Ինչպես կառուցել հարմարավետության մոնիտորինգի տվիչների կայան. 10 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Այս ձեռնարկը նկարագրում է այսպես կոչված Comfort Monitoring Station CoMoS- ի նախագծումը և կառուցումը, շրջակա միջավայրի պայմանների համակցված սենսորային սարք, որը մշակվել է TUK- ի Կառուցված միջավայրի բաժնում, Technische Universität Kaiserslautern, Գերմանիա:

CoMoS- ն օգտագործում է ESP32 վերահսկիչ և սենսորներ օդի ջերմաստիճանի և հարաբերական խոնավության (Si7021), օդի արագության (քամու սենսոր. Արդ. Սարքով) և երկրագնդի ջերմաստիճանի (DS18B20 սև լամպի մեջ), բոլորը կոմպակտ, հեշտ օգտագործման համար: կառուցեք պատյան ՝ LED ցուցիչի (WS2812B) միջոցով տեսողական հետադարձ կապով: Բացի այդ, լուսավորության տվիչ (BH1750) ներառված է տեղական տեսողական վիճակը վերլուծելու համար: Սենսորների բոլոր տվյալները պարբերաբար կարդացվում են և Wi-Fi- ի միջոցով ուղարկվում են տվյալների բազայի սերվեր, որտեղից դրանք կարող են օգտագործվել մոնիտորինգի և վերահսկման համար:

Այս զարգացման հիմքում ընկած է էժան, բայց շատ հզոր այլընտրանք ձեռք բերել լաբորատոր սենսորային սարքերին, որոնք սովորաբար 3000 եվրոյից բարձր գնով են: Ի հակադրություն, CoMoS- ն օգտագործում է մոտ 50 եվրո ընդհանուր սարքավորում և, հետևաբար, կարող է համակողմանիորեն տեղակայվել (գրասենյակային) շենքերում `յուրաքանչյուր աշխատավայրում կամ շենքի յուրաքանչյուր հատվածում անհատական ջերմային և տեսողական վիճակի իրական ժամանակի որոշման համար:

Մեր հետազոտության և վարչության հետ կապված աշխատանքի մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար այցելեք Living Lab- ի խելացի գրասենյակային տարածքի պաշտոնական կայքը կամ կապվեք համապատասխան հեղինակի հետ անմիջապես LinkedIn- ի միջոցով: Բոլոր հեղինակների կոնտակտները նշված են այս հրահանգի վերջում:

Կառուցվածքային նշում. Այս հրահանգը նկարագրում է CoMoS- ի սկզբնական կարգավորումը, բայց նաև տեղեկատվություն և հրահանգներ է տալիս մեր կողմից վերջերս մշակված մի քանի տատանումների համար. Բացի տվյալների բազայի սերվերի միացումից, կա այլընտրանքային ինքնուրույն տարբերակ ՝ SD քարտի պահեստով, ինտեգրված WIFi մուտքի կետով և բջջային շքեղ հավելվածով ՝ սենսորների ընթերցումները պատկերավոր դարձնելու համար: Խնդրում ենք ստուգել համապատասխան գլուխներում նշված տարբերակները և վերջին գլխում առանձին տարբերակը:

Անձնական նշում. Սա հեղինակի առաջին հրահանգն է, և այն ընդգրկում է բավականին մանրամասն և բարդ տեղադրում: Խնդրում ենք մի հապաղեք կապվել այս էջի մեկնաբանությունների բաժնի, էլ. Փոստի կամ LinkedIn- ի միջոցով, եթե քայլերի ընթացքում բացակայում են որևէ մանրամասներ կամ տեղեկատվություն:

Քայլ 1. Նախապատմություն - alերմային և տեսողական հարմարավետություն

Visualերմային և տեսողական հարմարավետությունը դարձել են ավելի ու ավելի կարևոր թեմաներ, հատկապես գրասենյակային և աշխատավայրերում, բայց նաև բնակելի հատվածում: Այս ոլորտում հիմնական մարտահրավերն այն է, որ անհատների ջերմային ընկալումը հաճախ տատանվում է լայն տիրույթում: Մեկ անձ կարող է տաքություն զգալ որոշակի ջերմային պայմաններում, իսկ մեկ այլ անձ նույն տեղում սառնություն է զգում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ անհատական ջերմային ընկալման վրա ազդում են բազմաթիվ գործոններ, ներառյալ օդի ջերմաստիճանի ֆիզիկական գործոնները, հարաբերական խոնավությունը, օդի արագությունը և շրջակա մակերեսների ճառագայթային ջերմաստիճանը: Բայց նաև, հագուստը, նյութափոխանակության ակտիվությունը և տարիքի, սեռի, մարմնի զանգվածի և այլնի անհատական կողմը ազդում են ջերմային ընկալման վրա:

Թեև առանձին գործոնները մնում են անորոշություն ջեռուցման և հովացման հսկողության առումով, ֆիզիկական գործոնները կարող են ճշգրիտ որոշվել սենսորային սարքերի միջոցով: Օդի ջերմաստիճանը, հարաբերական խոնավությունը, օդի արագությունը և երկրագնդի ջերմաստիճանը կարող են չափվել և օգտագործվել որպես շենքի կառավարման հսկողության ուղղակի ներդրում: Ավելին, ավելի մանրամասն մոտեցման դեպքում դրանք կարող են օգտագործվել որպես մուտքագրում այսպես կոչված PMV- ինդեքսը հաշվարկելու համար, որտեղ PMV- ն նշանակում է կանխատեսված միջին քվեարկություն: Այն նկարագրում է, թե ինչպես են մարդիկ միջինում հավանաբար գնահատելու իրենց ջերմային զգացումը շրջակա միջավայրի տվյալ պայմաններում: PMV- ն կարող է արժեքներ ընդունել -3 -ից (ցուրտ) մինչև +3 (տաք), իսկ 0 -ը չեզոք վիճակ է:

