagsisimula sa ilang mga butas upang mag-drill. Ang pag-ikot ng bakal ay nangangailangan ng isang tuluy-tuloy na butas ng 8 mm, upang magkasya ang LED at mga kable. Ang pangunahing tubo ng katawan ay nangangailangan ng ilang 6 mm na butas, bilang cable feed-through para sa mga USB at sensor cable, at bilang mga butas ng bentilasyon. Ang bilang at posisyon ng mga butas ay maaaring iba-iba hanggang sa iyong kagustuhan. Ang pagpipilian ng mga developer ay anim na butas sa likuran, malapit sa itaas at ibaba, at dalawa sa harap na bahagi, isang tuktok, isang ibaba muli, bilang isang sanggunian.

Ang tuktok na plato ay ang pinaka-nakakalito na bahagi. Kailangan nito ng isang nakasentro, tuwid at tuluy-tuloy na 12 mm na buo upang magkasya sa tuktok na tubo ng riser, isa pang naka-center na 6 mm na butas upang magkasya sa cable ng ilaw ng ilaw, at isang manipis na gilis na humigit-kumulang na 1, 5 mm ang lapad at 18 mm ang haba upang magkasya ang hangin sensor Tingnan ang mga larawan para sa sanggunian. At sa wakas, ang table tennis ball ay nangangailangan ng isang buong 6 mm, din, upang magkasya ang sensor ng temperatura ng mundo at cable.

Sa susunod na hakbang, ang lahat ng mga bahagi ng PMMA, maliban sa ilalim ng plato, ay dapat na spray na pininturahan, puti ang sanggunian. Ang table tennis ball ay dapat lagyan ng kulay matte black upang maitaguyod ang tinatayang mga thermal at optical na katangian.

Ang bilog na bakal ay nakadikit na nakasentro at patag sa ilalim ng plato. Ang tuktok na tubo ng riser ay nakadikit sa 12 mm na butas ng tuktok na plato. Ang table tennis ball ay nakadikit sa tuktok na dulo ng riser, na may butas nito na tumutugma sa panloob na pagbubukas ng riser tube, kaya ang sensor ng temperatura at cable ay maaaring ipasok sa bola pagkatapos sa pamamagitan ng riser tube.

Sa tapos na ang hakbang na ito, ang lahat ng mga bahagi ng kaso ay handa nang tipunin sa pamamagitan ng pagsasama-sama sa mga ito. Kung ang ilan ay masyadong magkakasikip, buhangin ang mga ito nang kaunti, kung masyadong maluwag, magdagdag ng isang manipis na layer ng tape.

Hakbang 5: Disenyo at Konstruksiyon ng Kaso - Pagpipilian 2

Habang ang Opsyon 1 ng pagbuo ng kaso ng CoMoS 'ay pa rin isang mabilis at simpleng isa, ang pagpapaalam sa isang 3D-printer na gawin ang trabaho ay maaaring maging mas madali. Para din sa pagpipiliang ito, ang kaso ay nahahati sa tatlong bahagi, itaas, katawan ng kaso, at ilalim na bahagi, upang payagan ang madaling mga kable at pagpupulong tulad ng inilarawan sa susunod na Hakbang.

Ang mga file at karagdagang impormasyon sa mga setting ng printer ay ibinibigay sa Thingiverse:

Ang mga file ng CoMoS sa Thingiverse

Ang pagsunod sa mga tagubilin na gumamit ng puting filament para sa tuktok at kaso ng mga bahagi ng katawan ay lubos na inirerekomenda. Pinipigilan nito ang kaso mula sa pag-init ng masyadong mabilis sa sikat ng araw at iniiwasan ang mga maling sukat. Ang Transparent filament ay dapat gamitin para sa ilalim na bahagi upang payagan ang pag-iilaw ng tagapagpahiwatig ng LED.

