כיצד לבנות תחנת חיישן ניטור נוחות: 10 שלבים (עם תמונות)

2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-13 06:57

מדריך זה מתאר את תכנון ובניית תחנת ניטור נוחות CoMoS, מכשיר חיישן משולב לתנאי סביבה, שפותח במחלקה לסביבה בנויה ב- TUK, Technische Universität Kaiserslautern, גרמניה.

CoMoS משתמש בבקר וחיישנים ESP32 לטמפרטורת אוויר ולחות יחסית (Si7021), מהירות אוויר (חיישן רוח rev. C על ידי מכשיר מודרני) וטמפרטורת כדור הארץ (DS18B20 בנורה שחורה), והכל בקומפקטי וקל לביצוע לבנות מארז עם משוב ויזואלי באמצעות מחוון LED (WS2812B). בנוסף, חיישן הארה (BH1750) כלול לניתוח המצב החזותי המקומי. כל נתוני החיישנים נקראים מעת לעת ונשלחים דרך Wi-Fi לשרת מסדי נתונים, משם ניתן להשתמש בהם לניטור ובקרות.

המוטיבציה מאחורי פיתוח זה היא לקבל אלטרנטיבה בעלות נמוכה אך עוצמתית מאוד למכשירי חיישן מעבדה, שמחירים בדרך כלל הם מעל 3000 €. לעומת זאת, CoMoS משתמשת בחומרה במחיר כולל של סביב 50 € ולכן ניתן לפרוס אותה באופן מקיף בבניינים (משרדים) לצורך קביעת בזמן אמת של המצב התרמי והחזותי הפרטי בכל מקום עבודה או מקטע בניין.

למידע נוסף אודות המחקר שלנו והעבודה המחוברת במחלקה, עיין באתר הרשמי של Living Lab Smart Office או פנה למחבר המתאים ישירות באמצעות לינקדאין. כל אנשי הקשר של המחברים מפורטים בסוף הוראה זו.

הערה מבנית: הוראה זו מתארת את ההתקנה המקורית של CoMoS, אך היא מספקת גם מידע והנחיות לכמה וריאציות שפיתחנו לאחרונה: מלבד המארז המקורי הבנוי מחלקים סטנדרטיים, יש גם אפשרות להדפיס תלת-ממד. ומלבד המכשיר המקורי עם חיבור לשרת מסדי נתונים, יש גרסה עצמאית חלופית עם אחסון כרטיסי SD, נקודת גישה WIFi משולבת ואפליקציה ניידת מפוארת לדמיית קריאות החיישן. אנא בדוק את האפשרויות המסומנות בפרקים המתאימים ואת האפשרות העצמאית בפרק האחרון.

הערה אישית: זוהי ההנחיה הראשונה של המחבר, והיא מכסה מערך די מפורט ומורכב. אנא אל תהססו ליצור קשר דרך סעיף ההערות של דף זה, בדואר אלקטרוני או באמצעות לינקדאין, אם חסרים פרטים או מידע במהלך השלבים.

שלב 1: רקע - נוחות תרמית וויזואלית

נוחות תרמית וויזואלית הפכו לנושאים חשובים יותר ויותר, במיוחד בסביבות משרדים ומקום עבודה, אך גם בתחום המגורים. האתגר העיקרי בתחום זה הוא שהתפיסה התרמית של אנשים משתנה לרוב בטווח רחב. אדם אחד עלול להרגיש חם במצב תרמי מסוים ואילו אדם אחר מרגיש קר בו. הסיבה לכך היא שהתפיסה התרמית האינדיבידואלית מושפעת מגורמים רבים, כולל הגורמים הפיזיים של טמפרטורת האוויר, לחות יחסית, מהירות אוויר וטמפרטורה זוהרת של המשטחים הסובבים. אבל גם ביגוד, פעילות מטבולית והיבט אינדיבידואלי של גיל, מין, מסת גוף ועוד משפיעים על התפיסה התרמית.

הגורמים האינדיבידואליים נשארים אי וודאות מבחינת בקרות החימום והקירור, אך ניתן לקבוע את הגורמים הפיזיים במדויק על ידי התקני חיישן. ניתן למדוד את טמפרטורת האוויר, הלחות היחסית, מהירות האוויר וטמפרטורת הגלובוס ולשמש כקלט ישיר לבקרות הבניין. יתר על כן, בגישה מפורטת יותר, הם יכולים לשמש כקלט לחישוב מדד ה- PMV שנקרא, שבו PMV מייצג הצבעה ממוצעת חזויה. הוא מתאר כיצד אנשים בממוצע עשויים לדרג את תחושתם התרמית בתנאי הסביבה הנתונים. PMV יכול לקבל ערכים מ -3 (קר) ל- +3 (חם), כאשר 0 הוא מצב ניטרלי.