Ինչու՞ ենք մենք այստեղ նշում PMV- բանը: Դե, քանի որ անձնական հարմարավետության ոլորտում դա սովորաբար օգտագործվող ցուցանիշ է, որը կարող է ծառայել որպես շենքի ջերմային իրավիճակի որակի չափանիշ: Իսկ CoMoS- ի դեպքում PMV հաշվարկման համար անհրաժեշտ բոլոր շրջակա պարամետրերը կարող են չափվել:

Եթե ձեզ հետաքրքրում է, ավելին իմացեք ջերմային հարմարավետության, երկրագնդի և միջին ճառագայթման ջերմաստիճանի, PMV- ինդեքսի և ASHRAE ստանդարտի կիրառման մասին

Վիքիպեդիա. Theերմային հարմարավետություն

ISO 7726 thermalերմային միջավայրի էրգոնոմիկա

ASHRAE NPO

Ի դեպ. Անհատականացված միջավայրի ոլորտում գոյություն ունեն վաղուց գոյություն ունեցող, բայց նաև շատ նոր սարքավորումներ `անհատական ջերմային և տեսողական հարմարավետություն ապահովելու համար: Փոքր աշխատասեղանի երկրպագուները հայտնի օրինակ են: Բայց նաև, ոտքով տաքացուցիչներ, տաքացվող և օդափոխվող աթոռներ կամ գրասենյակային միջնապատեր IR ճառագայթային տաքացման և հովացման համար մշակվում կամ նույնիսկ արդեն հասանելի են շուկայում: Այս բոլոր տեխնոլոգիաները ազդում են տեղական ջերմային վիճակի վրա, օրինակ ՝ աշխատավայրում, և դրանք կարող են ինքնաբերաբար վերահսկվել ՝ հիմնվելով նաև տեղական սենսորների տվյալների վրա, ինչպես ցույց է տրված այս քայլի նկարներում:

Անհատականացված միջավայրի հարմարանքների և ընթացիկ հետազոտությունների մասին լրացուցիչ տեղեկություններ կարելի է գտնել այստեղ

Living Lab խելացի գրասենյակային տարածք. Անհատականացված միջավայր

Կալիֆոռնիայի համալսարան, Բերկլի

ZEN հաշվետվություն անհատական ջեռուցման և հովացման սարքերի մասին [PDF]

Վոլոնգոնգի SBRC համալսարան

Քայլ 2: Համակարգի սխեման

Processարգացման գործընթացի հիմնական նպատակներից մեկը անլար, կոմպակտ և էժան սենսորային սարքի ստեղծումն էր `տվյալ բաց գրասենյակային տարածքում առնվազն տասը առանձին աշխատատեղերի ներքին միջավայրի պայմանները չափելու համար: Հետևաբար, կայանը օգտագործում է ESP32-WROOM-32 ՝ ներկառուցված WiFi կապով և միակցիչ կապերի մեծ բազմազանությամբ և աջակցվող ավտոբուսների տեսակներով ՝ բոլոր տեսակի սենսորների համար: Սենսորային կայաններն օգտագործում են առանձին IoT-WiFi և իրենց տվյալների ընթերցումներն ուղարկում MariaDB տվյալների բազա ՝ տվյալների բազայի սերվերի վրա աշխատող PHP սցենարի միջոցով: Ըստ ցանկության, կարելի է տեղադրել նաև հեշտ օգտագործման Grafana տեսողական արտադրանք:

Վերոնշյալ սխեման ցույց է տալիս բոլոր ծայրամասային բաղադրիչների դասավորությունը `որպես համակարգի տեղադրման ակնարկ, բայց այս հրահանգը կենտրոնանում է հենց սենսորային կայանի վրա: Իհարկե, PHP ֆայլը և SQL կապի նկարագրությունը ներառված են նաև հետագայում ՝ CoMoS- ի կառուցման, միացման և օգտագործման համար անհրաժեշտ բոլոր տեղեկությունները տրամադրելու համար:

Նշում. Այս հրահանգի վերջում կարող եք գտնել հրահանգներ, թե ինչպես կարելի է կառուցել CoMoS- ի այլընտրանքային առանձին տարբերակ `SD քարտի պահեստով, ներքին WiFi մուտքի կետով և բջջային սարքերի համար վեբ հավելվածով:

Քայլ 3: Մատակարարման ցուցակ

Էլեկտրոնիկա

Սենսորներ և վերահսկիչ, ինչպես ցույց է տրված նկարում.

• ESP32-WROOM-32 միկրոկառավարիչ (espressif.com) [A]
• Si7021 կամ GY21 ջերմաստիճանի և խոնավության ցուցիչ (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ ջերմաստիճանի տվիչ (adafruit.com) [C]
• Rev C. օդի արագության տվիչ (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 կարգավիճակի LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 լուսավորության ցուցիչ (amazon.de) [F]

Ավելի շատ էլեկտրական մասեր.

