컴포트 모니터링 센서 스테이션 구축 방법 : 10 단계 (그림 포함)

이 지침서는 소위 말하는 디자인과 건설을 설명합니다. 컴포트 모니터링 스테이션 CoMoS, TUK, 독일의 Technische Universität Kaiserslautern의 건축 환경 부서에서 개발 된 주변 조건을위한 결합 된 센서 장치.

CoMoS는 ESP32 컨트롤러와 센서를 사용합니다. 공기 온도 과 상대 습도 (Si7021), 공기 속도 (Modern Device의 풍속 센서 C), 글로브 온도 (검은 색 전구의 DS18B20) LED 표시기 (WS2812B)를 통해 시각적 피드백을 통해 작고 설치가 간편한 케이스입니다. 또한, 조도 센서 (BH1750)가 로컬 시각 상태를 분석하기 위해 포함되어 있습니다. 모든 센서 데이터는 정기적으로 읽고 Wi-Fi를 통해 모니터링 및 제어에 사용할 수있는 데이터베이스 서버로 전송됩니다.

이 개발의 동기는 일반적으로 3000 € 이상의 가격에있는 실험실 센서 장치에 대한 저가의 강력한 대안을 얻는 것입니다. 대조적으로, CoMoS는 약 50 유로의 가격을 가진 하드웨어를 사용하기 때문에 모든 단일 작업장이나 건물 구역에서 열 및 시각 상태를 실시간으로 결정하기 위해 (사무실) 건물에 포괄적으로 배치 할 수 있습니다.

우리 연구 및 부서의 연계 업무에 대한 자세한 내용은 공식 Living Lab 스마트 오피스 공간 웹 사이트를 확인하거나 LinkedIn을 통해 해당 작성자에게 직접 문의하십시오. 모든 저자의 연락처는이 지침서의 끝에 있습니다.

구조 메모 : 이 지침은 CoMoS의 원래 설정에 대해 설명하지만, CoMoS에 대한 정보와 지침도 제공합니다. 약간의 변형 우리는 최근에 개발했습니다 : 표준 부품으로 제작 된 원래 케이스 외에도 3D 인쇄 옵션. 그리고 데이터베이스 서버 연결이있는 원래 장치 외에, 독립 실행 형 버전 SD 카드 저장 장치, 통합 WIFI 액세스 포인트 및 멋진 모바일 앱을 통해 센서 판독 값을 시각화합니다. 해당 장과 각 장에 표시된 옵션을 확인하십시오. 마지막 장에서 독립 실행 형 옵션.

개인 메모 : 이것은 저자의 첫 번째 지침이며, 매우 상세하고 복잡한 설정을 다루고 있습니다. 모든 단계에서 누락 된 세부 사항이나 정보가있는 경우이 페이지의 의견란, 전자 메일 또는 LinkedIn을 통해 연락하십시오.

용품:

1 단계 : 배경 - 열 및 시각적 편의

열 화상 효과 특히 사무실과 직장 환경뿐만 아니라 주거 부문에서도 점점 더 중요한 주제가되었습니다. 이 분야의 주된 도전 과제는 개인의 열 지각이 넓은 범위에서 다양하다는 것입니다. 다른 사람이 감기에 걸리면 한 사람이 특정 열 상태에서 뜨거울 수도 있습니다. 그 이유는 개별 열 지각 공기 온도, 상대 습도, 공기 속도 및 주변 표면의 복사 온도 등의 물리적 요인을 비롯한 여러 요소의 영향을받습니다. 또한 옷, 신진 대사 활동, 나이, 성별, 신체 질량 등의 개별적인 측면이 열 지각에 영향을줍니다.

개별 요소는 가열 및 냉각 제어 측면에서 불확실성이 있지만 물리적 요소는 센서 장치로 정확하게 결정될 수 있습니다. 대기 온도, 상대 습도, 공기 속도 및 지구 온도를 측정하여 건물 제어 장치에 대한 직접 입력으로 사용할 수 있습니다. 또한,보다 상세한 접근법에서, 이들은 소위 계산을위한 입력으로 사용될 수있다. PMV- 색인여기서 PMV는 Predicted Mean Vote를 나타냅니다. 주어진 실내 환경 조건 하에서 사람들이 평균적으로 열 감각을 평가하는 방법을 설명합니다. PMV는 -3 (콜드)에서 +3 (핫)의 값을 취할 수 있으며, 0은 중립 상태입니다.

