როგორ ავაშენოთ კომფორტის მონიტორინგის სენსორული სადგური: 10 ნაბიჯი (სურათებით)

2025 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2025-01-23 14:50

ეს ინსტრუქცია აღწერს ეგრეთ წოდებული კომფორტის მონიტორინგის სადგურის CoMoS- ის დიზაინსა და კონსტრუქციას, გარემოს მდგომარეობის კომბინირებულ სენსორულ მოწყობილობას, რომელიც შემუშავებულია TUK– ში, Technische Universität Kaiserslautern, გერმანიის ჩამონტაჟებული გარემოს განყოფილებაში.

CoMoS იყენებს ESP32 კონტროლერს და სენსორებს ჰაერის ტემპერატურისა და ფარდობითი ტენიანობისთვის (Si7021), ჰაერის სიჩქარისთვის (ქარის სენსორი rev. C თანამედროვე მოწყობილობით) და დედამიწის ტემპერატურაზე (DS18B20 შავ ბოლქვში), ყველა კომპაქტურ, ადვილად გამოსაყენებლად. შექმენით საქმე ვიზუალური უკუკავშირით LED ინდიკატორის საშუალებით (WS2812B). გარდა ამისა, განათების სენსორი (BH1750) შედის ადგილობრივი ვიზუალური მდგომარეობის გასაანალიზებლად. ყველა სენსორის მონაცემი იკითხება პერიოდულად და იგზავნება Wi-Fi საშუალებით მონაცემთა ბაზის სერვერზე, საიდანაც ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას მონიტორინგისა და კონტროლისთვის.

ამ განვითარების მოტივაცია არის ლაბორატორიული სენსორული მოწყობილობების იაფი, მაგრამ ძალიან მძლავრი ალტერნატივის მიღება, რომლებიც ჩვეულებრივ 3000 ევროზე მეტის ფასია. ამის საპირისპიროდ, CoMoS იყენებს 50 ევროს ღირებულების აპარატურას და, შესაბამისად, შეიძლება ფართოდ განლაგდეს (საოფისე) შენობებში, ინდივიდუალური სამუშაო ადგილის ან შენობის განყოფილებაში ინდივიდუალური თერმული და ვიზუალური მდგომარეობის რეალურ დროში განსაზღვრისათვის.

ჩვენი კვლევისა და დეპარტამენტთან დაკავშირებული სამუშაოს შესახებ მეტი ინფორმაციისთვის, ეწვიეთ ოფიციალური Living Lab– ის საოფისე ფართის ვებ გვერდს ან დაუკავშირდით შესაბამის ავტორს პირდაპირ LinkedIn– ის საშუალებით. ყველა ავტორის კონტაქტი ჩამოთვლილია ამ ინსტრუქციის ბოლოს.

სტრუქტურული შენიშვნა: ეს ინსტრუქცია აღწერს CoMoS– ის თავდაპირველ კონფიგურაციას, მაგრამ ის ასევე გვაწვდის ინფორმაციას და მითითებებს ჩვენ მიერ ბოლო დროს შემუშავებული რამოდენიმე ვარიაციის შესახებ: სტანდარტული ნაწილებისგან აგებული ორიგინალური გარსის გარდა, ასევე არის 3D დაბეჭდილი ვარიანტი. გარდა მონაცემთა ბაზის სერვერთან დაკავშირებული ორიგინალური მოწყობილობისა, არსებობს ალტერნატიული დამოუკიდებელი ვერსია SD ბარათის შენახვით, ინტეგრირებული WIFi წვდომის წერტილით და ლამაზი მობილური აპლიკაციით, რომელიც ასახავს სენსორის კითხვას. გთხოვთ გადაამოწმოთ შესაბამის თავებში მონიშნული ვარიანტები და ცალკეული ვარიანტი ბოლო თავში.

პირადი შენიშვნა: ეს არის ავტორის პირველი ინსტრუქცია და მოიცავს საკმაოდ დეტალურ და რთულ კონფიგურაციას. გთხოვთ, ნუ მოგერიდებათ დაუკავშირდეთ ამ გვერდის კომენტარების განყოფილებას, ელ.წერილს, ან LinkedIn- ს, თუ რაიმე დეტალი ან ინფორმაცია აკლია ამ ნაბიჯებზე.

ნაბიჯი 1: ფონი - თერმული და ვიზუალური კომფორტი

თერმული და ვიზუალური კომფორტი სულ უფრო მნიშვნელოვანი თემა გახდა, განსაკუთრებით საოფისე და სამუშაო გარემოში, არამედ საცხოვრებელ სექტორში. ამ სფეროში მთავარი გამოწვევა ის არის, რომ ადამიანების თერმული აღქმა ხშირად განსხვავდება ფართო დიაპაზონში. შეიძლება ერთმა ადამიანმა იგრძნოს ცხელება გარკვეულ თერმულ მდგომარეობაში, ხოლო მეორე ადამიანი იმავე სიცივეში. ეს იმიტომ ხდება, რომ ინდივიდუალური თერმული აღქმა გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორით, მათ შორის ჰაერის ტემპერატურის, ფარდობითი ტენიანობის, ჰაერის სიჩქარისა და მიმდებარე ზედაპირების გასხივოსნებული ტემპერატურის ფიზიკური ფაქტორების ჩათვლით. ასევე, ტანსაცმელი, მეტაბოლური აქტივობა და ასაკის, სქესის, სხეულის მასისა და სხვა ინდივიდუალური ასპექტი გავლენას ახდენს თერმული აღქმაზე.

