Come costruire una stazione di monitoraggio del comfort: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Questa istruzione descrive la progettazione e la costruzione di una cosiddetta Comfort Monitoring Station CoMoS, un dispositivo sensore combinato per le condizioni ambientali, che è stato sviluppato presso il dipartimento dell'ambiente costruito presso TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Germania.

CoMoS utilizza un controller ESP32 e sensori per la temperatura dell'aria e l'umidità relativa (Si7021), la velocità dell'aria (sensore del vento rev. C di Modern Device) e la temperatura del globo (DS18B20 in una lampadina nera), il tutto in un compatto, facile da- costruire case con feedback visivo tramite un indicatore LED (WS2812B). Inoltre, è incluso un sensore di illuminamento (BH1750) per analizzare la condizione visiva locale. Tutti i dati del sensore vengono letti periodicamente e inviati tramite Wi-Fi a un server di database, da dove possono essere utilizzati per il monitoraggio e i controlli.

La motivazione alla base di questo sviluppo è quella di ottenere un'alternativa a basso costo ma molto potente ai dispositivi con sensori da laboratorio, che in genere hanno un prezzo superiore a 3000 €. Al contrario, CoMoS utilizza hardware di un prezzo totale di circa 50 € e può quindi essere implementato in modo completo negli edifici (uffici) per la determinazione in tempo reale delle singole condizioni termiche e visive in ogni singola postazione di lavoro o sezione dell'edificio.

Per ulteriori informazioni sulla nostra ricerca e sul lavoro connesso presso il dipartimento, controlla il sito Web ufficiale dello spazio ufficio intelligente Living Lab o contatta l'autore corrispondente direttamente tramite LinkedIn. Tutti i contatti degli autori sono elencati alla fine di questo manuale.

Nota strutturale: questa istruzione descrive la configurazione originale di CoMoS, ma fornisce anche informazioni e istruzioni per alcune varianti che abbiamo sviluppato di recente: oltre alla custodia originale costruita con parti standard, c'è anche un'opzione stampata in 3D. E oltre al dispositivo originale con connessione al server di database, c'è una versione stand-alone alternativa con memoria su scheda SD, punto di accesso WIFI integrato e un'app mobile di fantasia per visualizzare le letture del sensore. Si prega di controllare le opzioni contrassegnate nei capitoli corrispondenti e l'opzione stand-alone nel capitolo finale.

Nota personale: questa è la prima istruzione dell'autore e copre una configurazione abbastanza dettagliata e complessa. Non esitare a metterti in contatto tramite la sezione commenti di questa pagina, via e-mail o tramite LinkedIn, se ci sono dettagli o informazioni mancanti durante i passaggi.

Fase 1: Sfondo – Comfort termico e visivo

Il comfort termico e visivo sono diventati temi sempre più importanti, soprattutto negli ambienti di ufficio e di lavoro, ma anche nel settore residenziale. La sfida principale in questo campo è che la percezione termica degli individui spesso varia in un'ampia gamma. Una persona potrebbe sentirsi calda in una certa condizione termica mentre un'altra persona ha freddo nella stessa. Questo perché la percezione termica individuale è influenzata da molti fattori, inclusi i fattori fisici della temperatura dell'aria, dell'umidità relativa, della velocità dell'aria e della temperatura radiante delle superfici circostanti. Ma anche l'abbigliamento, l'attività metabolica e un aspetto individuale di età, sesso, massa corporea e altro, influenzano la percezione termica.

Mentre i singoli fattori rimangono un'incertezza in termini di controlli di riscaldamento e raffreddamento, i fattori fisici possono essere determinati con precisione da dispositivi sensore. La temperatura dell'aria, l'umidità relativa, la velocità dell'aria e la temperatura del globo possono essere misurate e utilizzate come input diretto per i controlli dell'edificio. Inoltre, in un approccio più dettagliato, possono essere utilizzati come input per calcolare il cosiddetto indice PMV, dove PMV sta per Predicted Mean Vote. Descrive come le persone in media valuterebbero la loro sensazione termica in determinate condizioni ambientali. PMV può assumere valori da -3 (freddo) a +3 (caldo), dove 0 è uno stato neutro.