왜 우리는 여기서 PMV 일을 언급할까요? 글쎄요, 개인적인 편안함의 분야에서 그것은 건물의 열 상황에 대한 품질 기준으로 사용될 수있는 일반적으로 사용되는 지수이기 때문입니다. CoMoS를 사용하면 PMV 계산에 필요한 모든 주변 매개 변수를 측정 할 수 있습니다.

관심이 있다면 지구 온난화, 평균 복사 온도, PMV 지수 및 ASHRAE 표준 구현에 대한 자세한 내용을 참조하십시오.

Wikipedia : 열 편안함

ISO 7726 열 환경의 인간 공학

ASHRAE NPO

그건 그렇고 : 이미 오래 전부터 있지만, 새로 개발 된 장치가 많이 있습니다. 개인화 된 환경 개별 열과 시각적 인 편안함을 제공합니다. 소형 데스크탑 팬은 잘 알려진 예입니다. 또한 발열기, 난방 및 환기 용 의자 또는 IR- 방사형 난방 및 냉방을위한 사무실 칸막이가 개발 중이거나 이미 시장에 나와 있습니다. 이러한 모든 기술은 예를 들어 작업장에서 지역의 열 상태에 영향을 미치며이 단계의 그림에 나온 것처럼 로컬 센서 데이터를 기반으로 자동 제어 할 수 있습니다.

개인화 된 환경의 가젯 및 진행중인 연구에 대한 자세한 내용은

Living Lab 스마트 사무실 공간 : 개인 환경

버클리 대학

개인용 난방 장치 냉각 장치에 대한 ZEN 보고서 PDF

SBRC 울릉공 대학교

2 단계 : 시스템 구성표

개발 프로세스의 주요 목표 중 하나는 무선 전화, 콤팩트, 및 싼 센서 장치를 사용하여 주어진 개방 된 사무실 공간에서 최소 10 개의 개별 작업 공간의 실내 환경 조건을 측정 할 수 있습니다. 따라서이 스테이션은 온보드 WiFi 연결 기능을 갖춘 ESP32-WROOM-32를 사용하며 모든 종류의 센서에 다양한 종류의 커넥터 핀과 지원되는 버스 유형이 사용됩니다. 센서 스테이션은 별도의 IoT-WiFi를 사용하고 데이터베이스 서버에서 실행되는 PHP 스크립트를 통해 MariaDB 데이터베이스에 데이터 판독 값을 보냅니다. 선택 사항으로, 사용하기 쉬운 Grafana 시각적 출력을 설치할 수도 있습니다.

위의 도식은 시스템 구성에 대한 개요로서 모든 주변 구성 요소의 배치를 보여 주지만이 지침은 센서 스테이션 자체에 중점을 둡니다. 물론 PHP 파일과 SQL 연결에 대한 설명은 나중에 CoMoS를 작성, 연결 및 사용하는 데 필요한 모든 정보를 제공하기 위해 포함됩니다.

노트 : 이 지침을 마치면 SD 카드 저장 장치, 내부 WiFi 액세스 포인트 및 모바일 장치 용 웹 응용 프로그램으로 CoMoS의 독립 실행 형 버전을 구축하는 방법에 대한 지침을 찾을 수 있습니다.

3 단계 : 공급 목록

전자 제품

센서와 컨트롤러 (그림 참조) :

• ESP32-WROOM-32 마이크 컨트롤러 (espressif.com) A
• Si7021 또는 GY21 온도 및 습도 센서 (adafruit.com) B
• DS18B20 + 온도 센서 (adafruit.com) C
• Rev C. 공기 속도 센서 (moderndevice.com) D
• WS2812B 5050 상태 LED (adafruit.com) E
• BH1750 조도 센서 (amazon.de) F

더 많은 전기 부품 :

• 4,7k 풀업 저항 (adafruit.com)
• 0,14 mm² (또는 이와 유사한) 표준 와이어 (adafruit.com)
• 2x Wago 소형 접합 커넥터 (wago.com)
• 마이크로 USB 케이블 (sparkfun.com)

케이스 부품
(다음 단계에서 이러한 부품과 크기에 대한 자세한 정보를 찾으십시오. 3D 프린터를 사용할 수있는 경우 탁구 공만 있으면됩니다. 다음 단계는 생략하고 5 단계에서 인쇄 할 정보와 파일을 모두 찾으십시오.)

