Konfor İzleme Sensör İstasyonu Nasıl Yapılır: 10 Adım (Resimlerle)

2025 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2025-01-13 06:58

Bu talimat, TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Almanya'daki Yapılı Çevre bölümünde geliştirilen, ortam koşulları için birleşik bir sensör cihazı olan Konfor İzleme İstasyonu CoMoS'un tasarımını ve yapımını açıklar.

CoMoS, tümü kompakt, kolay- LED göstergesi (WS2812B) aracılığıyla görsel geri bildirim ile kasa oluşturun. Ek olarak, yerel görsel durumu analiz etmek için bir aydınlık sensörü (BH1750) dahildir. Tüm sensör verileri periyodik olarak okunur ve Wi-Fi aracılığıyla izleme ve kontroller için kullanılabileceği bir veritabanı sunucusuna gönderilir.

Bu gelişmenin arkasındaki motivasyon, tipik olarak 3000 €'nun üzerinde bir fiyata sahip olan laboratuvar sensör cihazlarına düşük maliyetli ancak çok güçlü bir alternatif elde etmektir. Buna karşılık, CoMoS toplam fiyatı yaklaşık 50 € olan donanım kullanır ve bu nedenle her bir işyeri veya bina bölümündeki bireysel termal ve görsel durumun gerçek zamanlı olarak belirlenmesi için (ofis) binalarında kapsamlı bir şekilde konuşlandırılabilir.

Araştırmamız ve departmandaki bağlantılı çalışmalar hakkında daha fazla bilgi için resmi Living Lab akıllı ofis alanı web sitesine bakın veya doğrudan LinkedIn aracılığıyla ilgili yazarla iletişime geçin. Tüm yazarların iletişim bilgileri bu talimatın sonunda listelenmiştir.

Yapısal not: Bu talimat, CoMoS'un orijinal kurulumunu açıklar, ancak aynı zamanda yakın zamanda geliştirdiğimiz birkaç varyasyon için bilgi ve talimatlar sağlar: Standart parçalardan oluşturulan orijinal kasanın yanı sıra, 3B yazdırılmış bir seçenek de vardır. Veritabanı sunucusu bağlantılı orijinal cihazın yanı sıra, SD kart depolama, entegre WIFi erişim noktası ve sensör okumalarını görselleştirmek için şık bir mobil uygulama ile alternatif bağımsız bir sürüm var. Lütfen ilgili bölümlerde işaretlenen seçenekleri ve son bölümdeki bağımsız seçeneği kontrol edin.

Kişisel not: Bu, yazarın ilk talimatıdır ve oldukça ayrıntılı ve karmaşık bir kurulumu kapsar. Adımlar boyunca herhangi bir ayrıntı veya bilgi eksikliği varsa, lütfen bu sayfanın yorumlar bölümünden, e-posta yoluyla veya LinkedIn aracılığıyla iletişime geçmekten çekinmeyin.

Adım 1: Arka Plan – Termal ve Görsel Konfor

Termal ve görsel konfor, özellikle ofis ve işyeri ortamlarında olduğu kadar konut sektöründe de giderek daha önemli konular haline gelmiştir. Bu alandaki temel zorluk, bireylerin termal algılarının genellikle geniş bir aralıkta değişmesidir. Bir kişi belirli bir termal durumda sıcak hissedebilirken, başka bir kişi aynı durumda soğuk hissedebilir. Bunun nedeni, bireysel termal algının, hava sıcaklığı, bağıl nem, hava hızı ve çevreleyen yüzeylerin radyan sıcaklığı gibi fiziksel faktörler de dahil olmak üzere birçok faktörden etkilenmesidir. Ancak aynı zamanda giyim, metabolik aktivite ve yaş, cinsiyet, vücut kütlesi ve daha birçok bireysel özellik de termal algıyı etkiler.

Isıtma ve soğutma kontrolleri açısından bireysel faktörler bir belirsizlik olarak kalırken, fiziksel faktörler sensör cihazları tarafından hassas bir şekilde belirlenebilir. Hava sıcaklığı, bağıl nem, hava hızı ve dünya sıcaklığı ölçülebilir ve bina kontrollerine doğrudan girdi olarak kullanılabilir. Ayrıca, daha ayrıntılı bir yaklaşımda, PMV'nin Tahmini Ortalama Oy anlamına geldiği PMV-endeksini hesaplamak için girdi olarak kullanılabilirler. İnsanların ortalama olarak belirli ortam koşulları altında termal duyumlarını nasıl derecelendireceklerini açıklar. PMV, 0 nötr bir durum olmak üzere -3 (soğuk) ile +3 (sıcak) arasında değerler alabilir.

