Hur man bygger en komfortövervakningssensorstation: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Denna instruerbara beskriver design och konstruktion av en så kallad Comfort Monitoring Station CoMoS, en kombinerad sensoranordning för omgivande förhållanden, som utvecklades vid avdelningen för byggd miljö vid TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Tyskland.

CoMoS använder en ESP32-styrenhet och sensorer för lufttemperatur och relativ luftfuktighet (Si7021), lufthastighet (vindsensor rev. C av Modern Device) och jordklotstemperatur (DS18B20 i en svart lampa), allt i en kompakt, lätt att bygga fodral med visuell feedback genom en LED -indikator (WS2812B). Dessutom ingår en ljussensor (BH1750) för att analysera det lokala visuella tillståndet. All sensordata läses periodiskt och skickas via Wi-Fi till en databaseserver, varifrån den kan användas för övervakning och kontroller.

Motiveringen bakom denna utveckling är att få ett billigt men ändå kraftfullt alternativ till laboratoriesensorenheter, som vanligtvis kostar till över 3000 €. Däremot använder CoMoS hårdvara till ett totalpris på cirka 50 € och kan därför distribueras omfattande i (kontors) byggnader för realtidsbestämning av det individuella termiska och visuella tillståndet på varje enskild arbetsplats eller byggsektion.

För mer information om vår forskning och det anslutna arbetet på avdelningen, kolla in den officiella Living Lab smart office space -webbplatsen eller kontakta motsvarande författare direkt via LinkedIn. Alla författares kontakter listas i slutet av denna instruktionsbok.

Strukturanmärkning: Den här instruktionsboken beskriver den ursprungliga installationen av CoMoS, men den ger också information och instruktioner för några variationer som vi nyligen utvecklat: Förutom originalfodralet som är byggt av standarddelar, finns det också ett 3D-tryckt alternativ. Och förutom den ursprungliga enheten med databasserveranslutning, finns det en alternativ fristående version med SD-kortlagring, integrerad WIFi-åtkomstpunkt och en snygg mobilapp för att visualisera sensoravläsningarna. Kontrollera alternativen markerade i motsvarande kapitel och fristående alternativ i det sista kapitlet.

Personlig notering: Detta är författarens första instruerbara, och den täcker en ganska detaljerad och komplex installation. Tveka inte att höra av dig till kommentarsfältet på denna sida, via e-post eller via LinkedIn, om det saknas detaljer eller information under stegen.

Steg 1: Bakgrund - Termisk och visuell komfort

Termisk och visuell komfort har blivit allt viktigare ämnen, särskilt i kontors- och arbetsmiljöer, men också i bostadssektorn. Huvudutmaningen på detta område är att den termiska uppfattningen hos individer ofta varierar inom ett brett spektrum. En person kan känna sig varm i ett visst termiskt tillstånd medan en annan person känner sig kall i samma. Det beror på att den individuella termiska uppfattningen påverkas av många faktorer, inklusive de fysiska faktorerna för lufttemperatur, relativ luftfuktighet, lufthastighet och strålningstemperatur på omgivande ytor. Men även kläder, metabolisk aktivitet och en individuell aspekt av ålder, kön, kroppsmassa med mera påverkar den termiska uppfattningen.

Även om de enskilda faktorerna förblir en osäkerhet när det gäller uppvärmnings- och kylreglage, kan de fysiska faktorerna bestämmas exakt av sensorenheter. Lufttemperatur, relativ luftfuktighet, lufthastighet och jordtemperatur kan mätas och användas som en direkt ingång till byggnadskontroller. Vidare kan de i ett mer detaljerat tillvägagångssätt användas som input för att beräkna det så kallade PMV-indexet, där PMV står för Predicted Mean Vote. Den beskriver hur människor i genomsnitt sannolikt kommer att betygsätta sin termiska känsla under givna rumsförhållanden. PMV kan anta värden från -3 (kallt) till +3 (varmt), där 0 är ett neutralt tillstånd.

Varför nämner vi den PMV-saken här? Jo, för när det gäller personlig komfort är det ett vanligt index som kan tjäna som kvalitetskriterium för den termiska situationen i en byggnad. Och med CoMoS kan alla omgivande parametrar som krävs för PMV -beräkning mätas.

