Как построить сенсорную станцию мониторинга комфорта: 10 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-13 06:58

В этом руководстве описывается проектирование и строительство так называемой станции мониторинга комфорта CoMoS, комбинированного сенсорного устройства для условий окружающей среды, которое было разработано в отделе искусственной среды в TUK, Технический университет Кайзерслаутерна, Германия.

CoMoS использует контроллер ESP32 и датчики температуры и относительной влажности воздуха (Si7021), скорости воздуха (датчик ветра, версия C от Modern Device) и температуры земного шара (DS18B20 в черной лампочке), все в компактном и удобном для использования месте. корпус сборки с визуальной обратной связью через светодиодный индикатор (WS2812B). Кроме того, в комплект входит датчик освещенности (BH1750) для анализа местного визуального состояния. Все данные датчиков периодически считываются и отправляются через Wi-Fi на сервер базы данных, откуда их можно использовать для мониторинга и управления.

Мотивация этой разработки - получить недорогую, но очень мощную альтернативу лабораторным сенсорным устройствам, которые обычно стоят выше 3000 евро. Напротив, CoMoS использует оборудование общей стоимостью около 50 евро и поэтому может быть развернуто в (офисных) зданиях для определения в реальном времени индивидуального теплового и визуального состояния на каждом рабочем месте или в секции здания.

Для получения дополнительной информации о наших исследованиях и связанной с этим работе в отделе посетите официальный веб-сайт Living Lab smart office space или свяжитесь с автором-корреспондентом напрямую через LinkedIn. Контакты всех авторов перечислены в конце этой инструкции.

Структурное примечание: это руководство описывает исходную настройку CoMoS, но также предоставляет информацию и инструкции для нескольких недавно разработанных нами вариантов: помимо оригинального корпуса, построенного из стандартных деталей, есть также вариант с 3D-печатью. И помимо оригинального устройства с подключением к серверу базы данных, есть альтернативная автономная версия с хранилищем SD-карты, встроенной точкой доступа WIFi и модным мобильным приложением для визуализации показаний датчика. Пожалуйста, проверьте опции, отмеченные в соответствующих главах, и автономную опцию в последней главе.

Личное примечание: это первое руководство автора, и оно охватывает довольно подробную и сложную настройку. Не стесняйтесь обращаться к нам через раздел комментариев на этой странице, по электронной почте или через LinkedIn, если какие-либо детали или информация отсутствуют на всех этапах.

Шаг 1. Предпосылки - Тепловой и визуальный комфорт

Тепловой и визуальный комфорт становятся все более и более важными темами, особенно в офисе и на рабочем месте, а также в жилом секторе. Основная проблема в этой области заключается в том, что тепловое восприятие людей часто варьируется в широких пределах. Одному человеку может быть жарко в определенном тепловом состоянии, в то время как другому холодно. Это связано с тем, что на индивидуальное тепловое восприятие влияют многие факторы, в том числе физические факторы, такие как температура воздуха, относительная влажность, скорость воздуха и лучистая температура окружающих поверхностей. Но также одежда, метаболическая активность и индивидуальный аспект возраста, пола, массы тела и т. Д. Влияют на восприятие тепла.

В то время как отдельные факторы остаются неопределенными с точки зрения управления нагревом и охлаждением, физические факторы могут быть точно определены с помощью сенсорных устройств. Температура воздуха, относительная влажность, скорость воздуха и глобальная температура могут быть измерены и использоваться в качестве прямых входных данных для управления зданием. Кроме того, при более детальном подходе их можно использовать в качестве входных данных для расчета так называемого PMV-индекса, где PMV означает прогнозируемое среднее количество голосов. Он описывает, как люди в среднем будут оценивать свои тепловые ощущения в данных комнатных условиях. PMV может принимать значения от -3 (холодный) до +3 (горячий), при этом 0 является нейтральным состоянием.

Почему мы упоминаем здесь эту PMV-штуку? Ну, потому что в области личного комфорта это широко используемый показатель, который может служить критерием качества тепловой ситуации в здании. А с помощью CoMoS можно измерить все параметры окружающей среды, необходимые для расчета PMV.