Neden burada PMV-şeyinden bahsediyoruz? Eh, çünkü kişisel konfor alanında, bir binadaki termal durum için kalite kriteri olarak hizmet edebilen yaygın olarak kullanılan bir indekstir. CoMoS ile PMV hesaplaması için gerekli tüm ortam parametreleri ölçülebilir.

İlgileniyorsanız, termal konfor, küre bağlamı ve ortalama radyan sıcaklık, PMV indeksi ve ASHRAE standardının uygulanması hakkında daha fazla bilgi edinin.

Vikipedi: Termal Konfor

ISO 7726 Termal ortamın ergonomisi

ASHRAE NPO'su

Bu arada: Kişiselleştirilmiş ortam alanında, bireysel termal ve görsel konfor sağlamak için uzun süredir var olan ama aynı zamanda birçok yeni geliştirilmiş cihaz var. Küçük masaüstü fanları iyi bilinen bir örnektir. Ancak aynı zamanda ayak ısıtıcıları, ısıtmalı ve havalandırmalı sandalyeler veya IR ışınımlı ısıtma ve soğutma için ofis bölmeleri geliştirilmekte ve hatta piyasada bulunmaktadır. Tüm bu teknolojiler, örneğin bir işyerinde yerel termal durumu etkiler ve bu adımın resimlerinde gösterildiği gibi, yerel sensör verilerine dayalı olarak da otomatik olarak kontrol edilebilirler.

Kişiselleştirilmiş ortamın gadget'ları ve devam eden araştırmalar hakkında daha fazla bilgi şu adreste mevcuttur:

Living Lab akıllı ofis alanı: Kişiselleştirilmiş Ortam

Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley

Kişisel ısıtma ve soğutma cihazları hakkında ZEN raporu [PDF]

SBRC Wollongong Üniversitesi

2. Adım: Sistem Şeması

Geliştirme sürecindeki ana hedeflerden biri, belirli bir açık ofis alanında en az on ayrı işyerinin iç ortam koşullarını ölçmek için kablosuz, kompakt ve ucuz bir sensör cihazı oluşturmaktı. Bu nedenle istasyon, yerleşik WiFi bağlantısına ve çok çeşitli konektör pimlerine ve her tür sensör için desteklenen veri yolu türlerine sahip bir ESP32-WROOM-32 kullanır. Sensör istasyonları ayrı bir IoT-WiFi kullanır ve veri okumalarını veritabanı sunucusunda çalışan bir PHP betiği aracılığıyla bir MariaDB veritabanına gönderir. İsteğe bağlı olarak, kullanımı kolay bir Grafana görsel çıktısı da kurulabilir.

Yukarıdaki şema, sistem kurulumuna genel bir bakış olarak tüm çevresel bileşenlerin düzenini göstermektedir, ancak bu talimat, sensör istasyonunun kendisine odaklanmaktadır. Elbette, CoMoS'u oluşturmak, bağlamak ve kullanmak için gerekli tüm bilgileri sağlamak için PHP dosyası ve SQL bağlantısının açıklaması da daha sonra eklenmiştir.

Not: Bu talimatın sonunda, SD kart depolama, dahili WiFi erişim noktası ve mobil cihazlar için bir web uygulaması ile CoMoS'un alternatif bir bağımsız sürümünün nasıl oluşturulacağına ilişkin talimatları bulabilirsiniz.

Adım 3: Tedarik Listesi

Elektronik

Resimde gösterildiği gibi sensörler ve kontrolör:

• ESP32-WROOM-32 mikrodenetleyici (espressif.com) [A]
• Si7021 veya GY21 sıcaklık ve nem sensörü (adafruit.com) [B]
• DS18B20+ sıcaklık sensörü (adafruit.com) [C]
• Rev C. hava hızı sensörü (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 durum LED'i (adafruit.com) [E]
• BH1750 aydınlatma sensörü (amazon.de) [F]

Daha fazla elektrikli parça:

• 4,7k pull-up direnci (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (veya benzeri) standart tel (adafruit.com)
• 2x Wago kompakt ekleme konektörleri (wago.com)
• Mikro USB kablosu (sparkfun.com)

Kasa parçaları (Bu parçalar ve boyutlar hakkında bir sonraki Adımda daha ayrıntılı bilgi bulabilirsiniz. Bir 3D yazıcınız varsa, yalnızca bir masa tenisi topuna ihtiyacınız vardır. Sonraki Adımı atlayın ve 5. Adımda yazdırmak için tüm bilgileri ve dosyaları bulun.)