Om du är intresserad, ta reda på mer om termisk komfort, jordens sammanhang och medelvärde för strålningstemperatur, PMV-index och ASHRAE-standarden på

Wikipedia: Termisk komfort

ISO 7726 Ergonomi för den termiska miljön

ASHRAE NPO

Förresten: Det finns länge, men också gott om nyutvecklade prylar inom personlig miljö för att ge individuell termisk och visuell komfort. Små skrivbordsfläktar är ett välkänt exempel. Men även fotvärmare, uppvärmda och ventilerade stolar eller kontorspartier för uppvärmning och kylning av IR-strålning utvecklas eller till och med redan tillgängliga på marknaden. Alla dessa tekniker påverkar det lokala termiska tillståndet, till exempel på en arbetsplats, och de kan också styras automatiskt baserat på lokala sensordata, vilket illustreras i detta stegs bilder.

Mer information om prylarna i personlig miljö och den pågående forskningen finns på

Living Lab smarta kontorsutrymmen: personlig miljö

University of California, Berkeley

ZEN -rapport om personlig uppvärmning av kylanordningar [PDF]

SBRC University of Wollongong

Steg 2: Systemschema

Ett av huvudmålen i utvecklingsprocessen var att skapa en trådlös, kompakt och billig sensorenhet för att mäta inomhusmiljöförhållanden för minst tio enskilda arbetsplatser i ett givet öppet kontorsutrymme. Därför använder stationen en ESP32-WROOM-32 med inbyggd WiFi-anslutning och med ett stort antal anslutningsstift och stödda busstyper för alla typer av sensorer. Sensorstationerna använder en separat IoT-WiFi och skickar sina datavläsningar till en MariaDB-databas via ett PHP-skript som körs på databasservern. Alternativt kan en lättanvänd Grafana visuell utgång också installeras.

Schemat ovan visar arrangemanget av alla perifera komponenter som en översikt över systeminställningen, men denna instruerbara fokuserar på själva sensorstationen. Naturligtvis ingår också PHP -filen och en beskrivning av SQL -anslutningen senare för att tillhandahålla all nödvändig information för att bygga, ansluta och använda CoMoS.

Obs! I slutet av denna instruktionsbok kan du hitta instruktioner om hur du bygger en alternativ fristående version av CoMoS med SD-kortlagring, intern WiFi-åtkomstpunkt och en webbapp för mobila enheter.

Steg 3: Utbudslista

Elektronik

Sensorer och styrenhet, som visas på bilden:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) [A]
• Si7021 eller GY21 temperatur- och fuktsensor (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ temperaturgivare (adafruit.com) [C]
• Rev C. lufthastighetssensor (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 status -LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 belysningsgivare (amazon.de) [F]

Fler elektriska delar:

• 4, 7k uppdragningsmotstånd (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (eller liknande) standardtråd (adafruit.com)
• 2x Wago kompakta skarvkontakter (wago.com)
• Micro USB -kabel (sparkfun.com)

Skåpdelar (Hitta mer detaljerad information om dessa delar och storlekar i nästa steg. Om du har en 3D-skrivare tillgänglig behöver du bara en pingisboll. Hoppa över nästa steg och hitta all information och filer för utskrift i steg 5.)

• Akrylplatta rund 50x4 mm [1]
• Stålplatta rund 40x10 mm [2]
• Akrylrör 50x5x140 mm [3]
• Akrylplatta rund 40x5 mm [4]
• Akrylrör 12x2x50 mm [5]
• Bordtennisboll [6]

Diverse

• Vit färgspray
• Svart matt färgspray
• Lite tejp
• Lite isoleringsull, bomullstuss eller något liknande

Verktyg

• Borrmaskin
• 8 mm stjälborr
• 6 mm trä/plastborr
• 12 mm trä/plastborr
• Tunn handsåg
• Sandpapper
• Trådskärande tång
• Wire stripper
• Lödkolv och tenn
• Power-lim eller varm limpistol