מדוע אנו מזכירים את הדבר PMV הזה כאן? ובכן, כי בתחום הנוחות האישית זהו מדד נפוץ שיכול לשמש קריטריון איכות למצב התרמי בבניין. ועם CoMoS, ניתן למדוד את כל הפרמטרים הסביבתיים הנדרשים לחישוב PMV.

אם אתה מעוניין, למידע נוסף על נוחות תרמית, הקשר הגלובוס וטמפרטורת קרינה ממוצעת, מדד PMV ותקן ASHRAE ביישום ב-

ויקיפדיה: נוחות תרמית

ISO 7726 ארגונומיה של הסביבה התרמית

תפקיד אשור

אגב: קיימים מכשירי גאדג'טים קיימים אך קיימים זה מכבר בתחום הסביבה המותאמת אישית על מנת לספק נוחות תרמית וויזואלית פרטנית. מאווררי שולחן עבודה קטנים הם דוגמה ידועה. אבל גם מפותחי רגליים, כיסאות מחוממים ומאווררים, או מחיצות משרדיות לחימום וקירור IR-קרינה מפותחים או אפילו כבר זמינים בשוק. כל הטכנולוגיות הללו משפיעות על המצב התרמי המקומי, במקום עבודה למשל, וניתן לשלוט בהן באופן אוטומטי גם על סמך נתוני חיישנים מקומיים, כפי שמודגם בתמונות שלב זה.

מידע נוסף אודות הגאדג'טים של סביבה מותאמת אישית והמחקר המתמשך זמין בכתובת

שטח משרדים חכם של Living Lab: סביבה מותאמת אישית

אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי

דו"ח ZEN על חימום אישי ומכשירי קירור [PDF]

אוניברסיטת SBRC וולונגונג

שלב 2: תוכנית מערכת

אחת המטרות העיקריות בתהליך הפיתוח הייתה יצירת מכשיר חיישן אלחוטי, קומפקטי וזול למדידת תנאי סביבה פנימיים של לפחות עשרה מקומות עבודה בודדים בחלל משרה פתוח. לכן, התחנה משתמשת ב- ESP32-WROOM-32 עם קישוריות WiFi מובנית ועם מגוון גדול של סיכות מחברים וסוגי אוטובוסים נתמכים לכל סוגי החיישנים. תחנות החיישנים משתמשות ב- IoT-WiFi נפרד ושולחות את קריאות הנתונים שלהן למסד נתונים של MariaDB באמצעות סקריפט PHP הפועל בשרת מסד הנתונים. לחלופין, ניתן להתקין פלט חזותי קל לשימוש של Grafana.

התוכנית לעיל מציגה את סידור כל הרכיבים ההיקפיים כסקירה כללית על הגדרת המערכת, אך ההנחיה מתמקדת בתחנת החיישנים עצמה. כמובן שקובץ ה- PHP ותיאור של חיבור SQL כלולים בהמשך גם כדי לספק את כל המידע הדרוש לבנייה, חיבור ושימוש ב- CoMoS.

הערה: בסוף מדריך זה תוכל למצוא הוראות כיצד לבנות גרסה עצמאית חלופית של CoMoS עם אחסון כרטיסי SD, נקודת גישה פנימית WiFi ואפליקציית אינטרנט למכשירים ניידים.

שלב 3: רשימת אספקה

מכשירי חשמל

חיישנים ובקר, כפי שמוצג בתמונה:

• ESP32-WROOM-32 מיקרו-בקר (espressif.com) [A]
• חיישן טמפרטורה ולחות Si7021 או GY21 (adafruit.com) [B]
• חיישן טמפרטורה DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• חיישן מהירות אוויר Rev C. (moderndevice.com) [D]
• LED סטטוס WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• חיישן תאורה BH1750 (amazon.de) [F]

עוד חלקים חשמליים:

• 4, 7k נגד משיכה (adafruit.com)
• 0, 14 מ"מ (או דומה) חוט סטנדרטי (adafruit.com)
• 2x מחברי שחבור קומפקטיים (Wago.com)
• כבל מיקרו USB (sparkfun.com)

חלקי מארז (מצא מידע מפורט יותר על חלקים וגדלים אלה בשלב הבא. אם יש לך מדפסת תלת מימד זמינה, אתה רק צריך כדור טניס שולחן. דלג על השלב הבא ומצא את כל המידע והקבצים להדפסה בשלב 5.)