Perché menzioniamo quella cosa PMV qui? Ebbene, perché nel campo del comfort personale è un indice di uso comune che può servire come criterio di qualità per la situazione termica in un edificio. E con CoMoS è possibile misurare tutti i parametri ambientali necessari per il calcolo del PMV.

Se sei interessato, scopri di più sul comfort termico, il contesto del globo e la temperatura media radiante, l'indice PMV e lo standard di implementazione ASHRAE su

Wikipedia: Comfort Termico

ISO 7726 Ergonomia dell'ambiente termico

ASHRAE ONLUS

A proposito: esistono da tempo, ma anche molti gadget di nuova concezione nel campo dell'ambiente personalizzato per fornire comfort termico e visivo individuale. I piccoli fan del desktop sono un esempio ben noto. Ma anche scaldapiedi, sedie riscaldate e ventilate o pareti divisorie per ufficio per il riscaldamento e il raffrescamento radiante IR sono in fase di sviluppo o addirittura sono già disponibili sul mercato. Tutte queste tecnologie influenzano la condizione termica locale, ad esempio in un luogo di lavoro, e possono essere controllate automaticamente anche in base ai dati dei sensori locali, come illustrato nelle immagini di questo passaggio.

Maggiori informazioni sui gadget di ambiente personalizzato e la ricerca in corso sono disponibili all'indirizzo

Spazio ufficio intelligente Living Lab: ambiente personalizzato

Università della California, Berkeley

Rapporto ZEN sui dispositivi di riscaldamento e raffrescamento personali [PDF]

SBRC Università di Wollongong

Passaggio 2: schema di sistema

Uno degli obiettivi principali del processo di sviluppo era creare un dispositivo sensore wireless, compatto ed economico per misurare le condizioni ambientali interne di almeno dieci singoli luoghi di lavoro in un dato spazio ufficio aperto. Pertanto, la stazione utilizza un ESP32-WROOM-32 con connettività WiFi integrata e con una grande varietà di pin del connettore e tipi di bus supportati per tutti i tipi di sensori. Le stazioni dei sensori utilizzano un IoT-WiFi separato e inviano le letture dei dati a un database MariaDB tramite uno script PHP che viene eseguito sul server del database. Facoltativamente, è possibile installare anche un'uscita visiva Grafana di facile utilizzo.

Lo schema sopra mostra la disposizione di tutti i componenti periferici come una panoramica sulla configurazione del sistema, ma questa istruzione si concentra sulla stazione del sensore stessa. Ovviamente, il file PHP e una descrizione della connessione SQL sono inclusi anche in seguito, per fornire tutte le informazioni necessarie per costruire, connettere e utilizzare CoMoS.

Nota: alla fine di questo tutorial puoi trovare le istruzioni su come creare una versione standalone alternativa di CoMoS con memoria su scheda SD, punto di accesso WiFi interno e un'app Web per dispositivi mobili.

Passaggio 3: elenco dei rifornimenti

Elettronica

Sensori e controller, come mostrato nell'immagine:

• Microcontrollore ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Sensore di temperatura e umidità Si7021 o GY21 (adafruit.com) [B]
• Sensore di temperatura DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Rev C. sensore di velocità dell'aria (moderndevice.com) [D]
• LED di stato WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Sensore di illuminamento BH1750 (amazon.de) [F]

Più parti elettriche:

• Resistenza di pull-up da 4, 7k (adafruit.com)
• Cavo standard da 0, 14 mm² (o simile) (adafruit.com)
• 2x connettori di giunzione compatti Wago (wago.com)
• Cavo micro USB (sparkfun.com)

Parti della custodia (trova informazioni più dettagliate su queste parti e dimensioni nel passaggio successivo. Se disponi di una stampante 3D, hai solo bisogno di una pallina da ping pong. Salta il passaggio successivo e trova tutte le informazioni e i file per la stampa nel passaggio 5.)