Programvara och bibliotek (siffrorna anger biblioteksversionerna vi använde och testade hårdvaran med. Nyare bibliotek borde också fungera, men vi stötte på vissa problem ibland när vi försökte olika / nyare versioner.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Core -bibliotek
• BH1750FVI -bibliotek
• Adafruit_Si7021 bibliotek (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel bibliotek (1.1.6)
• DallasTemperaturbibliotek (3.7.9)
• OneWire -bibliotek (2.3.3)

Steg 4: Design och konstruktion av fall - Alternativ 1

CoMoS design har ett tunt, vertikalt fodral med de flesta sensorerna monterade i det övre området, med endast temperatur- och fuktighetssensorn monterad nära botten. Sensorpositionerna och arrangemangen följer specifika krav för de uppmätta variablerna:

• Si7021 temperatur- och fuktsensor är monterad utanför höljet, nära dess botten, för att möjliggöra fri luftcirkulation runt sensorn och för att minimera påverkan av spillvärme som utvecklas av mikrokontrollern inuti höljet.
• BH1750 -belysningssensorn är monterad på den plana ovansidan av fodralet för att mäta belysningen på en horisontell yta enligt de vanliga standarderna för arbetsbelysning.
• Rev. C -vindsensorn är också monterad i ovansidan av höljet, med sin elektronik gömd inuti höljet, men dess tänder, som bär den faktiska termiska vindmätaren och temperaturgivaren, utsatta för luften runt toppen.
• Temperaturgivaren DS18B20 är monterad högst upp på stationen, inuti en svartmålad bordtennisboll. Positionen ovanpå är nödvändig för att minimera synfaktorerna och därmed den sensoriska stationens strålningsinflytande på jordklotets temperaturmätning.

Ytterligare resurser om den genomsnittliga strålningstemperaturen och användningen av svarta bordtennisbollar som temperatursensorer för jordklot är:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Lämplighet av akryl- och kopparklottermometrar för dagliga utomhusinställningar. Byggnad och miljö. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Dear, Richard. (1987). Ping-pong-termometrar för genomsnittlig strålningstemperatur. H & Eng.,. 60. 10-12.

Fodralet är enkelt utformat för att hålla tillverkningstiden och ansträngningen så låg som möjligt. Det kan enkelt byggas av standarddelar och komponenter med bara några enkla verktyg och färdigheter. Eller, för de som har turen att ha en 3D-skrivare till sin tjänst, kan alla foderdelar också 3D-skrivas ut. För att skriva ut fodralet kan resten av detta steg hoppas över och alla nödvändiga filer och instruktioner finns i nästa steg.

För konstruktion av standarddelar väljs monteringsdimensioner för de flesta av dem:

• Huvudkroppen är ett akrylrör (PMMA) med 50 mm ytterdiameter, 5 mm väggtjocklek och en höjd av 140 mm.
• Bottenplattan, som fungerar som en ljusledare för status -LED, är en rund akrylplatta med 50 mm diameter och en tjocklek på 4 mm.
• En stålrunda med en diameter på 40 mm och en tjocklek på 10 mm installeras som en vikt ovanpå bottenplattan och passar inuti den nedre änden av huvudkroppsröret för att förhindra att stationen välter och för att hålla bottenplattan på plats.
• Topplattan passar också inuti huvudröret. Den är gjord av PMMA och har en diameter på 40 mm och en tjocklek på 5 mm.
• Slutligen är det övre stigeröret också PMMA, med en ytterdiameter på 10 mm, en väggtjocklek på 2 mm och en längd på 50 mm.

Tillverknings- och monteringsprocessen är enkel och börjar med några hål att borra. Stålrundan behöver ett 8 mm kontinuerligt hål för att passa LED och kablar. Huvudkroppsröret behöver cirka 6 mm hål, som kabelgenomföring för USB- och sensorkablarna, och som ventilationshål. Hålens antal och positioner kan varieras upp till dina önskemål. Utvecklarnas val är sex hål på baksidan, nära toppen och botten, och två på framsidan, en topp, en botten igen, som referens.