• צלחת אקריליק עגולה 50X4 מ"מ [1]
• לוח פלדה עגול 40x10 מ"מ [2]
• צינור אקריליק 50x5x140 מ"מ [3]
• צלחת אקריליק עגולה 40x5 מ"מ [4]
• צינור אקריליק 12x2x50 מ"מ [5]
• כדור טניס שולחן [6]

שונות

• תרסיס צבע לבן
• תרסיס צבע מאט שחור
• קצת קלטת
• מעט צמר בידוד, כרית כותנה, או כל דבר דומה

כלים

• מקדחה
• מקדחה לגנוב 8 מ"מ
• מקדחה עץ/פלסטיק 6 מ"מ
• מקדחה עץ/פלסטיק 12 מ"מ
• מסור יד דק
• נייר זכוכית
• צבת חיתוך תיל
• חשפן חוטים
• מלחם ופח
• דבק כוח או אקדח דבק חם

תוכנות וספריות (המספרים מציינים את גרסאות הספרייה בהן השתמשנו ובדקנו את החומרה. ספריות חדשות יותר צריכות לפעול גם כן, אך מדי פעם התמודדנו עם כמה בעיות בעת ניסיון גירסאות שונות / חדשות יותר).

• Arduino IDE (1.8.5)
• ספריית הליבה ESP32
• ספריית BH1750FVI
• ספריית Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• ספריית Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• ספריית הטמפרטורה של דאלאס (3.7.9)
• ספריית OneWire (2.3.3)

שלב 4: עיצוב ובניית מארז - אפשרות 1

העיצוב של CoMoS כולל מארז דק ואנכי כאשר מרבית החיישנים מותקנים באזור העליון, כאשר רק חיישן הטמפרטורה והלחות מותקן ליד החלק התחתון. מיקומי החיישנים והסידורים עוקבים אחר דרישות ספציפיות של המשתנים הנמדדים:

• חיישן הטמפרטורה והלחות Si7021 מותקן מחוץ למארז, קרוב לתחתיתו, כדי לאפשר זרימת אוויר חופשית סביב החיישן ולמזער את השפעת חום הפסולת שהתפתח המיקרו -בקר בתוך המארז.
• חיישן הארה BH1750 מותקן על החלק העליון השטוח של המארז, כדי למדוד את התאורה על משטח אופקי כנדרש בתקנים נפוצים בנושא תאורה במקום העבודה.
• חיישן הרוח של Rev. C מותקן גם בחלקו העליון של המארז, כשהאלקטרוניקה שלו מוסתרת בתוך המארז, אך קצותיו, הנושאות את מד הרוח החיימי ואת חיישן הטמפרטורה, חשופות לאוויר סביב החלק העליון.
• חיישן הטמפרטורה DS18B20 מותקן בחלקו העליון של התחנה, בתוך כדור טניס שולחן צבוע בשחור. המיקום למעלה הכרחי כדי למזער את גורמי הצפייה ולכן את ההשפעה הקרינה של תחנת החיישנים עצמה על מדידת הטמפרטורה של הגלובוס.

משאבים נוספים אודות הטמפרטורה הקורנת הממוצעת והשימוש בכדורי טניס שולחן שחורים כחיישני טמפרטורה של כדור הארץ הם:

וואנג, שאנג ולי, יוגו. (2015). התאמה של מד חום אקריליק וגלוב נחושת להגדרות חיצוניות יומיות. בנייה וסביבה. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Dear, Richard. (1987). מד חום כדורסל פינג-פונג לטמפרטורה זוהרת ממוצעת. H & Eng.,. 60. 10-12.

המארז מתוכנן פשוט, כדי לשמור על זמן הייצור והמאמץ הנמוכים ככל האפשר. ניתן לבנות אותו בקלות מחלקים ומרכיבים סטנדרטיים בעזרת כמה כלים ומיומנויות פשוטות. לחלופין, עבור אלה שיש להם מזל שיש להם מדפסת תלת מימד לשירותם, ניתן להדפיס את כל חלקי המארז גם כן. להדפסת המארז, ניתן לדלג על שאר שלב זה ולמצוא את כל הקבצים וההוראות הנדרשים בשלב הבא.