Ang isa pang pagkakaiba-iba mula sa Opsyon 1 ay ang metal na bilog ay nawawala. Upang maiwasan ang CoMoS mula sa pagbagsak, ang anumang uri ng timbang tulad ng pagdadala ng mga bola o isang bungkos ng mga washer ng metal ay dapat ilagay sa / sa transparent na ilalim na bahagi. Ito ay dinisenyo na may isang gilid sa paligid upang magkasya at humawak ng ilang timbang. Bilang kahalili, ang CoMoS ay maaaring mai-tape sa lugar ng pag-install nito sa pamamagitan ng paggamit ng double-sided tape.

Tandaan: Ang folder na Thingiverse ay nagsasama ng mga file para sa isang case ng micro SD card reader na maaaring mai-mount sa kaso ng CoMoS. Ang kasong ito ay opsyonal at bahagi ng stand-alone na bersyon na inilarawan sa huling hakbang ng itinuturo na ito.

Hakbang 6: Mga Kable at Assembly

Ang ESP, sensor, LED, at USB cable ay na-solder at konektado ayon sa eskematiko circuit na ipinapakita sa mga larawan ng hakbang na ito. Ang pagtatalaga ng PIN na tumutugma sa halimbawang code na inilarawan sa paglaon ay:

• 14 - I-reset ang tulay (EN) - [grey]
• 17 - WS2811 (LED) - [berde]
• 18 - pullup risistor para sa DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (One Wire) - [lila]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [asul]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [dilaw]
• 25 - BH1750 (V-in) - [kayumanggi]
• 26 - SI7021 (V-in) - [kayumanggi]
• 27 - DS18B20 + (V-in) - [kayumanggi]
• 34 - Wind sensor (TMP) - [cyan]
• 35 - Wind sensor (RV) - [orange]
• VIN - USB cable (+ 5V) - [pula]
• GND - USB cable (GND) - [itim]

Ang mga sensor ng Si7021, BH1750, at DS18B20 + ay pinalakas sa pamamagitan ng isang IO-pin ng ESP32. Posible ito dahil ang kanilang max na kasalukuyang draft ay mas mababa sa kasalukuyang kasalukuyang supply ng ESP bawat pin, at kinakailangan upang ma-reset ang mga sensor sa pamamagitan ng pagputol ng kanilang supply ng kuryente sakaling may mga error sa komunikasyon ng sensor. Tingnan ang code ng ESP at mga komento para sa karagdagang impormasyon.

Ang mga sensor ng Si7021 at BH1750, kapareho ng USB cable, ay dapat na solder sa mga cable na inilagay na sa nakalaang mga butas ng kaso upang payagan ang pagpupulong sa susunod na hakbang. Ang mga konektor ng WAGO compact splicing ay ginagamit upang ikonekta ang mga aparato sa power supply ng USB cable. Ang lahat ay pinalakas sa 5 V DC ng USB, na gumagana sa antas ng lohika ng ESP32 sa 3, 3 V. Opsyonal, ang mga data pin ng micro USB cable ay maaaring ikonekta muli sa micro USB plug at konektado sa micro USB ng ESP socket, bilang pag-input ng kuryente at koneksyon ng data upang ilipat ang code sa ESP32 habang ang kaso ay sarado. Kung hindi man, kung nakakonekta tulad ng ipinakita sa pamamaraan, isa pang buo na micro USB cable ang kinakailangan upang una na ilipat ang code sa ESP bago i-assemble ang kaso.

Ang sensor ng temperatura ng Si7021 ay nakadikit sa likod na bahagi ng kaso, malapit sa ilalim. Napakahalaga na ikabit ang sensor na ito malapit sa ilalim, upang maiwasan ang mga maling pagbasa ng temperatura na sanhi ng init na umunlad sa loob ng kaso. Tingnan ang hakbang sa Epilog para sa karagdagang Impormasyon tungkol sa isyung ito. Ang sensor ng pag-iilaw ng BH1750 ay nakadikit sa tuktok na plato, at ang sensor ng hangin ay ipinasok at magkasya na naka-mount sa gilis sa kabaligtaran. Kung umaangkop ito sa masyadong mawala, isang maliit na piraso ng tape sa paligid ng gitnang bahagi ng sensor ay tumutulong na panatilihin ito sa posisyon. Ang sensor ng temperatura ng DS18B20 ay ipinasok sa pamamagitan ng tuktok na riser sa talahanayan na bola ng tennis, na may pangwakas na posisyon sa gitna ng bola. Ang loob ng tuktok na riser ay puno ng pagkakahiwalay na lana at ang ibabang pagbubukas ay tinatakan ng tape o mainit na pandikit, upang maiwasan ang conductive o convective heat transfer sa mundo. Ang LED ay nakakabit sa butas ng bilog na bakal na nakaharap sa ibaba upang mailawan ang ilalim ng plato.