Если вам интересно, узнайте больше о тепловом комфорте, контексте земного шара и средней излучаемой температуре, индексе PMV и внедрении стандарта ASHRAE на

Википедия: Тепловой комфорт

ISO 7726 Эргономика тепловой среды

АШРАЭ НПО

Между прочим: уже давно существуют, но есть и множество новых разработок в области персонализированной среды, обеспечивающей индивидуальный тепловой и визуальный комфорт. Маленькие настольные вентиляторы - хорошо известный пример. Но также разрабатываются и даже доступны на рынке утеплители для ног, стулья с подогревом и вентиляцией или офисные перегородки для обогрева и охлаждения инфракрасным излучением. Все эти технологии влияют на локальные тепловые условия, например, на рабочем месте, и ими можно управлять автоматически на основе данных локальных датчиков, как показано на рисунках этого шага.

Более подробная информация о гаджетах персонализированной среды и текущих исследованиях доступна на сайте

Умное офисное пространство Living Lab: персонализированная среда

Калифорнийский университет в Беркли

Отчет ZEN по индивидуальному отоплению и охлаждающим устройствам [PDF]

SBRC Университет Вуллонгонга

Шаг 2: Схема системы

Одной из основных целей в процессе разработки было создание беспроводного, компактного и недорогого сенсорного устройства для измерения внутренних условий окружающей среды не менее чем на десяти отдельных рабочих местах в заданном открытом офисном пространстве. Таким образом, станция использует ESP32-WROOM-32 со встроенным Wi-Fi-подключением, с большим разнообразием контактов разъема и поддерживаемыми типами шин для всех типов датчиков. Сенсорные станции используют отдельный IoT-WiFi и отправляют свои показания в базу данных MariaDB через скрипт PHP, который запускается на сервере базы данных. При желании можно также установить простой в использовании визуальный вывод Grafana.

На схеме выше показано расположение всех периферийных компонентов в качестве обзора настройки системы, но в этом руководстве основное внимание уделяется самой сенсорной станции. Конечно, файл PHP и описание SQL-соединения будут включены позже, чтобы предоставить всю необходимую информацию для создания, подключения и использования CoMoS.

Примечание: в конце этого руководства вы можете найти инструкции о том, как создать альтернативную автономную версию CoMoS с хранилищем SD-карты, внутренней точкой доступа Wi-Fi и веб-приложением для мобильных устройств.

Шаг 3: Список материалов

Электроника

Датчики и контроллер, как показано на картинке:

• Микроконтроллер ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Датчик температуры и влажности Si7021 или GY21 (adafruit.com) [B]
• Датчик температуры DS18B20 + (adafruit.com) [C]
• Датчик скорости воздуха Rev C. (moderndevice.com) [D]
• Индикатор состояния WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Датчик освещенности BH1750 (amazon.de) [F]

Больше электрических деталей:

• Подтягивающий резистор 4,7 кОм (adafruit.com)
• Стандартный провод 0, 14 мм² (или аналогичный) (adafruit.com)
• 2x компактных соединителя Wago (wago.com)
• Кабель Micro USB (sparkfun.com)

Детали корпуса (Более подробную информацию об этих деталях и размерах см. В следующем шаге. Если у вас есть 3D-принтер, вам понадобится только мяч для настольного тенниса. Пропустите следующий шаг и найдите всю информацию и файлы для печати на шаге 5.)

• Акриловая пластина круглая 50х4 мм [1]
• Лист стальной круглый 40х10 мм [2]
• Акриловая трубка 50x5x140 мм [3]
• Акриловая пластина круглая 40x5 мм [4]
• Акриловая трубка 12x2x50 мм [5]
• Мяч для настольного тенниса [6]

Разное

• Белая краска-спрей
• Черная матовая краска-спрей
• Какая-то лента
• Немного изоляционной ваты, ватного диска или чего-нибудь подобного.

Инструменты

• Электрическая дрель
• Сверло для стали 8 мм
• Сверло по дереву / пластику 6 мм
• Сверло по дереву / пластику 12 мм
• Тонкая ручная пила
• Наждачная бумага
• Кусачки для резки проволоки
• Инструмент для зачистки проводов
• Паяльник и олово
• Клеевой или термоклеевой пистолет

Программное обеспечение и библиотеки (числа указывают на версии библиотек, которые мы использовали и с которыми тестировали оборудование. Новые библиотеки также должны работать, но мы время от времени сталкивались с некоторыми проблемами, пробуя разные / новые версии.)

