Instruksikan ini menjelaskan desain dan konstruksi yang disebut CoMoS Stasiun Pemantauan Kenyamanan, perangkat sensor gabungan untuk kondisi sekitar, yang dikembangkan di departemen Lingkungan Bangun di TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Jerman.
CoMoS menggunakan pengontrol dan sensor ESP32 untuk temperatur udara dan kelembaban relatif (Si7021), kecepatan udara (sensor angin rev. C oleh Perangkat Modern), dan suhu dunia (DS18B20 dalam bohlam hitam), semuanya dalam wadah yang ringkas, mudah dibuat dengan umpan balik visual melalui indikator LED (WS2812B). Selain itu, sebuah pencahayaan sensor (BH1750) dimasukkan untuk menganalisis kondisi visual lokal. Semua data sensor dibaca secara berkala dan dikirim melalui Wi-Fi ke server database, dari tempat itu dapat digunakan untuk pemantauan dan kontrol.
Motivasi di balik pengembangan ini adalah untuk mendapatkan alternatif berbiaya rendah namun sangat kuat untuk perangkat sensor laboratorium, yang biasanya dengan harga di atas 3000 €. Sebaliknya, CoMoS menggunakan perangkat keras dengan harga total sekitar 50 € dan karenanya dapat digunakan secara komprehensif di gedung-gedung (kantor) untuk penentuan waktu-nyata kondisi termal dan visual individu di setiap tempat kerja atau bagian bangunan.
Untuk informasi lebih lanjut tentang penelitian kami dan pekerjaan yang terhubung di departemen, lihat situs web ruang kantor resmi Living Lab resmi atau hubungi penulis terkait langsung melalui LinkedIn. Semua kontak penulis tercantum di akhir instruksi ini.
Catatan struktural: Instruksi ini menjelaskan pengaturan asli CoMoS, tetapi juga memberikan informasi dan instruksi untuk beberapa variasi baru-baru ini kami kembangkan: Selain case asli yang dibuat dari bagian standar, ada juga a Opsi cetak 3D. Dan selain perangkat asli dengan koneksi server database, ada alternatif versi yang berdiri sendiri dengan penyimpanan kartu-SD, titik akses WIFi terintegrasi, dan aplikasi seluler yang bagus untuk memvisualisasikan pembacaan sensor. Silakan periksa opsi yang ditandai dalam bab yang sesuai dan opsi yang berdiri sendiri di bab terakhir.
Catatan pribadi: Ini adalah instruksi pertama penulis, dan mencakup pengaturan yang cukup rinci dan kompleks. Harap jangan ragu untuk menghubungi bagian komentar di halaman ini, melalui email, atau melalui LinkedIn, jika ada detail atau informasi yang hilang di seluruh langkah.
Persediaan:
Langkah 1: Latar Belakang - Kenyamanan Termal dan Visual
Kenyamanan termal dan visual telah menjadi topik yang semakin penting, terutama di lingkungan kantor dan tempat kerja, tetapi juga di sektor perumahan. Tantangan utama dalam bidang ini adalah bahwa persepsi termal individu sering bervariasi dalam rentang yang luas. Satu orang mungkin merasa panas dalam kondisi panas tertentu sementara orang lain merasa dingin dalam kondisi yang sama. Itu karena persepsi termal individu dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk faktor fisik suhu udara, kelembaban relatif, kecepatan udara, dan suhu radiasi permukaan sekitarnya. Tetapi juga, pakaian, aktivitas metabolisme, dan aspek individu dari usia, jenis kelamin, massa tubuh, dan banyak lagi, mempengaruhi persepsi termal.
Sementara faktor individu tetap menjadi ketidakpastian dalam hal kontrol pemanasan dan pendinginan, faktor fisik dapat ditentukan secara tepat oleh perangkat sensor. Suhu udara, kelembaban relatif, kecepatan udara, dan suhu globe dapat diukur dan digunakan sebagai input langsung ke kontrol bangunan. Selanjutnya, dalam pendekatan yang lebih rinci, mereka dapat digunakan sebagai input untuk menghitung apa yang disebut Indeks PMV, di mana PMV adalah singkatan dari Predicted Mean Vote. Ini menggambarkan bagaimana orang rata-rata cenderung menilai sensasi termal mereka di bawah kondisi ruangan sekitar. PMV dapat mengambil nilai dari -3 (dingin) hingga +3 (panas), dengan 0 sebagai kondisi netral.