Ang lahat ng mga wire, ang mga konektor ng splicing, at ang ESP32 ay pumapasok sa pangunahing kaso at lahat ng bahagi ng kaso ay pinagsama sa huling pagpupulong.

Hakbang 7: Software - Configuration ng ESP, PHP, at MariaDB

Ang programa ng micro32 ng ESP32 ay maaaring mai-program sa pamamagitan ng paggamit ng Arduino IDE at ng library ng ESP32 Core na ibinigay ng Espressif. Mayroong maraming mga tutorial na magagamit online kung paano i-set up ang IDE para sa pagiging tugma ng ESP32, halimbawa dito.

Kapag na-set up na, ang nakalakip na code ay inililipat sa ESP32. Ito ay nagkomento sa buong para sa madaling pag-unawa, ngunit ang ilang mga pangunahing tampok ay:

• Mayroon itong seksyon na "pagsasaayos ng gumagamit" sa simula, kung saan dapat i-set up ang mga indibidwal na variable, tulad ng WiFi ID at password, database server IP, at nais na pagbabasa ng data at magpadala ng panahon. Nagsasama rin ito ng variable na "zero wind adjust" na maaaring magamit upang ayusin ang zero na pagbasa ng bilis ng hangin sa 0 kung sakaling hindi matatag ang suplay ng kuryente.
• Kasama sa code ang average na mga kadahilanan ng pagkakalibrate na tinutukoy ng mga may-akda mula sa pagkakalibrate ng sampung umiiral na mga istasyon ng sensor. Tingnan ang hakbang sa Epilog para sa karagdagang impormasyon at posibleng indibidwal na pagsasaayos.
• Ang iba't ibang paghawak ng error ay kasama sa maraming mga seksyon ng code. Lalo na ang isang mabisang pagtuklas at paghawak ng mga pagkakamali sa komunikasyon ng bus na madalas na nangyayari sa mga tagakontrol ng ESP32. Muli, tingnan ang hakbang sa Epilogue para sa karagdagang impormasyon.
• Mayroon itong output na kulay ng LED upang maipakita ang kasalukuyang estado ng istasyon ng sensor at anumang mga error. Tingnan ang hakbang sa Mga Resulta para sa karagdagang impormasyon.

Ang naka-attach na PHP file ay dapat na mai-install at ma-access sa root folder ng database server, sa serverIP / sensor.php. Ang pangalan ng file ng PHP at nilalaman ng paghawak ng data ay dapat na tumutugma sa code ng function ng tawag ng ESP at, sa kabilang panig, tumutugma sa pag-set up ng talahanayan ng database, upang payagan ang pag-iimbak ng mga pagbabasa ng data. Ang mga halimbawang code na naka-attach ay naitugma, ngunit kung sakaling baguhin mo ang ilang mga variable, kailangang baguhin sa buong system. Ang PHP file ay nagsasama ng isang seksyon ng pagsasaayos sa simula, kung saan ang mga indibidwal na pagsasaayos ay ginawa ayon sa kapaligiran ng system, lalo na ang database username at password, at ang pangalan ng database.

Ang isang MariaDB o SQL database ay naka-set up sa parehong server, ayon sa setup ng talahanayan na ginamit sa sensor station code at ang PHP script. Sa halimbawang code, ang pangalan ng database ng MariaDB ay "sensorstation" na may isang talahanayan na pinangalanang "data", na naglalaman ng 13 mga haligi para sa UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, at IllumMax.