• 4, 7k ձգվող դիմադրություն (adafruit.com)
• 0, 14 մմ² (կամ նման) ստանդարտ մետաղալար (adafruit.com)
• 2x Wago կոմպակտ միացման միակցիչներ (wago.com)
• Միկրո USB մալուխ (sparkfun.com)

Պատյանների մասեր (Գտեք այս մասերի և չափերի մասին ավելի մանրամասն տեղեկատվություն հաջորդ Քայլում: Եթե ունեք 3D տպիչ, ձեզ հարկավոր է միայն սեղանի թենիսի գնդակ: Բաց թողեք հաջորդ քայլը և գտեք 5-րդ քայլում տպելու համար բոլոր տեղեկություններն ու ֆայլերը:)

• Ակրիլային ափսե կլոր 50x4 մմ [1]
• Պողպատե ափսե կլոր 40x10 մմ [2]
• Ակրիլային խողովակ 50x5x140 մմ [3]
• Ակրիլային ափսե կլոր 40x5 մմ [4]
• Ակրիլային խողովակ 12x2x50 մմ [5]
• Սեղանի թենիսի գնդակ [6]

Տարբեր

• Սպիտակ ներկի լակի
• Սև անփայլ ներկի լակի
• Որոշ ժապավեն
• Մի փոքր մեկուսիչ բուրդ, բամբակյա պահոց կամ նմանատիպ այլ բան

Գործիքներ

• Էլեկտրական փորվածք
• 8 մմ գողացող փորվածք
• 6 մմ փայտ/պլաստիկ փորվածք
• 12 մմ փայտ/պլաստիկ փորվածք
• Բարակ ձեռքի սղոց
• Հղկաթուղթ
• Մետաղալար տափակաբերան աքցան
• Մետաղալար մերկապարուհի
• Ironոդման երկաթ և անագ
• Էլեկտրական սոսինձ կամ տաք սոսինձ ատրճանակ

Softwareրագրային ապահովում և գրադարաններ (Թվերը ցույց են տալիս այն գրադարանային տարբերակները, որոնցով մենք օգտագործել և փորձարկել ենք ապարատը: Նոր գրադարանները նույնպես պետք է աշխատեն, բայց մենք տարբեր խնդիրների / նոր տարբերակների փորձարկման ժամանակ երբեմն բախվում ենք որոշ խնդիրների):

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Հիմնական գրադարան
• BH1750FVI գրադարան
• Adafruit_Si7021 գրադարան (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel գրադարան (1.1.6)
• Dallas emերմաստիճանի գրադարան (3.7.9)
• OneWire գրադարան (2.3.3)

Քայլ 4. Գործի ձևավորում և կառուցում - տարբերակ 1

CoMoS- ի դիզայնը առանձնանում է բարակ, ուղղահայաց պատյանով, որտեղ սենսորների մեծ մասը տեղադրված են վերին հատվածում, իսկ ներքևի մասում տեղադրված է միայն ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչը: Սենսորների դիրքերը և դասավորությունը հետևում են չափված փոփոխականների հատուկ պահանջներին.

• Si7021 ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչը տեղադրված է պատյանից դուրս ՝ դրա ներքևի մասում, որպեսզի թույլ տա օդի ազատ շրջանառությունը սենսորի շուրջը և նվազագույնի հասցնի պատյանում միկրոկառավարիչի կողմից առաջացած թափոնների ջերմության ազդեցությունը:
• BH1750 լուսավորության տվիչը տեղադրված է պատյանի հարթ վերևում `հորիզոնական մակերևույթի վրա լուսավորությունը չափելու համար, ինչպես պահանջվում է աշխատավայրի լուսավորության ընդհանուր չափանիշներով:
• The Rev. C քամու սենսորը նույնպես տեղադրված է պատյանի վերևում, որի էլեկտրոնիկան թաքնված է պատյանում, սակայն դրա տողերը, որոնք կրում են իսկական ջերմային անեմոմետր և ջերմաստիճանի տվիչ, ենթարկվում են վերևի օդի:
• DS18B20 ջերմաստիճանի տվիչը տեղադրված է կայարանի հենց վերևում ՝ սև ներկված սեղանի թենիսի գնդակի ներսում: Վերևի դիրքը անհրաժեշտ է նվազագույնի հասցնելու դիտման գործոնները և, հետևաբար, սենսորային կայանի ճառագայթային ազդեցությունը ինքնին մոլորակի ջերմաստիճանի չափման վրա:

Միջին ճառագայթման ջերմաստիճանի և սև սեղանի թենիսի գնդակներ որպես գլոբալ ջերմաստիճանի տվիչներ օգտագործելու վերաբերյալ լրացուցիչ ռեսուրսներն են.

Վանգ, Շանգ և Լի, Յուգուո: (2015): Ակրիլային և պղնձե գլոբուս ջերմաչափերի համապատասխանությունը ցերեկային բացօթյա կարգավորումների համար: Շինություն և շրջակա միջավայր: 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de սիրելի, Ռիչարդ: (1987): Պինգ-պոնգի գլոբալ ջերմաչափեր միջին ճառագայթային ջերմաստիճանի համար: H & Eng.,. 60. 10-12:

Պատյանը նախագծված է պարզ ՝ արտադրության ժամանակը և ջանքերը հնարավորինս ցածր պահելու համար: Այն հեշտությամբ կարելի է կառուցել ստանդարտ մասերից և բաղադրիչներից ՝ ընդամենը մի քանի պարզ գործիքների և հմտությունների միջոցով: Կամ, նրանց համար, ովքեր բախտ են վիճակվել ունենալ 3D տպիչ իրենց ծառայության մեջ, պատյանների բոլոր մասերը նույնպես կարող են 3D տպագրվել: Գործը տպելու համար այս Քայլի մնացած մասը կարելի է բաց թողնել, և բոլոր անհրաժեշտ ֆայլերն ու հրահանգները կարող եք գտնել հաջորդ Քայլում:

Ստանդարտ մասերից կառուցման համար դրանց մեծ մասի համար ընտրվում են կցամասերի չափսեր.