Topplattan är den svåraste delen. Den behöver en centrerad, rak och kontinuerlig 12 mm helhet för att passa topprörsröret, ett annat av centrerat 6 mm hål för att passa belysningssensorkabeln och en tunn slits på cirka 1, 5 mm bredd och 18 mm längd för att passa vinden sensor. Se bilderna för referens. Och slutligen behöver bordtennisbollen också en 6 mm helhet för att passa jordklotets temperatursensor och kabel.

I nästa steg ska alla PMMA -delar, utom bottenplattan, spraymålas, referensen är vit. Bordtennisbollen måste målas i matt svart för att fastställa dess uppskattade termiska och optiska egenskaper.

Stålrundan limmas centrerad och platt mot bottenplattan. Toppstigeröret är limmat i topplåtens 12 mm hål. Bordtennisbollen limmas på den övre änden av stigaren, med dess hål som matchar stigerörets inre öppning, så att temperaturgivaren och kabeln kan sättas in i bollen efteråt genom stigarröret.

När detta steg är gjort är alla delar av fodralet redo att monteras genom att sätta ihop dem. Om några passar för hårt, slipa ner dem lite, om de är för lösa, lägg till ett tunt lager tejp.

Steg 5: Design och konstruktion av fall - Alternativ 2

Även om alternativ 1 att bygga CoMoS-fodral fortfarande är snabbt och enkelt, kan det vara ännu enklare att låta en 3D-skrivare göra jobbet. Även för det här alternativet är höljet uppdelat i tre delar, topp, hölje och nedre del, för att möjliggöra enkel kabeldragning och montering enligt beskrivningen i nästa steg.

Filerna och ytterligare information om skrivarinställningar finns på Thingiverse:

CoMoS -filer på Thingiverse

Det rekommenderas starkt att följa instruktionerna för att använda vit filament för överdelar och kroppsdelar. Detta förhindrar att höljet värms upp för snabbt i solljus och undviker falska mätningar. Transparent glödtråd bör användas för den nedre delen för att tillåta LED -indikatorbelysning.

En annan variant från alternativ 1 är att metallrundan saknas. För att förhindra att CoMoS välter bör alla typer av vikt som bärkulor eller en massa metallbrickor placeras i/på den transparenta botten. Den är utformad med en kant runt för att passa och hålla lite vikt. Alternativt kan CoMoS tejpas till sin installationsplats med hjälp av dubbelsidig tejp.

Obs! Thingiverse -mappen innehåller filer för ett micro SD -kortläsarfodral som kan monteras på CoMoS -fodralet. Detta fall är valfritt och en del av den fristående versionen som beskrivs i det sista steget i denna instruerbara.

Steg 6: Kabeldragning och montering

ESP, sensorer, LED och USB -kabel är lödda och anslutna enligt schematisk krets som visas på bilderna i detta steg. PIN-tilldelningen som matchar exempelkoden som beskrivs senare är:

• 14 - Återställ bro (EN) - [grå]
• 17 - WS2811 (LED) - [grön]
• 18 - pullup -motstånd för DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (One Wire) - [lila]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [blå]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [gul]
• 25 - BH1750 (V -in) - [brun]
• 26 - SI7021 (V -in) - [brun]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [brun]
• 34 - Vindsensor (TMP) - [cyan]
• 35 - Vindgivare (RV) - [orange]
• VIN - USB -kabel (+5V) - [röd]
• GND - USB -kabel (GND) - [svart]

Sensorerna Si7021, BH1750 och DS18B20+ drivs via en IO-stift på ESP32. Detta är möjligt eftersom deras maxströmutkast ligger under ESP: s maxströmförsörjning per stift, och nödvändigt för att kunna återställa sensorerna genom att stänga av strömförsörjningen vid sensorkommunikationsfel. Se ESP -koden och kommentarer för mer information.

Sensorerna Si7021 och BH1750, samma som USB -kabeln, bör lödas med kablarna som redan är förda genom de speciella hålen för att möjliggöra montering i nästa steg. WAGO kompakta skarvkontakter används för att ansluta enheter till strömförsörjningen med USB -kabeln. Alla drivs med 5 V DC med USB, vilket fungerar med logiknivån för ESP32 vid 3, 3 V. Alternativt kan datapinnarna på mikro -USB -kabeln återanslutas till mikro -USB -kontakten och anslutas till ESP: s mikro -USB uttag, som strömförsörjning och dataanslutning för att överföra kod till ESP32 medan höljet är stängt. Annars, om den är ansluten som visas i schemat, behövs en annan intakt mikro -USB -kabel för att initialt överföra kod till ESP innan höljet monteras.