• IDE Arduino (1.8.5)
• Базовая библиотека ESP32
• Библиотека BH1750FVI
• Библиотека Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Библиотека Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Библиотека DallasTemperature (3.7.9)
• Библиотека OneWire (2.3.3)

Шаг 4: Дизайн и конструкция корпуса - Вариант 1

Конструкция CoMoS представляет собой тонкий вертикальный корпус, в котором большинство датчиков установлено в верхней части, а только датчик температуры и влажности установлен в нижней части. Расположение и расположение датчиков соответствуют определенным требованиям к измеряемым параметрам:

• Датчик температуры и влажности Si7021 установлен снаружи корпуса, рядом с его дном, чтобы обеспечить свободную циркуляцию воздуха вокруг датчика и минимизировать влияние отработанного тепла, выделяемого микроконтроллером внутри корпуса.
• Датчик освещенности BH1750 устанавливается на плоской верхней части корпуса для измерения освещенности на горизонтальной поверхности в соответствии с требованиями общепринятых стандартов освещения рабочего места.
• Датчик ветра Rev. C также установлен в верхней части корпуса, его электроника спрятана внутри корпуса, но его зубцы, на которых установлен фактический термоанемометр и датчик температуры, открыты для воздуха вокруг верхней части.
• Датчик температуры DS18B20 установлен на самом верху станции внутри окрашенного в черный цвет мяча для настольного тенниса. Расположение наверху необходимо для минимизации факторов обзора и, следовательно, радиационного влияния самой сенсорной станции на измерение температуры земного шара.

Дополнительные ресурсы о средней температуре излучения и использовании черных мячей для настольного тенниса в качестве датчиков температуры на земном шаре:

Ван, Шан и Ли, Юго. (2015). Пригодность акриловых и медных термометров для дневных условий на открытом воздухе. Строительство и окружающая среда. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

де Дорогой, Ричард. (1987). Глобусные термометры для пинг-понга для определения средней лучистой температуры. H & Eng.,. 60. 10-12.

Корпус спроектирован просто, чтобы сократить время и усилия на изготовление. Его можно легко собрать из стандартных деталей и компонентов с помощью всего лишь нескольких простых инструментов и навыков. Или, для тех, кому посчастливилось иметь к своим услугам 3D-принтер, все детали корпуса также могут быть напечатаны на 3D-принтере. Для распечатки корпуса оставшуюся часть этого шага можно пропустить, а все необходимые файлы и инструкции можно найти на следующем шаге.

Для строительства из стандартных деталей для большинства из них выбраны фитинговые размеры:

• Основной корпус представляет собой акриловую (PMMA) трубу с внешним диаметром 50 мм, толщиной стенки 5 мм и высотой 140 мм.
• Нижняя пластина, которая служит световодом для светодиода состояния, представляет собой круглую пластину из акрила диаметром 50 мм и толщиной 4 мм.
• Стальной патрон диаметром 40 мм и толщиной 10 мм устанавливается в качестве груза сверху на нижнюю пластину и помещается внутри нижнего конца основной трубы корпуса, чтобы предотвратить опрокидывание станции и удерживать нижнюю пластину. на месте.
• Верхняя пластина также входит в основную трубку корпуса. Он изготовлен из ПММА, имеет диаметр 40 мм и толщину 5 мм.
• Наконец, верхняя вертикальная труба также изготовлена из ПММА с внешним диаметром 10 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 50 мм.

Процесс изготовления и сборки прост, начиная с нескольких отверстий, которые нужно просверлить. Для стального круглого сечения требуется непрерывное отверстие 8 мм для подключения светодиода и кабелей. Трубка основного корпуса нуждается в отверстиях диаметром 6 мм для ввода кабеля USB и сенсорного кабеля, а также в качестве вентиляционных отверстий. Количество и расположение отверстий можно изменить по своему усмотрению. Для справки разработчики выбрали шесть отверстий на задней стороне, близко к верху и снизу, и два на передней стороне, одно сверху и еще одно снизу.