მიუხედავად იმისა, რომ ინდივიდუალური ფაქტორები რჩება გაურკვევლობა გათბობისა და გაგრილების კონტროლის თვალსაზრისით, ფიზიკური ფაქტორების ზუსტად განსაზღვრა შესაძლებელია სენსორული მოწყობილობებით. ჰაერის ტემპერატურა, ფარდობითი ტენიანობა, ჰაერის სიჩქარე და დედამიწის ტემპერატურა შეიძლება შეფასდეს და გამოყენებულ იქნას, როგორც პირდაპირი შეყვანა შენობის კონტროლში. გარდა ამისა, უფრო დეტალური მიდგომით, ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შეყვანისას ეგრეთ წოდებული PMV- ინდექსის გამოსათვლელად, სადაც PMV ნიშნავს პროგნოზირებულ საშუალო ხმას. იგი აღწერს, თუ როგორ შეაფასებენ ადამიანები საშუალოდ თავიანთ თერმულ შეგრძნებებს გარემოს ოთახის მოცემულ პირობებში. PMV– ს შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები –3 – დან (ცივამდე) +3 – მდე (ცხელი), 0 – ით არის ნეიტრალური მდგომარეობა.

რატომ ვახსენებთ აქ PMV ნივთს? ისე, რადგან პირადი კომფორტის სფეროში ეს არის ფართოდ გავრცელებული ინდექსი, რომელიც შეიძლება შეაფასოს შენობის თერმული მდგომარეობის ხარისხის კრიტერიუმმა. და CoMoS– ით, PMV– ის გამოთვლისთვის საჭირო გარემოს ყველა პარამეტრის გაზომვა შესაძლებელია.

თუ გაინტერესებთ, შეიტყვეთ მეტი თერმული კომფორტის, დედამიწის კონტექსტისა და საშუალო გასხივოსნებული ტემპერატურის, PMV- ინდექსისა და ASHRAE სტანდარტის დანერგვის შესახებ

ვიკიპედია: თერმული კომფორტი

ISO 7726 თერმული გარემოს ერგონომიკა

ASHRAE NPO

სხვათა შორის: არსებობს დიდი ხანია არსებული, მაგრამ უამრავი ახლად შემუშავებული გაჯეტი პერსონალიზირებული გარემოს სფეროში, რათა უზრუნველყოს ინდივიდუალური თერმული და ვიზუალური კომფორტი. მცირე დესკტოპის თაყვანისმცემლები ცნობილი მაგალითია. ასევე, ფეხით მოსიარულეები, გამათბობელი და ვენტილირებადი სკამები, ან საოფისე ტიხრები IR- გამოსხივების გათბობისა და გაგრილებისთვის ვითარდება ან თუნდაც უკვე ხელმისაწვდომია ბაზარზე. ყველა ეს ტექნოლოგია გავლენას ახდენს ადგილობრივ თერმულ მდგომარეობაზე, მაგალითად სამუშაო ადგილზე და მათი ავტომატური კონტროლი შესაძლებელია ადგილობრივი სენსორების მონაცემების საფუძველზეც, როგორც ეს მოცემულია ამ ნაბიჯის სურათებში.

დამატებითი ინფორმაცია პერსონალიზებული გარემოს გაჯეტებისა და მიმდინარე კვლევების შესახებ შეგიძლიათ იხილოთ აქ

ცოცხალი ლაბორატორიის ჭკვიანი საოფისე ფართი: პერსონალიზებული გარემო

კალიფორნიის უნივერსიტეტი, ბერკლი

ZEN ანგარიში პირადი გათბობის გაგრილების მოწყობილობების შესახებ [PDF]

ვოლონგონგის SBRC უნივერსიტეტი

ნაბიჯი 2: სისტემის სქემა

განვითარების პროცესის ერთ -ერთი მთავარი მიზანი იყო უკაბელო, კომპაქტური და იაფი სენსორული მოწყობილობის შექმნა, რომელიც გაზომავდა შიდა გარემოს პირობებს მინიმუმ ათი ინდივიდუალური სამუშაო ადგილის მოცემულ ღია საოფისე სივრცეში. ამრიგად, სადგური იყენებს ESP32-WROOM-32 ბორტზე WiFi კავშირით და კონექტორის ქინძის მრავალფეროვნებით და ავტობუსის მხარდაჭერილი ტიპებით ყველა სახის სენსორისთვის. სენსორული სადგურები იყენებენ ცალკეულ IoT-WiFi- ს და აგზავნიან მონაცემების კითხვას MariaDB მონაცემთა ბაზაში PHP სკრიპტის საშუალებით, რომელიც მუშაობს მონაცემთა ბაზის სერვერზე. სურვილისამებრ, ადვილად გამოსაყენებელი Grafana ვიზუალური გამომუშავებაც შეიძლება დაინსტალირდეს.

ზემოთ მოყვანილი სქემა გვიჩვენებს ყველა პერიფერიული კომპონენტის განლაგებას, როგორც მიმოხილვა სისტემის კონფიგურაციის შესახებ, მაგრამ ეს ინსტრუქცია ორიენტირებულია თავად სენსორულ სადგურზე. რასაკვირველია, PHP ფაილი და SQL კავშირის აღწერილობა ასევე შემდგომში მოყვება, რათა უზრუნველყოს ყველა საჭირო ინფორმაცია CoMoS- ის შესაქმნელად, დასაკავშირებლად და გამოყენებისათვის.

შენიშვნა: ამ ინსტრუქციის ბოლოს შეგიძლიათ იპოვოთ ინსტრუქცია, თუ როგორ უნდა ავაშენოთ CoMoS– ის ალტერნატიული დამოუკიდებელი ვერსია SD ბარათის საცავით, შიდა WiFi წვდომის წერტილით და მობილური აპლიკაციის ვებ აპლიკაციით.