• Հիմնական մարմինը 50 մմ արտաքին տրամագծով ակրիլային (PMMA) խողովակ է, պատի 5 մմ հաստությամբ և 140 մմ բարձրությամբ:
• Ներքևի ափսեը, որը ծառայում է որպես լույսի հաղորդիչ կարգավիճակի LED- ի համար, 50 մմ տրամագծով և 4 մմ հաստությամբ ակրիլային կլոր ափսե է:
• 40 մմ տրամագծով և 10 մմ հաստությամբ պողպատե կլոր տեղադրվում է որպես քաշ ներքևի ափսեի վերևում և տեղավորվում է հիմնական մարմնի խողովակի ստորին ծայրում `կանխելու կայանի տապալումը և ներքևի ափսեը պահելու համար: տեղում:
• Վերին ափսեը տեղավորվում է նաև հիմնական մարմնի խողովակի ներսում: Այն պատրաստված է PMMA- ից և ունի 40 մմ տրամագիծ և 5 մմ հաստություն:
• Ի վերջո, վերին բարձրացնող խողովակը նույնպես PMMA է ՝ արտաքին տրամագիծը 10 մմ, պատի հաստությունը ՝ 2 մմ, երկարությունը ՝ 50 մմ:

Արտադրության և հավաքման գործընթացը պարզ է ՝ սկսած հորատման որոշ անցքերից: Պողպատե կլորին անհրաժեշտ է 8 մմ շարունակական անցք `լուսադիոդին և մալուխներին տեղավորելու համար: Գլխավոր մարմնի խողովակին անհրաժեշտ է մոտ 6 մմ անցք, որպես USB և սենսորային մալուխների մալուխի փոխանցում և օդափոխման անցքեր: Անցքերի քանակը և դիրքերը կարող են փոփոխվել ՝ ըստ ձեր նախասիրության: Մշակողների ընտրությունը վեց անցք է հետևի մասում ՝ վերևից և ներքևից մոտ, և երկուսը ՝ առջևի մասում, մեկը ՝ վերևը, ևս մեկ ՝ կրկին, որպես հղում:

Վերին ափսեը ամենախորամանկ մասն է: Վերևի բարձրացման խողովակին տեղավորելու համար անհրաժեշտ է կենտրոնացված, ուղիղ և շարունակական ամբողջություն, մեկ այլ անջատված 6 մմ անցք `լուսավորության սենսորային մալուխին և քամու համար մոտավորապես 1,5 մմ լայնությամբ և 18 մմ երկարությամբ բարակ ճեղք: սենսոր: Տեղեկատվության համար տե՛ս նկարները: Եվ վերջապես, սեղանի թենիսի գնդակին անհրաժեշտ է նաև 6 մմ ամբողջություն ՝ գլոբուս ջերմաստիճանի տվիչին և մալուխին տեղավորելու համար:

Հաջորդ քայլում PMMA- ի բոլոր մասերը, բացառությամբ ներքևի ափսեի, պետք է ներկված լինեն լակիով, տեղեկանքը սպիտակ է: Սեղանի թենիսի գնդակը պետք է ներկված լինի սև գույնով `դրա ջերմային և օպտիկական հատկանիշները հաստատելու համար:

Պողպատե կլորը սոսնձված է կենտրոնացված և հարթ ներքևի ափսեի վրա: Վերևի բարձրացման խողովակը սոսնձված է վերին ափսեի 12 մմ անցքի մեջ: Սեղանի թենիսի գնդակը սոսնձված է բարձրացնողի վերին ծայրին, որի փոսը համապատասխանում է բարձրացնող խողովակի ներքին բացմանը, այնպես որ ջերմաստիճանի տվիչը և մալուխը կարող են հետագայում տեղադրվել գնդակի վրա ՝ բարձրացնող խողովակի միջոցով:

Այս քայլն ավարտելով ՝ գործի բոլոր մասերը պատրաստ են հավաքվել ՝ դրանք միասին դնելով: Եթե ոմանք չափազանց ամուր են տեղավորվում, դրանք մի փոքր ավազեք, եթե շատ չամրացված, ավելացրեք ժապավենի բարակ շերտ:

Քայլ 5. Գործի ձևավորում և կառուցում - տարբերակ 2

Թեև CoMoS- ի պատյան կառուցելու 1-ին տարբերակը դեռ արագ և պարզ տարբերակ է, բայց 3D տպիչին աշխատանքն անելը կարող է նույնիսկ ավելի հեշտ լինել: Նաև այս տարբերակի համար պատյանը բաժանված է երեք մասի ՝ վերևի, պատյան մարմնի և ներքևի մասի, ինչը թույլ է տալիս հեշտությամբ անցկացնել էլեկտրահաղորդում և հավաքում, ինչպես նկարագրված է հաջորդ Քայլում:

Տպիչի կարգավորումների մասին ֆայլերը և լրացուցիչ տեղեկությունները տրամադրվում են Thingiverse- ում ՝

CoMoS ֆայլեր Thingiverse- ում

Խիստ խորհուրդ է տրվում հետևել սպիտակ թել օգտագործելու վերևի և պատյանների մասերի համար: Սա թույլ չի տալիս պատյանը շատ արագ տաքանալ արևի լույսի ներքո և խուսափում է կեղծ չափումներից: Ներքեւի մասի համար պետք է օգտագործվի թափանցիկ թել `LED ցուցիչի լուսավորությունը թույլ տալու համար:

Տարբերակ 1 -ի մեկ այլ փոփոխություն այն է, որ մետաղյա կլորը բացակայում է: CoMoS- ի տապալումից խուսափելու համար թափանցիկ ստորին մասում/դրա վրա պետք է տեղադրվի ցանկացած տեսակի ծանրություն, ինչպես կրող գնդակներ կամ մի փունջ մետաղյա լվացքի մեքենա: Այն նախագծված է ծայրով, որը տեղավորվում և պահում է որոշակի քաշ: Այլապես, CoMoS- ը կարող է ամրացվել տեղադրման վայրին `երկկողմանի ժապավեն օգտագործելով:

Նշում. Thingiverse թղթապանակը ներառում է միկրո SD քարտի ընթերցողի պատյանների ֆայլեր, որոնք կարող են տեղադրվել CoMoS պատյանում: Այս պատյանը կամընտիր է և այս հրահանգի վերջին քայլում նկարագրված առանձին տարբերակի մի մասն է:

Քայլ 6: Էլեկտրամոնտաժ և հավաքում

ESP- ը, տվիչները, LED- ն և USB մալուխը զոդվում և միացված են ըստ այս քայլի նկարներում ներկայացված սխեմատիկ սխեմայի: Հետագայում նկարագրված օրինակին համապատասխանող PIN- առաջադրանքը հետևյալն է.

• 14 - Վերականգնել կամուրջը (EN) - [մոխրագույն]
• 17 - WS2811 (LED) - [կանաչ]
• 18 - քաշման դիմադրություն DS18B20+ - ի համար
• 19 - DS18B20+ (Մեկ լար) - [մանուշակագույն]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [կապույտ]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [դեղին]
• 25 - BH1750 (V -in) - [շագանակագույն]
• 26 - SI7021 (V -in) - [շագանակագույն]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [շագանակագույն]
• 34 - Քամու տվիչ (TMP) - [կապույտ]
• 35 - Քամու տվիչ (RV) - [նարնջագույն]
• VIN - USB մալուխ (+5V) - [կարմիր]
• GND - USB մալուխ (GND) - [սև]

Si7021, BH1750 և DS18B20+ տվիչները սնուցվում են ESP32- ի IO-pin- ի միջոցով: Դա հնարավոր է, քանի որ դրանց առավելագույն ընթացիկ նախագիծը ցածր է ESP- ի առավելագույն հոսանքի մեկ պինից, և անհրաժեշտ է, որպեսզի կարողանաք վերականգնել սենսորները ՝ անջատելով նրանց սնուցման աղբյուրը սենսորային հաղորդակցության սխալների դեպքում: Լրացուցիչ տեղեկությունների համար տես ESP ծածկագիրը և մեկնաբանությունները:

Si7021 և BH1750 սենսորները, ինչպես և USB մալուխը, պետք է զոդել մալուխների հետ, որոնք արդեն տեղադրված են պատյանների հատուկ անցքերի միջով ՝ հաջորդ քայլին հնարավորություն տալու համար: WAGO կոմպակտ միացման միակցիչներն օգտագործվում են սարքերը USB մալուխի միջոցով սնուցման սարքին միացնելու համար: Բոլորը սնուցվում են 5 Վ DC- ով USB- ով, որն աշխատում է ESP32- ի տրամաբանական մակարդակով 3, 3 Վ -ով `ըստ ցանկության, միկրո USB մալուխի տվյալների կապերը կարող են նորից միացվել միկրո USB վարդակին և միացվել ESP- ի միկրո USB- ին: վարդակից, որպես էներգիայի մուտքագրում և տվյալների միացում ESP32 կոդին փոխանցելու համար, եթե գործը փակ է: Այլապես, եթե միացված է, ինչպես ցույց է տրված սխեմայում, անհրաժեշտ է մեկ այլ անձեռնմխելի միկրո USB մալուխ `սկզբում ծածկագիրը ESP- ին փոխանցելու համար, նախքան պատյան հավաքելը:

Si7021 ջերմաստիճանի տվիչը սոսնձված է պատյանի հետևի մասում ՝ ներքևի մասում: Շատ կարևոր է սենսորը կցել ներքևի մասում ՝ խուսափելու պատյանում առաջացած ջերմության հետևանքով առաջացած ջերմաստիճանի կեղծ ընթերցումներից: Այս հարցի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս Epilogue step: BH1750 լուսավորության սենսորը սոսնձված է վերին ափսեի վրա, իսկ քամու սենսորը տեղադրվում և տեղավորվում է հակառակ կողմում տեղադրված ճեղքին: Եթե այն շատ տեղավորվում է կորցնելու դեպքում, սենսորի կենտրոնական մասի շուրջ մի փոքր ժապավենը օգնում է այն պահել իր դիրքում: DS18B20 ջերմաստիճանի տվիչը վերևի բարձրացնողի միջոցով տեղադրվում է սեղանի թենիսի գնդակի մեջ, որի վերջնական դիրքը գտնվում է գնդակի կենտրոնում: Վերևի բարձրացման ներսը լցված է մեկուսիչ բուրդով, իսկ ստորին բացվածքը կնքված է ժապավենով կամ տաք սոսինձով `կանխելու ջերմահաղորդիչ կամ կոնվեկտիվ ջերմության փոխանցումը երկրագնդի վրա: LED- ն ամրացված է դեպի ներքև ուղղված պողպատե կլոր անցքի մեջ ՝ ներքևի ափսեը լուսավորելու համար:

Բոլոր լարերը, միացման միակցիչները և ESP32- ը անցնում են հիմնական պատյանում, և պատյանների բոլոր մասերը միասին հավաքվում են վերջնական հավաքման մեջ:

Քայլ 7. Softwareրագրակազմ - ESP, PHP և MariaDB կազմաձևում

ESP32 միկրոհսկիչը կարող է ծրագրավորվել ՝ օգտագործելով Arduino IDE- ն և Espressif- ի տրամադրած ESP32 Core գրադարանը: Առցանց առկա են բազմաթիվ ձեռնարկներ, թե ինչպես կարելի է IDE- ն կարգավորել ESP32 համատեղելիության համար, օրինակ ՝ այստեղ:

Կարգավորվելուց հետո կցված կոդը փոխանցվում է ESP32- ին: Այն ամբողջովին մեկնաբանվում է հեշտ հասկանալու համար, սակայն որոշ հիմնական հատկանիշներ են.

