Si të ndërtoni një stacion sensori monitorimi të rehatisë: 10 hapa (me fotografi)

2025 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2025-01-13 06:58

Ky udhëzues përshkruan projektimin dhe ndërtimin e të ashtuquajturit Comfort Monitoring Station CoMoS, një pajisje e kombinuar me sensorë për kushtet e ambientit, që u zhvillua në departamentin e Mjedisit të Ndërtuar në TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Gjermani.

CoMoS përdor një kontrollues ESP32 dhe sensorë për temperaturën e ajrit dhe lagështinë relative (Si7021), shpejtësinë e ajrit (sensori i erës rev. C nga Pajisja Moderne) dhe temperaturën e globit (DS18B20 në një llambë të zezë), të gjitha në një kompakt, të lehtë për t'u përdorur kasë ndërtimi me reagime vizuale përmes një treguesi LED (WS2812B). Për më tepër, një sensor ndriçimi (BH1750) është përfshirë për të analizuar gjendjen vizuale lokale. Të gjitha të dhënat e sensorit lexohen periodikisht dhe dërgohen përmes Wi-Fi në një server të bazës së të dhënave, nga ku mund të përdoren për monitorim dhe kontrolle.

Motivimi prapa këtij zhvillimi është që të merrni një alternativë me kosto të ulët por shumë të fuqishme për pajisjet e sensorëve laboratorikë, të cilat zakonisht janë me një çmim mbi 3000 €. Në të kundërt, CoMoS përdor pajisje me një çmim të përgjithshëm rreth 50 € dhe prandaj mund të vendoset në mënyrë gjithëpërfshirëse në ndërtesa (zyra) për përcaktimin në kohë reale të gjendjes individuale termike dhe vizuale në çdo vend pune ose seksion të ndërtesës.

Për më shumë informacion në lidhje me hulumtimin tonë dhe punën e lidhur në departament, shikoni faqen zyrtare të internetit të hapësirës së zyrës së zgjuar të Living Lab ose kontaktoni autorin përkatës direkt përmes LinkedIn. Të gjithë kontaktet e autorëve janë renditur në fund të këtij udhëzuesi.

Shënim strukturor: Ky udhëzues përshkruan konfigurimin origjinal të CoMoS, por gjithashtu siguron informacion dhe udhëzime për disa variacione që kemi zhvilluar kohët e fundit: Përveç kutisë origjinale të ndërtuar nga pjesë standarde, ekziston edhe një opsion i printuar 3D. Dhe përveç pajisjes origjinale me lidhje serveri të bazës së të dhënave, ekziston një version alternativ më vete me ruajtje të kartës SD, pikë hyrje të integruar WIFi dhe një aplikacion mobil të zbukuruar për të vizualizuar leximet e sensorit. Ju lutemi kontrolloni opsionet e shënuara në kapitujt përkatës dhe opsionin më vete në kapitullin përfundimtar.

Shënim personal: Ky është udhëzimi i parë i autorit dhe mbulon një konfigurim mjaft të detajuar dhe kompleks. Ju lutemi mos hezitoni të kontaktoni përmes seksionit të komenteve të kësaj faqeje, me e-mail, ose nëpërmjet LinkedIn, nëse ka ndonjë hollësi ose informacion që mungon gjatë gjithë hapave.

Hapi 1: Sfondi - Komoditet termik dhe vizual

Komoditeti termik dhe vizual janë bërë tema gjithnjë e më të rëndësishme, veçanërisht në mjediset e zyrave dhe vendeve të punës, por edhe në sektorin e banimit. Sfida kryesore në këtë fushë është se perceptimi termik i individëve shpesh ndryshon në një gamë të gjerë. Një person mund të ndihet i nxehtë në një gjendje të caktuar termike, ndërsa një person tjetër ndihet i ftohtë në të njëjtën gjë. Kjo sepse perceptimi termik individual ndikohet nga shumë faktorë, përfshirë faktorët fizikë të temperaturës së ajrit, lagështisë relative, shpejtësisë së ajrit dhe temperaturës rrezatuese të sipërfaqeve përreth. Por gjithashtu, veshja, aktiviteti metabolik dhe një aspekt individual i moshës, gjinisë, masës trupore dhe më shumë, ndikojnë në perceptimin termik.

Ndërsa faktorët individualë mbeten një pasiguri përsa i përket kontrolleve të ngrohjes dhe ftohjes, faktorët fizikë mund të përcaktohen saktësisht nga pajisjet sensor. Temperatura e ajrit, lagështia relative, shpejtësia e ajrit dhe temperatura e globit mund të maten dhe përdoren si një kontribut i drejtpërdrejtë në kontrollet e ndërtesës. Për më tepër, në një qasje më të detajuar, ato mund të përdoren si hyrje për të llogaritur të ashtuquajturin indeks PMV, ku PMV qëndron për Votën Mesatare të Parashikuar. Ai përshkruan sesi njerëzit mesatarisht do të vlerësonin ndjesinë e tyre termike në kushte të caktuara të dhomës së ambientit. PMV mund të marrë vlera nga -3 (e ftohtë) në +3 (e nxehtë), me 0 që është një gjendje neutrale.