ნაბიჯი 3: მიწოდების სია

ელექტრონიკა

სენსორები და კონტროლერი, როგორც ნაჩვენებია სურათზე:

• ESP32-WROOM-32 მიკროკონტროლერი (espressif.com) [A]
• ტემპერატურისა და ტენიანობის Si7021 ან GY21 სენსორი (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ ტემპერატურის სენსორი (adafruit.com) [C]
• Rev C. ჰაერის სიჩქარის სენსორი (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 სტატუსის LED (adafruit.com) [E]
• BH1750 განათების სენსორი (amazon.de) [F]

მეტი ელექტრო ნაწილები:

• 4, 7k გამწევ რეზისტორი (adafruit.com)
• 0, 14 მმ² (ან მსგავსი) სტანდარტული მავთული (adafruit.com)
• 2x Wago კომპაქტური შემაერთებელი კონექტორები (wago.com)
• მიკრო USB კაბელი (sparkfun.com)

ქეისის ნაწილები (იპოვეთ უფრო დეტალური ინფორმაცია ამ ნაწილებისა და ზომების შესახებ მომდევნო ეტაპზე. თუ თქვენ გაქვთ 3D პრინტერი, თქვენ გჭირდებათ მხოლოდ მაგიდის ჩოგბურთის ბურთი. გამოტოვეთ შემდეგი ნაბიჯი და იპოვეთ ყველა ინფორმაცია და ფაილი დასაბეჭდად მე –5 ნაბიჯში.)

• აკრილის ფირფიტა მრგვალი 50x4 მმ [1]
• ფოლადის ფირფიტა მრგვალი 40x10 მმ [2]
• აკრილის მილი 50x5x140 მმ [3]
• აკრილის ფირფიტა მრგვალი 40x5 მმ [4]
• აკრილის მილი 12x2x50 მმ [5]
• მაგიდის ჩოგბურთის ბურთი [6]

სხვადასხვა

• თეთრი საღებავის სპრეი
• შავი მქრქალი საღებავი სპრეი
• რაღაც ფირზე
• პატარა საიზოლაციო ბამბა, ბამბის ბალიში, ან მსგავსი რამ

ინსტრუმენტები

• Საბურღი ძალა
• 8 მმ ქურდული საბურღი
• 6 მმ ხის/პლასტმასის საბურღი
• 12 მმ ხის/პლასტმასის საბურღი
• თხელი ხელის ხერხი
• სანდლის ქაღალდი
• მავთულის ჭრის pliers
• მავთულის სტრიპტიზიორი
• შედუღების რკინა და კალის
• დენის წებო ან ცხელი წებოს იარაღი

პროგრამული უზრუნველყოფა და ბიბლიოთეკები (რიცხვები მიუთითებს ბიბლიოთეკის ვერსიებზე, რომლებითაც ჩვენ ვიყენებდით და ვამოწმებდით ტექნიკას. ახალი ბიბლიოთეკებიც ასევე უნდა მუშაობდნენ, მაგრამ სხვადასხვა / ახალი ვერსიის ცდისას ჩვენ ზოგჯერ ვხვდებოდით ზოგიერთ საკითხს.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 ძირითადი ბიბლიოთეკა
• BH1750FVI ბიბლიოთეკა
• Adafruit_Si7021 ბიბლიოთეკა (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel ბიბლიოთეკა (1.1.6)
• დალასის ტემპერატურის ბიბლიოთეკა (3.7.9)
• OneWire ბიბლიოთეკა (2.3.3)

ნაბიჯი 4: საქმის დიზაინი და მშენებლობა - ვარიანტი 1

CoMoS– ის დიზაინი გამოირჩევა თხელი, ვერტიკალური ქეისით, სენსორების უმეტესობა დამონტაჟებულია ზედა ზონაში, ხოლო ტემპერატურისა და ტენიანობის სენსორი დამონტაჟებულია ბოლოში. სენსორის პოზიციები და მოწყობა მიჰყვება გაზომილი ცვლადების სპეციფიკურ მოთხოვნებს:

• Si7021 ტემპერატურისა და ტენიანობის სენსორი დამონტაჟებულია კორპუსის გარეთ, მის ქვედა ნაწილში, რათა უზრუნველყოს ჰაერის თავისუფალი მიმოქცევა სენსორის გარშემო და მინიმუმამდე დაიყვანოს მიკროკონტროლის მიერ გამომუშავებული ნარჩენების სითბოს გავლენა.
• BH1750 განათების სენსორი დამონტაჟებულია კორპუსის ბრტყელ ზედაპირზე, რათა გავზომოთ განათება ჰორიზონტალურ ზედაპირზე, როგორც ამას მოითხოვს სამუშაო ადგილის განათების საერთო სტანდარტები.
• Rev. C ქარის სენსორი ასევე დამონტაჟებულია კორპუსის ზედა ნაწილში, მისი ელექტრონიკა იმალება კორპუსის შიგნით, მაგრამ მისი ბუდეები, რომლებიც ატარებენ ფაქტიურ თერმომეტომეტრს და ტემპერატურის სენსორს, ჰაერის ზემოთაა.
• DS18B20 ტემპერატურის სენსორი დამონტაჟებულია სადგურის თავზე, შავი ფერის მაგიდის ჩოგბურთის ბურთის შიგნით. თავზე პოზიცია აუცილებელია ხედვის ფაქტორების შესამცირებლად და, შესაბამისად, სენსორული სადგურის რადიაციული გავლენა დედამიწის ტემპერატურის გაზომვაზე.

დამატებითი რესურსები საშუალო გასხივოსნებული ტემპერატურისა და შავი მაგიდის ჩოგბურთის ბურთების გლობალური ტემპერატურის სენსორების გამოყენების შესახებ არის:

ვანგი, შანგი და ლი, იუგუო. (2015). აკრილის და სპილენძის გლობუსის თერმომეტრების ვარგისიანობა ყოველდღიური გარე პარამეტრებისთვის. შენობა და გარემო. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

ძვირფასო, რიჩარდ. (1987). პინგ-პონგის გლობალური თერმომეტრები საშუალო გასხივოსნებული ტემპერატურისთვის. H & Eng.,. 60. 10-12.

საქმე შექმნილია მარტივად, რათა წარმოების დრო და ძალისხმევა მაქსიმალურად დაბალი იყოს. ის მარტივად შეიძლება აშენდეს სტანდარტული ნაწილებისა და კომპონენტებისგან, მხოლოდ რამდენიმე მარტივი ხელსაწყოთი და უნარით. ან მათთვის, ვისაც გაუმართლა, რომ მათ ჰქონდეთ 3D პრინტერი სამსახურში, საქმის ყველა ნაწილი ასევე შეიძლება იყოს 3D დაბეჭდილი. საქმის დასაბეჭდად, ამ ნაბიჯის დანარჩენი ნაწილი შეიძლება გამოტოვოთ და ყველა საჭირო ფაილი და ინსტრუქცია მოიძებნოს შემდეგ ეტაპზე.