Mengapa kita menyebutkan hal PMV di sini? Ya, karena dalam bidang kenyamanan pribadi, ini adalah indeks yang umum digunakan yang dapat berfungsi sebagai kriteria kualitas untuk situasi termal dalam sebuah bangunan. Dan dengan CoMoS, semua parameter ambien yang diperlukan untuk perhitungan PMV dapat diukur.
Jika Anda tertarik, cari tahu lebih lanjut tentang kenyamanan termal, konteks globe dan suhu rata-rata radiasi, indeks PMV, dan penerapan standar ASHRAE di
Wikipedia: Kenyamanan Termal
ISO 7726 Ergonomi lingkungan termal
ASHRAE NPO
Omong-omong: Ada yang sudah lama ada, tetapi juga banyak gadget yang baru dikembangkan di bidang lingkungan yang dipersonalisasi untuk memberikan kenyamanan termal dan visual individu. Penggemar desktop kecil adalah contoh yang terkenal. Tetapi juga, penghangat kaki, kursi berpemanas dan berventilasi, atau partisi kantor untuk pemanasan dan pendinginan radiasi-IR sedang dikembangkan atau bahkan sudah tersedia di pasar. Semua teknologi ini mempengaruhi kondisi termal lokal, di tempat kerja misalnya, dan mereka dapat dikontrol secara otomatis berdasarkan data sensor lokal, juga, seperti yang diilustrasikan dalam gambar langkah ini.
Informasi lebih lanjut tentang gadget lingkungan yang dipersonalisasi dan penelitian yang sedang berlangsung tersedia di
Ruang kantor pintar Lab Hidup: Lingkungan yang Dipersonalisasi
Universitas California, Berkeley
Laporan ZEN tentang pemanasan pribadi dan perangkat pendingin PDF
SBRC University of Wollongong
Langkah 2: Skema Sistem
Salah satu tujuan utama dalam proses pengembangan adalah untuk menciptakan nirkabel, padat, dan murah perangkat sensor untuk mengukur kondisi lingkungan dalam ruangan dari setidaknya sepuluh tempat kerja individu dalam ruang kantor terbuka yang diberikan. Oleh karena itu, stasiun menggunakan ESP32-WROOM-32 dengan konektivitas WiFi on-board dan dengan berbagai macam pin konektor dan jenis bus yang didukung untuk semua jenis sensor. Stasiun sensor menggunakan IoT-WiFi yang terpisah dan mengirimkan bacaan data mereka ke basis data MariaDB melalui skrip PHP yang berjalan pada server basis data. Secara opsional, output visual Grafana yang mudah digunakan dapat diinstal juga.
Skema di atas menunjukkan pengaturan semua komponen periferal sebagai tinjauan umum tentang pengaturan sistem, tetapi petunjuk ini berfokus pada stasiun sensor itu sendiri. Tentu saja, file PHP dan deskripsi koneksi SQL juga disertakan nanti, untuk memberikan semua informasi yang diperlukan untuk membangun, menghubungkan, dan menggunakan CoMoS.
catatan: pada akhir instruksi ini Anda dapat menemukan petunjuk tentang cara membuat CoMoS versi alternatif yang berdiri sendiri dengan penyimpanan kartu-SD, titik akses WiFi internal, dan aplikasi web untuk perangkat seluler.
Langkah 3: Daftar Persediaan
Elektronik
Sensor dan pengontrol, seperti yang ditunjukkan pada gambar:
- ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) A
- Sensor suhu dan kelembaban Si7021 atau GY21 (adafruit.com) B
- DS18B20 + sensor suhu (adafruit.com) C
- Rev C. sensor kecepatan udara (moderndevice.com) D
- WS2812B 5050 status LED (adafruit.com) E
- Sensor pencahayaan BH1750 (amazon.de) F
Lebih banyak bagian listrik:
- 4,7 k pull-up resistor (adafruit.com)
- 0,14 mm² (atau serupa) kawat standar (adafruit.com)
- 2x konektor penyambungan kompak Wago (wago.com)
- Kabel USB mikro (sparkfun.com)
Bagian kasus
(Temukan informasi lebih rinci tentang bagian-bagian dan ukuran ini di Langkah berikutnya. Jika Anda memiliki printer 3D, Anda hanya memerlukan bola tenis meja. Lewati Langkah berikutnya dan temukan semua info dan file untuk dicetak pada Langkah 5.)