לבנייה מחלקים סטנדרטיים, רוב המידות נבחרות:

• הגוף המרכזי הוא צינור אקרילי (PMMA) בקוטר חיצוני 50 מ"מ, עובי דופן 5 מ"מ וגובה 140 מ"מ.
• הלוח התחתון, המשמש מוליך אור עבור ה- LED סטטוס, הוא פלטה עגולה אקרילית בקוטר 50 מ"מ ועובי של 4 מ"מ.
• עגול פלדה בקוטר 40 מ"מ ועובי 10 מ"מ מותקן כמשקל על גבי הלוח התחתון ומתאים בתוך הקצה התחתון של צינור הגוף הראשי כדי למנוע מהתחנה להתהפך ולהחזיק את הצלחת התחתונה במקום.
• הצלחת העליונה מתאימה גם בתוך צינור הגוף הראשי. הוא עשוי מ- PMMA ובקוטרו 40 מ"מ ועובי 5 מ"מ.
• לבסוף, צינור ההרמה העליון הוא גם PMMA, בקוטר החיצוני של 10 מ"מ, עובי דופן של 2 מ"מ ואורך של 50 מ"מ.

תהליך הייצור וההרכבה פשוט, החל בכמה חורים לקדוח. עגול הפלדה צריך חור רציף של 8 מ"מ, כך שיתאים לנורית ולכבלים. צינור הגוף הראשי צריך כמה חורים של 6 מ"מ, ככניסת כבלים עבור כבלי ה- USB והחיישן וכחורי אוורור. ניתן לשנות את מספר ומיקומי החורים בהתאם להעדפתך. בחירת המפתחים היא שישה חורים בצד האחורי, קרוב למעלה ולמטה, ושניים בצד הקדמי, אחד למעלה, פעם אחד תחתון, כהתייחסות.

הצלחת העליונה היא החלק המסובך ביותר. הוא צריך שלם מרוכז, ישר ורציף של 12 מ"מ על מנת להתאים לצינור הגבהה העליון, חור נוסף 6 מ"מ ממורכז כדי להתאים לכבל חיישן הארה, וחריץ דק של כ -1, 5 מ"מ רוחב ואורך 18 מ"מ כך שיתאים לרוח. חיישן. עיין בתמונות לעיון. ולבסוף, כדור הטניס שולחן צריך גם שלם של 6 מ"מ, כך שיתאים לחיישן הטמפרטורה ולכבל הגלובוס.

בשלב הבא יש לרסס את כל חלקי ה- PMMA, למעט הלוח התחתון, ההפניה לבנה. על כדור הטניס שולחן להיות צבוע בשחור מט כדי לבסס את תכונותיו התרמיות והאופטיות.

עגול הפלדה מודבק במרכזו ושטוח על הצלחת התחתונה. צינור הגבהה העליון מודבק לתוך החור של 12 מ מ של הצלחת העליונה. כדור טניס השולחן מודבק בקצה העליון של הגבהה, כשהחור שלו תואם את הפתח הפנימי של צינור הגבהה, כך שניתן להכניס את חיישן הטמפרטורה והכבל לאחר מכן דרך צינור הגבהה לכדור.

עם שלב זה, כל חלקי המארז מוכנים להרכבה על ידי חיבורם יחד. אם חלקם מתאימים מדי, שיפשפו אותם מעט, אם רופפים מדי, הוסיפו שכבה דקה של סרט.

שלב 5: עיצוב ובניית מארז - אפשרות 2

למרות שאופציה 1 לבניית מארז של CoMoS עדיין מהירה ופשוטה, מתן מדפסת תלת מימד לבצע את העבודה עשוי להיות אפילו קל יותר. גם לאפשרות זו, המארז מחולק לשלושה חלקים, חלק עליון, גוף מארז וחלק תחתון, על מנת לאפשר חיווט והרכבה קלים כמתואר בשלב הבא.

הקבצים ומידע נוסף על הגדרות המדפסת ניתנים ב- Thingiverse:

קבצי CoMoS ב- Thingiverse

מומלץ מאוד לעקוב אחר ההוראות לשימוש בחוט ניאון לחלק העליון של הגוף ומארז. זה מונע מהמקרה להתחמם מהר מדי באור השמש ומונע מדידות שווא. יש להשתמש בנימה שקופה לחלק התחתון על מנת לאפשר הארת מחוון LED.