• Akrilik levha yuvarlak 50x4 mm [1]
• Çelik levha yuvarlak 40x10 mm [2]
• Akrilik boru 50x5x140 mm [3]
• Akrilik levha yuvarlak 40x5 mm [4]
• Akrilik boru 12x2x50 mm [5]
• Masa tenisi topu [6]

Çeşitli

• Beyaz boya spreyi
• Siyah mat boya spreyi
• biraz bant
• Biraz yalıtım yünü, pamuklu ped veya benzeri bir şey

Aletler

• Elektrikli matkap
• 8 mm çelik matkap
• 6 mm ahşap/plastik matkap
• 12 mm ahşap/plastik matkap
• İnce el testeresi
• zımpara kağıdı
• Tel kesme pensesi
• tel striptizci
• Havya ve kalay
• Güç tutkalı veya sıcak tutkal tabancası

Yazılım ve kütüphaneler(Rakamlar, donanımı kullandığımız ve test ettiğimiz kütüphane sürümlerini göstermektedir. Daha yeni kütüphaneler de çalışmalıdır, ancak farklı / daha yeni sürümleri denerken zaman zaman bazı sorunlarla karşılaştık.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• ESP32 Çekirdek kitaplığı
• BH1750FVI kitaplığı
• Adafruit_Si7021 kitaplığı (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel kitaplığı (1.1.6)
• DallasSıcaklık kitaplığı (3.7.9)
• OneWire kitaplığı (2.3.3)

Adım 4: Kasa Tasarımı ve İnşaatı – Seçenek 1

CoMoS' tasarımı, sensörlerin çoğunun üst alana monte edildiği, yalnızca sıcaklık ve nem sensörünün alta yakın monte edildiği ince, dikey bir kasaya sahiptir. Sensör konumları ve düzenlemeleri, ölçülen değişkenlerin özel gerekliliklerini takip eder:

• Si7021 sıcaklık ve nem sensörü, sensör çevresinde serbest hava sirkülasyonu sağlamak ve kasa içindeki mikrodenetleyici tarafından üretilen atık ısının etkisini en aza indirmek için kasanın dışına, altına yakın bir yere monte edilmiştir.
• BH1750 aydınlatma sensörü, iş yeri aydınlatmasıyla ilgili ortak standartların gerektirdiği şekilde yatay bir yüzeydeki aydınlatmayı ölçmek için kasanın düz üstüne monte edilmiştir.
• Rev. C rüzgar sensörü de kasanın üstüne monte edilmiş, elektroniği kasanın içine gizlenmiş, ancak gerçek termal anemometreyi ve sıcaklık sensörünü taşıyan dişleri üst kısımdaki havaya maruz kalıyor.
• DS18B20 sıcaklık sensörü, siyah boyalı bir masa tenisi topunun içine, istasyonun en üstüne monte edilmiştir. Görünüm faktörlerini ve dolayısıyla sensör istasyonunun kendisinin küre sıcaklık ölçümü üzerindeki ışınımsal etkisini en aza indirmek için en üstteki konum gereklidir.

Ortalama radyan sıcaklık ve dünya sıcaklık sensörleri olarak siyah masa tenisi toplarının kullanımı hakkında ek kaynaklar şunlardır:

Wang, Shang ve Li, Yuguo. (2015). Akrilik ve Bakır Küre Termometrelerin Günlük Dış Mekan Ortamlarına Uygunluğu. Bina ve Çevre. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Sevgili, Richard. (1987). Ortalama radyan sıcaklık için pinpon küre termometreleri. H & Müh.,. 60. 10-12.

Kasa, üretim süresini ve çabasını mümkün olduğunca düşük tutmak için basit bir şekilde tasarlanmıştır. Sadece birkaç basit araç ve beceriyle standart parça ve bileşenlerden kolayca oluşturulabilir. Veya hizmetlerinde bir 3D yazıcıya sahip olacak kadar şanslı olanlar için, tüm kasa parçaları da 3D yazdırılabilir. Kasayı yazdırmak için bu Adımın geri kalanı atlanabilir ve gerekli tüm dosyalar ve talimatlar bir sonraki Adımda bulunabilir.

Standart parçalardan yapılan yapı için, çoğu için montaj boyutları seçilir:

• Ana gövde, 50 mm dış çaplı, 5 mm et kalınlığında, 140 mm yüksekliğinde akrilik (PMMA) borudur.
• Durum LED'i için ışık iletkeni görevi gören alt plaka, 50 mm çapında ve 4 mm kalınlığında akrilik yuvarlak plakadır.
• Alt plakanın üzerine ağırlık olarak 40 mm çapında ve 10 mm kalınlığında çelik bir yuvarlak takılır ve istasyonun devrilmesini önlemek ve alt plakayı tutmak için ana gövde borusunun alt ucunun içine oturtulur. yerinde.
• Üst plaka, ana gövde borusunun içine de sığar. PMMA'dan imal edilmiş olup 40 mm çapında ve 5 mm kalınlığındadır.
• Son olarak, üst yükseltici boru da 10 mm dış çapa, 2 mm et kalınlığına ve 50 mm uzunluğa sahip PMMA'dır.