Pse e përmendim atë PMV-gjë këtu? Epo, sepse në fushën e rehatisë personale është një indeks i përdorur zakonisht që mund të shërbejë si një kriter cilësor për situatën termike në një ndërtesë. Dhe me CoMoS, të gjithë parametrat e ambientit të kërkuar për llogaritjen e PMV mund të maten.

Nëse jeni të interesuar, mësoni më shumë për komoditetin termik, kontekstin e globit dhe temperaturën mesatare rrezatuese, indeksin PMV dhe zbatimin e standardit ASHRAE në

Wikipedia: Komoditet termik

ISO 7726 Ergonomia e mjedisit termik

ASHRAE OJF

Nga rruga: Ka shumë pajisje ekzistuese, por edhe të reja të zhvilluara rishtazi në fushën e mjedisit të personalizuar për të siguruar komoditet termik dhe vizual individual. Tifozët e vegjël të desktopit janë një shembull i mirënjohur. Por gjithashtu, ngrohësit e këmbëve, karriget e nxehta dhe të ajrosura, ose ndarjet e zyrave për ngrohje dhe ftohje me rrezatim IR janë duke u zhvilluar ose madje tashmë të disponueshme në treg. Të gjitha këto teknologji ndikojnë në gjendjen termike lokale, në një vend pune për shembull, dhe ato mund të kontrollohen automatikisht bazuar në të dhënat e sensorit lokal, gjithashtu, siç ilustrohet në fotografitë e këtij hapi.

Më shumë informacion në lidhje me pajisjet e mjedisit të personalizuar dhe hulumtimet e vazhdueshme janë në dispozicion në

Living Lab hapësirë e zgjuar zyre: Mjedis i Personalizuar

Universiteti i Kalifornisë, Berkeley

Raporti ZEN për ngrohjen personale dhe pajisjet ftohëse [PDF]

Universiteti SBRC i Wollongong

Hapi 2: Skema e Sistemit

Një nga qëllimet kryesore në procesin e zhvillimit ishte krijimi i një pajisjeje sensori pa tel, kompakte dhe të lirë për të matur kushtet mjedisore të brendshme të të paktën dhjetë vendeve të punës individuale në një hapësirë të caktuar zyre. Prandaj, stacioni përdor një ESP32-WROOM-32 me lidhje WiFi në bord dhe me një larmi të madhe kunjash lidhës dhe lloje autobusi të mbështetur për të gjitha llojet e sensorëve. Stacionet e sensorit përdorin një IoT-WiFi të veçantë dhe i dërgojnë leximet e të dhënave të tyre në një bazë të dhënash MariaDB përmes një skripti PHP që funksionon në serverin e bazës së të dhënave. Opsionale, mund të instalohet edhe një dalje vizuale Grafana e lehtë për t’u përdorur.

Skema e mësipërme tregon rregullimin e të gjithë përbërësve periferikë si një përmbledhje të konfigurimit të sistemit, por kjo e udhëzueshme përqendrohet në vetë stacionin e sensorit. Sigurisht, skedari PHP dhe një përshkrim i lidhjes SQL përfshihet më vonë, gjithashtu, për të siguruar të gjithë informacionin e nevojshëm për të ndërtuar, lidhur dhe përdorur CoMoS.

Shënim: në fund të këtij udhëzuesi mund të gjeni udhëzime se si të krijoni një version alternativ të pavarur të CoMoS me ruajtje të kartës SD, pikë hyrje të brendshme WiFi dhe një aplikacion në internet për pajisjet mobile.

Hapi 3: Lista e Furnizimit

Elektronikë

Sensorë dhe kontrollues, siç tregohet në figurë:

• Mikrokontrollues ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Sensori i temperaturës dhe lagështisë Si7021 ose GY21 (adafruit.com) [B]
• Sensori i temperaturës DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Rev C. sensori i shpejtësisë së ajrit (moderndevice.com) [D]
• LED i statusit WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Sensori i ndriçimit BH1750 (amazon.de) [F]

Më shumë pjesë elektrike:

• Rezistencë tërheqëse 4, 7k (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (ose të ngjashme) tela standarde (adafruit.com)
• 2 x lidhje lidhëse kompakte Wago (wago.com)
• Kabllo mikro USB (sparkfun.com)

Pjesët e kutisë (Gjeni informacion më të detajuar për këto pjesë dhe madhësi në hapin tjetër. Nëse keni një printer 3D në dispozicion, ju nevojitet vetëm një top pingpongu. Kaloni hapin tjetër dhe gjeni të gjitha informacionet dhe skedarët për printim në hapin 5.)