Верхняя пластина - самая сложная часть. Требуется центрированное, прямое и непрерывное 12 мм целое, чтобы соответствовать верхней трубе стояка, еще одно смещенное от центра отверстие 6 мм для кабеля датчика освещенности и тонкая прорезь примерно 1,5 мм шириной и 18 мм длиной, чтобы соответствовать ветру. датчик. Смотрите изображения для справки. И, наконец, мячу для настольного тенниса также требуется диаметр 6 мм, чтобы соответствовать датчику температуры земного шара и кабелю.

На следующем этапе все детали из ПММА, кроме нижней пластины, должны быть окрашены распылением, эталонный цвет - белый. Мяч для настольного тенниса должен быть окрашен в черный матовый цвет для определения его предполагаемых тепловых и оптических характеристик.

Стальной круг приклеивается по центру и ровно к нижней пластине. Трубка верхнего стояка вклеивается в отверстие на верхней пластине диаметром 12 мм. Мяч для настольного тенниса приклеивается к верхнему концу стояка так, чтобы его отверстие соответствовало внутреннему отверстию стояка, поэтому датчик температуры и кабель можно затем вставить в мяч через стояк.

После этого все части корпуса готовы к сборке. Если некоторые слишком плотно прилегают, отшлифуйте их немного, если слишком свободные, добавьте тонкий слой ленты.

Шаг 5: Дизайн и конструкция корпуса - Вариант 2

Хотя вариант 1 создания корпуса CoMoS по-прежнему является быстрым и простым, позволить 3D-принтеру выполнять эту работу может быть еще проще. Также для этого варианта корпус разделен на три части: верхняя часть, корпус корпуса и нижняя часть, чтобы упростить электромонтаж и сборку, как описано в следующем шаге.

Файлы и дополнительная информация о настройках принтера доступны на Thingiverse:

Файлы CoMoS на Thingiverse

Настоятельно рекомендуется следовать инструкциям по использованию белой нити для верхней части корпуса и частей корпуса. Это предотвращает слишком быстрый нагрев корпуса на солнечном свете и позволяет избежать ошибочных измерений. Для нижней части необходимо использовать прозрачную нить, чтобы светодиодный индикатор загорелся.

Еще один вариант от Варианта 1 - отсутствует металлический патрон. Чтобы предотвратить опрокидывание CoMoS, в прозрачную нижнюю часть или на нее следует поместить любой груз, например шарики подшипника или связку металлических шайб. Он разработан с краем по периметру, чтобы соответствовать и удерживать некоторый вес. В качестве альтернативы CoMoS можно приклеить к месту установки с помощью двустороннего скотча.

Примечание. В папке Thingiverse находятся файлы для футляра устройства чтения карт памяти micro SD, который можно установить на футляр CoMoS. Этот случай не является обязательным и является частью автономной версии, описанной в последнем шаге данного руководства.

Шаг 6: Электромонтаж и сборка

ESP, датчики, светодиод и USB-кабель припаяны и подключены в соответствии со схемой, показанной на рисунках этого шага. Назначение PIN-кода, соответствующее примеру кода, описанному ниже:

• 14 - Мост сброса (EN) - [серый]
• 17 - WS2811 (светодиод) - [зеленый]
• 18 - подтяжной резистор для DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (One Wire) - [фиолетовый]
• 21 - BH1750 и SI7021 (SDA) - [синий]
• 22 - BH1750 и SI7021 (SCL) - [желтый]
• 25 - BH1750 (V-дюйм) - [коричневый]
• 26 - SI7021 (V-дюйм) - [коричневый]
• 27 - DS18B20 + (V-дюйм) - [коричневый]
• 34 - Датчик ветра (TMP) - [голубой]
• 35 - Датчик ветра (RV) - [оранжевый]
• VIN - USB-кабель (+ 5V) - [красный]
• GND - USB-кабель (GND) - [черный]

Датчики Si7021, BH1750 и DS18B20 + получают питание через вывод IO ESP32. Это возможно, потому что их максимальная текущая тяга ниже максимального тока питания ESP на вывод, и это необходимо для возможности сбросить датчики, отключив их питание в случае ошибок связи датчиков. См. Код ESP и комментарии для получения дополнительной информации.