• Lastra acrilica tonda 50x4 mm [1]
• Piatto in acciaio tondo 40x10 mm [2]
• Tubo acrilico 50x5x140 mm [3]
• Lastra acrilica tonda 40x5 mm [4]
• Tubo acrilico 12x2x50 mm [5]
• Palla da ping pong [6]

Varie

• Spray di vernice bianca
• Vernice spray nera opaca
• un po' di nastro
• Un po' di lana isolante, un batuffolo di cotone o qualcosa di simile

Utensili

• Trapano elettrico
• Punta in acciaio da 8 mm
• Trapano per legno/plastica da 6 mm
• Trapano per legno/plastica da 12 mm
• Sega a mano sottile
• Carta vetrata
• Pinze tagliafili
• Spelafili
• Saldatore e stagno
• Pistola per colla a caldo o per colla a caldo

Software e librerie (I numeri indicano le versioni della libreria con cui abbiamo utilizzato e testato l'hardware. Anche le librerie più recenti dovrebbero funzionare, ma occasionalmente abbiamo riscontrato alcuni problemi durante il tentativo di versioni diverse/più recenti.)

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

Passaggio 4: progettazione e costruzione del case – Opzione 1

Il design di CoMoS presenta un case sottile e verticale con la maggior parte dei sensori montati nell'area superiore, con solo il sensore di temperatura e umidità montato vicino al fondo. Le posizioni e le disposizioni dei sensori seguono i requisiti specifici delle variabili misurate:

• Il sensore di temperatura e umidità Si7021 è montato all'esterno del case, vicino alla sua parte inferiore, per consentire la libera circolazione dell'aria intorno al sensore e per ridurre al minimo l'influenza del calore disperso sviluppato dal microcontrollore all'interno del case.
• Il sensore di illuminamento BH1750 è montato sulla parte superiore piatta del case, per misurare l'illuminazione su una superficie orizzontale come richiesto dagli standard comuni sull'illuminazione del posto di lavoro.
• Anche il sensore del vento Rev. C è montato nella parte superiore del case, con la sua elettronica nascosta all'interno del case, ma i suoi denti, che trasportano l'anemometro termico e il sensore di temperatura, esposti all'aria intorno alla parte superiore.
• Il sensore di temperatura DS18B20 è montato sulla parte superiore della stazione, all'interno di una pallina da ping pong verniciata di nero. La posizione in alto è necessaria per ridurre al minimo i fattori di visualizzazione e quindi l'influenza radiativa della stazione sensore stessa sulla misurazione della temperatura del globo.

Ulteriori risorse sulla temperatura media radiante e sull'uso di palline da ping pong nere come sensori di temperatura del globo sono:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Idoneità dei termometri a globo in acrilico e rame per ambienti esterni diurni. Edilizia e ambiente. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Caro, Richard. (1987). Termometri a globo da ping-pong per la temperatura media radiante. H & Ing.,. 60. 10-12.

La custodia è progettata in modo semplice, per ridurre al minimo i tempi e gli sforzi di produzione. Può essere facilmente costruito da parti e componenti standard con pochi semplici strumenti e competenze. Oppure, per chi ha la fortuna di avere una stampante 3D al proprio servizio, anche tutte le parti della custodia possono essere stampate in 3D. Per stampare il caso, il resto di questo passaggio può essere saltato e tutti i file e le istruzioni richiesti possono essere trovati nel passaggio successivo.