• Pllakë akrilike e rrumbullakët 50x4 mm [1]
• Pllakë çeliku e rrumbullakët 40x10 mm [2]
• Tub akrilik 50x5x140 mm [3]
• Pllakë akrilike e rrumbullakët 40x5 mm [4]
• Tub akrilik 12x2x50 mm [5]
• Top pingpongu [6]

Të ndryshme

• Llak me bojë të bardhë
• Llak bojë mat i zi
• Disa kaseta
• Pak lesh izolues, një jastëk pambuku, apo diçka të ngjashme

Mjetet

• Stërvitje me energji elektrike
• Stërvitje vjedhëse 8 mm
• Stërvitje druri/plastike 6 mm
• Stërvitje druri/plastike 12 mm
• Sharrë dore e hollë
• Letër zmerile
• Pincë për prerjen e telave
• Zhveshës me tela
• Saldim hekuri dhe kallaji
• Armë ngjitëse ose armë ngjitëse e nxehtë

Softuerët dhe bibliotekat (Numrat tregojnë versionet e bibliotekës me të cilat kemi përdorur dhe testuar harduerin. Bibliotekat më të reja duhet të funksionojnë gjithashtu, por ne u përballëm me disa çështje herë pas here ndërsa provonim versione të ndryshme / më të reja.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Biblioteka kryesore
• Biblioteka BH1750FVI
• Biblioteka Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Biblioteka Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Biblioteka e temperaturës Dallas (3.7.9)
• Biblioteka OneWire (2.3.3)

Hapi 4: Projektimi dhe Ndërtimi i Rastit - Opsioni 1

Dizajni i CoMoS përmban një kuti të hollë, vertikale me shumicën e sensorëve të montuar në zonën e sipërme, me vetëm sensorin e temperaturës dhe lagështisë të montuar pranë pjesës së poshtme. Pozicionet dhe aranzhimet e sensorit ndjekin kërkesat specifike të variablave të matur:

• Sensori i temperaturës dhe lagështisë Si7021 është montuar jashtë kasës, pranë fundit të tij, për të lejuar qarkullimin e lirë të ajrit rreth sensorit dhe për të minimizuar ndikimin e nxehtësisë së mbeturinave të evoluar nga mikrokontrolluesi brenda kasës.
• Sensori i ndriçimit BH1750 është montuar në pjesën e sipërme të kutisë, për të matur ndriçimin në një sipërfaqe horizontale siç kërkohet nga standardet e zakonshme për ndriçimin në vendin e punës.
• Sensori i erës Rev. C është gjithashtu i montuar në pjesën e sipërme të kasës, me elektronikën e tij të fshehur brenda kasës, por gishtat e tij, të cilët mbajnë anemometrin termik dhe sensorin e temperaturës aktuale, të ekspozuar ndaj ajrit rreth pjesës së sipërme.
• Sensori i temperaturës DS18B20 është montuar në krye të stacionit, brenda një topi pingpongu të lyer me ngjyrë të zezë. Pozicioni në krye është i nevojshëm për të minimizuar faktorët e shikimit dhe për këtë arsye ndikimin rrezatues të vetë stacionit të sensorit në matjen e temperaturës së globit.

Burime shtesë në lidhje me temperaturën mesatare rrezatuese dhe përdorimin e topave të tenisit të zi të tryezës si sensorë të temperaturës së globit janë:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Përshtatshmëria e termometrave akrilik dhe bakri të globit për cilësimet ditore të jashtme. Ndërtimi dhe Mjedisi. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de I dashur, Richard. (1987). Termometrat e globit të ping-pongut për temperaturën mesatare rrezatuese. H & Eng.,. 60. 10-12.

Rasti është projektuar thjeshtë, për të mbajtur kohën dhe përpjekjen e prodhimit sa më të ulët të jetë e mundur. Mund të ndërtohet lehtësisht nga pjesë dhe përbërës standardë me vetëm disa mjete dhe aftësi të thjeshta. Ose, për ata që kanë fatin të kenë një printer 3D në shërbimin e tyre, të gjitha pjesët e kutisë mund të printohen gjithashtu. Për printimin e kasës, pjesa tjetër e këtij Hapi mund të anashkalohet dhe të gjithë skedarët dhe udhëzimet e kërkuara mund të gjenden në Hapin tjetër.