Si7021 temperaturgivare är limmad på baksidan av fodralet, nära botten. Det är mycket viktigt att fästa den här sensorn nära botten för att undvika falska temperaturavläsningar orsakade av värme som utvecklats i höljet. Se Epilog -steget för mer information om detta problem. BH1750 belysningsgivare limmas på topplattan, och vindsensorn sätts in och passar på slitsen på motsatt sida. Om den passar för förlorar, hjälper lite tejp runt mitten av sensorn att hålla den på plats. Temperaturgivaren DS18B20 sätts in genom den övre stigaren i bordtennisbollen, med en slutposition i bollens mitt. Insidan av den övre stigaren är fylld med isoleringsull och den nedre öppningen är förseglad med tejp eller varmt lim för att förhindra ledande eller konvektiv värmeöverföring till jordklotet. Lysdioden är fäst i det runda stålhålet nedåt för att belysa bottenplattan.

Alla ledningar, skarvkontakterna och ESP32 går in i huvudkåpan och alla höljesdelar sätts ihop i slutmontering.

Steg 7: Programvara - ESP, PHP och MariaDB -konfiguration

ESP32 -mikrokontrollern kan programmeras med hjälp av Arduino IDE och ESP32 Core -biblioteket från Espressif. Det finns gott om självstudier online om hur du konfigurerar IDE för ESP32 -kompatibilitet, till exempel här.

När den är konfigurerad överförs den bifogade koden till ESP32. Det kommenteras genomgående för enkel förståelse, men några viktiga funktioner är:

• Den har en "användarkonfiguration" -sektion i början, där individuella variabler måste ställas in, såsom WiFi -ID och lösenord, databaseserverns IP och önskade datavläsningar och sändningsperiod. Den innehåller också en variabel "nollvindjustering" som kan användas för att justera nollvindhastighetsavläsningar till 0 vid en icke-stabil strömförsörjning.
• Koden inkluderar genomsnittliga kalibreringsfaktorer som bestäms av författarna från kalibrering av tio befintliga sensorstationer. Se Epilog -steget för mer information och möjlig individuell justering.
• Olika felhantering ingår i flera avsnitt av koden. Speciellt en effektiv detektering och hantering av busskommunikationsfel som ofta förekommer på ESP32 -styrenheter. Återigen, se Epilog -steget för mer information.
• Den har en LED -färgutgång för att visa sensorstationens nuvarande tillstånd och eventuella fel. Se resultatsteget för mer information.

Den bifogade PHP -filen måste installeras och vara tillgänglig i rotmappen på databasservern, på serverIP/sensor.php. PHP -filnamnet och innehållet i datahantering måste matcha anropsfunktionskoden för ESP och, på andra sidan, matcha databasbordstabellen, för att möjliggöra lagring av datavläsningar. De bifogade exempelkoderna matchas, men om du ändrar vissa variabler måste de ändras i hela systemet. PHP -filen innehåller en justeringsdel i början, där individuella justeringar görs enligt systemets miljö, särskilt databasens användarnamn och lösenord, och databasnamnet.

En MariaDB- eller SQL -databas installeras på samma server enligt tabellinställningen som används i sensorstationskoden och PHP -skriptet. I exempelkoden är MariaDB -databasnamnet "sensorstation" med en tabell med namnet "data", som innehåller 13 kolumner för UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, och IllumMax.

En Grafana -analys- och övervakningsplattform kan också installeras på servern som ett alternativ för direkt databasvisualisering. Detta är inte en nyckelfunktion i denna utveckling, så det beskrivs inte ytterligare i denna instruerbara.