• 아크릴 판 원형 50x4 mm 1
• 강판 원형 40x10 mm 2
• 아크릴 관 50x5x140 mm 3
• 아크릴 판 원형 40x5 mm 4
• 아크릴 관 12x2x50 mm 5
• 탁구 공 6

여러 가지 잡다한

• 흰색 페인트 스프레이
• 블랙 무광 스프레이
• 일부 테이프
• 약간의 단열 울,면 패드 또는 이와 유사한 것

도구들

• 파워 드릴
• 8 mm 도루 훈련
• 6 mm 목재 / 플라스틱 드릴
• 12 mm 나무 / 플라스틱 드릴
• 얇은 손톱
• 사포
• 와이어 커팅 플라이어
• 와이어 스트리퍼
• 납땜 인두와 주석
• 힘 접착제 또는 뜨거운 아교 총

소프트웨어 및 라이브러리
(번호는 우리가 사용하고 테스트 한 라이브러리 버전을 나타내며 최신 라이브러리도 작동해야하지만 다른 / 새로운 버전을 시도 할 때 가끔 문제가 발생합니다.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 핵심 라이브러리
• BH1750FVI 라이브러리
• Adafruit_Si7021 라이브러리 (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel 라이브러리 (1.1.6)
• 달라스 온도 라이브러리 (3.7.9)
• OneWire 라이브러리 (2.3.3)

4 단계 : 사례 설계 및 구축 - 옵션 1

CoMoS의 디자인은 대부분의 센서가 상단 부분에 장착되어 있으며 온도 및 습도 센서 만 바닥에 장착 된 슬림 한 수직 케이스를 특징으로합니다. 그만큼 센서 위치 측정은 측정 된 변수의 특정 요구 사항을 따릅니다.

• Si7021 온도 및 습도 센서 는 케이스의 바깥쪽에 설치되어 센서 주위로 자유로운 공기 순환을 허용하고 케이스 내부에서 마이크로 컨트롤러에 의해 발생되는 폐열의 영향을 최소화합니다.
• BH1750 조도 센서 는 작업장 조명에 대한 공통 기준에 따라 수평면에서의 조명을 측정하기 위해 케이스의 평평한 상단에 장착됩니다.
• C 목사 바람 센서 케이스 안쪽에 전자 장치가 숨겨져 있지만 실제 열 풍속계와 온도 센서가있는 타인은 상단 주변의 공기에 노출되어 케이스 상단에 장착됩니다.
• DS18B20 온도 센서 블랙 그려진 탁구 공 안에있는 스테이션의 맨 위에 장착되어 있습니다. 상단의 위치는 뷰 팩터를 최소화하고 따라서 센서 스테이션 자체가 지구 온도 측정에 미치는 복사 영향을 최소화하는 데 필요합니다.

글로브 온도 센서로서 평균 방사 온도 및 블랙 테이블 테니스 볼 사용에 대한 추가 자료는 다음과 같습니다.

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). 주간 야외 설정을위한 아크릴 및 구리 지구 온도계의 적합성. 건물 및 환경. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

Dear, Richard. (1987). 평균 복사 온도를위한 탁구대 온도계. H & Eng.,. 60. 10-12.

이 케이스는 제작 시간과 노력을 가능한 한 낮게 유지하도록 간단하게 설계되었습니다. 쉽게 될 수 있습니다. 표준 부품으로 제작 몇 가지 간단한 도구와 기술만으로 구성 요소를 구성 할 수 있습니다. 또는, 그들의 서비스에서 3D 프린터를 가질만큼 운이 좋은 사람들을 위해, 모든 케이스 부품은 3D 인쇄 게다가. 케이스 인쇄의 경우이 단계의 나머지 부분은 건너 뛸 수 있으며 필요한 모든 파일과 지침은 다음 단계에서 찾을 수 있습니다.

를 위해 표준 부품의 건설대부분의 경우 피팅 치수가 선택됩니다.