Për ndërtimin nga pjesët standarde, dimensionet e montimit zgjidhen për shumicën e tyre:

• Trupi kryesor është një tub akrilik (PMMA) me diametër të jashtëm 50 mm, trashësi muri 5 mm dhe një lartësi prej 140 mm.
• Pllaka e poshtme, e cila shërben si përcjellës i dritës për statusin LED, është një pllakë e rrumbullakët akrilike me diametër 50 mm dhe një trashësi prej 4 mm.
• Një rrumbullak çeliku me një diametër prej 40 mm dhe një trashësi prej 10 mm është instaluar si një peshë mbi pllakën e poshtme dhe përshtatet brenda skajit të poshtëm të tubit kryesor të trupit për të parandaluar që stacioni të rrëzohet dhe të mbajë pllakën e poshtme në vend.
• Pllaka e sipërme përshtatet edhe brenda tubit kryesor të trupit. Madeshtë bërë nga PMMA dhe ka një diametër prej 40 mm dhe një trashësi prej 5 mm.
• Së fundi, tubi i sipërm i ngritjes është gjithashtu PMMA, me një diametër të jashtëm 10 mm, një trashësi muri 2 mm dhe një gjatësi prej 50 mm.

Procesi i prodhimit dhe montimit është i thjeshtë, duke filluar me disa vrima për të shpuar. Rrethi i çelikut ka nevojë për një vrimë të vazhdueshme 8 mm, për të përshtatur LED dhe kabllot. Tubi kryesor i trupit ka nevojë për disa vrima 6 mm, si kalim i kabllove për kabllot USB dhe sensorë, dhe si vrima ventilimi. Numri dhe pozicionet e vrimave mund të ndryshojnë sipas preferencës tuaj. Zgjedhja e zhvilluesve është gjashtë vrima në pjesën e pasme, afër lart dhe poshtë, dhe dy në anën e përparme, një sipër, një fund përsëri, si referencë.

Pllaka e sipërme është pjesa më e ndërlikuar. Ajo ka nevojë për një tërësi të përqendruar, të drejtë dhe të vazhdueshme 12 mm për të përshtatur tubin e ngritësit të sipërm, një vrimë tjetër 6 mm të përqendruar për të përshtatur kabllon e sensorit të ndriçimit dhe një çarje të hollë me gjerësi afërsisht 1, 5 mm dhe gjatësi 18 mm për t'iu përshtatur erës sensori. Shikoni fotot për referencë. Dhe së fundi, topit të pingpongut i duhet një tërësi 6 mm, gjithashtu, për t'iu përshtatur sensorit dhe kabllos së temperaturës së globit.

Në hapin tjetër, të gjitha pjesët PMMA, përveç pllakës së poshtme, duhet të lyhen me llak, referenca është e bardhë. Topi i pingpongut duhet të pikturohet në të zezë mat për të përcaktuar atributet e tij të vlerësuara termike dhe optike.

Raundi i çelikut është ngjitur në qendër dhe i sheshtë në pllakën e poshtme. Tubi i ngritësit të lartë është ngjitur në vrimën 12 mm të pllakës së sipërme. Topi i pingpongut është ngjitur në pjesën e sipërme të ngritësit, me vrimën e tij që përputhet me hapjen e brendshme të tubit të ngritësit, kështu që sensori i temperaturës dhe kablli mund të futen në top më pas përmes tubit të ngritësit.

Me këtë hap të bërë, të gjitha pjesët e kasës janë gati për tu montuar duke i bashkuar ato. Nëse disa përshtaten shumë fort, lërini ato pak, nëse janë shumë të lirshme, shtoni një shtresë të hollë kasetë.

Hapi 5: Projektimi dhe Ndërtimi i Rastit - Opsioni 2

Ndërsa opsioni 1 i ndërtimit të rastit të CoMoS është ende i shpejtë dhe i thjeshtë, të lejosh që një printer 3D të bëjë punën mund të jetë edhe më i lehtë. Gjithashtu për këtë opsion, kasa është e ndarë në tre pjesë, sipër, trupi i kasës dhe pjesa e poshtme, për të lejuar instalime dhe montim të lehtë siç përshkruhet në Hapin tjetër.

Skedarët dhe informacionet e tjera mbi cilësimet e printerit jepen në Thingiverse:

Skedarët CoMoS në Thingiverse

Rekomandohet shumë të ndiqni udhëzimet për përdorimin e filamentit të bardhë për pjesët e sipërme dhe të trupit. Kjo parandalon që rasti të nxehet shumë shpejt në rrezet e diellit dhe shmang matjet e rreme. Filamenti transparent duhet të përdoret për pjesën e poshtme për të lejuar ndriçimin e treguesit LED.

Një tjetër ndryshim nga Opsioni 1 është se mungon raundi metalik. Për të parandaluar përmbysjen e CoMoS, çdo lloj peshe si topa mbajtës ose një tufë rondele metalike duhet të vendosen në/në pjesën e poshtme transparente. Shtë projektuar me një skaj përreth që të përshtatet dhe të mbajë një peshë. Përndryshe, CoMoS mund të ngjitet në vendin e instalimit duke përdorur shirit të dyanshëm.