Steg 8: Resultat - Dataläsning och verifiering

När all kabeldragning, montering, programmering och miljöinställning är klar skickar sensorstationen periodiskt avläsningar till databasen. När den är påslagen indikeras flera driftslägen genom den nedre LED -färgen:

• Under uppstart lyser LED -lampan i gul färg för att indikera den väntande anslutningen till WiFi.
• När och medan den är ansluten är indikatorn blå.
• Sensorstationen kör sensoravläsningar och skickar den till servern regelbundet. Varje lyckad överföring indikeras av en grön ljusimpuls på 600 ms.
• Vid fel kommer indikatorn att färga rött, lila eller gulaktigt, beroende på feltypen. Efter en viss tid eller ett antal fel återställer sensorstationen alla sensorer och startar om automatiskt, igen indikerat med ett gult ljus på start. Se ESP32 -koden och kommentarer för mer information om indikatorfärgerna.

När det här sista steget är gjort, körs och körs sensorstationen kontinuerligt. Hittills har ett nätverk av 10 sensorstationer installerats och körs i det tidigare nämnda Living Lab smarta kontorsutrymmet.

Steg 9: Alternativ: Fristående version

Utvecklingen av CoMoS fortsätter och det första resultatet av denna pågående process är en fristående version. Den versionen av CoMoS behöver inte en databaseserver och WiFi -nätverk för att övervaka och spela in miljödata.

De nya nyckelfunktionerna är:

• Datavläsningar lagras på internt mikro-SD-kort, i Excel-vänligt CSV-format.
• Integrerad WiFi -åtkomstpunkt för åtkomst till CoMoS med vilken mobil enhet som helst.
• Webbaserad app (intern webbserver på ESP32, ingen internetanslutning krävs) för levande data, inställningar och lagringsåtkomst med direkt filnedladdning från SD-kortet, som visas på bilden och skärmdumpar som bifogas detta steg.

Detta ersätter WiFi och databasanslutningen medan alla andra funktioner inklusive kalibrering och all design och konstruktion förblir orörda från originalversionen. Ändå kräver den fristående CoMoS erfarenhet och ytterligare kunskap om hur du får åtkomst till det interna filhanteringssystemet "SPIFFS" i ESP32, och lite medvetenhet om HTML, CSS och Javascript för att förstå hur webbappen fungerar. Det behöver också några fler / olika bibliotek för att fungera.

Kontrollera Arduino -koden i den bifogade zip -filen för obligatoriska bibliotek och följande referenser för ytterligare information om programmering och uppladdning till SPIFFS -filsystem:

SPIFFS -bibliotek av espressif

SPIFFS filöverföring av me-no-dev

ESP32WebServer bibliotek av Pedroalbuquerque

Denna nya version skulle göra en helt ny instruerbar som kan komma att publiceras i framtiden. Men för närvarande, särskilt för mer erfarna användare, vill vi inte missa chansen att dela den grundläggande informationen och filerna du behöver för att konfigurera den.

Snabba steg för att bygga en fristående CoMoS:

• Bygg ett fall enligt steget innan. Alternativt kan du 3D-skriva ut ett extra fodral för att micro SC-kortläsaren ska fästas i CoMoS-fodralet. Om du inte har en 3D -skrivare tillgänglig kan kortläsaren också placeras inuti CoMoS -fodralet, inga bekymmer.
• Anslut alla sensorer enligt beskrivningen tidigare, men installera och anslut även en mikro -SD -kortläsare (amazon.com) och en DS3231 realtidsklocka (adafruit.com) enligt anvisningarna i kopplingsschemat som bifogas detta steg. Obs: Stiften för uppdragningsmotståndet och oneWire skiljer sig från det ursprungliga kabelschemat!
• Kontrollera Arduino -koden och justera WiFi -åtkomstpunktvariablerna "ssid_AP" och "password_AP" efter dina personliga preferenser. Om det inte justeras är standard -SSID "CoMoS_AP" och lösenordet "12345678".
• Sätt i mikro -SD -kort, ladda upp koden, ladda upp innehållet i "data" -mappen till ESP32 med SPIFFS -filöverförare och anslut vilken mobil enhet som helst till WiFi -åtkomstpunkten.
• Navigera till "192.168.4.1" i din mobila webbläsare och njut!