სტანდარტული ნაწილებისგან მშენებლობისთვის, მათი უმეტესობისთვის არჩეულია მორგებული ზომები:

• ძირითადი კორპუსი არის აკრილის (PMMA) მილი 50 მმ გარე დიამეტრის, 5 მმ კედლის სისქისა და სიმაღლე 140 მმ.
• ქვედა ფირფიტა, რომელიც ემსახურება სტატუსის LED- ის სინათლის გამტარს, არის 50 მმ დიამეტრის აკრილის მრგვალი ფირფიტა და 4 მმ სისქე.
• ფოლადის მრგვალი დიამეტრი 40 მმ და სისქე 10 მმ დამონტაჟებულია როგორც წონა ქვედა ფირფიტაზე და მოთავსებულია ძირითადი სხეულის მილის ქვედა ბოლოში, რათა თავიდან იქნას აცილებული სადგურის გადატრიალება და ქვედა ფირფიტის გამართვა. ადგილზე.
• ზედა ფირფიტა ასევე ჯდება სხეულის ძირითად მილში. ის დამზადებულია PMMA– სგან და აქვს დიამეტრი 40 მმ და სისქე 5 მმ.
• დაბოლოს, ამომავალი მილის არის PMMA, ასევე გარე დიამეტრი 10 მმ, კედლის სისქე 2 მმ და სიგრძე 50 მმ.

წარმოებისა და შეკრების პროცესი მარტივია, დაწყებული საბურღი ხვრელებით. ფოლადის მრგვალს სჭირდება 8 მმ უწყვეტი ხვრელი, რათა მოთავსდეს LED და კაბელები. სხეულის ძირითად მილს სჭირდება 6 მმ-იანი ხვრელები, როგორც საკაბელო USB და სენსორული კაბელები, ასევე სავენტილაციო ხვრელები. ხვრელების რაოდენობა და პოზიცია შეიძლება განსხვავდებოდეს თქვენი შეხედულებისამებრ. დეველოპერების არჩევანი არის ექვსი ხვრელი უკანა მხარეს, ზემოდან და ქვემოდან ახლოსა და ორი წინა მხარეს, ერთი ზედა, ისევ ერთი ბოლო, როგორც მითითება.

ზედა ფირფიტა არის ყველაზე სახიფათო ნაწილი. მას სჭირდება ცენტრირებული, სწორი და უწყვეტი მთლიანი 12 მმ მთლიანი ზედა ამწეის მილის მოსაწყობად, კიდევ ერთი 6 ცენტრირებული ხვრელი განათების სენსორის კაბელის დასაყენებლად და თხელი ნაპრალი დაახლოებით 1, 5 მმ სიგანისა და 18 მმ სიგრძისა ქარის შესაფერისად. სენსორი. იხილეთ სურათები მითითებისთვის. დაბოლოს, მაგიდის ჩოგბურთის ბურთს ასევე სჭირდება 6 მმ მთლიანი რაოდენობა, რათა მოერგოს დედამიწის ტემპერატურის სენსორს და კაბელს.

მომდევნო ეტაპზე, PMMA– ს ყველა ნაწილი, ქვედა ფირფიტის გარდა, უნდა იყოს შეღებილი სპრეით, მითითება არის თეთრი. მაგიდის ჩოგბურთის ბურთი უნდა იყოს შეღებილი მქრქალ შავში, რათა დადგინდეს მისი სავარაუდო თერმული და ოპტიკური მახასიათებლები.

ფოლადის მრგვალი არის წებოვანი ცენტრში და ბრტყელია ქვედა ფირფიტაზე. ზედა ამომავალი მილი არის წებოვანი ზედა ფირფიტის 12 მმ -იან ხვრელში. მაგიდის ჩოგბურთის ბურთი არის წებოვანი ამოსვლის ზედა ბოლოში, მისი ხვრელი ემთხვევა ამწევის მილის შიდა ხვრელს, ამიტომ ტემპერატურის სენსორი და კაბელი შეიძლება შემდგომ ჩადდეს ბურთში ამომავალი მილის საშუალებით.

ამ ნაბიჯის დასრულების შემდეგ, საქმის ყველა ნაწილი მზად არის ასაწყობად, მათი ერთმანეთთან შეთავსებით. თუ ზოგი ძალიან მჭიდროდ ჯდება, ოდნავ გახეხეთ, თუ ძალიან ფხვიერი, დაამატეთ ფირის თხელი ფენა.

ნაბიჯი 5: საქმის დიზაინი და მშენებლობა - ვარიანტი 2

მიუხედავად იმისა, რომ CoMoS– ის კორპუსის მშენებლობის 1 ვარიანტი ჯერ კიდევ სწრაფი და მარტივია, 3D პრინტერის მუშაობის გაშვება შეიძლება კიდევ უფრო ადვილი იყოს. ასევე ამ ვარიანტისთვის, კორპუსი იყოფა სამ ნაწილად, ზედა, კორპუსის ქვედა და ქვედა ნაწილი, რათა შესაძლებელი იყოს მარტივი გაყვანილობა და შეკრება, როგორც ეს აღწერილია შემდეგ ეტაპზე.

ფაილები და დამატებითი ინფორმაცია პრინტერის პარამეტრების შესახებ მოცემულია Thingiverse– ში:

CoMoS ფაილები Thingiverse– ზე

მკაცრად რეკომენდირებულია თეთრი ძაფის გამოყენების ზედა და კორპუსის ნაწილების ინსტრუქციის დაცვა. ეს ხელს უშლის საქმის ძალიან სწრაფად გათბობას მზის შუქზე და თავიდან აიცილებს ცრუ გაზომვებს. ქვედა ნაწილისთვის გამჭვირვალე ძაფები უნდა იქნას გამოყენებული LED ინდიკატორის განათების უზრუნველსაყოფად.