Shënim: Dosja Thingiverse përfshin skedarë për një kuti të lexuesit të kartave micro SD të cilat mund të montohen në kasën CoMoS. Ky rast është opsional dhe është pjesë e versionit më vete të përshkruar në hapin e fundit të këtij udhëzuesi.

Hapi 6: Instalimet dhe montimi

ESP, sensorët, kablloja LED dhe USB bashkohen dhe lidhen sipas qarkut skematik të treguar në fotografitë e këtij hapi. Caktimi PIN që përputhet me kodin shembull të përshkruar më vonë është:

• 14 - Rivendos urën (EN) - [gri]
• 17 - WS2811 (LED) - [jeshile]
• 18 - rezistencë tërheqëse për DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (Një tela) - [vjollce]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [blu]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [e verdhë]
• 25 - BH1750 (V -në) - [kafe]
• 26 - SI7021 (V -në) - [kafe]
• 27 - DS18B20+ (V -në) - [kafe]
• 34 - Sensori i erës (TMP) - [cian]
• 35 - Sensori i erës (RV) - [portokalli]
• VIN - kabllo USB (+5V) - [e kuqe]
• GND - Kabllo USB (GND) - [e zezë]

Sensorët Si7021, BH1750 dhe DS18B20+ mundësohen përmes një kunji IO të ESP32. Kjo është e mundur sepse drafti i tyre maksimal aktual është nën furnizimin maksimal aktual të ESP për pin, dhe i nevojshëm për të qenë në gjendje të rivendosni sensorët duke ndërprerë furnizimin me energji në rast të gabimeve të komunikimit të sensorit. Shikoni kodin dhe komentet ESP për më shumë informacion.

Sensorët Si7021 dhe BH1750, njësoj si kablli USB, duhet të ngjiten me kabllot e vendosur tashmë në vrimat e kutisë së dedikuar për të lejuar montimin në hapin tjetër. Lidhësit kompaktë të bashkimit WAGO përdoren për të lidhur pajisjet në furnizimin me energji nga kabllo USB. Të gjithë mundësohen nga 5 V DC nga USB, i cili punon me nivelin logjik të ESP32 në 3, 3 V. Opsionale, kunjat e të dhënave të kabllos mikro USB mund të lidhen përsëri me prizën e mikro USB dhe të lidhen me mikro USB të ESP prizë, si hyrje e energjisë dhe lidhje e të dhënave për të transferuar kodin në ESP32 ndërsa rasti është i mbyllur. Përndryshe, nëse lidhet siç tregohet në skemë, nevojitet një kabllo tjetër mikro USB e paprekur për të transferuar fillimisht kodin në ESP para montimit të kasës.

Sensori i temperaturës Si7021 është ngjitur në anën e pasme të kutisë, afër fundit. Veryshtë shumë e rëndësishme ta lidhni këtë sensor afër fundit, për të shmangur leximet e rreme të temperaturës të shkaktuara nga nxehtësia e evoluar brenda kasës. Shih hapin Epilog për më shumë informacion në lidhje me këtë çështje. Sensori i ndriçimit BH1750 është ngjitur në pllakën e sipërme, dhe sensori i erës futet dhe përshtatet i montuar në çarjen në anën e kundërt. Nëse i përshtatet shumë humbjes, pak shirit rreth pjesës qendrore të sensorit ndihmon për ta mbajtur atë në pozicion. Sensori i temperaturës DS18B20 futet përmes ngritësit të lartë në topin e pingpongut, me një pozicion përfundimtar në qendër të topit. Pjesa e brendshme e ngritësit të sipërm është e mbushur me lesh izolimi dhe hapja e poshtme është e mbyllur me shirit ose ngjitës të nxehtë, për të parandaluar transferimin e nxehtësisë përcjellëse ose konvektive në glob. LED është bashkangjitur në vrimën e rrumbullakët të çelikut me fytyrë poshtë për të ndriçuar pllakën e poshtme.

Të gjitha telat, lidhësit e bashkimit dhe ESP32 futen brenda kutisë kryesore dhe e gjithë pjesa e kutisë vendosen së bashku në montimin përfundimtar.

Hapi 7: Softuer - Konfigurimi ESP, PHP dhe MariaDB

Mikrokontrolluesi ESP32 mund të programohet duke përdorur Arduino IDE dhe bibliotekën ESP32 Core të ofruara nga Espressif. Ka shumë mësime në dispozicion në internet se si të konfiguroni IDE për pajtueshmërinë ESP32, për shembull këtu.