וריאציה נוספת מאופציה 1 היא שעגול המתכת חסר. כדי למנוע התהפכות של CoMoS, יש למקם/על החלק התחתון השקוף כל סוג של משקל כמו נושאת כדורים או צרור מכונות שטיפה מתכת. הוא מעוצב עם קצה מסביב כך שיתאים למשקל. לחלופין, ניתן להדביק CoMoS למקום ההתקנה שלה באמצעות סרט דו צדדי.

הערה: התיקייה Thingiverse כוללת קבצים למארז קורא כרטיסי מיקרו SD אותם ניתן להרכיב למארז CoMoS. מקרה זה הוא אופציונלי וחלק מהגרסה העצמאית המתוארת בשלב האחרון של מדריך זה.

שלב 6: חיווט והרכבה

ESP, חיישנים, LED וכבל USB מולחמים ומחוברים בהתאם למעגל הסכימטי המוצג בתמונות שלב זה. הקצאת ה- PIN המתאימה לקוד הדוגמה שתואר מאוחר יותר היא:

• 14 - איפוס גשר (EN) - [אפור]
• 17 - WS2811 (LED) - [ירוק]
• 18 - נגד Pullup עבור DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (חוט אחד) - [סגול]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [כחול]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [צהוב]
• 25 - BH1750 (V -in) - [חום]
• 26 - SI7021 (V -in) - [חום]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [חום]
• 34 - חיישן רוח (TMP) - [ציאן]
• 35 - חיישן רוח (RV) - [כתום]
• VIN - כבל USB (+5V) - [אדום]
• GND - כבל USB (GND) - [שחור]

חיישני Si7021, BH1750 ו- DS18B20+ מופעלים באמצעות פין IO של ה- ESP32. זה אפשרי מכיוון שהטיוטה הנוכחית המקסימלית שלהם נמצאת מתחת לאספקת הזרם המקסימלית של ה- ESP לפין, והכרחי כדי להיות מסוגלים לאפס את החיישנים על ידי ניתוק אספקת החשמל שלהם במקרה של טעויות תקשורת בחיישנים. עיין בקוד ESP והערות למידע נוסף.

חיישני Si7021 ו- BH1750, זהים לכבל ה- USB, צריכים להיות מולחמים עם הכבלים שכבר הוכנסו דרך חורי המארז הייעודיים כדי לאפשר הרכבה בשלב הבא. מחברי חיבור קומפקט WAGO משמשים לחיבור התקנים לאספקת החשמל באמצעות כבל ה- USB. כולם מופעלים על 5 V DC באמצעות USB, שעובד עם רמת הלוגיקה של ה- ESP32 ב -3, 3 V. לחלופין, ניתן לחבר מחדש את פיני הנתונים של כבל המיקרו USB לתקע ה- micro USB ולחבר אותו ל- micro USB של ה- ESP. שקע, ככניסה לחשמל וחיבור נתונים להעברת קוד ל- ESP32 בזמן שהתיק סגור. אחרת, אם הוא מחובר כפי שמוצג בתוכנית, יש צורך בכבל מיקרו USB שלם אחר כדי להעביר קוד בתחילה ל- ESP לפני הרכבת המארז.

חיישן הטמפרטורה Si7021 מודבק בצד האחורי של המארז, קרוב לתחתית. חשוב מאוד לחבר חיישן זה קרוב לתחתית, כדי למנוע קריאות טמפרטורה שקריות הנגרמות על ידי חום שהתפתח בתוך המארז. למידע נוסף על נושא זה, ראה שלב אפילוג. חיישן הארה BH1750 מודבק לצלחת העליונה, וחיישן הרוח מוכנס ומתאים לחריץ בצד הנגדי. אם הוא מתאים להפסיד מדי, מעט קלטת מסביב לחלק המרכזי של החיישן עוזרת לשמור אותו במיקום. חיישן הטמפרטורה DS18B20 מוכנס דרך העלייה העליונה לכדור טניס השולחן, עם מיקום סופי במרכז הכדור. החלק הפנימי של הקומה העליונה מלא בצמר בידוד והפתח התחתון אטום בקלטת או דבק חם, למניעת העברת חום מוליכה או קונבקטיבית לגלובוס. הנורית מחוברת לתוך החור העגול מפלדה הפונה כלפי מטה כדי להאיר את הצלחת התחתונה.

כל החוטים, מחברי החיבור וה- ESP32 נכנסים למארז הראשי וכל חלק המארז מורכב בהרכבה סופית.