Ang isang Grafana analytics at monitoring platform ay maaaring mai-install bilang karagdagan sa server bilang isang pagpipilian para sa direktang visualization ng database. Hindi ito isang pangunahing tampok ng pag-unlad na ito, kaya't hindi ito higit na inilarawan sa itinuturo na ito.

Hakbang 8: Mga Resulta - Pagbabasa ng Data at Pag-verify

Tapos na ang lahat ng mga kable, pagpupulong, programa, at pag-set up ng kapaligiran, ang istasyon ng sensor ay nagpapadala ng mga pagbabasa ng data nang pana-panahon sa database. Habang pinapatakbo, maraming mga estado ng pagpapatakbo ay ipinahiwatig sa pamamagitan ng ilalim na kulay ng LED:

• Sa panahon ng pag-boot, ang mga ilaw ng LED sa dilaw na kulay upang ipahiwatig ang nakabinbing koneksyon sa WiFi.
• Kailan at habang nakakonekta, ang tagapagpahiwatig ay asul.
• Nagpapatakbo ang istasyon ng sensor ng mga pagbabasa ng sensor at ipinapadala ito sa server nang pana-panahon. Ang bawat matagumpay na paglipat ay ipinahiwatig ng isang berdeng salpok ng ilaw na 600 ms.
• Sa kaso ng mga error, ang tagapagpahiwatig ay kulay ng pula, lila, o madilaw-dilaw, ayon sa uri ng error. Matapos ang isang tiyak na oras o bilang ng mga pagkakamali, awtomatikong i-reset ng istasyon ng sensor ang lahat ng mga sensor at reboot nang awtomatiko, muling ipinahiwatig ng isang dilaw na ilaw sa boot. Tingnan ang code ng ESP32 at mga komento para sa karagdagang impormasyon tungkol sa mga kulay ng tagapagpahiwatig.

Sa huling hakbang na ito ay tapos na, ang istasyon ng sensor ay tumatakbo at patuloy na nagpapatakbo. Sa ngayon, ang isang network ng 10 mga istasyon ng sensor ay na-install at tumatakbo sa naunang nabanggit na puwang ng tanggapan ng matalinong Living Lab.

Hakbang 9: Kahalili: Bersyon na Mag-iisa

Ang pagpapaunlad ng CoMoS ay nagpapatuloy at ang unang resulta ng nagpapatuloy na proseso na ito ay isang malayang bersyon. Ang bersyon na iyon ng CoMoS ay hindi nangangailangan ng isang database server at WiFi network upang subaybayan at itala ang data sa kapaligiran.

Ang mga bagong pangunahing tampok ay:

• Ang mga pagbabasa ng data ay nakaimbak sa panloob na micro SD-card, sa Excel-friendly na format ng CSV.
• Pinagsamang point ng pag-access sa WiFi para sa pag-access sa CoMoS ng anumang mobile device.
• Web-based app (panloob na web server sa ESP32, walang kinakailangang koneksyon sa internet) para sa live na data, mga setting, at pag-access sa imbakan na may direktang pag-download ng file mula sa SD card, tulad ng ipinakita sa larawan at mga screenshot na naka-attach sa hakbang na ito.

Pinalitan nito ang koneksyon sa WiFi at database habang ang lahat ng iba pang mga tampok kabilang ang pagkakalibrate at lahat ng disenyo at konstruksyon ay mananatiling hindi nagalaw mula sa orihinal na bersyon. Gayunpaman, ang nag-iisang CoMoS ay nangangailangan ng karanasan at karagdagang kaalaman sa kung paano i-access ang panloob na file management system na "SPIFFS" ng ESP32, at isang maliit na kamalayan sa HTML, CSS, at Javascript upang maunawaan kung paano gumagana ang web-app. Kailangan din nito ng ilan pa / iba't ibang mga aklatan upang gumana.