ვარიანტი 1 -ის სხვა ვარიაცია არის ის, რომ ლითონის მრგვალი აკლია. CoMoS– ის გადატრიალების თავიდან ასაცილებლად, ნებისმიერი სახის წონა, როგორიცაა ტარების ბურთები ან რკინის საყელურები, უნდა განთავსდეს გამჭვირვალე ქვედა ნაწილში. იგი შექმნილია ზღვარზე, რათა მოერგოს და შეინარჩუნოს წონა. ალტერნატიულად, CoMoS შეიძლება ჩაწეროს მის ინსტალაციის ადგილზე ორმხრივი ლენტის გამოყენებით.

შენიშვნა: Thingiverse საქაღალდე შეიცავს ფაილებს მიკრო SD ბარათის წამკითხველის შემთხვევაში, რომელიც შეიძლება დამონტაჟდეს CoMoS ქეისზე. ეს საქმე არჩევითია და ცალკეული ვერსიის ნაწილია, რომელიც აღწერილია ამ ინსტრუქციის ბოლო საფეხურზე.

ნაბიჯი 6: გაყვანილობა და შეკრება

ESP, სენსორები, LED და USB კაბელი იკვებება და უკავშირდება ამ ნაბიჯის სურათებში ნაჩვენები სქემატური სქემის მიხედვით. მოგვიანებით აღწერილი კოდის შესატყვისი PIN- დავალებაა:

• 14 - ხიდის გადატვირთვა (EN) - [ნაცრისფერი]
• 17 - WS2811 (LED) - [მწვანე]
• 18 - გამყვანი რეზისტორი DS18B20+ - ისთვის
• 19 - DS18B20+ (ერთი მავთული) - [მეწამული]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [ლურჯი]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [ყვითელი]
• 25 - BH1750 (V -in) - [ყავისფერი]
• 26 - SI7021 (V -in) - [ყავისფერი]
• 27 - DS18B20+ (V -in) - [ყავისფერი]
• 34 - ქარის სენსორი (TMP) - [ციანი]
• 35 - ქარის სენსორი (RV) - [ნარინჯისფერი]
• VIN - USB კაბელი (+5V) - [წითელი]
• GND - USB კაბელი (GND) - [შავი]

Si7021, BH1750 და DS18B20+ სენსორები იკვებება ESP32- ის IO- პინის საშუალებით. ეს შესაძლებელია, რადგან მათი მაქსიმალური მიმდინარე მონაცემი ქვემოთ არის ESP– ის მაქსიმალური დენის მიწოდება პინზე და აუცილებელია სენსორების გადატვირთვა სენსორის კომუნიკაციის შეცდომების შემთხვევაში მათი კვების წყაროს შეწყვეტით. დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ ESP კოდი და კომენტარები.

Si7021 და BH1750 სენსორები, ისევე როგორც USB კაბელი, უნდა იყოს შეკრული კაბელებით, რომლებიც უკვე გამოყოფილია საქმის ხვრელებში, რათა შემდგომ საფეხურზე მოხდეს შეკრება. WAGO კომპაქტური შემაერთებელი კონექტორები გამოიყენება მოწყობილობების USB კაბელის საშუალებით კვების ბლოკთან დასაკავშირებლად. ყველა იკვებება 5 V DC– ით USB– ით, რომელიც მუშაობს ESP32– ის ლოგიკურ დონესთან 3, 3 V– ზე, სურვილისამებრ, მიკრო USB კაბელის მონაცემთა ბუდეები შეიძლება ხელახლა დაუკავშიროთ მიკრო USB დანამატს და დაუკავშიროთ ESP– ის მიკრო USB– ს სოკეტი, როგორც ენერგიის შეყვანა და მონაცემთა კავშირი ESP32 კოდის გადასატანად, სანამ საქმე დახურულია. წინააღმდეგ შემთხვევაში, თუ ის დაკავშირებულია სქემაში ნაჩვენები, სხვა ხელუხლებელი მიკრო USB კაბელი არის საჭირო, რომ თავდაპირველად გადაეცეს კოდი ESP– ს საქმის აწყობამდე.

Si7021 ტემპერატურის სენსორი წებოვანია კორპუსის უკანა მხარეს, ქვედა ნაწილთან ახლოს. ძალიან მნიშვნელოვანია ამ სენსორის მიმაგრება ბოლოში, რათა თავიდან ავიცილოთ ყალბი ტემპერატურის მაჩვენებლები, რომლებიც გამოწვეულია სითბოს შედეგად. იხილეთ ეპილოგის ნაბიჯი დამატებითი ინფორმაციისთვის ამ საკითხის შესახებ. BH1750 განათების სენსორი არის წებოვანი ზედა ფირფიტაზე, ხოლო ქარის სენსორი ჩასმულია და მორგებულია მოპირდაპირე მხარეს მდებარე ნაპრალზე. თუ ის ძალიან წააგებს, სენსორის ცენტრალურ ნაწილზე მცირე ზომის ლენტი ეხმარება მას პოზიციის შენარჩუნებაში. ტემპერატურის სენსორი DS18B20 მოთავსებულია მაგიდის ჩოგბურთის ბურთის ზედა ამოსვლის საშუალებით, საბოლოო პოზიციით ბურთის ცენტრში. ზედა ამოსვლის შიგნით ივსება იზოლაციის ბამბა და ქვედა ხვრელი დალუქულია ლენტით ან ცხელი წებოთი, რათა არ მოხდეს დედამიწაზე გამტარ ან კონვექციურ სითბოს გადაცემა. LED მიმაგრებულია ფოლადის მრგვალ ხვრელში, რომელიც ქვემოთ დგას ქვედა ფირფიტის გასანათებლად.

ყველა მავთული, შემაერთებელი კონექტორები და ESP32 შედის ძირითად კორპუსში და საქმის ყველა ნაწილი ერთად იკრიბება საბოლოო შეკრებაში.