שלב 7: תוכנה - תצורת ESP, PHP ותצורת MariaDB

ניתן לתכנת את בקר המיקרו ESP32 באמצעות Arduino IDE וספריית הליבה ESP32 Core המסופקת על ידי Espressif. יש הרבה הדרכות מקוונות כיצד להגדיר את IDE לתאימות ESP32, למשל כאן.

לאחר ההתקנה, הקוד המצורף מועבר ל- ESP32. ההערה נמשכת לאורך כל הדרך להבנה קלה, אך כמה תכונות מרכזיות הן:

• יש לו סעיף "תצורת משתמש" בהתחלה, שבו יש להגדיר משתנים בודדים, כגון מזהה WiFi וסיסמה, IP של שרת מסד הנתונים וקריאות נתונים ורצונות שליחה. הוא כולל גם משתנה של "התאמת רוח אפס" שניתן להשתמש בו כדי להתאים את קריאות מהירות הרוח לאפס ל -0 במקרה של ספק כוח לא יציב.
• הקוד כולל גורמי כיול ממוצעים שנקבעו על ידי המחברים מכיול של עשר תחנות חיישנים קיימות. ראה שלב אפילוג למידע נוסף והתאמה אישית אפשרית.
• טיפול בשגיאות שונות נכלל בכמה קטעי קוד. במיוחד זיהוי וטיפול יעילים של טעויות תקשורת באוטובוסים המתרחשות לעיתים קרובות בבקרי ESP32. שוב, ראה שלב אפילוג למידע נוסף.
• יש לו פלט צבע LED כדי להציג את המצב הנוכחי של תחנת החיישנים וכל שגיאה. עיין בשלב התוצאות למידע נוסף.

קובץ ה- PHP המצורף חייב להיות מותקן ונגיש בתיקיית הבסיס של שרת מסד הנתונים, בכתובת serverIP/sensor.php. שם קובץ ה- PHP ותוכן הטיפול בנתונים חייבים להתאים לקוד פונקציית השיחות של ה- ESP, ובצד השני להתאים את הגדרת טבלת מסדי הנתונים, כדי לאפשר אחסון קריאות נתונים. קודי הדוגמה המצורפים תואמים, אך במקרה שתשנה כמה משתנים, יש לשנות אותם בכל המערכת. קובץ ה- PHP כולל קטע התאמה בהתחלה, בו מבצעים התאמות אישיות בהתאם לסביבת המערכת, במיוחד שם משתמש וסיסמה של מסד הנתונים ושם מסד הנתונים.

מסד נתונים של MariaDB או SQL מוגדר על אותו שרת, בהתאם להגדרת הטבלה המשמשת את קוד תחנת החיישנים ואת הסקריפט PHP. בקוד הדוגמה, שם מסד הנתונים של MariaDB הוא "תחנת חיישנים" עם טבלה בשם "נתונים", המכילה 13 עמודות עבור UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, ו- IllumMax.

ניתן להתקין פלטפורמת ניתוח וניטור של Grafana בנוסף על השרת כאפשרות להדמיה ישירה של מסדי נתונים. זו אינה תכונה מרכזית של פיתוח זה, כך שהיא אינה מתוארת עוד במדריך זה.

שלב 8: תוצאות - קריאת נתונים ואימות

עם כל החיווט, ההרכבה, התכנות וההגדרה הסביבתית, תחנת החיישנים שולחת מדי פעם קריאות נתונים למאגר הנתונים. כשהוא מופעל, מספר מצבי פעולה מסומנים באמצעות צבע הלד התחתון:

• במהלך האתחול, נוריות ה- LED נראות בצבע צהוב כדי לציין את החיבור הממתין ל- WiFi.
• כאשר ומחובר, המחוון כחול.
• תחנת החיישנים מפעילה קריאות חיישנים ושולחת אותה לשרת מעת לעת. כל העברה מוצלחת מסומנת בדחף אור ירוק של 600 אלפיות השנייה.
• במקרה של טעויות, המחוון יצבע אדום, סגול או צהבהב, בהתאם לסוג השגיאה. לאחר זמן או מספר טעויות מסוים, תחנת החיישנים מאפסת את כל החיישנים ומאתחלת מחדש באופן אוטומטי, שוב מסומן על ידי נורה צהובה בעת האתחול. עיין בקוד ESP32 והערות למידע נוסף אודות צבעי המחוון.

כאשר השלב האחרון נעשה, תחנת החיישנים פועלת ופועלת ברציפות. עד כה מותקנת ופועלת רשת של 10 תחנות חיישנים הפועלות במרחב המשרדים החכם Living Lab שהוזכר קודם לכן.