• Այն սկզբում ունի «օգտվողի կազմաձևում» բաժին, որտեղ պետք է առանձին փոփոխականներ սահմանվեն, ինչպիսիք են WiFi- ի ID- ն և գաղտնաբառը, տվյալների բազայի սերվերի IP- ն և տվյալների ցանկալի ընթերցումները և ուղարկման ժամկետը: Այն ներառում է նաև «զրոյական քամու ճշգրտում» փոփոխական, որը կարող է օգտագործվել քամու արագության զրոյական ցուցանիշները 0-ին կարգավորելու համար `ոչ կայուն էներգիայի մատակարարման դեպքում:
• Կոդը ներառում է միջին ճշգրտման գործոններ, որոնք որոշվել են հեղինակների կողմից տասը գոյություն ունեցող սենսորային կայանների չափաբերումից: Լրացուցիչ տեղեկությունների և հնարավոր անհատական հարմարեցման համար տե՛ս Epilogue քայլը:
• Կոդի մի քանի բաժիններում ներառված են տարբեր սխալների մշակում: Հատկապես ավտոբուսային հաղորդակցության սխալների արդյունավետ հայտնաբերում և լուծում, որոնք հաճախ հանդիպում են ESP32 կարգավարների վրա: Կրկին, տե՛ս Epilogue step- ը ՝ լրացուցիչ տեղեկությունների համար:
• Այն ունի LED գույնի ելք ՝ ցուցիչ կայանի ընթացիկ վիճակը և ցանկացած սխալ ցույց տալու համար: Լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս Արդյունքների քայլը:

Կցված PHP ֆայլը պետք է տեղադրվի և հասանելի լինի տվյալների բազայի սերվերի արմատային թղթապանակում ՝ serverIP/sensor.php հասցեով: PHP ֆայլի անունը և տվյալների մշակման բովանդակությունը պետք է համապատասխանեն ESP- ի զանգի գործառույթի կոդին, իսկ մյուս կողմից `համապատասխանեն տվյալների բազայի աղյուսակի կարգավորմանը` տվյալների ընթերցումների պահեստավորման համար: Կցված օրինակային կոդերը համընկնում են, բայց որոշ փոփոխականներ փոխելու դեպքում դրանք պետք է փոխվեն ամբողջ համակարգում: PHP ֆայլը ներառում է սկզբում ճշգրտման բաժին, որում անհատական ճշգրտումներ են կատարվում ըստ համակարգի միջավայրի, հատկապես տվյալների բազայի օգտանուն և գաղտնաբառ և տվյալների բազայի անուն:

Նույն սերվերի վրա ստեղծվում է MariaDB կամ SQL տվյալների շտեմարան ՝ համաձայն սենսորային կայանի ծածկագրում օգտագործվող աղյուսակի և PHP սցենարի: Օրինակ կոդի մեջ MariaDB տվյալների բազայի անունն է «sensorstation» ՝ «data» անունով աղյուսակով, որը պարունակում է 13 սյունակ UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, և IllumMax.

Grafana- ի վերլուծական և մոնիտորինգի հարթակը կարող է լրացուցիչ տեղադրվել սերվերի վրա `որպես տվյալների բազայի ուղղակի արտացոլման տարբերակ: Սա այս զարգացման առանցքային հատկանիշը չէ, ուստի այն լրացուցիչ չի նկարագրվի այս ուսուցանվողում:

Քայլ 8. Արդյունքներ. Տվյալների ընթերցում և ստուգում

Բոլոր էլեկտրագծերի, հավաքման, ծրագրավորման և շրջակա միջավայրի կարգավորումների հետ մեկտեղ, տվիչների կայանը տվյալների ընթերցումները պարբերաբար ուղարկում է տվյալների բազա: Սնուցման ընթացքում մի քանի աշխատանքային վիճակ նշված է ներքևի LED գույնի միջոցով.

• Բեռնման ընթացքում LED- ները վառվում են դեղին գույնով ՝ ցույց տալով WiFi- ին սպասվող կապը:
• Երբ և երբ միացված է, ցուցիչը կապույտ է:
• Սենսորային կայանը կատարում է սենսորների ընթերցումներ և այն պարբերաբար ուղարկում սերվեր: Յուրաքանչյուր հաջող փոխանցում նշվում է 600 մգ կանաչ լույսի ազդակով:
• Սխալների դեպքում, ըստ սխալի տիպի, ցուցանիշը կունենա կարմիր, մանուշակագույն կամ դեղնավուն գույն: Որոշակի ժամանակից կամ մի շարք սխալներից հետո սենսորային կայանը վերականգնում է բոլոր տվիչները և ինքնաբերաբար վերագործարկվում, ինչը կրկին նշվում է բեռնախցիկում դեղին լույսով: Seeուցանիշի գույների մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար տես ESP32 ծածկագիրը և մեկնաբանությունները:

Այս վերջին քայլը կատարելով, սենսորային կայանը աշխատում և աշխատում է անընդհատ: Մինչ օրս 10 սենսորային կայանների ցանց է տեղադրված և գործում է նախապես նշված Living Lab խելացի գրասենյակային տարածքում:

Քայլ 9. Այլընտրանք. Առանձին տարբերակ

CoMoS- ի զարգացումը շարունակվում է, և այս ընթացիկ գործընթացի առաջին արդյունքը ինքնուրույն տարբերակն է: CoMoS- ի այդ տարբերակը կարիք չունի տվյալների բազայի սերվերի և WiFi ցանցի ՝ շրջակա միջավայրի տվյալները վերահսկելու և գրանցելու համար:

Նոր հիմնական հատկանիշներն են.