- Putaran plat akrilik 50x4 mm 1
- Putaran pelat baja 40x10 mm 2
- Tabung akrilik 50x5x140 mm 3
- Putaran plat akrilik 40x5 mm 4
- Tabung akrilik 12x2x50 mm 5
- Bola tenis meja 6
Lain-lain
- Semprotan cat putih
- Semprotan cat matte hitam
- Rekaman
- Wol isolasi kecil, kapas, atau yang serupa
Alat
- Bor listrik
- Mencuri bor 8 mm
- Bor kayu / plastik 6 mm
- Bor kayu / plastik 12 mm
- Gergaji tangan yang tipis
- Ampelas
- Tang pemotong kawat
- Stripper kawat
- Besi solder dan timah
- Lem daya atau lem panas
Perangkat lunak dan perpustakaan
(Angka-angka menunjukkan versi pustaka yang kami gunakan dan diuji dengan perangkat keras. Pustaka yang lebih baru juga bisa digunakan, tetapi kami terkadang menghadapi beberapa masalah saat mencoba versi yang berbeda / lebih baru.)
- Arduino IDE (1.8.5)
- ESP32 Core library
- Perpustakaan BH1750FVI
- Perpustakaan Adafruit_Si7021 (1.0.1)
- Perpustakaan Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
- Perpustakaan DallasTemperature (3.7.9)
- Perpustakaan OneWire (2.3.3)
Langkah 4: Desain dan Konstruksi Kasing - Opsi 1
Desain CoMoS menampilkan casing vertikal dan ramping dengan sebagian besar sensor dipasang di area atas, dengan hanya sensor suhu dan kelembaban yang dipasang di dekat bagian bawah. Itu posisi sensor dan pengaturan mengikuti persyaratan spesifik dari variabel yang diukur:
- Si7021 sensor suhu dan kelembaban dipasang di luar kasing, dekat bagian bawahnya, untuk memungkinkan sirkulasi udara bebas di sekitar sensor dan untuk meminimalkan pengaruh panas buangan yang dikembangkan oleh mikrokontroler di dalam kasing.
- BH1750 sensor pencahayaan dipasang di atas rata kasing, untuk mengukur iluminasi pada permukaan horizontal seperti yang dipersyaratkan oleh standar umum pada iluminasi tempat kerja.
- Pdt. C sensor angin juga dipasang di bagian atas kasing, dengan barang-barang elektroniknya tersembunyi di dalam kasing, tetapi kabelnya, yang membawa anemometer termal aktual dan sensor suhu, terpapar ke udara di sekitar kasing.
- DS18B20 sensor temperatur dipasang di bagian paling atas stasiun, di dalam bola tenis meja yang dicat hitam. Posisi di atas diperlukan untuk meminimalkan faktor tampilan dan karenanya pengaruh radiasi stasiun sensor itu sendiri terhadap pengukuran suhu globe.
Sumber daya tambahan tentang suhu radiasi rata-rata dan penggunaan bola tenis meja hitam sebagai sensor suhu globe adalah:
Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Kesesuaian Thermometer Globe Akrilik dan Tembaga untuk Pengaturan Outdoor Diurnal. Bangunan dan Lingkungan. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.
de Dear, Richard. (1987). Termometer bola ping-pong untuk rata-rata suhu radiasi. H & Eng.,. 60. 10-12.
Kasing ini dirancang sederhana, untuk menjaga waktu dan upaya pembuatan serendah mungkin. Itu bisa dengan mudah dibangun dari bagian standar dan komponen hanya dengan beberapa alat dan keterampilan sederhana. Atau, bagi mereka yang cukup beruntung untuk memiliki printer 3D di layanan mereka, semua bagian casing bisa 3D-cetak demikian juga. Untuk mencetak kasing, sisa Langkah ini dapat dilewati dan semua file serta instruksi yang diperlukan dapat ditemukan pada Langkah berikutnya.