שלב 9: אלטרנטיבה: גרסה עצמאית

הפיתוח של CoMoS נמשך והתוצאה הראשונה של תהליך מתמשך זה היא גרסה עצמאית. גרסה זו של CoMoS אינה זקוקה לשרת מסדי נתונים ורשת WiFi כדי לפקח ולהקליט נתונים סביבתיים.

תכונות המפתח החדשות הן:

• קריאות הנתונים מאוחסנות בכרטיס מיקרו SD פנימי, בפורמט CSV ידידותי לאקסל.
• נקודת גישה משולבת WiFi לגישה ל- CoMoS על ידי כל מכשיר נייד.
• אפליקציה מבוססת אינטרנט (שרת אינטרנט פנימי ב- ESP32, אין צורך בחיבור לאינטרנט) לנתונים חיים, הגדרות וגישה לאחסון עם הורדה ישירה של קבצים מכרטיס ה- SD, כפי שמוצג בתמונה וצילומי מסך המצורפים לשלב זה.

זה מחליף את ה- WiFi ואת חיבור מסד הנתונים בעוד שכל התכונות האחרות, כולל כיול וכל העיצוב והבנייה, נשארות ללא נגיעה מהגרסה המקורית. ובכל זאת, CoMoS העצמאי דורש ניסיון וידע נוסף כיצד לגשת למערכת ניהול הקבצים הפנימית "SPIFFS" של ה- ESP32, ומעט מודעות ל- HTML, CSS ו- Javascript כדי להבין כיצד פועלת אפליקציית האינטרנט. זה גם צריך עוד כמה / ספריות שונות כדי לעבוד.

אנא בדוק את קוד הארדואינו בקובץ ה- zip המצורף עבור הספריות הנדרשות ואת ההפניות הבאות למידע נוסף על תכנות והעלאה למערכת הקבצים SPIFFS:

ספריית SPIFFS על ידי espressif

העלאת קבצים SPIFFS על ידי me-no-dev

ספריית ESP32 WebServer מאת Pedroalbuquerque

גרסה חדשה זו תהפוך למדריך חדש לגמרי שעשוי להתפרסם בעתיד. אך לעת עתה, במיוחד עבור משתמשים מנוסים יותר, איננו רוצים לפספס את ההזדמנות לשתף את המידע והקבצים הבסיסיים הדרושים לך כדי להגדיר אותו.

צעדים מהירים לבניית CoMoS עצמאי:

• בנה מארז בהתאם לשלב שלפני. לחלופין, הדפס תלת-ממד מארז נוסף כדי שיצורף קורא כרטיסי ה- micro SC למארז CoMoS. אם אין לך מדפסת תלת מימד זמינה, ניתן למקם את קורא הכרטיסים גם בתוך מארז הראשי של CoMoS, אין לך מה לדאוג.
• חבר את כל החיישנים כמתואר קודם, אך בנוסף, התקן וחבר קורא כרטיסי מיקרו SD (amazon.com) ושעון DS3231 בזמן אמת (adafruit.com) כפי שצוין בתוכנית החיווט המצורפת לשלב זה. הערה: הסיכות לנגד המשיכה וה- oneWire שונות מתוכנית החיווט המקורית!
• בדוק את קוד ה- Arduino והתאם את משתני נקודת הגישה WiFi "ssid_AP" ו- "password_AP" להעדפתך האישית. אם לא מותאם, ה- SSID הסטנדרטי הוא "CoMoS_AP" והסיסמה היא "12345678".
• הכנס כרטיס מיקרו SD, העלה את הקוד, העלה את תוכן תיקיית "הנתונים" ל- ESP32 באמצעות העלאת קבצי SPIFFS, וחבר כל מכשיר נייד לנקודת הגישה ל- WiFi.
• נווט אל "192.168.4.1" בדפדפן הנייד שלך ותהנה!

כל האפליקציה מבוססת על html, css ו- javascript. זה מקומי, אין צורך בחיבור לאינטרנט. הוא כולל תפריט בצד האפליקציה לגישה לדף התקנה ודף זיכרון. בדף ההתקנה, תוכל להתאים את ההגדרות החשובות ביותר כמו תאריך ושעה מקומיים, מרווח קריאות חיישן וכו '. כל ההגדרות יישמרו לצמיתות באחסון הפנימי של ה- ESP32 וישוחזרו באתחול הבא. בדף הזיכרון קיימת רשימת קבצים בכרטיס ה- SD. לחיצה על שם קובץ מתחילה הורדה ישירה של קובץ ה- CSV למכשיר הנייד.