• 그만큼 본체 외경 50 mm, 벽 두께 5 mm, 높이 140 mm의 아크릴 (PMMA) 파이프입니다.
• 그만큼 바닥 판는 상태 LED의 광 도체 역할을하며 직경 50mm, 두께 4mm의 아크릴 원형 판입니다.
• 에이 둥근 강철 40mm의 직경과 10mm의 두께를 가진 바닥 판을 바닥 판 상단에 무게로 설치하고 역이 넘어지지 않도록하고 바닥 판을 제자리에 고정시키지 않도록 본체 튜브의 하단 끝 부분에 끼 웁니다.
• 그만큼 상판 본체 튜브 내부에도 잘 맞습니다. 그것은 PMMA로 만들어졌으며 직경 40mm, 두께 5mm입니다.
• 마지막으로, 탑 라이저 튜브 외경 10mm, 벽 두께 2mm, 길이 50mm의 PMMA도있다.

제조 및 조립 공정은 일부부터 시작하여 간단합니다. 드릴링 할 구멍. 스틸 라운드에는 LED와 케이블을 맞추기 위해 8mm 연속 구멍이 필요합니다. 본체 튜브에는 약 6mm의 구멍이 필요하고 USB 및 센서 케이블의 케이블 피드 스루 (feed-through) 및 통풍구가 필요합니다. 구멍의 수와 위치는 원하는대로 변경할 수 있습니다. 개발자들의 선택은 앞면과 뒷면에 각각 6 개의 구멍이 있고, 앞면과 뒷면에 각각 2 개의 구멍이있다.

상단 판이 가장 까다로운 부분입니다. 탑 라이저 튜브에 맞추기 위해 중앙에 있고 똑 바르고 연속적인 12mm 전체, 조도 센서 케이블에 맞춰 중앙에 놓인 6mm 구멍에서 떨어져 있어야하며 바람에 맞추기 위해 너비가 약 1.5mm, 길이가 18mm 인 얇은 슬릿이 필요합니다 감지기. 참조 용으로 사진을보십시오. 그리고 마지막으로 테이블 테니스 볼은 지구 온도 센서와 케이블에 맞추기 위해 6mm 전체가 필요합니다.

다음 단계에서는 바닥 판을 제외한 모든 PMMA 부품을 스프레이 페인트, 참조는 흰색입니다. 탁구 공을 매트 검정색으로 그려야 열량과 광학 특성을 추정 할 수 있습니다.

철강 라운드는 접착 된 바닥 판에 평평하고 평평합니다. 상단 라이저 튜브가 상단 플레이트의 12mm 구멍에 접착됩니다. 탁구 공은 라이저 튜브의 내부 개구와 일치하는 구멍이있는 라이저의 상단에 붙어 있으므로 온도 센서와 케이블을 라이저 튜브를 통과 한 후 볼에 삽입 할 수 있습니다.

이 단계를 완료하면 케이스의 모든 부품을 조립하여 조립할 준비가됩니다. 너무 딱 맞으면 모래를 조금 내리십시오. 느슨한 경우 얇은 테이프를 붙여주십시오.

5 단계 : 사례 설계 및 구축 - 옵션 2

CoMoS 사례를 구축하는 옵션 1은 여전히 ​​빠르고 단순한 반면, 3D 프린터 일을 더 쉽게 할 수있을 것입니다. 이 옵션의 경우 케이스는 상단, 케이스 본체 및 하단 부분의 세 부분으로 나뉘어 다음 단계에서 설명하는대로 쉽게 배선하고 조립할 수 있습니다.

프린터 설정에 대한 파일 및 추가 정보는 Thingiverse에서 제공됩니다.

Thingiverse의 CoMoS 파일

사용 방법에 따라 백색 필라멘트 상단 및 케이스 본체 부품의 사용을 적극 권장합니다. 이렇게하면 햇빛에 케이스가 너무 빨리 가열되는 것을 방지하고 잘못된 측정을 피할 수 있습니다. 티불투명 필라멘트 LED 표시등이 켜지도록 하단 부분에 사용해야합니다.

옵션 1의 또 다른 변형은 금속 원형이 빠져 있다는 것입니다.CoMoS가 넘어지는 것을 방지하기 위해 베어링 볼과 같은 모든 종류의 무게 또는 금속 와셔가 투명한 바닥 부분에 배치되어야합니다. 그것은 어떤 무게를 끼워 넣고 붙들기 위해 주위 가장자리로 디자인되었습니다. 또는 CoMoS를 양면 테이프를 사용하여 설치 장소에 녹화 할 수 있습니다.