Untuk konstruksi dari bagian standar, dimensi pas dipilih untuk sebagian besar dari mereka:
- Itu tubuh utama adalah pipa akrilik (PMMA) dengan diameter luar 50 mm, tebal dinding 5 mm, dan tinggi 140 mm.
- Itu pelat bawah, yang berfungsi sebagai konduktor cahaya untuk status LED, adalah pelat bundar akrilik dengan diameter 50 mm dan ketebalan 4 mm.
- SEBUAH putaran baja dengan diameter 40 mm dan ketebalan 10 mm dipasang sebagai beban di atas pelat bawah dan muat di dalam ujung bawah tabung bodi utama untuk mencegah stasiun terguling dan menahan pelat bawah pada tempatnya.
- Itu piring atas cocok di dalam tabung tubuh utama juga. Itu terbuat dari PMMA dan memiliki diameter 40 mm dan ketebalan 5 mm.
- Akhirnya, tabung riser atas adalah PMMA juga, dengan diameter luar 10 mm, ketebalan dinding 2 mm, dan panjang 50 mm.
Proses pembuatan dan perakitan sederhana, dimulai dengan beberapa lubang untuk mengebor. Bulat baja membutuhkan lubang kontinu 8 mm, agar pas dengan LED dan kabel. Tabung tubuh utama membutuhkan beberapa lubang 6 mm, sebagai umpan kabel untuk kabel USB dan sensor, dan sebagai lubang ventilasi. Jumlah dan posisi lubang dapat bervariasi sesuai keinginan Anda. Pilihan pengembang adalah enam lubang di bagian belakang, dekat ke atas dan bawah, dan dua di sisi depan, satu atas, satu lagi di bawah, sebagai referensi.
Pelat atas adalah bagian yang paling sulit. Dibutuhkan keseluruhan 12 mm terpusat, lurus dan kontinu agar sesuai dengan tabung riser atas, lubang 6 mm berpusat terpusat lainnya agar sesuai dengan kabel sensor pencahayaan, dan celah tipis sekitar 1,5 mm lebar dan 18 mm panjang agar sesuai dengan angin sensor. Lihat gambar untuk referensi. Dan akhirnya, bola tenis meja juga membutuhkan keseluruhan 6 mm, agar sesuai dengan sensor dan kabel suhu globe.
Pada langkah berikutnya, semua bagian PMMA, kecuali pelat bawah, harus semprotan dicat, rujukannya putih. Bola tenis meja harus dicat hitam matte untuk menetapkan perkiraan atribut termal dan optiknya.
Bulat baja adalah terpaku tengah dan rata ke pelat bawah. Tabung riser atas direkatkan ke lubang pelat atas 12 mm. Bola tenis meja dilem di ujung atas riser, dengan lubang yang cocok dengan pembukaan bagian dalam riser tube, sehingga sensor suhu dan kabel dapat dimasukkan ke bola sesudahnya melalui riser tube.
Dengan langkah ini selesai, semua bagian kasing siap untuk dirakit dengan menyusunnya. Jika beberapa pas terlalu ketat, ampelas sedikit, jika terlalu longgar, tambahkan lapisan tipis.
Langkah 5: Desain dan Konstruksi Kasing - Opsi 2
Sementara Opsi 1 dari kasus membangun CoMoS masih cepat dan sederhana, membiarkan a 3D-printer melakukan pekerjaan itu mungkin bahkan lebih mudah. Juga untuk opsi ini, kasing dibagi menjadi tiga bagian, atas, badan tutup, dan bagian bawah, untuk memungkinkan perkabelan dan perakitan yang mudah seperti dijelaskan pada Langkah berikutnya.
File dan info lebih lanjut tentang pengaturan printer disediakan di Thingiverse:
File CoMoS pada Thingiverse
Ikuti instruksi yang digunakan filamen putih untuk bagian atas dan casing bagian tubuh sangat disarankan. Ini mencegah kasing terlalu cepat di bawah sinar matahari dan menghindari pengukuran yang salah. Tfilamen ransparent harus digunakan untuk bagian bawah untuk memungkinkan penerangan indikator LED.