• Տվյալների ընթերցումները պահվում են ներքին միկրո SD քարտի վրա ՝ Excel- ի համար հարմար CSV ձևաչափով:
• Ինտեգրված WiFi մուտքի կետ ՝ ցանկացած բջջային սարքով CoMoS մուտք գործելու համար:
• Վեբ վրա հիմնված ծրագիր (ներքին վեբ սերվեր ESP32- ում, ինտերնետ կապ չի պահանջվում) կենդանի տվյալների, կարգավորումների և պահեստային մուտքի համար ՝ SD քարտից ուղղակի ֆայլ ներբեռնելու համար, ինչպես ցույց է տրված այս քայլին կցված նկարում և սքրինշոթերում:

Սա փոխարինում է WiFi- ի և տվյալների բազայի կապին, մինչդեռ մյուս բոլոր հնարավորությունները, ներառյալ չափագրումը և դիզայնն ու շինարարությունը, անփոփոխ են մնում սկզբնական տարբերակից: Այնուամենայնիվ, առանձին CoMoS- ը պահանջում է փորձ և լրացուցիչ գիտելիքներ, թե ինչպես մուտք գործել ESP32- ի ներքին ֆայլերի կառավարման համակարգ «SPIFFS», և մի փոքր տեղեկացվածություն HTML- ի, CSS- ի և Javascript- ի մասին `հասկանալու համար, թե ինչպես է աշխատում վեբ ծրագիրը: Այն աշխատելու համար անհրաժեշտ է ևս մի քանի / տարբեր գրադարաններ:

Խնդրում ենք ստուգել Arduino ծածկագիրը անհրաժեշտ գրադարանների համար կցված zip ֆայլում և SPIFFS ֆայլային համակարգում ծրագրավորման և բեռնման վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկությունների համար հետևյալ տեղեկանքները:

SPIFFS գրադարանը espressif- ի կողմից

SPIFFS ֆայլերի վերբեռնիչ ՝ me-no-dev

ESP32WebServer գրադարան Pedroalbuquerque- ի կողմից

Այս նոր տարբերակը կդարձնի բոլորովին նոր ուսանելի, որը կարող է հրատարակվել ապագայում: Բայց առայժմ, հատկապես ավելի փորձառու օգտվողների համար, մենք չենք ցանկանում բաց թողնել հնարավորությունը ՝ կիսելու այն հիմնական տեղեկությունները և ֆայլերը, որոնք անհրաժեշտ են դրանք կարգավորելու համար:

Առանձին CoMoS ստեղծելու արագ քայլեր

• Կառուցեք պատյան ըստ նախորդ քայլի: Ptionանկության դեպքում, 3D տպեք լրացուցիչ պատյան, որպեսզի միկրո SC քարտի ընթերցողը կցվի CoMoS պատյանին: Եթե դուք չունեք մատչելի 3D տպիչ, քարտի ընթերցողը կարող է տեղադրվել նաև CoMoS- ի հիմնական պատյանում, առանց անհանգստության:
• Միացրեք բոլոր տվիչները, ինչպես նկարագրված է նախկինում, բայց բացի այդ, տեղադրեք և միացրեք միկրո SD քարտի ընթերցող (amazon.com) և իրական ժամանակի DS3231 ժամացույց (adafruit.com), ինչպես նշված է այս քայլին կցված էլեկտրագծերի սխեմայում: Նշում. Քաշվող դիմադրության և oneWire- ի քորոցները տարբերվում են էլեկտրագծերի սկզբնական սխեմայից:
• Ստուգեք Arduino ծածկագիրը և հարմարեցրեք WiFi մուտքի կետի «ssid_AP» և «password_AP» փոփոխականները ՝ ըստ ձեր անձնական նախասիրության: Եթե ճշգրտված չէ, ստանդարտ SSID- ը «CoMoS_AP» է, իսկ գաղտնաբառը ՝ «12345678»:
• Տեղադրեք միկրո SD քարտ, վերբեռնեք կոդը, վերբեռնեք «տվյալների» թղթապանակի բովանդակությունը ESP32- ում ՝ օգտագործելով SPIFFS ֆայլերի բեռնիչը և ցանկացած շարժական սարք միացրեք WiFi մուտքի կետին:
• Ձեր բջջային դիտարկիչում անցեք «192.168.4.1» և վայելեք:

Հավելվածը հիմնված է html, css և javascript- ի վրա: Տեղական է, ինտերնետ կապ չկա կամ պարտադիր չէ: Այն պարունակում է ներծրագրային կողմի ընտրացանկ `կարգավորումների էջին և հիշողության էջին մուտք գործելու համար: Կարգավորման էջում կարող եք կարգավորել ամենակարևոր կարգավորումները, ինչպիսիք են տեղական ամսաթիվը և ժամը, սենսորների ընթերցումների ընդմիջումը և այլն: Բոլոր կարգավորումները մշտապես կպահվեն ESP32- ի ներքին պահոցում և կվերականգնվեն հաջորդ բեռնման ժամանակ: Հիշողության էջում առկա է SD քարտի ֆայլերի ցանկը: Ֆայլի անվան վրա սեղմելը նախաձեռնում է CSV ֆայլի ուղղակի ներբեռնում բջջային սարքին:

Այս համակարգի կարգավորումը թույլ է տալիս ներսում շրջակա միջավայրի պայմանների անհատական և հեռակա մոնիտորինգ: Սենսորների բոլոր ընթերցումները պարբերաբար պահվում են SD քարտի վրա, յուրաքանչյուր նոր օրվա համար ստեղծվում են նոր ֆայլեր: Սա թույլ է տալիս շարունակական գործել շաբաթներ կամ ամիսներ `առանց մուտքի կամ սպասարկման: Ինչպես արդեն նշվեց, սա դեռ շարունակական հետազոտություն և զարգացում է: Եթե ձեզ հետաքրքրում են լրացուցիչ մանրամասներ կամ օգնություն, խնդրում ենք մի հապաղեք կապվել համապատասխան հեղինակի հետ ՝ մեկնաբանությունների միջոցով կամ անմիջապես LinkedIn- ի միջոցով:

Քայլ 10. Վերջաբան - Հայտնի խնդիրներ և հեռանկար

Այս հրահանգում նկարագրված սենսորային կայանը երկարատև և շարունակական հետազոտության արդյունք է: Նպատակն է ստեղծել ներքին, շրջակա միջավայրի պայմանների համար հուսալի, ճշգրիտ, բայց ցածր գներով սենսորային համակարգ: Սա պարունակում և պարունակում է որոշ լուրջ մարտահրավերներ, որոնցից առավել որոշակիները պետք է նշել այստեղ.

Սենսորների ճշգրտություն և չափաբերում

Այս նախագծում օգտագործված սենսորները բոլորը համեմատաբար բարձր ճշգրտություն են առաջարկում ցածր կամ միջին արժեքով: Շատերը հագեցած են ներքին աղմուկի նվազեցմամբ և հաղորդակցության համար թվային ավտոբուսային միջերեսներով `նվազեցնելով չափագրման կամ մակարդակի ճշգրտման անհրաժեշտությունը: Ինչևէ, քանի որ սենսորները տեղադրված են որոշակի հատկանիշներով պատյանում կամ պատյանում, հեղինակների կողմից կատարվել է ամբողջական սենսորային կայանի ճշգրտում, ինչպես կարճ պատկերված է կցված նկարներով: Ընդհանուր առմամբ հավասարապես կառուցված տասը սենսորային կայաններ փորձարկվել են սահմանված բնապահպանական պայմաններում և համեմատվել են TESTO 480 մասնագիտացված փակ կլիմայի սենսորային սարքի հետ: Այս վազքներից որոշվեցին օրինակելի ծածկագրում ներառված ճշգրտման գործոնները: Նրանք թույլ են տալիս պարզ փոխհատուցել գործի և էլեկտրոնիկայի ազդեցությունը առանձին սենսորների վրա: Ամենաբարձր ճշգրտությանը հասնելու համար յուրաքանչյուր սենսորային կայանի համար առաջարկվում է անհատական ճշգրտում: Այս համակարգի ճշգրտումը հեղինակների հետազոտությունների երկրորդ առանցքն է, բացի այս հրահանգում նկարագրված զարգացումից և կառուցումից: Այն քննարկվում է լրացուցիչ, միացված հրապարակման մեջ, որը դեռևս գտնվում է փորձաքննության փուլում և կկապվի այստեղ ՝ ինտերնետին անցնելուն պես: Խնդրում ենք այս թեմայի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկություններ գտնել հեղինակների կայքում:

ESP32 աշխատանքի կայունություն

Այս ծածկագրում օգտագործվող Arduino- ի վրա հիմնված սենսորային գրադարանները լիովին համատեղելի չեն ESP32 տախտակի հետ: Այս հարցը լայնորեն քննարկվել է առցանց բազմաթիվ կետերում, հատկապես I2C և OneWire հաղորդակցության կայունության վերաբերյալ: Այս զարգացումներում կատարվում է սխալի նոր, համակցված հայտնաբերում և վարում, որը հիմնված է սենսորների ուղղակի սնուցման վրա ESP32- ի IO կապանքների միջոցով `թույլ տալով անջատել նրանց էներգիայի մատակարարումը վերակայման նպատակով: Այսօրվա տեսանկյունից այս լուծումը չի ներկայացվել կամ լայնորեն չի քննարկվում: Այն ծնվել է անհրաժեշտության պատճառով, բայց մինչ օրս այն սահուն է ընթանում մի քանի ամսվա ընթացքում և դրանից հետո: Այնուամենայնիվ, դա դեռ հետազոտության թեմա է:

Outlook

Այս ուսանելի, հեղինակի կողմից իրականացվում են հետագա գրավոր հրապարակումներ և գիտաժողովների շնորհանդեսներ `զարգացումը տարածելու և լայն և բաց կոդով կիրառման հնարավորություն տալու համար: Միևնույն ժամանակ, հետազոտությունը շարունակվում է ՝ բարելավելու սենսորային կայանը, հատկապես համակարգի նախագծման և արտադրելիության, ինչպես նաև համակարգի չափագրման և ստուգման վերաբերյալ: Այս հրահանգը կարող է թարմացվել ապագա կարևոր զարգացումների վերաբերյալ, սակայն բոլոր արդիական տեղեկությունների համար խնդրում ենք այցելել հեղինակների կայքէջը կամ անմիջականորեն կապվել հեղինակների հետ LinkedIn- ի միջոցով.

համապատասխան հեղինակ ՝ Մաթիաս Քիմլինգ

երկրորդ հեղինակ ՝ Կոնրադ Լաուենրոթ

հետազոտական մենթոր ՝ պրոֆեսոր Սաբին Հոֆմանը

Երկրորդ մրցանակ առաջին անգամ հեղինակ