Pasi të vendoset, kodi i bashkangjitur transferohet në ESP32. Komentohet në të gjithë për kuptim të lehtë, por disa veçori kryesore janë:

• Ajo ka një seksion "konfigurimi i përdoruesit" në fillim, në të cilin duhet të vendosen variabla individualë, të tillë si ID dhe fjalëkalim WiFi, IP i serverit të bazës së të dhënave, dhe leximet e dëshiruara të të dhënave dhe periudha e dërgimit. Ai gjithashtu përfshin një ndryshore "rregullimi i erës zero" që mund të përdoret për të rregulluar leximet e shpejtësisë zero të erës në 0 në rast të një furnizimi me energji jo të qëndrueshme.
• Kodi përfshin faktorët mesatar të kalibrimit të përcaktuar nga autorët nga kalibrimi i dhjetë stacioneve ekzistuese të sensorëve. Shih hapin Epilog për më shumë informacion dhe përshtatje të mundshme individuale.
• Trajtimi i gabimeve të ndryshme përfshihet në disa seksione të kodit. Sidomos një zbulim dhe trajtim efektiv i gabimeve të komunikimit me autobus që ndodhin shpesh në kontrolluesit ESP32. Përsëri, shihni hapin e Epilogut për më shumë informacion.
• Ajo ka një dalje ngjyrash LED për të treguar gjendjen aktuale të stacionit të sensorit dhe çdo gabim. Shikoni hapin Rezultatet për më shumë informacion.

Skedari i bashkangjitur PHP duhet të instalohet dhe të jetë i arritshëm në dosjen rrënjë të serverit të bazës së të dhënave, në serverIP/sensor.php. Emri i skedarit PHP dhe përmbajtja e trajtimit të të dhënave duhet të përputhen me kodin e funksionit të thirrjes të ESP dhe, nga ana tjetër, të përputhen me konfigurimin e tabelës së bazës së të dhënave, për të lejuar ruajtjen e leximeve të të dhënave. Kodet shembull të bashkangjitur përputhen, por në rast se ndryshoni disa ndryshore, ato duhet të ndryshohen në të gjithë sistemin. Skedari PHP përfshin një seksion rregullues në fillim, në të cilin bëhen rregullime individuale sipas mjedisit të sistemit, veçanërisht emri i përdoruesit dhe fjalëkalimi i bazës së të dhënave, dhe emri i bazës së të dhënave.

Një bazë të dhënash MariaDB ose SQL është ngritur në të njëjtin server, sipas konfigurimit të tabelës të përdorur në kodin e stacionit të sensorit dhe skriptit PHP. Në kodin shembull, emri i bazës së të dhënave MariaDB është "sensorstation" me një tabelë të quajtur "data", e cila përmban 13 kolona për UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, dhe IllumMax.

Një platformë analitike dhe monitoruese Grafana mund të instalohet shtesë në server si një opsion për vizualizimin e drejtpërdrejtë të bazës së të dhënave. Kjo nuk është një veçori kryesore e këtij zhvillimi, kështu që nuk përshkruhet më tej në këtë udhëzues.

Hapi 8: Rezultatet - Leximi dhe Verifikimi i të Dhënave

Me të gjitha instalimet elektrike, montimin, programimin dhe konfigurimin e mjedisit të bërë, stacioni i sensorit dërgon leximet e të dhënave periodikisht në bazën e të dhënave. Ndërsa fuqizohet, disa gjendje funksionimi tregohen përmes ngjyrës LED të poshtme:

• Gjatë nisjes, LED ndizet me ngjyrë të verdhë për të treguar lidhjen në pritje me WiFi.
• Kur dhe gjatë lidhjes, treguesi është blu.
• Stacioni i sensorit kryen leximet e sensorit dhe e dërgon atë në server në mënyrë periodike. Çdo transferim i suksesshëm tregohet nga një impuls i dritës jeshile prej 600 ms.
• Në rast të gabimeve, treguesi do të ketë ngjyrë të kuqe, vjollce ose të verdhë, sipas llojit të gabimit. Pas një kohe të caktuar ose një numri gabimesh, stacioni i sensorit rivendos të gjithë sensorët dhe rindizet automatikisht, përsëri i treguar nga një dritë e verdhë në nisje. Shikoni kodin dhe komentet ESP32 për më shumë informacion në lidhje me ngjyrat e treguesit.

Me këtë hap të fundit të bërë, stacioni i sensorit funksionon dhe funksionon vazhdimisht. Deri më sot, një rrjet prej 10 stacionesh sensor është instaluar dhe funksionon në hapësirën e zyrës së zgjuar të përmendur më parë Living Lab.