Variasi lain dari Opsi 1 adalah bahwa putaran logam tidak ada.Untuk mencegah CoMoS terguling, segala jenis beban seperti bantalan bola atau seikat mesin cuci logam harus diletakkan di / pada bagian bawah transparan. Ini dirancang dengan tepi sekitar agar pas dan menahan beberapa berat. Sebagai alternatif, CoMoS dapat ditempel ke tempatnya pemasangan dengan menggunakan selotip dua sisi.
catatan: Folder Thingiverse termasuk file untuk kasus pembaca kartu micro SD yang dapat dipasang ke kasus CoMoS. Kasing ini adalah opsional dan bagian dari versi yang berdiri sendiri yang dijelaskan pada langkah terakhir dari instruksi ini.
Langkah 6: Pengkabelan dan Perakitan
ESP, sensor, LED, dan kabel USB disolder dan terhubung sesuai dengan rangkaian skematik yang ditunjukkan pada gambar langkah ini. Itu Penugasan PIN cocok dengan kode contoh yang dijelaskan nanti adalah:
- 14 - Atur ulang jembatan (EN) - abu-abu
- 17 - WS2811 (LED) - hijau
- 18 - resistor pullup untuk DS18B20 +
- 19 - DS18B20 + (Satu Kawat) - ungu
- 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - biru
- 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - kuning
- 25 - BH1750 (V-in) - coklat
- 26 - SI7021 (V-in) - coklat
- 27 - DS18B20 + (V-in) - coklat
- 34 - Sensor angin (TMP) - cyan
- 35 - Sensor angin (RV) - oranye
- VIN - Kabel USB (+ 5V) - merah
- GND - Kabel USB (GND) - hitam
Sensor Si7021, BH1750, dan DS18B20 + diaktifkan melalui pin IO ESP32. Ini dimungkinkan karena draf arus maks mereka di bawah pasokan arus maksimum ESP per pin, dan diperlukan untuk dapat mengatur ulang sensor dengan memotong catu daya jika terjadi kesalahan komunikasi sensor. Lihat kode ESP dan komentar untuk informasi lebih lanjut.
Sensor Si7021 dan BH1750, sama dengan kabel USB, harus disolder dengan kabel yang sudah dimasukkan melalui lubang case khusus untuk memungkinkan perakitan pada langkah berikutnya. Konektor penyambungan kompak WAGO digunakan untuk menghubungkan perangkat ke catu daya dengan kabel USB. Semua didukung oleh 5 V DC oleh USB, yang bekerja dengan level logika ESP32 pada 3,3 V. Secara opsional, pin data kabel micro USB dapat dihubungkan kembali ke steker micro USB dan dihubungkan ke micro USB ESP soket, sebagai input daya dan koneksi data untuk mentransfer kode ke ESP32 saat kasing ditutup. Selain itu, jika terhubung seperti yang ditunjukkan dalam skema, kabel micro USB lain yang utuh diperlukan untuk mentransfer kode ke ESP sebelum merakit kasing.
Itu Sensor suhu Si7021 direkatkan ke sisi belakang kasing, dekat dengan bagian bawah. Sangat penting untuk memasang sensor ini di dekat bagian bawah, untuk menghindari pembacaan suhu palsu yang disebabkan oleh panas yang berevolusi dalam casing. Lihat langkah Epilog untuk Informasi lebih lanjut tentang masalah ini. Itu Sensor pencahayaan BH1750 direkatkan ke pelat atas, dan sensor angin dimasukkan dan dipasang pas ke celah di sisi yang berlawanan. Jika terlalu pas, sedikit selotip di bagian tengah sensor membantu menjaga posisinya. Itu Sensor suhu DS18B20 dimasukkan melalui riser atas ke bola tenis meja, dengan posisi akhir di tengah bola. Bagian dalam riser atas diisi dengan wol isolasi dan bukaan bawah disegel dengan selotip atau lem panas, untuk mencegah perpindahan panas konduktif atau konvektif ke globe. Itu LED dipasang ke lubang baja bundar menghadap ke bawah untuk menerangi pelat bawah.
Semua kabel, konektor penyambungan, dan ESP32 masuk ke dalam kasing utama dan semua kasing disatukan dalam perakitan akhir.
Langkah 7: Perangkat Lunak - Konfigurasi ESP, PHP, dan MariaDB
Pengontrol mikro ESP32 bisa diprogram dengan menggunakan IDE Arduino dan perpustakaan Inti ESP32 yang disediakan oleh Espressif. Ada banyak tutorial yang tersedia online tentang cara mengatur IDE untuk kompatibilitas ESP32, misalnya di sini.