התקנת מערכת זו מאפשרת ניטור אישי ומרוחק של תנאי הסביבה הפנימיים. כל קריאות החיישנים מאוחסנות מדי פעם בכרטיס ה- SD, כאשר כל יום חדש נוצרים קבצים חדשים. זה מאפשר פעולה רציפה במשך שבועות או חודשים ללא גישה או תחזוקה. כאמור, זהו עדיין מחקר ופיתוח מתמשך. אם אתה מעוניין בפרטים נוספים או בסיוע, אנא אל תהסס לפנות למחבר המתאים באמצעות ההערות או ישירות באמצעות לינקדאין.

שלב 10: אפילוג - בעיות ידועות ואאוטלוק

תחנת החיישנים המתוארת במדריך זה היא תוצאה של מחקר ארוך ומתמשך. המטרה היא ליצור מערכת חיישנים אמינה, מדויקת אך בעלות נמוכה לתנאי סביבה פנימיים. הדבר טומן בחובו כמה אתגרים רציניים, מהם יש לציין את הוודאות ביותר:

דיוק חיישן וכיול

החיישנים המשמשים בפרויקט זה כולם מציעים דיוק גבוה יחסית בעלות נמוכה או בינונית. רובם מצוידים בהפחתת רעש פנימית וממשקי אוטובוס דיגיטליים לתקשורת, המפחיתים את הצורך בכיול או התאמות רמות. בכל מקרה, מכיוון שהחיישנים מותקנים בתוך או על מארז עם תכונות מסוימות, כיול של תחנת החיישנים השלמה בוצע על ידי המחברים, כפי שמוצג בקצרה בתמונות המצורפות. בסך הכל נבדקו עשר תחנות חיישנים בנויות באותה מידה בתנאי סביבה מוגדרים בהשוואה למכשיר חיישן אקלים פנימי מקצועי TESTO 480. מהריצות אלה נקבעו גורמי הכיול הכלולים בקוד הדוגמה. הם מאפשרים פיצוי פשוט של השפעת המארז ואלקטרוניקה על החיישנים הבודדים. כדי להגיע לדיוק הגבוה ביותר, מומלץ לבצע כיול אישי לכל תחנת חיישן. כיול מערכת זו מהווה מוקד שני במחקר המחברים, מלבד הפיתוח והבנייה המתוארים במדריך זה. הוא נדון בפרסום נוסף ומחובר, שעדיין נמצא בבדיקת עמיתים ויקושר לכאן ברגע שהוא יעלה לרשת. אנא מצא מידע נוסף על נושא זה באתר המחברים.

יציבות פעולת ESP32

לא כל ספריות החיישנים המבוססות על Arduino המשמשות בקוד זה תואמות באופן מלא את לוח ESP32. נושא זה נדון בהרחבה בנקודות רבות ברשת, במיוחד בנוגע ליציבות תקשורת I2C ו- OneWire. בפיתוח זה מתבצעת איתור וטיפול חדש בשילוב של טעויות, המבוססות על הפעלת החיישנים ישירות באמצעות סיכות IO של ה- ESP32 כדי לאפשר לחתוך את אספקת החשמל שלהם לצורך איפוס. מנקודת המבט של היום, פתרון זה לא הוצג או לא נדון בהרחבה. הוא נולד מכורח הצורך, אך עד כה הוא פועל בצורה חלקה לתקופות פעולה של מספר חודשים ומעלה. ובכל זאת הוא עדיין נושא מחקר.

הַשׁקָפָה

יחד עם ההנחיה הזו, פרסומים וכתובים נוספים בכתב ומצגות הכנס מבוצעים על ידי המחברים כדי להפיץ את הפיתוח ולאפשר יישום קוד פתוח רחב. בינתיים, המחקר ממשיך לשפר עוד יותר את תחנת החיישנים, במיוחד בנוגע לתכנון המערכת ויכולת הייצור שלה, וכיול ואימות המערכת. הוראה זו עשויה להתעדכן בהתפתחויות עתידיות חשובות, אך לכל המידע העדכני, אנא בקר באתר המחברים או צור קשר ישירות עם המחברים באמצעות לינקדאין:

המחבר המקביל: מתיאס קימלינג

מחבר שני: קונרד לאאונרוט

מנטורית מחקר: פרופ 'סבין הופמן

פרס שני במחבר בפעם הראשונה