Hapi 9: Alternativa: Version i Vetëm

Zhvillimi i CoMoS vazhdon dhe rezultati i parë i këtij procesi të vazhdueshëm është një version më vete. Ky version i CoMoS nuk ka nevojë për një server të bazës së të dhënave dhe një rrjet WiFi për të monitoruar dhe regjistruar të dhënat e mjedisit.

Karakteristikat e reja kryesore janë:

• Leximet e të dhënave ruhen në kartën e brendshme mikro SD, në formatin CSV miqësor me Excel.
• Pikë aksesi e integruar WiFi për qasje në CoMoS nga çdo pajisje celulare.
• Aplikacioni i bazuar në ueb (serveri i brendshëm i uebit në ESP32, nuk kërkohet lidhje interneti) për të dhëna të drejtpërdrejta, cilësime dhe qasje në ruajtje me shkarkim të drejtpërdrejtë të skedarëve nga karta SD, siç tregohet në figurë dhe pamjet e ekranit të bashkangjitura në këtë hap.

Kjo zëvendëson lidhjen WiFi dhe bazën e të dhënave ndërsa të gjitha tiparet e tjera duke përfshirë kalibrimin dhe të gjithë projektimin dhe ndërtimin mbeten të paprekura nga versioni origjinal. Sidoqoftë, CoMoS i pavarur kërkon përvojë dhe njohuri të mëtejshme se si të qaseni në sistemin e brendshëm të menaxhimit të skedarëve "SPIFFS" të ESP32, dhe pak vetëdije për HTML, CSS dhe Javascript për të kuptuar se si funksionon aplikacioni në internet. Gjithashtu ka nevojë për disa biblioteka të tjera / të ndryshme për të punuar.

Ju lutemi kontrolloni kodin Arduino në skedarin zip të bashkangjitur për bibliotekat e kërkuara dhe referencat e mëposhtme për informacion të mëtejshëm mbi programimin dhe ngarkimin në sistemin e skedarëve SPIFFS:

Biblioteka SPIFFS nga espressif

Ngarkuesi i skedarëve SPIFFS nga me-no-dev

Biblioteka ESP32WebServer nga Pedroalbuquerque

Ky version i ri do të bënte një udhëzues krejtësisht të ri i cili mund të botohet në të ardhmen. Por tani për tani, veçanërisht për përdoruesit më me përvojë, ne nuk duam të humbasim mundësinë për të ndarë informacionin dhe skedarët bazë që ju nevojiten për ta konfiguruar atë.

Hapa të shpejtë për të ndërtuar një CoMoS më vete:

• Ndërtoni një rast sipas hapit të mëparshëm. Opsionale, printoni 3D një kasë shtesë që lexuesi i kartës mikro SC të bashkëngjitet në kasën CoMoS. Nëse nuk keni një printer 3D në dispozicion, lexuesi i kartave mund të vendoset gjithashtu brenda kutisë kryesore të CoMoS, pa u shqetësuar.
• Lidhni të gjithë sensorët siç përshkruhet më parë, por përveç kësaj, instaloni dhe lidhni një lexues të kartave micro SD (amazon.com) dhe një orë DS3231 në kohë reale (adafruit.com) siç tregohet në skemën e instalimeve elektrike të bashkangjitura në këtë hap. Shënim: Kunjat për rezistencën tërheqëse dhe oneWire ndryshojnë nga skema origjinale e instalimeve elektrike!
• Kontrolloni kodin Arduino dhe rregulloni variablat e pikës së hyrjes WiFi "ssid_AP" dhe "password_AP" sipas preferencës tuaj personale. Nëse nuk rregullohet, SSID standard është "CoMoS_AP" dhe fjalëkalimi është "12345678".
• Vendosni kartën micro SD, ngarkoni kodin, ngarkoni përmbajtjen e dosjes "të dhëna" në ESP32 duke përdorur ngarkuesin e skedarëve SPIFFS dhe lidhni çdo pajisje celulare me pikën e hyrjes WiFi.
• Shkoni te "192.168.4.1" në shfletuesin tuaj celular dhe kënaquni!

Aplikacioni bazohet i gjithi në html, css dhe javascript. Localshtë lokale, asnjë lidhje interneti nuk përfshihet ose kërkohet. Ajo përmban një meny anësore brenda aplikacionit për të hyrë në një faqe konfigurimi dhe një faqe kujtese. Në faqen e konfigurimit, ju mund të rregulloni cilësimet më të rëndësishme si data dhe ora lokale, intervali i leximit të sensorit, etj. Të gjitha cilësimet do të ruhen përgjithmonë në ruajtjen e brendshme të ESP32 dhe do të rikthehen në nisjen tjetër. Në faqen e kujtesës, një listë e skedarëve në kartën SD është e disponueshme. Klikimi i një emri skedari fillon një shkarkim direkt të skedarit CSV në pajisjen celulare.