Per la costruzione da parti standard, per la maggior parte di esse vengono scelte le dimensioni di montaggio:

• Il corpo principale è un tubo in acrilico (PMMA) con un diametro esterno di 50 mm, uno spessore della parete di 5 mm e un'altezza di 140 mm.
• La piastra inferiore, che funge da conduttore di luce per il LED di stato, è una piastra rotonda in acrilico di 50 mm di diametro e 4 mm di spessore.
• Un tondo in acciaio con un diametro di 40 mm e uno spessore di 10 mm viene installato come peso sulla parte superiore della piastra inferiore e si inserisce all'interno dell'estremità inferiore del tubo del corpo principale per evitare che la stazione si ribalti e per trattenere la piastra inferiore a posto.
• La piastra superiore si adatta anche all'interno del tubo del corpo principale. È realizzato in PMMA e ha un diametro di 40 mm e uno spessore di 5 mm.
• Infine, anche il tubo montante superiore è in PMMA, con un diametro esterno di 10 mm, uno spessore della parete di 2 mm e una lunghezza di 50 mm.

Il processo di produzione e assemblaggio è semplice, iniziando con alcuni fori da praticare. Il tondo in acciaio necessita di un foro continuo di 8 mm, per il montaggio del LED e dei cavi. Il tubo del corpo principale necessita di circa 6 mm di fori, come passacavi per i cavi USB e del sensore e come fori di ventilazione. Il numero e la posizione dei fori può essere variato a piacimento. La scelta degli sviluppatori è di sei fori sul retro, vicino all'alto e al basso, e due sul lato anteriore, uno in alto, uno di nuovo in basso, come riferimento.

Il piatto superiore è la parte più difficile. Ha bisogno di un intero centrato, dritto e continuo da 12 mm per adattarsi al tubo montante superiore, un altro foro decentrato da 6 mm per adattarsi al cavo del sensore di illuminamento e una sottile fessura di circa 1, 5 mm di larghezza e 18 mm di lunghezza per adattarsi al vento sensore. Vedere le immagini per riferimento. E infine, anche la pallina da ping pong ha bisogno di un intero di 6 mm per adattarsi al sensore di temperatura del globo e al cavo.

Nella fase successiva, tutte le parti in PMMA, tranne la piastra inferiore, devono essere verniciate a spruzzo, il riferimento è bianco. La pallina da ping pong deve essere verniciata in nero opaco per stabilire i suoi attributi termici e ottici stimati.

Il tondo in acciaio è incollato centrato e piatto alla piastra inferiore. Il tubo montante superiore è incollato nel foro da 12 mm della piastra superiore. La pallina da ping pong è incollata all'estremità superiore del tubo montante, con il suo foro che corrisponde all'apertura interna del tubo montante, in modo che il sensore di temperatura e il cavo possano essere inseriti successivamente nella pallina attraverso il tubo montante.

Fatto questo passaggio, tutte le parti della valigia sono pronte per essere assemblate mettendole insieme. Se alcuni si adattano troppo stretti, carteggiali un po', se troppo larghi, aggiungi uno strato sottile di nastro adesivo.

Passaggio 5: progettazione e costruzione del case – Opzione 2

Sebbene l'opzione 1 di costruire il case di CoMoS sia ancora veloce e semplice, lasciare che una stampante 3D faccia il lavoro potrebbe essere ancora più semplice. Anche per questa opzione, il case è diviso in tre parti, parte superiore, corpo del case e parte inferiore, per consentire un facile cablaggio e montaggio come descritto nello Step successivo.

I file e ulteriori informazioni sulle impostazioni della stampante sono disponibili su Thingiverse:

File CoMoS su Thingiverse

Si consiglia vivamente di seguire le istruzioni per utilizzare il filamento bianco per le parti del corpo superiore e del case. Ciò impedisce che la custodia si surriscaldi troppo rapidamente alla luce del sole ed evita misurazioni errate. Utilizzare un filamento trasparente per la parte inferiore per consentire l'illuminazione dell'indicatore LED.