Датчики Si7021 и BH1750, так же как и USB-кабель, должны быть спаяны с кабелями, уже пропущенными через специальные отверстия в корпусе, чтобы обеспечить сборку на следующем этапе. Компактные стыковые соединители WAGO используются для подключения устройств к источнику питания с помощью кабеля USB. Все питаются от 5 В постоянного тока от USB, который работает с логическим уровнем ESP32 на 3, 3 В. По желанию, контакты кабеля micro USB могут быть повторно подключены к разъему micro USB и подключены к micro USB ESP. сокет, в качестве входа питания и подключения данных для передачи кода на ESP32, пока корпус закрыт. В противном случае, если он подключен, как показано на схеме, потребуется еще один неповрежденный кабель micro USB для первоначальной передачи кода в ESP перед сборкой корпуса.

Датчик температуры Si7021 приклеен к тыльной стороне корпуса, ближе к низу. Очень важно прикрепить этот датчик ближе к дну, чтобы избежать ложных показаний температуры, вызванных выделением тепла внутри корпуса. См. Раздел «Эпилог» для получения дополнительной информации об этой проблеме. Датчик освещенности BH1750 приклеивается к верхней пластине, а датчик ветра вставляется и устанавливается в прорезь на противоположной стороне. Если он подходит слишком плохо, немного ленты вокруг центральной части датчика помогает удерживать его на месте. Датчик температуры DS18B20 вставляется через верхний подступенок в мяч для настольного тенниса с конечной позицией в центре мяча. Внутренняя часть верхнего стояка заполнена изоляционной ватой, а нижнее отверстие заклеено лентой или горячим клеем, чтобы предотвратить кондуктивную или конвективную теплопередачу к глобусу. Светодиод крепится к стальному круглому отверстию вниз, чтобы освещать нижнюю пластину.

Все провода, соединители и ESP32 входят в основной корпус, и все части корпуса собираются вместе при окончательной сборке.

Шаг 7. Программное обеспечение - конфигурация ESP, PHP и MariaDB

Микроконтроллер ESP32 можно запрограммировать с помощью Arduino IDE и библиотеки ESP32 Core, предоставленной Espressif. В Интернете доступно множество руководств о том, как настроить IDE для совместимости с ESP32, например здесь.

После настройки прикрепленный код передается в ESP32. Он комментируется для облегчения понимания, но некоторые ключевые особенности:

• В начале он имеет раздел «конфигурация пользователя», в котором должны быть установлены отдельные переменные, такие как идентификатор и пароль WiFi, IP-адрес сервера базы данных, а также желаемые показания данных и период отправки. Он также включает в себя переменную «регулировки нулевого ветра», которая может использоваться для корректировки показаний нулевой скорости ветра до 0 в случае нестабильного источника питания.
• Код включает средние калибровочные коэффициенты, определенные авторами на основе калибровки десяти существующих сенсорных станций. См. Раздел «Эпилог» для получения дополнительной информации и возможных индивидуальных настроек.
• Различные способы обработки ошибок включены в несколько разделов кода. Особенно эффективное обнаружение и обработка ошибок связи по шине, которые часто возникают на контроллерах ESP32. Опять же, см. Раздел «Эпилог» для получения дополнительной информации.
• Он имеет цветной светодиодный выход, показывающий текущее состояние сенсорной станции и любые ошибки. См. Шаг «Результаты» для получения дополнительной информации.

Прикрепленный файл PHP должен быть установлен и доступен в корневой папке сервера базы данных по адресу serverIP / sensor.php. Имя файла PHP и содержимое обработки данных должны совпадать с кодом функции вызова ESP и, с другой стороны, соответствовать настройке таблицы базы данных, чтобы можно было сохранять показания данных. Прилагаемые примеры кодов совпадают, но в случае изменения некоторых переменных их необходимо изменить во всей системе. Файл PHP включает в себя раздел настройки в начале, в котором отдельные настройки выполняются в соответствии со средой системы, особенно с именем пользователя и паролем базы данных, а также с именем базы данных.

База данных MariaDB или SQL настраивается на одном сервере в соответствии с настройкой таблицы, используемой в коде сенсорной станции и сценарии PHP. В примере кода имя базы данных MariaDB - «сенсорная станция» с таблицей «данные», которая содержит 13 столбцов для UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, и IllumMax.