Mangyaring suriin ang Arduino code sa zip file na nakakabit para sa mga kinakailangang aklatan at ang mga sumusunod na sanggunian para sa karagdagang impormasyon sa pag-program at pag-upload sa SPIFFS file system:

SPIFFS library sa pamamagitan ng espressif

SPIFFS file uploader ng me-no-dev

Ang aklatan ng ESP32WebServer ni Pedroalbuquerque

Ang bagong bersyon na ito ay gagawing isang bagong pagtuturo na maaaring mai-publish sa hinaharap. Ngunit sa ngayon, lalo na para sa mas may karanasan na mga gumagamit, hindi namin nais na palampasin ang pagkakataon na ibahagi ang pangunahing impormasyon at mga file na kailangan mo upang i-set up ito.

Mabilis na mga hakbang upang bumuo ng isang stand-alone na CoMoS:

• Bumuo ng isang kaso ayon sa hakbang bago. Bilang pagpipilian, i-print ng 3D ang isang karagdagang kaso para sa micro SC card reader na ikakabit sa kaso ng CoMoS. Kung wala kang isang magagamit na 3D printer, ang card reader ay maaaring mailagay sa loob ng pangunahing kaso ng CoMoS din, walang mga alalahanin.
• I-wire ang lahat ng mga sensor tulad ng inilarawan dati, ngunit bilang karagdagan, i-install at i-wire ang isang micro SD card reader (amazon.com) at isang DS3231 real time na orasan (adafruit.com) na ipinahiwatig sa mga scheme ng mga kable na nakakabit sa hakbang na ito. Tandaan: Ang mga pin para sa pull-up risistor at ang oneWire ay naiiba mula sa orihinal na scheme ng mga kable!
• Suriin ang Arduino code at ayusin ang mga variable ng access point ng WiFi na "ssid_AP" at "password_AP" sa iyong personal na kagustuhan. Kung hindi naayos, ang karaniwang SSID ay "CoMoS_AP" at ang password ay "12345678".
• Ipasok ang micro SD card, i-upload ang code, i-upload ang nilalaman ng folder na "data" sa ESP32 gamit ang SPIFFS file uploader, at ikonekta ang anumang mobile device sa access point ng WiFi.
• Mag-navigate sa "192.168.4.1" sa iyong mobile browser at mag-enjoy!

Ang app ay batay sa html, css, at javascript. Lokal ito, walang koneksyon sa internet ang nasasangkot o kinakailangan. Nagtatampok ito ng isang in-app na menu sa gilid upang ma-access ang isang pahina ng pag-setup at isang pahina ng memorya. Sa pahina ng pag-set up, maaari mong ayusin ang pinakamahalagang mga setting tulad ng lokal na petsa at oras, agwat ng pagbasa ng sensor, atbp. Ang lahat ng mga setting ay permanenteng maiimbak sa panloob na imbakan ng ESP32 at maibalik sa susunod na boot. Sa pahina ng memorya, magagamit ang isang listahan ng mga file sa SD card. Ang pag-click sa isang filename ay nagsisimula ng direktang pag-download ng CSV file sa mobile device.

Pinapayagan ng pag-setup ng system ang indibidwal at malayuang pagsubaybay sa mga panloob na kondisyon sa kapaligiran. Ang lahat ng mga pagbabasa ng sensor ay nakaimbak sa SD card nang pana-panahon, na may mga bagong file na nilikha para sa bawat bagong araw. Pinapayagan nito ang isang tuluy-tuloy na operasyon sa loob ng mga linggo o buwan nang walang pag-access o pagpapanatili. Tulad ng nabanggit kanina, ito ay patuloy pa rin sa pagsasaliksik at pag-unlad. Kung interesado ka sa karagdagang mga detalye o tulong, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa kaukulang may-akda sa pamamagitan ng mga komento o direkta sa pamamagitan ng LinkedIn.