노트 : Thingiverse 폴더에는 CoMoS 케이스에 장착 할 수있는 마이크로 SD 카드 리더 용 파일이 들어 있습니다. 이 사례는 선택 사항이며이 지침의 마지막 단계에서 설명 된 독립 실행 형 버전의 일부입니다.

6 단계 : 배선 및 조립

ESP, 센서, LED 및 USB 케이블은 납땜 된 이 단계의 그림에 표시된 회로도에 따라 연결합니다. 그만큼 PIN 할당 나중에 설명 할 예제 코드와 일치하는 것은 :

• 14 - 리셋 브리지 (EN) - 회색
• 17 - WS2811 (LED) - 녹색
• 18 - DS18B20 + 용 풀업 저항
• 19 - DS18B20 + (원 와이어) - 보라색
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - 파란색
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - 황색
• 25 - BH1750 (V-in) - 갈색
• 26 - SI7021 (V-in) - 갈색
• 27 - DS18B20 + (V-in) - 갈색
• 34 - 바람 센서 (TMP) - 시안 색
• 35 - 윈드 센서 (RV) - 오렌지색
• VIN - USB 케이블 (+ 5V) - 빨간색
• GND - USB 케이블 (GND) - 검은 색

Si7021, BH1750 및 DS18B20 + 센서는 ESP32의 IO 핀을 통해 전원이 공급됩니다. 이는 최대 전류 초안이 핀 당 ESP의 최대 전류 공급보다 낮고 센서 통신 오류의 경우 전원 공급을 차단하여 센서를 재설정 할 수 있어야하기 때문에 가능합니다. 자세한 내용은 ESP 코드 및 설명을 참조하십시오.

Si7021 및 BH1750 센서는 USB 케이블다음 단계에서 조립할 수 있도록 전용 케이스 구멍을 통해 넣어 진 케이블로 납땜되어야합니다. WAGO 콤팩트 연결 커넥터는 USB 케이블로 장치를 전원 공급 장치에 연결하는 데 사용됩니다. 모두 USB를 통해 5V DC에서 전력이 공급되며, ESP32의 로직 레벨과 3.3V에서 작동합니다. 선택적으로 마이크로 USB 케이블의 데이터 핀을 마이크로 USB 플러그에 다시 연결하고 ESP의 마이크로 USB에 연결할 수 있습니다 소켓을 전원 입력 및 데이터 연결로 사용하여 케이스를 닫은 상태에서 ESP32로 코드를 전송합니다. 그렇지 않은 경우, 구성표에 표시된대로 연결되어있는 경우 케이스를 조립하기 전에 코드를 처음 ESP로 전송하려면 다른 그대로의 마이크로 USB 케이블이 필요합니다.

그만큼 Si7021 온도 센서 케이스의 뒷쪽에 붙어 있습니다. 케이스 내부에서 발생하는 열로 인한 잘못된 온도 판독을 피하기 위해이 센서를 바닥 가까이에 부착하는 것이 매우 중요합니다. 이 문제에 대한 자세한 내용은 에필로그 단계를 참조하십시오. 그만큼 BH1750 조도 센서 상단 플레이트에 붙어 있으며, 바람 센서 반대편의 슬릿에 삽입되어 끼워 맞춰진다. 그것이 너무 잃어 버릴 경우, 센서의 중앙 부분 주위에 약간의 테이프가 제 위치에 유지하는 데 도움이됩니다. 그만큼 DS18B20 온도 센서 탑 라이저를 통해 테이블 ​​테니스 볼에 삽입되며 볼의 중앙에 최종 위치가 표시됩니다. 상부 라이저의 내부는 격리 울로 채워지고 하부 개구는 테이프 또는 뜨거운 아교로 밀봉되어 전 지구로의 전도성 또는 대류 성 열 전달을 방지합니다. 그만큼 LED 바닥 판을 비추기 위해 바닥을 향한 강철 둥근 구멍에 부착됩니다.

모든 와이어, 접합 커넥터 및 ESP32는 메인 케이스 내부로 들어가고 모든 케이스 부품은 최종 조립품에 함께 넣어집니다.

7 단계 : 소프트웨어 - ESP, PHP 및 MariaDB 구성

ESP32 마이크로 컨트롤러는 프로그래밍 된 ~을 사용하여 Arduino IDE Espressif에서 제공하는 ESP32 Core 라이브러리. 예를 들어 ESP32 호환성을 위해 IDE를 설정하는 방법에 대한 온라인 자습서가 많이 있습니다.