ნაბიჯი 7: პროგრამული უზრუნველყოფა - ESP, PHP და MariaDB კონფიგურაცია

ESP32 მიკრო კონტროლერის დაპროგრამება შესაძლებელია Arduino IDE და Espressif– ის მიერ მოწოდებული ESP32 Core ბიბლიოთეკის გამოყენებით. ინტერნეტში უამრავი გაკვეთილია, თუ როგორ უნდა შეიქმნას IDE ESP32 თავსებადობისთვის, მაგალითად აქ.

დაყენების შემდეგ, თანდართული კოდი გადაეცემა ESP32- ს. იგი მარტივად გასაგები გახლავთ, მაგრამ ზოგიერთი ძირითადი მახასიათებელია:

• მას აქვს დასაწყისში "მომხმარებლის კონფიგურაციის" განყოფილება, რომელშიც უნდა შეიქმნას ინდივიდუალური ცვლადები, როგორიცაა WiFi ID და პაროლი, მონაცემთა ბაზის სერვერის IP და სასურველი მონაცემების წაკითხვა და გაგზავნის პერიოდი. იგი ასევე მოიცავს "ნულოვანი ქარის რეგულირების" ცვლადს, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქარის სიჩქარის ნულოვანი მაჩვენებლების 0-ზე დაყენებისათვის არასტაბილური ელექტრომომარაგების შემთხვევაში.
• კოდი შეიცავს ავტორების მიერ განსაზღვრულ საშუალო დაკალიბრების ფაქტორებს ათი არსებული სენსორული სადგურის დაკალიბრებისას. იხილეთ ეპილოგის ნაბიჯი დამატებითი ინფორმაციისთვის და შესაძლო ინდივიდუალური მორგებისთვის.
• სხვადასხვა შეცდომების დამუშავება შედის კოდის რამდენიმე მონაკვეთში. განსაკუთრებით ეფექტურია ავტობუსის კომუნიკაციის შეცდომების გამოვლენა და დამუშავება, რომლებიც ხშირად ხდება ESP32 კონტროლერებზე. კიდევ ერთხელ, იხილეთ ეპილოგის ნაბიჯი დამატებითი ინფორმაციისთვის.
• მას აქვს LED ფერის გამომუშავება, რომელიც აჩვენებს სენსორული სადგურის ამჟამინდელ მდგომარეობას და შეცდომებს. იხილეთ შედეგების ნაბიჯი დამატებითი ინფორმაციისთვის.

თანდართული PHP ფაილი უნდა იყოს დაინსტალირებული და ხელმისაწვდომი მონაცემთა ბაზის სერვერის ძირითად საქაღალდეში, სერვერზე IP/sensor.php. PHP ფაილის სახელი და მონაცემების დამუშავების შინაარსი უნდა ემთხვეოდეს ESP– ის ზარის ფუნქციის კოდს და, მეორე მხრივ, უნდა ემთხვეოდეს მონაცემთა ბაზის ცხრილის დაყენებას, რათა მოხდეს მონაცემების წაკითხვის შენახვა. თანდართული კოდის მაგალითი ემთხვევა, მაგრამ თუ ცვლის ცვლადებს, ისინი უნდა შეიცვალოს მთელ სისტემაში. PHP ფაილი მოიცავს დასაწყისის კორექტირების განყოფილებას, რომელშიც ინდივიდუალური კორექტირება ხდება სისტემის გარემოს შესაბამისად, განსაკუთრებით მონაცემთა ბაზის მომხმარებლის სახელი და პაროლი და მონაცემთა ბაზის სახელი.

MariaDB ან SQL მონაცემთა ბაზა იქმნება იმავე სერვერზე, სენსორული სადგურის კოდში გამოყენებული ცხრილის დაყენებისა და PHP სკრიპტის მიხედვით. მაგალითის კოდში, MariaDB მონაცემთა ბაზის სახელია "sensorstation" ცხრილი სახელწოდებით "data", რომელიც შეიცავს 13 სვეტს UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, და ილუმმაქსი.

Grafana ანალიტიკური და მონიტორინგის პლატფორმა შეიძლება დამატებით იყოს დაინსტალირებული სერვერზე, როგორც მონაცემთა ბაზის პირდაპირი ვიზუალიზაციის ვარიანტი. ეს არ არის ამ განვითარების მთავარი მახასიათებელი, ამიტომ იგი შემდგომში არ არის აღწერილი ამ ინსტრუქციებში.

ნაბიჯი 8: შედეგები - მონაცემების წაკითხვა და გადამოწმება

ყველა გაყვანილობის, შეკრების, პროგრამირების და გარემოს დაცვის პარამეტრების გათვალისწინებით, სენსორული სადგური პერიოდულად აგზავნის მონაცემთა კითხვას მონაცემთა ბაზაში. როდესაც იკვებება, რამდენიმე ოპერაციული მდგომარეობა მითითებულია ქვედა LED ფერის საშუალებით:

• ჩატვირთვისას, LED აანთებს ყვითელ ფერს, რომ მიუთითოს WiFi– სთან არსებული კავშირი.
• როდესაც და როდესაც არის დაკავშირებული, მაჩვენებელი არის ლურჯი.
• სენსორული სადგური აწარმოებს სენსორის კითხვას და პერიოდულად უგზავნის მას სერვერს. თითოეული წარმატებული გადაცემა აღინიშნება 600 ms მწვანე შუქის იმპულსით.
• შეცდომების შემთხვევაში ინდიკატორი შეცვლის ტიპის მიხედვით წითლად, მეწამულად ან მოყვითალოდ შეფერილდება. გარკვეული დროის ან შეცდომების რაოდენობის შემდეგ, სენსორული სადგური გადატვირთავს ყველა სენსორს და ავტომატურად გადატვირთავს, რაც კვლავ მითითებულია ჩატვირთვისას ყვითელი შუქით. იხილეთ ESP32 კოდი და კომენტარები ინდიკატორის ფერის შესახებ დამატებითი ინფორმაციისათვის.