Appen är helt baserad på html, css och javascript. Det är lokalt, ingen internetanslutning är involverad eller krävs. Den har en sidmeny i appen för att komma åt en installationssida och en minnessida. På installationssidan kan du justera de viktigaste inställningarna som lokalt datum och tid, sensoravläsningsintervall etc. Alla inställningar lagras permanent i ESP32: s interna lagring och återställs vid nästa start. På minnessidan finns en lista över filer på SD -kortet. Genom att klicka på ett filnamn startas en direkt nedladdning av CSV -filen till den mobila enheten.

Denna systemkonfiguration möjliggör individuell och fjärrövervakning av inomhusmiljöförhållanden. Alla sensoravläsningar lagras regelbundet på SD -kortet och nya filer skapas för varje ny dag. Detta möjliggör en kontinuerlig drift i veckor eller månader utan åtkomst eller underhåll. Som tidigare nämnts är detta fortfarande en pågående forskning och utveckling. Om du är intresserad av ytterligare information eller hjälp, tveka inte att kontakta motsvarande författare genom kommentarerna eller direkt via LinkedIn.

Steg 10: Epilog - kända problem och Outlook

Sensorstationen som beskrivs i denna instruerbara är resultatet av en lång och pågående forskning. Målet är att skapa ett pålitligt, exakt men billigt sensorsystem för inomhusmiljöförhållanden. Detta innehöll och rymmer några allvarliga utmaningar, av vilka de mest säkra bör nämnas här:

Sensorns noggrannhet och kalibrering

Sensorerna som används i detta projekt erbjuder alla relativt hög noggrannhet till låg eller måttlig kostnad. De flesta är utrustade med intern brusreducering och digitala bussgränssnitt för kommunikation, vilket minskar behovet av kalibrering eller nivåjusteringar. Hur som helst, eftersom sensorerna är installerade i eller på ett fodral med vissa attribut, utfördes en kalibrering av hela sensorstationen av författarna, vilket visas kortfattat av de bifogade bilderna. Totalt tio lika byggda sensorstationer testades under definierade miljöförhållanden och jämfördes med en TESTO 480 professionell inomhusklimatsensor. Från dessa körningar bestämdes kalibreringsfaktorerna som ingår i exempelkoden. De tillåter en enkel kompensation av fallets och elektronikens inflytande på de enskilda sensorerna. För att uppnå högsta noggrannhet rekommenderas en individuell kalibrering för varje sensorstation. Kalibreringen av detta system är ett andra fokus för författarnas forskning, förutom utvecklingen och konstruktionen som beskrivs i denna instruerbara. Det diskuteras i en ytterligare, ansluten publikation, som fortfarande är i peer-review och kommer att länkas hit så snart det går online. Mer information om detta ämne finns på författarnas webbplats.

ESP32 driftstabilitet

Alla Arduino-baserade sensorbibliotek som används i denna kod är inte helt kompatibla med ESP32-kortet. Denna fråga har diskuterats mycket på många punkter online, särskilt när det gäller stabiliteten i I2C- och OneWire -kommunikation. I denna utveckling genomförs en ny, kombinerad feldetektering och hantering, baserad på att driva sensorerna direkt genom IO -stiften på ESP32 för att tillåta att deras strömförsörjning bryts för återställningsändamål. Ur dagens perspektiv har denna lösning inte presenterats eller inte diskuterats i stor utsträckning. Det föddes av nödvändighet, men hittills går det smidigt under driftperioder på flera månader och därefter. Ändå är det fortfarande ett forskningsämne.

Syn

Tillsammans med denna instruerbara, ytterligare skriftliga publikationer och konferenspresentationer genomförs av författarna för att sprida utvecklingen och möjliggöra en bred och öppen källkod applikation. Under tiden fortsätter forskningen att ytterligare förbättra sensorstationen, särskilt när det gäller systemdesign och tillverkbarhet, och systemkalibrering och verifiering. Denna instruktion kan uppdateras om viktiga framtida utvecklingar, men för all aktuell information, besök författarnas webbplats eller kontakta författarna direkt via LinkedIn:

motsvarande författare: Mathias Kimmling

andra författaren: Konrad Lauenroth

forskningsmentor: Prof. Sabine Hoffmann

Andra pris i första gången författare