Setelah diatur, terpasang kode ditransfer ke ESP32. Itu dikomentari di seluruh untuk memudahkan pemahaman, tetapi beberapa fitur utama adalah:
- Ia memiliki "konfigurasi pengguna"Bagian di awal, di mana variabel individu harus diatur, seperti ID WiFi dan kata sandi, IP server basis data, dan pembacaan data yang diinginkan dan periode pengiriman. Ini juga mencakup variabel "penyesuaian angin nol" yang dapat digunakan untuk mengatur pembacaan kecepatan angin nol menjadi 0 jika catu daya tidak stabil.
- Kode ini termasuk rata-rata faktor kalibrasi ditentukan oleh penulis dari kalibrasi sepuluh stasiun sensor yang ada. Lihat langkah Epilog untuk informasi lebih lanjut dan kemungkinan penyesuaian individu.
- Berbagai penanganan kesalahan disertakan di beberapa bagian kode. Terutama deteksi dan penanganan kesalahan komunikasi bus yang efektif yang sering terjadi pada pengontrol ESP32. Sekali lagi, lihat langkah Epilog untuk informasi lebih lanjut.
- Itu memiliki Output warna LED untuk menunjukkan status stasiun sensor saat ini dan kesalahan apa pun. Lihat langkah Hasil untuk informasi lebih lanjut.
Terlampir File PHP harus diinstal dan diakses di folder root server database, di serverIP / sensor.php. Nama file PHP dan konten penanganan data harus cocok dengan kode fungsi panggilan ESP dan, di sisi lain, cocok dengan pengaturan tabel database, untuk memungkinkan penyimpanan bacaan data. Contoh kode terlampir cocok, tetapi jika Anda mengubah beberapa variabel, mereka harus diubah di seluruh sistem. File PHP termasuk bagian penyesuaian di awal, di mana penyesuaian individu dibuat sesuai dengan lingkungan sistem, khususnya nama pengguna dan kata sandi basis data, dan nama basis data.
A MariaDB atau SQL basis data diatur pada server yang sama, sesuai dengan pengaturan tabel yang digunakan dalam kode stasiun sensor dan skrip PHP. Dalam kode contoh, nama database MariaDB adalah "sensorstation" dengan tabel bernama "data", yang berisi 13 kolom untuk UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, dan IllumMax.
Platform analitik dan pemantauan Grafana dapat diinstal tambahan di server sebagai opsi untuk visualisasi basis data langsung. Ini bukan fitur utama dari pengembangan ini, jadi tidak dijelaskan lebih lanjut dalam instruksi ini.
Langkah 8: Hasil - Pembacaan dan Verifikasi Data
Dengan semua pemasangan kabel, perakitan, pemrograman, dan pengaturan lingkungan, stasiun sensor mengirimkan pembacaan data secara berkala ke database. Saat bertenaga, beberapa status operasi ditunjukkan melalui bagian bawah LED warna:
- Selama boot, LED menyala dalam warna kuning untuk menunjukkan koneksi yang tertunda ke WiFi.
- Kapan dan saat terhubung, indikatornya berwarna biru.
- Stasiun sensor menjalankan pembacaan sensor dan mengirimkannya ke server secara berkala. Setiap transfer yang berhasil ditunjukkan oleh dorongan lampu hijau 600 ms.
- Jika terjadi kesalahan, indikator akan berwarna merah, ungu, atau kekuningan, sesuai dengan jenis kesalahan. Setelah waktu atau jumlah kesalahan tertentu, stasiun sensor mengatur ulang semua sensor dan menyalakan ulang secara otomatis, sekali lagi ditandai dengan lampu kuning saat booting. Lihat kode ESP32 dan komentar untuk informasi lebih lanjut tentang warna indikator.
Dengan langkah terakhir ini dilakukan, stasiun sensor berjalan dan beroperasi terus menerus. Sampai saat ini, jaringan 10 stasiun sensor dipasang dan dijalankan di ruang kantor pintar Living Lab yang disebutkan sebelumnya.