Un'altra variazione rispetto all'opzione 1 è che manca il tondo di metallo. Per evitare che CoMoS si ribalti, qualsiasi tipo di peso come sfere portanti o un mucchio di rondelle metalliche deve essere posizionato nella/sulla parte inferiore trasparente. È progettato con un bordo intorno per adattarsi e contenere un po' di peso. In alternativa, CoMoS può essere fissato al luogo di installazione utilizzando nastro biadesivo.

Nota: la cartella Thingiverse include file per una custodia per lettore di schede micro SD che può essere montata sulla custodia CoMoS. Questo caso è facoltativo e fa parte della versione autonoma descritta nell'ultimo passaggio di questa istruzione.

Passaggio 6: cablaggio e assemblaggio

L'ESP, i sensori, il LED e il cavo USB sono saldati e collegati secondo il circuito schematico mostrato nelle immagini di questo passaggio. L'assegnazione del PIN corrispondente al codice di esempio descritto in seguito è:

• 14 - Reset bridge (EN) - [grigio]
• 17 - WS2811 (LED) - [verde]
• 18 - resistenza di pull-up per DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (un filo) - [viola]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [blu]
• 22 - BH1750 e SI7021 (SCL) - [giallo]
• 25 - BH1750 (V-in) - [marrone]
• 26 - SI7021 (V-in) - [marrone]
• 27 - DS18B20+ (V-in) - [marrone]
• 34 - Sensore vento (TMP) - [ciano]
• 35 - Sensore vento (RV) - [arancione]
• VIN - Cavo USB (+5V) - [rosso]
• GND - Cavo USB (GND) - [nero]

I sensori Si7021, BH1750 e DS18B20+ sono alimentati tramite un pin IO dell'ESP32. Ciò è possibile perché la loro corrente massima è inferiore alla massima alimentazione di corrente dell'ESP per pin ed è necessaria per poter ripristinare i sensori interrompendo l'alimentazione in caso di errori di comunicazione del sensore. Vedere il codice ESP e i commenti per ulteriori informazioni.

I sensori Si7021 e BH1750, come il cavo USB, devono essere saldati con i cavi già inseriti negli appositi fori della custodia per consentire il montaggio nella fase successiva. I connettori di giunzione compatti WAGO vengono utilizzati per collegare i dispositivi all'alimentazione tramite il cavo USB. Tutti sono alimentati a 5 V CC tramite USB, che funziona con il livello logico dell'ESP32 a 3, 3 V. Facoltativamente, i pin dati del cavo micro USB possono essere ricollegati alla presa micro USB e collegati al micro USB dell'ESP presa, come ingresso di alimentazione e connessione dati per trasferire il codice all'ESP32 mentre il case è chiuso. Altrimenti, se collegato come mostrato nello schema, è necessario un altro cavo micro USB intatto per trasferire inizialmente il codice all'ESP prima di assemblare la custodia.

Il sensore di temperatura Si7021 è incollato sul retro del case, vicino al fondo. È molto importante fissare questo sensore vicino al fondo, per evitare false letture di temperatura causate dal calore sviluppato all'interno del case. Vedere il passaggio Epilogo per ulteriori informazioni su questo problema. Il sensore di illuminamento BH1750 è incollato alla piastra superiore e il sensore del vento è inserito e montato nella fessura sul lato opposto. Se si adatta troppo bene, un po' di nastro adesivo intorno alla parte centrale del sensore aiuta a tenerlo in posizione. Il sensore di temperatura DS18B20 viene inserito attraverso il riser superiore nella pallina da ping pong, con una posizione finale al centro della pallina. L'interno del riser superiore è riempito con lana isolante e l'apertura inferiore è sigillata con nastro adesivo o colla a caldo, per impedire il trasferimento di calore conduttivo o convettivo al globo. Il LED è fissato nel foro rotondo in acciaio rivolto verso il basso per illuminare la piastra inferiore.

Tutti i cavi, i connettori di giunzione e l'ESP32 vanno all'interno del case principale e tutte le parti del case vengono assemblate nell'assemblaggio finale.