Платформа аналитики и мониторинга Grafana может быть дополнительно установлена на сервере в качестве опции для прямой визуализации базы данных. Это не ключевая особенность данной разработки, поэтому в данном руководстве она не описывается.

Шаг 8: Результаты - чтение и проверка данных

После выполнения всех подключений, сборки, программирования и настройки среды сенсорная станция периодически отправляет показания данных в базу данных. При подаче питания цвет нижнего светодиода указывает на несколько рабочих состояний:

• Во время загрузки светодиодный индикатор горит желтым цветом, указывая на ожидание подключения к Wi-Fi.
• Когда и пока подключены, индикатор горит синим.
• Сенсорная станция обрабатывает показания датчиков и периодически отправляет их на сервер. Каждая успешная передача обозначается импульсом зеленого света длительностью 600 мс.
• В случае ошибок индикатор будет окрашиваться в красный, фиолетовый или желтоватый цвет в зависимости от типа ошибки. По истечении определенного времени или количества ошибок сенсорная станция сбрасывает все датчики и автоматически перезагружается, что снова обозначается желтым светом при загрузке. См. Код ESP32 и комментарии для получения дополнительной информации о цветах индикаторов.

После завершения этого последнего шага сенсорная станция работает и работает непрерывно. На сегодняшний день в уже упомянутом умном офисе Living Lab установлена и работает сеть из 10 сенсорных станций.

Шаг 9: Альтернатива: автономная версия

Разработка CoMoS продолжается, и первым результатом этого непрерывного процесса является автономная версия. Эта версия CoMoS не требует сервера базы данных и сети Wi-Fi для мониторинга и записи данных об окружающей среде.

Новые ключевые функции:

• Данные хранятся на внутренней микро SD-карте в формате CSV, удобном для Excel.
• Встроенная точка доступа Wi-Fi для доступа к CoMoS с любого мобильного устройства.
• Веб-приложение (внутренний веб-сервер на ESP32, подключение к Интернету не требуется) для оперативных данных, настроек и доступа к хранилищу с прямой загрузкой файла с SD-карты, как показано на рисунке и скриншотах, приложенных к этому шагу.

Это заменяет Wi-Fi и соединение с базой данных, в то время как все остальные функции, включая калибровку, а также весь дизайн и конструкция, остаются нетронутыми по сравнению с исходной версией. Тем не менее, автономный CoMoS требует опыта и дополнительных знаний о том, как получить доступ к внутренней системе управления файлами «SPIFFS» ESP32, а также небольшого знания HTML, CSS и Javascript, чтобы понять, как работает веб-приложение. Также для работы требуется еще несколько / разных библиотек.

Пожалуйста, проверьте код Arduino в прикрепленном zip-файле на наличие необходимых библиотек и следующие ссылки для получения дополнительной информации о программировании и загрузке в файловую систему SPIFFS:

Библиотека SPIFFS от espressif

Загрузчик файлов SPIFFS от me-no-dev

Библиотека ESP32WebServer от Pedroalbuquerque

Эта новая версия сделает совершенно новое руководство, которое может быть опубликовано в будущем. Но пока, особенно для более опытных пользователей, мы не хотим упускать шанс поделиться основной информацией и файлами, необходимыми для его настройки.

Быстрые шаги по созданию автономного CoMoS:

• Постройте корпус в соответствии с предыдущим шагом. При желании можно распечатать на 3D-принтере дополнительный футляр для кард-ридера micro SC, который будет прикреплен к футляру CoMoS. Если у вас нет 3D-принтера, кард-ридер также можно разместить внутри основного корпуса CoMoS, не беспокойтесь.
• Подключите все датчики, как описано ранее, но, кроме того, установите и подключите устройство чтения карт micro SD (amazon.com) и часы реального времени DS3231 (adafruit.com), как показано на схеме подключения, прилагаемой к этому шагу. Примечание: контакты подтягивающего резистора и oneWire отличаются от оригинальной схемы подключения!
• Проверьте код Arduino и настройте переменные точки доступа Wi-Fi «ssid_AP» и «password_AP» в соответствии с вашими личными предпочтениями. Если не изменить, стандартный SSID - «CoMoS_AP», а пароль - «12345678».
• Вставьте карту micro SD, загрузите код, загрузите содержимое папки «data» в ESP32 с помощью загрузчика файлов SPIFFS и подключите любое мобильное устройство к точке доступа WiFi.
• Перейдите к «192.168.4.1» в своем мобильном браузере и наслаждайтесь!