Langkah 9: Alternatif: Versi Stand-alone
Perkembangan CoMoS terus berlanjut dan hasil pertama dari proses berkelanjutan ini adalah a versi yang berdiri sendiri. Versi CoMoS itu tidak memerlukan server database dan jaringan WiFi untuk memantau dan merekam data lingkungan.
Itu fitur kunci baru adalah:
- Pembacaan data disimpan pada micro SD-card internal, dalam format CSV yang ramah-Excel.
- Titik akses WiFi terintegrasi untuk akses ke CoMoS oleh perangkat seluler apa pun.
- Aplikasi berbasis web (server web internal pada ESP32, tidak memerlukan koneksi internet) untuk data langsung, pengaturan, dan akses penyimpanan dengan pengunduhan file langsung dari kartu SD, seperti yang ditunjukkan pada gambar dan tangkapan layar yang dilampirkan pada langkah ini.
Ini menggantikan koneksi WiFi dan basis data sementara semua fitur lain termasuk kalibrasi dan semua desain dan konstruksi tetap tidak tersentuh dari versi aslinya. Tetap saja, CoMoS yang berdiri sendiri membutuhkan pengalaman dan pengetahuan lebih lanjut tentang cara mengakses sistem manajemen file internal "SPIFFS" dari ESP32, dan sedikit kesadaran akan HTML, CSS, dan Javascript untuk memahami cara kerja aplikasi web. Ini juga membutuhkan beberapa perpustakaan yang berbeda untuk bekerja.
Silakan periksa kode Arduino dalam file zip terlampir untuk perpustakaan yang diperlukan dan referensi berikut untuk informasi lebih lanjut tentang pemrograman dan mengunggah ke sistem file SPIFFS:
Pustaka SPIFFS oleh espressif
Pengunggah file SPIFFS oleh me-no-dev
Perpustakaan ESP32WebServer oleh Pedroalbuquerque
Versi baru ini akan membuat seluruh instruksi baru yang mungkin diterbitkan di masa depan. Tapi untuk saat ini, terutama untuk pengguna yang lebih berpengalaman, kami tidak ingin melewatkan kesempatan untuk membagikan informasi dasar dan file yang Anda perlukan untuk mengaturnya.
Langkah cepat untuk membangun CoMoS yang berdiri sendiri:
- Buat case sesuai dengan langkah sebelumnya. Secara opsional, cetak 3D case tambahan untuk pembaca kartu micro SC yang akan dilampirkan ke case CoMoS. Jika Anda tidak memiliki printer 3D, pembaca kartu dapat ditempatkan di dalam casing utama CoMoS juga, jangan khawatir.
- Sambungkan semua sensor seperti dijelaskan sebelumnya, tetapi sebagai tambahan, pasang dan kirim kawat pembaca kartu micro SD (amazon.com) dan jam waktu nyata DS3231 (adafruit.com) seperti yang ditunjukkan dalam skema pemasangan kabel yang terpasang pada langkah ini. Catatan: Pin untuk resistor pull-up dan oneWire berbeda dari skema pengkabelan asli!
-
Periksa kode Arduino dan sesuaikan variabel titik akses WiFi "ssid_AP" dan "password_AP" dengan preferensi pribadi Anda. Jika tidak disesuaikan, SSID standar adalah "CoMoS_AP" dan kata sandi "12345678".
-
Masukkan kartu micro SD, unggah kode, unggah konten folder "data" ke ESP32 menggunakan pengunggah file SPIFFS, dan sambungkan perangkat seluler apa pun ke titik akses WiFi.
-
Arahkan ke "192.168.4.1" di peramban seluler Anda dan nikmatilah!
Aplikasi semua didasarkan pada html, css, dan javascript. Ini bersifat lokal, tidak ada koneksi internet yang terlibat atau diperlukan. Ini fitur menu sisi dalam aplikasi untuk mengakses halaman pengaturan dan halaman memori. Di halaman pengaturan, Anda dapat menyesuaikan pengaturan paling penting seperti tanggal dan waktu setempat, interval pembacaan sensor, dll. Semua pengaturan akan disimpan secara permanen di penyimpanan internal ESP32 dan dipulihkan pada boot berikutnya. Di halaman memori, daftar file pada kartu SD tersedia. Mengklik nama file akan memulai pengunduhan langsung file CSV ke perangkat seluler.