일단 설치되면 첨부 된 암호 ESP32로 전송됩니다. 처음부터 끝까지 쉽게 이해할 수 있도록 주석이 달렸지 만 몇 가지 주요 기능은 다음과 같습니다.

• 그것은 "사용자 구성"섹션에서 개별 변수를 설정해야합니다 (예 : WiFi ID 및 비밀번호, 데이터베이스 서버 IP 및 원하는 데이터 읽기 및 보내기 기간. 또한 안정되지 않은 전원 공급 장치의 경우 영풍 속도 판독 값을 0으로 조정하는 데 사용할 수있는 "제로 풍 조정"변수가 포함됩니다.
• 코드는 평균을 포함합니다. 보정 계수 10 개의 기존 센서 스테이션 교정에서 저자가 결정한 것입니다. 자세한 정보 및 가능한 개별 조정은 에필로그 단계를 참조하십시오.
• 다양한 오류 처리가 코드의 여러 섹션에 포함되어 있습니다. 특히 ESP32 컨트롤러에서 자주 발생하는 버스 통신 오류를 효과적으로 감지하고 처리합니다. 다시 말하면 에필로그 단계에서 자세한 내용을 확인하십시오.
• 그것은 LED 컬러 출력 센서 스테이션의 현재 상태 및 오류를 보여줍니다. 자세한 내용은 결과 단계를 참조하십시오.

첨부 된 PHP 파일 serverIP / sensor.php에 데이터베이스 서버의 루트 폴더에 설치하고 액세스 할 수 있어야합니다. PHP 파일 이름과 데이터 처리 내용은 ESP의 호출 기능 코드와 일치해야하며, 반대쪽에서는 데이터베이스 테이블 설정과 일치해야 데이터 판독 값을 저장할 수 있습니다. 첨부 된 예제 코드는 일치하지만 일부 변수를 변경하는 경우 시스템 전체에서 변경해야합니다. PHP 파일에는 시작 부분에 조정 섹션이 포함되어 있으며 시스템의 환경에 따라 개별 조정이 이루어집니다. 특히 데이터베이스 사용자 이름 및 암호, 그리고 데이터베이스 이름.

MariaDB 또는 SQL 데이터 베이스 센서 스테이션 코드 및 PHP 스크립트에 사용 된 테이블 설정에 따라 동일한 서버에 설정됩니다. 예제 코드에서 MariaDB 데이터베이스 이름은 UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin에 대한 13 개의 열을 포함하는 "data" 및 IllumMax.

Grafana 분석 및 모니터링 플랫폼은 직접 데이터베이스 시각화 옵션으로 서버에 추가로 설치할 수 있습니다. 이것은이 개발의 주요 특징이 아니므로이 지침에서 더 이상 설명하지 않습니다.

8 단계 : 결과 - 데이터 읽기 및 확인

모든 배선, 조립, 프로그래밍 및 환경 설정이 완료되면 센서 스테이션은 주기적으로 데이터 판독 값을 데이터베이스로 전송합니다. 전원이 공급되는 동안 여러 작동 상태 바닥을 통해 표시됩니다. LED 색깔:

• 부팅하는 동안 LED는 노란색으로 켜져 WiFi 연결이 보류 중임을 나타냅니다.
• 연결되면 표시등이 파란색입니다.
• 센서 스테이션은 센서 판독 값을 실행하여 주기적으로 서버로 전송합니다. 각각의 성공적 전송은 600ms의 녹색광 임펄스로 표시됩니다.
• 오류가 발생하면 오류 유형에 따라 표시기가 빨간색, 자주색 또는 황색으로 변합니다. 특정 시간 또는 오류 횟수가 지나면 센서 스테이션이 모든 센서를 재설정하고 자동으로 재부팅됩니다. 다시 부팅 할 때 노란색 표시등이 나타납니다. 표시기 색상에 대한 자세한 내용은 ESP32 코드 및 설명을 참조하십시오.

이 마지막 단계가 끝나면 센서 스테이션이 실행되고 계속 작동합니다. 현재까지 10 개의 센서 스테이션으로 구성된 네트워크가 사전에 언급 된 Living Lab 스마트 오피스 공간에 설치되어 실행됩니다.