ამ საბოლოო ნაბიჯის დასრულების შემდეგ, სენსორული სადგური მუშაობს და მუშაობს უწყვეტად. დღემდე, 10 სენსორული სადგურის ქსელი დამონტაჟებულია და მუშაობს წინასწარ ნახსენები Living Lab– ის ჭკვიან საოფისე სივრცეში.

ნაბიჯი 9: ალტერნატივა: დამოუკიდებელი ვერსია

CoMoS განვითარება გრძელდება და ამ პროცესის პირველი შედეგი არის დამოუკიდებელი ვერსია. CoMoS– ის ამ ვერსიას არ სჭირდება მონაცემთა ბაზის სერვერი და WiFi ქსელი გარემოს მონაცემების მონიტორინგისა და ჩაწერისთვის.

ახალი ძირითადი მახასიათებლებია:

• მონაცემთა წაკითხვა ინახება შიდა მიკრო SD ბარათზე, Excel– ის CSV ფორმატში.
• ინტეგრირებული WiFi წვდომის წერტილი CoMoS– ზე წვდომისათვის ნებისმიერი მობილური მოწყობილობით.
• ვებ დაფუძნებული აპლიკაცია (შიდა ვებ სერვერი ESP32– ზე, ინტერნეტი არ არის საჭირო) პირდაპირი მონაცემებისთვის, პარამეტრებისთვის და შენახვის წვდომისათვის SD ბარათიდან ფაილების პირდაპირ გადმოტვირთვით, როგორც ეს მოცემულია ამ ნაბიჯზე თანდართულ სურათში და ეკრანის სურათებში.

ეს ცვლის WiFi და მონაცემთა ბაზის კავშირს, ხოლო ყველა სხვა მახასიათებელი კალიბრაციის ჩათვლით და ყველა დიზაინი და კონსტრუქცია ხელუხლებელი რჩება ორიგინალური ვერსიისგან. მიუხედავად ამისა, ცალკეული CoMoS მოითხოვს გამოცდილებას და შემდგომ ცოდნას, თუ როგორ უნდა შევიდეს ფაილების მართვის შიდა სისტემაში "SPIFFS" ESP32 და მცირეოდენი ცოდნა HTML, CSS და Javascript– ის შესახებ იმის გასაგებად, თუ როგორ მუშაობს ვებ-აპლიკაცია. მას ასევე სჭირდება კიდევ რამდენიმე / განსხვავებული ბიბლიოთეკა სამუშაოდ.

გთხოვთ შეამოწმოთ Arduino კოდი საჭირო ბიბლიოთეკებისთვის მიმაგრებულ zip ფაილში და SPIFFS ფაილურ სისტემაში პროგრამირების და ატვირთვის შესახებ დამატებითი ინფორმაციისათვის შემდეგი მითითებები:

SPIFFS ბიბლიოთეკა espressif– ის მიერ

SPIFFS ფაილის ამტვირთავი me-no-dev

ESP32WebServer ბიბლიოთეკა Pedroalbuquerque

ეს ახალი ვერსია გახდის სრულიად ახალ ინსტრუქტაჟს, რომელიც მომავალში გამოქვეყნდება. ჯერჯერობით, განსაკუთრებით უფრო გამოცდილი მომხმარებლებისთვის, ჩვენ არ გვინდა გამოტოვოთ შანსი გაგიზიაროთ ძირითადი ინფორმაცია და ფაილები, რომლებიც გჭირდებათ მის შესაქმნელად.

სწრაფი ნაბიჯები დამოუკიდებელი CoMoS– ის შესაქმნელად:

• შექმენით საქმე წინა ნაბიჯის მიხედვით. სურვილისამებრ, 3D დაბეჭდეთ დამატებითი ქეისი მიკრო SC ბარათის წამკითხველისთვის, რომელიც უნდა დაერთოს CoMoS კორპუსს. თუ თქვენ არ გაქვთ 3D პრინტერი, ბარათის წამკითხველი შეიძლება მოთავსდეს CoMoS– ის ძირითად კორპუსში, არ ინერვიულოთ.
• შეაერთეთ ყველა სენსორი, როგორც აღწერილია ადრე, მაგრამ გარდა ამისა, დააინსტალირეთ და დააკავშირეთ მიკრო SD ბარათის მკითხველი (amazon.com) და DS3231 რეალურ დროში (adafruit.com), როგორც ეს მითითებულია ამ საფეხურზე მიმაგრებული გაყვანილობის სქემაში. შენიშვნა: გამაგრებული რეზისტორისა და oneWire- ის ქინძისთავები განსხვავდება გაყვანილობის ორიგინალური სქემისგან!
• შეამოწმეთ Arduino კოდი და შეცვალეთ WiFi წვდომის წერტილის ცვლადები "ssid_AP" და "password_AP" თქვენი პირადი უპირატესობის მიხედვით. თუ არ არის მორგებული, სტანდარტული SSID არის "CoMoS_AP" და პაროლი არის "12345678".
• ჩადეთ მიკრო SD ბარათი, ატვირთეთ კოდი, ატვირთეთ "მონაცემების" საქაღალდის შინაარსი ESP32- ში SPIFFS ფაილის ამტვირთავის გამოყენებით და დაუკავშირეთ ნებისმიერი მობილური მოწყობილობა WiFi წვდომის წერტილს.
• გადადით თქვენს მობილურ ბრაუზერში "192.168.4.1" - ზე და ისიამოვნეთ!

აპლიკაცია დაფუძნებულია html, css და javascript– ზე. ის ადგილობრივია, ინტერნეტი არ არის ჩართული ან საჭირო. მას აქვს შიდა პროგრამის მენიუ, რათა მიიღოთ წვდომა დაყენების გვერდზე და მეხსიერების გვერდზე. დაყენების გვერდზე შეგიძლიათ შეცვალოთ ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრები, როგორიცაა ადგილობრივი თარიღი და დრო, სენსორების წაკითხვის ინტერვალი და ა.შ. მეხსიერების გვერდზე, SD ბარათზე არსებული ფაილების სია ხელმისაწვდომია. ფაილის სახელის დაჭერა იწყებს CSV ფაილის პირდაპირ გადმოტვირთვას მობილურ მოწყობილობაზე.