Hakbang 10: Epilog - Mga Kilalang Isyu at Outlook

Ang istasyon ng sensor na inilarawan sa itinuturo na ito ay ang kinalabasan ng isang mahaba at patuloy na pagsasaliksik. Ang layunin ay upang lumikha ng isang maaasahan, tumpak, ngunit mababang sistema ng sensor para sa panloob na mga kondisyon sa kapaligiran. Hawak nito at mayroong ilang mga seryosong hamon, kung saan ang pinaka-tiyak na dapat na mabanggit dito:

Katumpakan ng sensor at pagkakalibrate

Ang mga sensor na ginamit sa proyektong ito ay nag-aalok ng lahat ng medyo mataas ang kawastuhan sa mababa o katamtamang gastos. Karamihan ay nilagyan ng panloob na pagbawas ng ingay at isang mga interface ng digital bus para sa komunikasyon, binabawasan ang pangangailangan para sa pagkakalibrate o pagsasaayos ng antas. Gayunpaman, dahil ang mga sensor ay naka-install sa o sa isang kaso na may ilang mga katangian, ang isang pagkakalibrate ng kumpletong istasyon ng sensor ay isinagawa ng mga may-akda, tulad ng ipinakita nang madaling sabi ng mga larawang nakalakip. Isang kabuuan ng sampung pantay na binuo na mga istasyon ng sensor ay nasubok sa tinukoy na mga kondisyon sa kapaligiran at inihambing sa isang TESTO 480 propesyonal na panloob na klima sensor sensor. Mula sa mga pagpapatakbo na ito, natutukoy ang mga kadahilanan ng pagkakalibrate kasama ang halimbawa ng code. Pinapayagan nila ang isang simpleng bayad sa impluwensya ng kaso at electronics sa mga indibidwal na sensor. Upang maabot ang pinakamataas na kawastuhan, inirekomenda ang isang indibidwal na pagkakalibrate para sa bawat istasyon ng sensor. Ang pagkakalibrate ng sistemang ito ay isang pangalawang pokus ng pagsasaliksik ng mga may-akda, bukod sa pag-unlad at konstruksyon na inilarawan sa itinuturo na ito. Tinalakay ito sa isang karagdagang, nakakonektang publication, na nasa peer-review pa rin at mai-link dito kaagad sa online. Mangyaring maghanap ng karagdagang impormasyon tungkol sa paksang ito sa website ng mga may-akda.

Katatagan ng pagpapatakbo ng ESP32

Hindi lahat ng mga library ng sensor na nakabatay sa Arduino na ginamit sa code na ito ay ganap na katugma sa board ng ESP32. Malawakang tinalakay ang isyung ito sa maraming mga puntos sa online, lalo na tungkol sa katatagan ng komunikasyon ng I2C at OneWire. Sa pagpapaunlad na ito, isinasagawa ang isang bago, pinagsamang pagtuklas ng error at paghawak, batay sa pag-power ng mga sensor nang direkta sa pamamagitan ng mga IO pin ng ESP32 upang payagan ang paggupit ng kanilang supply ng kuryente para sa muling layunin. Mula sa pananaw ngayon, ang solusyon na ito ay hindi ipinakita o hindi malawak na tinalakay. Ipinanganak ito sa pangangailangan, ngunit hanggang ngayon ay tumatakbo nang maayos para sa mga panahon ng pagpapatakbo ng ilang buwan at higit pa. Gayunpaman ito ay paksa pa rin ng pagsasaliksik.

Outlook

Kasama ang itinuturo na ito, ang karagdagang nakasulat na mga pahayagan at pagtatanghal ng kumperensya ay isinasagawa ng mga may-akda upang maikalat ang pag-unlad at payagan ang isang malawak at bukas na application ng mapagkukunan. Pansamantala, ang pananaliksik ay nagpatuloy upang higit na mapabuti ang istasyon ng sensor, lalo na tungkol sa disenyo ng system at kakayahang magawa, at pagkakalibrate ng system at pagpapatunay. Ang itinuturo na ito ay maaaring ma-update sa mahahalagang pag-unlad sa hinaharap, ngunit para sa lahat ng napapanahong impormasyon, mangyaring bisitahin ang website ng mga may-akda o direktang makipag-ugnay sa mga may-akda sa pamamagitan ng LinkedIn:

kaukulang may-akda: Mathias Kimmling

pangalawang may-akda: Konrad Lauenroth

tagapagturo ng pananaliksik: Propesor Sabine Hoffmann

Pangalawang Gantimpala sa Unang Oras na May-akda