Passaggio 7: Software – Configurazione ESP, PHP e MariaDB

Il micro controller ESP32 può essere programmato utilizzando l'IDE Arduino e la libreria ESP32 Core fornita da Espressif. Ci sono molti tutorial disponibili online su come configurare l'IDE per la compatibilità ESP32, ad esempio qui.

Una volta impostato, il codice allegato viene trasferito all'ESP32. È commentato in tutto per una facile comprensione, ma alcune caratteristiche chiave sono:

• Ha una sezione "configurazione utente" all'inizio, in cui devono essere impostate le singole variabili, come ID e password WiFi, IP del server del database e letture dei dati desiderati e periodo di invio. Include anche una variabile "regolazione del vento zero" che può essere utilizzata per regolare le letture della velocità del vento zero a 0 in caso di alimentazione non stabile.
• Il codice include fattori di calibrazione medi determinati dagli autori dalla calibrazione di dieci stazioni di sensori esistenti. Vedere il passaggio Epilogo per ulteriori informazioni e possibili aggiustamenti individuali.
• Vari tipi di gestione degli errori sono inclusi in diverse sezioni del codice. Soprattutto un rilevamento e una gestione efficaci degli errori di comunicazione del bus che si verificano spesso sui controller ESP32. Anche in questo caso, vedere il passaggio dell'Epilogo per ulteriori informazioni.
• Dispone di un'uscita a colori LED per mostrare lo stato attuale della stazione sensore ed eventuali errori. Vedere il passaggio Risultati per ulteriori informazioni.

Il file PHP allegato deve essere installato e accessibile nella cartella principale del server del database, su serverIP/sensor.php. Il nome del file PHP e il contenuto della gestione dei dati devono corrispondere al codice della funzione di chiamata dell'ESP e, dall'altro, all'impostazione della tabella del database, per consentire l'archiviazione delle letture dei dati. I codici di esempio allegati sono abbinati, ma nel caso vengano modificate alcune variabili, devono essere modificate in tutto il sistema. Il file PHP include una sezione di regolazione all'inizio, in cui vengono apportate modifiche individuali in base all'ambiente del sistema, in particolare nome utente e password del database e il nome del database.

Un database MariaDB o SQL è impostato sullo stesso server, in base alla configurazione della tabella utilizzata nel codice della stazione del sensore e nello script PHP. Nel codice di esempio, il nome del database MariaDB è "sensorstation" con una tabella denominata "data", che contiene 13 colonne per UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, e Illum Max.

Una piattaforma di analisi e monitoraggio Grafana può essere installata in aggiunta sul server come opzione per la visualizzazione diretta del database. Questa non è una caratteristica chiave di questo sviluppo, quindi non è ulteriormente descritta in questo tutorial.

Passaggio 8: Risultati – Lettura e verifica dei dati

Dopo aver eseguito tutti i cablaggi, l'assemblaggio, la programmazione e la configurazione ambientale, la stazione del sensore invia periodicamente le letture dei dati al database. Durante l'alimentazione, diversi stati di funzionamento sono indicati attraverso il colore del LED inferiore:

• Durante l'avvio, il LED si accende di colore giallo per indicare la connessione in sospeso al WiFi.
• Quando e durante la connessione, l'indicatore è blu.
• La stazione del sensore esegue le letture del sensore e le invia periodicamente al server. Ogni trasferimento riuscito è indicato da un impulso di luce verde di 600 ms.
• In caso di errori, l'indicatore si colorerà di rosso, viola o giallastro, a seconda del tipo di errore. Dopo un certo tempo o numero di errori, la stazione del sensore ripristina tutti i sensori e si riavvia automaticamente, sempre indicato da una luce gialla all'avvio. Vedere il codice ESP32 e i commenti per ulteriori informazioni sui colori degli indicatori.

Fatto questo passaggio finale, la stazione del sensore funziona e funziona continuamente. Ad oggi, una rete di 10 stazioni di sensori è installata e funzionante nello spazio ufficio intelligente Living Lab menzionato in precedenza.