ეს სისტემის დაყენება საშუალებას იძლევა შიდა გარემოს ინდივიდუალური პირობების ინდივიდუალური და დისტანციური მონიტორინგი. ყველა სენსორის კითხვა ინახება SD ბარათზე პერიოდულად, ყოველ ახალ დღეს იქმნება ახალი ფაილები. ეს საშუალებას იძლევა უწყვეტი ოპერაცია კვირებისა და თვეების განმავლობაში წვდომის ან მოვლის გარეშე. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ეს ჯერ კიდევ მიმდინარეობს კვლევა და განვითარება. თუ თქვენ გაინტერესებთ დამატებითი დეტალები ან დახმარება, გთხოვთ ნუ მოგერიდებათ დაუკავშირდეთ შესაბამის ავტორს კომენტარების საშუალებით ან პირდაპირ LinkedIn– ის საშუალებით.

ნაბიჯი 10: ეპილოგი - ცნობილი საკითხები და მსოფლმხედველობა

ამ ინსტრუქციაში აღწერილი სენსორული სადგური არის ხანგრძლივი და მიმდინარე კვლევის შედეგი. მიზანია შექმნას საიმედო, ზუსტი, მაგრამ დაბალი ღირებულება სენსორული სისტემა შიდა გარემოს პირობებისთვის. ეს ატარებდა და შეიცავს რამდენიმე სერიოზულ გამოწვევას, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანი აქ უნდა აღინიშნოს:

სენსორის სიზუსტე და დაკალიბრება

ამ პროექტში გამოყენებული სენსორები გთავაზობთ შედარებით მაღალ სიზუსტეს დაბალ ან საშუალო ფასად. უმეტესობა აღჭურვილია შიდა ხმაურის შემცირებით და ციფრული ავტობუსის ინტერფეისით კომუნიკაციისთვის, რაც ამცირებს კალიბრაციის ან დონის კორექტირების საჭიროებას. ყოველ შემთხვევაში, იმის გამო, რომ სენსორები დამონტაჟებულია ან ქეისზე გარკვეული ატრიბუტებით, ავტორებმა შეასრულეს სრული სენსორული სადგურის დაკალიბრება, რაც მოკლედ არის ნაჩვენები თანდართული სურათებით. სულ ათი თანაბრად აშენებული სენსორული სადგური შემოწმდა განსაზღვრულ გარემო პირობებში და TESTO 480 პროფესიონალური შიდა კლიმატის სენსორულ მოწყობილობასთან შედარებით. ამ გაშვებების შედეგად განისაზღვრა კალიბრაციის ფაქტორები, რომლებიც შედის მაგალითის კოდში. ისინი უზრუნველყოფენ საქმისა და ელექტრონიკის გავლენის მარტივ ანაზღაურებას ცალკეულ სენსორებზე. უმაღლესი სიზუსტის მისაღწევად, რეკომენდებულია თითოეული სენსორული სადგურის ინდივიდუალური დაკალიბრება. ამ სისტემის კალიბრაცია არის ავტორთა კვლევის მეორე ფოკუსი, გარდა ამ ინსტრუქციებში აღწერილი განვითარების და კონსტრუქციისა. ის განიხილება დამატებით, დაკავშირებულ პუბლიკაციაში, რომელიც ჯერ კიდევ განხილვის სტადიაშია და აქ იქნება დაკავშირებული როგორც კი ონლაინ გახდება. გთხოვთ, მიიღოთ მეტი ინფორმაცია ამ თემის შესახებ ავტორთა ვებგვერდზე.

ESP32 მუშაობის სტაბილურობა

ამ კოდში გამოყენებული Arduino– ზე დაფუძნებული სენსორული ბიბლიოთეკები სრულად არ არის თავსებადი ESP32 დაფასთან. ეს საკითხი ფართოდ იქნა განხილული ინტერნეტში ბევრ წერტილში, განსაკუთრებით I2C და OneWire კომუნიკაციის სტაბილურობასთან დაკავშირებით. ამ პროცესში ხორციელდება ახალი, კომბინირებული შეცდომის გამოვლენა და დამუშავება, რომელიც დაფუძნებულია სენსორების პირდაპირ ESP32 IO ქინძისთავების მეშვეობით, რათა მოხდეს მათი კვების წყაროს გადატვირთვა გადატვირთვის მიზნით. დღევანდელი გადმოსახედიდან, ეს გამოსავალი არ არის წარმოდგენილი ან ფართოდ არ განიხილება. ის წარმოიშვა აუცილებლობის გამო, მაგრამ დღემდე შეუფერხებლად მუშაობს რამდენიმე თვის განმავლობაში და შემდგომ. თუმცა, ეს ჯერ კიდევ კვლევის საგანია.

Outlook

ამ სასწავლო ინსტრუქციასთან ერთად შემდგომი წერილობითი პუბლიკაციები და კონფერენციის პრეზენტაციები ტარდება ავტორების მიერ განვითარების გასავრცელებლად და ფართო და ღია პროგრამის დასაშვებად. იმავდროულად, კვლევა გრძელდება სენსორული სადგურის კიდევ უფრო გასაუმჯობესებლად, განსაკუთრებით სისტემის დიზაინსა და წარმოებადობასთან და სისტემის კალიბრაციასა და შემოწმებასთან დაკავშირებით. ეს ინსტრუქცია შეიძლება განახლდეს მომავალ მნიშვნელოვან მოვლენებზე, მაგრამ ყველა უახლესი ინფორმაციისთვის გთხოვთ ეწვიოთ ავტორების ვებსაიტს ან დაუკავშირდეთ ავტორებს პირდაპირ LinkedIn– ის საშუალებით:

შესაბამისი ავტორი: მათიას კიმლინგი

მეორე ავტორი: კონრად ლაუენროტი

კვლევის მენტორი: პროფესორი საბინ ჰოფმანი

მეორე პრიზი პირველად ავტორში