Pengaturan sistem ini memungkinkan pemantauan individu dan jarak jauh kondisi lingkungan dalam ruangan. Semua pembacaan sensor disimpan pada kartu SD secara berkala, dengan file baru dibuat untuk setiap hari baru. Ini memungkinkan operasi terus menerus selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan tanpa akses atau pemeliharaan. Seperti disebutkan sebelumnya, ini masih sebuah penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan. Jika Anda tertarik dengan perincian atau bantuan lebih lanjut, jangan ragu untuk menghubungi penulis terkait melalui komentar atau langsung melalui LinkedIn.
Langkah 10: Epilog - Masalah yang Diketahui dan Outlook
Stasiun sensor yang dijelaskan dalam instruksi ini adalah hasil dari penelitian yang panjang dan berkelanjutan. Tujuannya adalah untuk menciptakan sistem sensor yang andal, tepat, namun murah untuk kondisi lingkungan dalam ruangan. Ini menahan dan menghadapi beberapa tantangan serius, yang mana yang paling pasti harus disebutkan di sini:
Akurasi dan kalibrasi sensor
Sensor yang digunakan dalam proyek ini semuanya menawarkan akurasi yang relatif tinggi dengan biaya rendah atau sedang. Sebagian besar dilengkapi dengan pengurangan kebisingan internal dan antarmuka bus digital untuk komunikasi, mengurangi kebutuhan untuk penyesuaian kalibrasi atau level. Bagaimanapun, karena sensor dipasang di atau pada case dengan atribut tertentu, kalibrasi stasiun sensor lengkap dilakukan oleh penulis, seperti yang ditunjukkan secara singkat oleh gambar-gambar yang dilampirkan. Sebanyak sepuluh stasiun sensor yang dibangun sama-sama diuji dalam kondisi lingkungan yang ditentukan dan dibandingkan dengan perangkat sensor iklim dalam ruangan profesional TESTO 480. Dari proses ini, faktor kalibrasi yang termasuk dalam kode contoh ditentukan. Mereka memungkinkan kompensasi sederhana dari pengaruh casing dan elektronik pada sensor individu. Untuk mencapai akurasi tertinggi, kalibrasi individu untuk setiap stasiun sensor direkomendasikan. Kalibrasi sistem ini adalah fokus kedua dari penelitian penulis, selain pengembangan dan konstruksi yang dijelaskan dalam instruksi ini. Ini dibahas dalam publikasi tambahan yang terhubung, yang masih dalam peer-review dan akan ditautkan di sini segera setelah online. Silakan temukan informasi lebih lanjut tentang topik ini di situs web penulis.
Stabilitas operasi ESP32
Tidak semua pustaka sensor berbasis Arduino yang digunakan dalam kode ini sepenuhnya kompatibel dengan papan ESP32. Masalah ini telah banyak dibahas di banyak titik online, terutama mengenai stabilitas komunikasi I2C dan OneWire. Dalam pengembangan ini, deteksi dan penanganan kesalahan gabungan yang baru dilakukan, berdasarkan pada pemberian daya pada sensor secara langsung melalui pin IO dari ESP32 untuk memungkinkan pemotongan catu daya mereka untuk tujuan reset. Dari perspektif hari ini, solusi ini belum disajikan atau tidak dibahas secara luas. Itu lahir dari kebutuhan, tetapi sampai saat ini berjalan lancar untuk periode operasi beberapa bulan dan seterusnya. Namun itu masih menjadi topik penelitian.
Pandangan
Bersama dengan instruksi ini, publikasi tertulis lebih lanjut dan presentasi konferensi dilakukan oleh penulis untuk menyebarkan pengembangan dan memungkinkan aplikasi sumber yang luas dan terbuka. Sementara itu, penelitian dilanjutkan untuk lebih meningkatkan stasiun sensor, terutama mengenai desain dan manufakturabilitas sistem, dan kalibrasi dan verifikasi sistem. Instruksi ini mungkin diperbarui pada perkembangan penting di masa depan, tetapi untuk semua informasi terbaru, silakan kunjungi situs web penulis atau hubungi penulis secara langsung melalui LinkedIn:
penulis yang sesuai: Mathias Kimmling
penulis kedua: Konrad Lauenroth
mentor penelitian: Prof. Sabine Hoffmann
Hadiah kedua di
Penulis Pertama Kali