Все приложение основано на HTML, CSS и JavaScript. Он местный, подключение к Интернету не требуется и не требуется. В приложении есть боковое меню для доступа к странице настроек и странице памяти. На странице настройки вы можете настроить наиболее важные параметры, такие как местная дата и время, интервал показаний датчика и т. Д. Все настройки будут постоянно храниться во внутренней памяти ESP32 и восстанавливаться при следующей загрузке. На странице памяти доступен список файлов на SD-карте. Щелчок по имени файла инициирует прямую загрузку файла CSV на мобильное устройство.

Эта система позволяет осуществлять индивидуальный и удаленный мониторинг условий окружающей среды в помещении. Все показания датчиков периодически сохраняются на SD-карте, а новые файлы создаются для каждого нового дня. Это обеспечивает непрерывную работу в течение недель или месяцев без доступа или обслуживания. Как упоминалось ранее, это все еще продолжающиеся исследования и разработки. Если вас интересуют дополнительные сведения или помощь, не стесняйтесь обращаться к соответствующему автору в комментариях или напрямую через LinkedIn.

Шаг 10: Эпилог - известные проблемы и перспективы

Сенсорная станция, описанная в этом руководстве, является результатом длительного и непрерывного исследования. Цель состоит в том, чтобы создать надежную, точную, но недорогую сенсорную систему для условий окружающей среды внутри помещений. Это привело к возникновению ряда серьезных проблем, наиболее очевидные из которых следует упомянуть здесь:

Точность датчика и калибровка

Все датчики, используемые в этом проекте, предлагают относительно высокую точность при низкой или умеренной стоимости. Большинство из них оснащены внутренним шумоподавлением и интерфейсами цифровой шины для связи, что снижает необходимость калибровки или регулировки уровня. В любом случае, поскольку датчики установлены внутри или на корпусе с определенными атрибутами, авторами была выполнена калибровка всей сенсорной станции, как вкратце показано на прилагаемых рисунках. В общей сложности десять сенсорных станций одинаковой конструкции были протестированы в определенных условиях окружающей среды и сравнивались с профессиональным датчиком внутреннего климата TESTO 480. Из этих прогонов были определены калибровочные коэффициенты, включенные в пример кода. Они позволяют просто компенсировать влияние корпуса и электроники на отдельные датчики. Для достижения максимальной точности рекомендуется индивидуальная калибровка для каждой сенсорной станции. Калибровка этой системы является вторым направлением исследований авторов, помимо разработки и строительства, описанных в этом руководстве. Это обсуждается в дополнительной связанной публикации, которая все еще проходит рецензирование и будет размещена здесь, как только она появится в сети. Дополнительную информацию по этой теме можно найти на сайте авторов.

Стабильность работы ESP32

Не все библиотеки датчиков на основе Arduino, используемые в этом коде, полностью совместимы с платой ESP32. Этот вопрос широко обсуждался во многих местах в Интернете, особенно в отношении стабильности связи I2C и OneWire. В этой разработке выполняется новое комбинированное обнаружение и обработка ошибок, основанное на питании датчиков напрямую через контакты ввода-вывода ESP32, что позволяет отключать их питание с целью сброса. С сегодняшней точки зрения это решение не было представлено или широко не обсуждается. Он был рожден по необходимости, но на сегодняшний день работает без сбоев в течение нескольких месяцев и более. Тем не менее, это все еще тема для исследований.

Перспективы

Наряду с этим, авторы проводят дальнейшие письменные публикации и презентации на конференциях для распространения разработки и создания широкого приложения с открытым исходным кодом. Тем временем продолжаются исследования по дальнейшему совершенствованию сенсорной станции, особенно в отношении конструкции и возможности изготовления системы, а также калибровки и проверки системы. Это руководство может быть обновлено о важных будущих разработках, но для получения всей актуальной информации посетите веб-сайт авторов или свяжитесь с авторами напрямую через LinkedIn:

автор-корреспондент: Матиас Киммлинг

второй автор: Конрад Лауэнрот

наставник исследования: профессор Сабина Хоффманн

Вторая премия в номинации «Автор впервые»