9 단계 : 대안 : 독립 실행 형 버전

CoMoS의 개발은 계속되고 있으며이 진행중인 프로세스의 첫 번째 결과는 독립 실행 형 버전. CoMoS 버전은 환경 데이터를 모니터링하고 기록하기 위해 데이터베이스 서버와 WiFi 네트워크가 필요하지 않습니다.

그만큼 새로운 주요 기능 아르:

• 데이터 판독 값은 Excel 용 CSV 형식으로 내부 마이크로 SD 카드에 저장됩니다.
• 모든 모바일 장치에서 CoMoS에 액세스하기위한 통합 WiFi 액세스 지점.
• 이 단계에 첨부 된 사진과 스크린 샷에서 볼 수 있듯이 SD 카드에서 직접 파일을 다운로드하여 라이브 데이터, 설정 및 저장소 액세스를위한 웹 기반 앱 (ESP32의 내부 웹 서버, 인터넷 연결 필요 없음).

이것은 와이파이 및 데이터베이스 연결을 대체하는 반면 캘리브레이션 및 모든 디자인 및 구성을 포함한 다른 모든 기능은 원래 버전에서 그대로 유지됩니다. 여전히 독립형 CoMoS 경험과 지식이 더 필요하다. ESP32의 내부 파일 관리 시스템 "SPIFFS"에 액세스하는 방법 및 HTML, CSS 및 Javascript에 대한 약간의 인식을 통해 웹 응용 프로그램의 작동 방식을 이해할 수 있습니다. 또한 몇 가지 더 / 다른 라이브러리가 필요합니다.

SPIFFS 파일 시스템 프로그래밍 및 업로드에 대한 자세한 내용은 필요한 라이브러리 및 다음 참조 자료에 첨부 된 zip 파일의 Arduino 코드를 확인하십시오.

espressif의 SPIFFS 라이브러리

me-no-dev의 SPIFFS 파일 업 로더

Pedroalbuquerque의 ESP32WebServer 라이브러리

이 새로운 버전은 미래에 출판 될 수있는 완전히 새로운 지침을 만들 것입니다. 하지만 지금은 특히 보다 숙련 된 사용자를위한우리는 기본적인 정보와 파일을 공유 할 수있는 기회를 놓치고 싶지 않습니다.

독립 실행 형 CoMoS를 구축하는 빠른 단계 :

• 이전 단계에 따라 사례를 작성하십시오. 선택적으로 3D SCM 카드 판독기가 CoMoS 케이스에 부착 될 수있는 추가 케이스를 인쇄하십시오. 3D 프린터를 사용할 수없는 경우 카드 판독기를 CoMoS 메인 케이스에 넣을 수도 있습니다. 걱정할 필요가 없습니다.
• 앞에서 설명한대로 모든 센서를 연결하고이 단계에 연결된 배선도에 표시된대로 마이크로 SD 카드 판독기 (amazon.com) 및 DS3231 실시간 시계 (adafruit.com)를 설치하고 배선하십시오. 참고 : 풀업 레지스터 및 oneWire 용 핀은 원래의 배선 구성과 다릅니다!

• Arduino 코드를 확인하고 WiFi 액세스 포인트 변수 "ssid_AP"및 "password_AP"를 개인적인 취향에 맞게 조정하십시오. 조정하지 않으면 표준 SSID는 "CoMoS_AP"이고 암호는 "12345678"입니다.

• 마이크로 SD 카드를 삽입하고, 코드를 업로드하고, SPIFFS 파일 업 로더를 사용하여 "데이터"폴더의 내용을 ESP32에 업로드하고 모든 모바일 장치를 WiFi 액세스 포인트에 연결하십시오.

• 모바일 브라우저에서 "192.168.4.1"로 이동하여 즐기십시오!

앱 모두 HTML, CSS 및 자바 스크립트를 기반으로합니다. 로컬이므로 인터넷 연결이 필요하지 않습니다. 설정 페이지 및 메모리 페이지에 액세스하는 인앱 사이드 메뉴가 있습니다. 에 설정 페이지로컬 날짜 및 시간, 센서 판독 간격 등과 같은 가장 중요한 설정을 조정할 수 있습니다. 모든 설정은 ESP32의 내부 저장 장치에 영구 저장되고 다음 부팅시 복원됩니다. 에 기억 페이지, SD 카드의 파일 목록을 사용할 수 있습니다. 파일 이름을 클릭하면 CSV 파일을 모바일 장치로 직접 다운로드합니다.