Passaggio 9: alternativa: versione autonoma

Lo sviluppo di CoMoS continua e il primo risultato di questo processo in corso è una versione stand-alone. Quella versione di CoMoS non ha bisogno di un server di database e di una rete WiFi per monitorare e registrare i dati ambientali.

Le nuove caratteristiche principali sono:

• Le letture dei dati sono memorizzate su una micro SD-card interna, in formato CSV compatibile con Excel.
• Punto di accesso WiFi integrato per l'accesso a CoMoS da qualsiasi dispositivo mobile.
• App basata sul Web (server Web interno su ESP32, nessuna connessione Internet richiesta) per dati in tempo reale, impostazioni e accesso all'archiviazione con download diretto di file dalla scheda SD, come mostrato nell'immagine e negli screenshot allegati a questo passaggio.

Questo sostituisce la connessione WiFi e database mentre tutte le altre funzionalità, inclusa la calibrazione e tutto il design e la costruzione, rimangono intatte dalla versione originale. Tuttavia, il CoMoS autonomo richiede esperienza e ulteriore conoscenza di come accedere al sistema di gestione dei file interno "SPIFFS" di ESP32 e un po' di conoscenza di HTML, CSS e Javascript per capire come funziona l'app web. Ha anche bisogno di alcune librerie in più/diverse per funzionare.

Si prega di controllare il codice Arduino nel file zip allegato per le librerie richieste e i seguenti riferimenti per ulteriori informazioni sulla programmazione e il caricamento nel file system SPIFFS:

Libreria SPIFFS di espressif

Caricatore di file SPIFFS di me-no-dev

Libreria ESP32WebServer di Pedroalbuquerque

Questa nuova versione renderebbe un istruibile completamente nuovo che potrebbe essere pubblicato in futuro. Ma per ora, soprattutto per gli utenti più esperti, non vogliamo perdere l'occasione di condividere le informazioni di base e i file necessari per configurarlo.

Passaggi rapidi per creare un CoMoS autonomo:

• Costruisci un caso secondo il passaggio precedente. Facoltativamente, stampa in 3D una custodia aggiuntiva per il lettore di schede micro SC da collegare alla custodia CoMoS. Se non hai a disposizione una stampante 3D, il lettore di schede può essere posizionato anche all'interno del case principale di CoMoS, senza preoccupazioni.
• Cabla tutti i sensori come descritto in precedenza, ma in aggiunta, installa e cabla un lettore di schede micro SD (amazon.com) e un orologio in tempo reale DS3231 (adafruit.com) come indicato nello schema di cablaggio allegato a questo passaggio. Nota: i pin per la resistenza di pull-up e oneWire differiscono dallo schema di cablaggio originale!
• Controlla il codice Arduino e regola le variabili del punto di accesso WiFi "ssid_AP" e "password_AP" secondo le tue preferenze personali. Se non modificato, l'SSID standard è "CoMoS_AP" e la password è "12345678".
• Inserisci la scheda micro SD, carica il codice, carica il contenuto della cartella "dati" su ESP32 utilizzando l'uploader di file SPIFFS e collega qualsiasi dispositivo mobile al punto di accesso WiFi.
• Vai a "192.168.4.1" nel tuo browser mobile e divertiti!

L'app è tutta basata su html, css e javascript. È locale, non è necessaria o coinvolta alcuna connessione a Internet. È dotato di un menu laterale in-app per accedere a una pagina di configurazione e a una pagina di memoria. Nella pagina di configurazione, è possibile regolare le impostazioni più importanti come data e ora locali, intervallo di lettura del sensore, ecc. Tutte le impostazioni verranno archiviate in modo permanente nella memoria interna di ESP32 e ripristinate all'avvio successivo. Nella pagina della memoria è disponibile un elenco di file sulla scheda SD. Facendo clic su un nome di file si avvia il download diretto del file CSV sul dispositivo mobile.