Ky konfigurim i sistemit lejon monitorimin individual dhe të largët të kushteve të mjedisit të brendshëm. Të gjitha leximet e sensorëve ruhen në kartën SD periodikisht, me skedarë të rinj që krijohen për çdo ditë të re. Kjo lejon një operacion të vazhdueshëm për javë ose muaj pa qasje ose mirëmbajtje. Siç u përmend më parë, ky është ende një kërkim dhe zhvillim i vazhdueshëm. Nëse jeni të interesuar për detaje ose ndihmë të mëtejshme, ju lutemi mos hezitoni të kontaktoni autorin përkatës përmes komenteve ose drejtpërdrejt përmes LinkedIn.

Hapi 10: Epilogu - Çështje dhe Pikëpamje të njohura

Stacioni i sensorëve i përshkruar në këtë udhëzues është rezultat i një kërkimi të gjatë dhe të vazhdueshëm. Qëllimi është krijimi i një sistemi sensor të besueshëm, të saktë, por me kosto të ulët për kushtet mjedisore të brendshme. Kjo mbajti dhe mban disa sfida serioze, nga të cilat më të sigurtat duhet të përmenden këtu:

Saktësia dhe kalibrimi i sensorit

Sensorët e përdorur në këtë projekt të gjithë ofrojnë saktësi relativisht të lartë me kosto të ulët ose të moderuar. Shumica janë të pajisura me reduktim të brendshëm të zhurmës dhe ndërfaqe dixhitale të autobusit për komunikim, duke zvogëluar nevojën për kalibrim ose rregullime të nivelit. Gjithsesi, për shkak se sensorët janë instaluar në ose në një rast me atribute të caktuara, një kalibrim i stacionit të plotë të sensorëve u krye nga autorët, siç tregohet shkurtimisht nga fotografitë e bashkangjitura. Gjithsej dhjetë stacione sensorësh të ndërtuar në mënyrë të barabartë u testuan në kushte të përcaktuara mjedisore dhe në krahasim me një pajisje profesionale të sensorit të klimës së brendshme TESTO 480. Nga këto drejtime, u përcaktuan faktorët e kalibrimit të përfshirë në kodin shembull. Ato lejojnë një kompensim të thjeshtë të ndikimit të kasës dhe elektronikës në sensorët individualë. Për të arritur saktësinë më të lartë, rekomandohet një kalibrim individual për secilin stacion sensor. Kalibrimi i këtij sistemi është fokusi i dytë i kërkimit të autorëve, përveç zhvillimit dhe ndërtimit të përshkruar në këtë udhëzues. Diskutohet në një botim shtesë, të lidhur, i cili është ende në shqyrtim nga kolegët dhe do të lidhet këtu sapo të hyjë në internet. Ju lutemi gjeni më shumë informacion në lidhje me këtë temë në faqen e internetit të autorëve.

Stabiliteti i funksionimit ESP32

Jo të gjitha bibliotekat e sensorëve të bazuara në Arduino të përdorura në këtë kod janë plotësisht në përputhje me bordin ESP32. Kjo çështje është diskutuar gjerësisht në shumë pika në internet, veçanërisht në lidhje me stabilitetin e komunikimit I2C dhe OneWire. Në këtë zhvillim, kryhet një zbulim dhe trajtim i ri i kombinuar i gabimeve, i bazuar në fuqizimin e sensorëve direkt përmes kunjave të IO të ESP32 për të lejuar prerjen e furnizimit me energji elektrike për qëllime rivendosjeje. Nga perspektiva e sotme, kjo zgjidhje nuk është paraqitur ose nuk është diskutuar gjerësisht. Ajo lindi nga nevoja, por deri më sot po funksionon pa probleme për periudhat e funksionimit prej disa muajsh dhe më gjerë. Megjithatë është ende një temë kërkimi.

Outlook

Së bashku me këtë udhëzues, botime të tjera të shkruara dhe prezantime konferencash kryhen nga autorët për të përhapur zhvillimin dhe për të lejuar një aplikim të gjerë dhe me burim të hapur. Ndërkohë, kërkimi vazhdon për të përmirësuar më tej stacionin e sensorëve, veçanërisht në lidhje me modelimin dhe prodhueshmërinë e sistemit, dhe kalibrimin dhe verifikimin e sistemit. Ky udhëzues mund të përditësohet mbi zhvillimet e rëndësishme të ardhshme, por për të gjitha informacionet e përditësuara, ju lutemi vizitoni faqen e internetit të autorëve ose kontaktoni autorët drejtpërdrejt përmes LinkedIn:

autori përkatës: Mathias Kimmling

autori i dytë: Konrad Lauenroth

mentore kërkimore: Prof. Sabine Hoffmann

Çmimi i dytë në Autorin e Herës së Parë