이 시스템 설정을 통해 실내 환경 조건을 개별적으로 원격 모니터링 할 수 있습니다. 모든 센서 판독 값은 SD 카드에 주기적으로 저장되며, 매일 새 파일이 생성됩니다. 이렇게하면 액세스 또는 유지 보수없이 몇 주 또는 몇 달 동안 계속 작동 할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이, 이것은 여전히 지속적인 연구 개발. 자세한 내용이나 도움이 필요하시면 주저없이 LinkedIn을 통해 해당 작성자에게 연락하십시오.

10 단계 : 에필로그 - 알려진 문제와 전망

이 지침서에 설명 된 센서 스테이션은 길고 지속적인 연구의 결과입니다. 목표는 실내 환경 조건에 대해 신뢰할 수 있고 정확하지만 저가의 센서 시스템을 만드는 것입니다. 이것은 가장 심각한 문제를 안고 여기에 언급해야합니다.

센서 정확도 및 보정

이 프로젝트에 사용 된 센서는 모두 저렴한 비용으로 비교적 높은 정확도를 제공합니다. 대부분은 내부 노이즈 감소 기능과 통신을위한 디지털 버스 인터페이스를 갖추고있어 교정이나 레벨 조정의 필요성을 줄여줍니다. 어쨌든 센서는 특정 속성이있는 케이스에 설치 되었기 때문에 첨부 된 그림을 간단히 보여 주듯이 저자가 전체 센서 스테이션을 보정했습니다. 총 10 개의 똑같이 구축 된 센서 스테이션은 정의 된 환경 조건에서 테스트되었으며 TESTO 480 전문 실내 기후 센서 장치와 비교되었습니다. 이 런에서 예제 코드에 포함 된 보정 계수가 결정되었습니다. 그것들은 케이스 및 전자 장치가 개별 센서에 미치는 영향을 간단하게 보상 할 수 있습니다. 가장 높은 정확도를 얻으려면 각 센서 스테이션에 대한 개별 교정을 권장합니다. 이 시스템의 교정은이 지침서에 설명 된 개발 및 건설 외에도 저자의 연구에 대한 두 번째 초점입니다. 이 책자는 여전히 동료 검토를 거쳐 온라인으로 연결되는 즉시 링크 될 예정인 추가 발행물에서 논의됩니다. 저자의 웹 사이트에서이 주제에 대한 자세한 정보를 찾아보십시오.

ESP32 작동 안정성

이 코드에서 사용 된 모든 Arduino 기반 센서 라이브러리가 ESP32 보드와 완벽하게 호환되는 것은 아닙니다. 이 문제는 특히 I2C 및 OneWire 통신의 안정성과 관련하여 온라인상의 많은 지점에서 광범위하게 논의되었습니다. 이 개발에서는 ESP32의 IO 핀을 통해 센서에 직접 전원을 공급하여 리셋 목적으로 전원 공급을 차단할 수 있도록하는 새로운 오류 검출 및 처리 기능이 새로 추가되었습니다. 오늘날의 관점에서이 솔루션은 제시되지 않았거나 널리 논의되지 않았습니다. 그것은 필연적으로 태어 났지만, 현재까지는 몇 개월 및 그 이후의 운영 기간 동안 원활하게 운영되고 있습니다. 아직까지는 여전히 연구 주제입니다.

시야

이 지침과 함께 더 많은 서적 출판물과 컨퍼런스 프리젠 테이션을 작성자가 수행하여 개발을 확산시키고 폭 넓은 오픈 소스 애플리케이션을 허용합니다. 그 사이에, 연구는 특히 시스템 설계 및 제조 가능성, 시스템 교정 및 검증과 관련하여 센서 스테이션을 더욱 개선하기 위해 계속됩니다. 이 instructable은 중요한 미래 개발에 대해 업데이트 될 수 있지만 모든 최신 정보는 저자 웹 사이트를 방문하거나 LinkedIn을 통해 저자에게 직접 문의하십시오.

해당 저자 : Mathias Kimmling

두 번째 저자 : Konrad Lauenroth

연구 멘토 : Sabine Hoffmann 교수

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