Questa configurazione del sistema consente il monitoraggio individuale e remoto delle condizioni ambientali interne. Tutte le letture del sensore vengono memorizzate periodicamente sulla scheda SD, con la creazione di nuovi file per ogni nuovo giorno. Ciò consente un funzionamento continuo per settimane o mesi senza accesso o manutenzione. Come accennato in precedenza, questa è ancora una ricerca e sviluppo in corso. Se sei interessato ad ulteriori dettagli o assistenza, non esitare a contattare l'autore corrispondente tramite i commenti o direttamente tramite LinkedIn.

Passaggio 10: Epilogo – Problemi noti e Outlook

La stazione sensore descritta in questo istruttivo è il risultato di una lunga e continua ricerca. L'obiettivo è creare un sistema di sensori affidabile, preciso, ma a basso costo per le condizioni ambientali interne. Ciò ha tenuto e contiene alcune serie sfide, di cui le più certe dovrebbero essere menzionate qui:

Precisione e calibrazione del sensore

I sensori utilizzati in questo progetto offrono tutti una precisione relativamente elevata a costi bassi o moderati. La maggior parte è dotata di riduzione del rumore interna e interfacce bus digitali per la comunicazione, riducendo la necessità di calibrazione o regolazione del livello. Tuttavia, poiché i sensori sono installati all'interno o su un case con determinati attributi, gli autori hanno eseguito una calibrazione dell'intera stazione dei sensori, come mostrato brevemente dalle immagini allegate. Un totale di dieci stazioni di sensori uguali sono state testate in condizioni ambientali definite e confrontate con un sensore di clima interno professionale TESTO 480. Da queste esecuzioni sono stati determinati i fattori di calibrazione inclusi nel codice di esempio. Consentono una semplice compensazione dell'influenza della custodia e dell'elettronica sui singoli sensori. Per raggiungere la massima precisione, si consiglia una calibrazione individuale per ciascuna stazione di sensori. La calibrazione di questo sistema è un secondo focus della ricerca degli autori, oltre allo sviluppo e alla costruzione descritti in questo istruttivo. Se ne discute in una pubblicazione aggiuntiva e connessa, che è ancora in fase di revisione paritaria e sarà collegata qui non appena sarà online. Ulteriori informazioni su questo argomento sono disponibili sul sito Web degli autori.

Stabilità operativa ESP32

Non tutte le librerie di sensori basate su Arduino utilizzate in questo codice sono completamente compatibili con la scheda ESP32. Questo problema è stato ampiamente discusso in molti punti online, in particolare per quanto riguarda la stabilità della comunicazione I2C e OneWire. In questo sviluppo, viene eseguita una nuova rilevazione e gestione combinata degli errori, basata sull'alimentazione dei sensori direttamente tramite i pin IO dell'ESP32 per consentire l'interruzione dell'alimentazione a scopo di ripristino. Nella prospettiva odierna, questa soluzione non è stata presentata o non è ampiamente discussa. È nato per necessità, ma ad oggi funziona senza problemi per periodi di funzionamento di diversi mesi e oltre. Eppure è ancora un argomento di ricerca.

Veduta

Insieme a questo istruttivo, gli autori realizzano ulteriori pubblicazioni scritte e presentazioni a conferenze per diffondere lo sviluppo e consentire un'applicazione ampia e open source. Nel frattempo, è continuata la ricerca per migliorare ulteriormente la stazione dei sensori, in particolare per quanto riguarda la progettazione e la producibilità del sistema, la calibrazione e la verifica del sistema. Questa istruzione potrebbe essere aggiornata su importanti sviluppi futuri, ma per tutte le informazioni aggiornate, visitare il sito Web degli autori o contattare direttamente gli autori tramite LinkedIn:

autore corrispondente: Mathias Kimmling

secondo autore: Konrad Lauenroth

tutor di ricerca: Prof.ssa Sabine Hoffmann

Secondo Premio nella Prima Volta Autore