İmalat ve montaj süreci, delmek için bazı deliklerden başlayarak basittir. Çelik yuvarlak, LED'e ve kablolara uyması için 8 mm'lik sürekli bir deliğe ihtiyaç duyar. Ana gövde borusu, USB ve sensör kabloları için kablo geçişi ve havalandırma delikleri olarak 6 mm'lik deliklere ihtiyaç duyar. Deliklerin sayısı ve konumları tercihinize göre değiştirilebilir. Geliştiricilerin tercihi, referans olarak arka tarafta, üste ve alta yakın altı delik ve ön tarafta iki, bir üst ve bir alt tekrar olmak üzere altı deliktir.

Üst plaka en zor kısımdır. Üst yükseltici boruya uyması için ortalanmış, düz ve kesintisiz 12 mm'lik bir bütüne, aydınlatma sensörü kablosuna uyması için ortalanmamış 6 mm'lik bir başka deliğe ve rüzgara uyacak şekilde yaklaşık 1, 5 mm genişliğinde ve 18 mm uzunluğunda ince bir yarığa ihtiyacı vardır. sensör. Referans için resimlere bakın. Son olarak, masa tenisi topunun da küre sıcaklık sensörüne ve kablosuna uyması için 6 mm'lik bir bütüne ihtiyacı vardır.

Bir sonraki adımda, alt plaka hariç tüm PMMA parçaları sprey boya ile boyanmalıdır, referans beyazdır. Tahmini termal ve optik özelliklerini belirlemek için masa tenisi topunun mat siyaha boyanması gerekir.

Çelik yuvarlak, ortalanmış ve alt plakaya düz olarak yapıştırılmıştır. Üst yükseltici boru, üst plakanın 12 mm deliğine yapıştırılmıştır. Masa tenisi topu yükselticinin üst ucuna yapıştırılmıştır, deliği yükseltici tüpünün iç açıklığına denk gelir, böylece sıcaklık sensörü ve kablo daha sonra yükseltici tüp yoluyla topa takılabilir.

Bu adım ile kasanın tüm parçaları bir araya getirilerek montaja hazır hale gelir. Bazıları çok sıkı uyuyorsa, biraz zımparalayın, çok gevşekse ince bir bant tabakası ekleyin.

Adım 5: Kasa Tasarımı ve İnşaatı – Seçenek 2

CoMoS'u oluşturmaya yönelik 1. Seçenek hala hızlı ve basit olsa da, bir 3D yazıcının işi yapmasına izin vermek daha da kolay olabilir. Ayrıca bu seçenek için kasa, bir sonraki Adımda açıklandığı gibi kolay kablolama ve montaja izin vermek için üst, kasa gövdesi ve alt kısım olmak üzere üç parçaya ayrılmıştır.

Dosyalar ve yazıcı ayarlarıyla ilgili daha fazla bilgi Thingiverse'de sağlanır:

Thingiverse'deki CoMoS dosyaları

Üst ve kasa gövdesi parçaları için beyaz filament kullanma talimatlarına uyulması şiddetle tavsiye edilir. Bu, kasanın güneş ışığında çok hızlı ısınmasını önler ve yanlış ölçümleri önler. Alt kısımda LED gösterge aydınlatmasını sağlamak için şeffaf filaman kullanılmalıdır.

Seçenek 1'den bir başka değişiklik, metal yuvarlaklığın eksik olmasıdır. CoMoS'un devrilmemesi için şeffaf alt kısmın içine/üzerine yatak bilyaları veya bir grup metal rondela gibi her türlü ağırlık yerleştirilmelidir. Bir miktar ağırlığı sığdırmak ve tutmak için bir kenar ile tasarlanmıştır. Alternatif olarak, CoMoS çift taraflı bant kullanılarak kurulum yerine bantlanabilir.

Not: Thingiverse klasörü, CoMoS kasasına takılabilen bir mikro SD kart okuyucu kasası için dosyalar içerir. Bu durum isteğe bağlıdır ve bu talimatın son adımında açıklanan bağımsız sürümün bir parçasıdır.

Adım 6: Kablolama ve Montaj

ESP, sensörler, LED ve USB kablosu bu adımın resimlerinde gösterilen şematik devreye göre lehimlenir ve bağlanır. Daha sonra açıklanan örnek kodla eşleşen PIN ataması:

• 14 - Köprüyü sıfırla (EN) - [gri]
• 17 - WS2811 (LED) - [yeşil]
• 18 - DS18B20+ için çekme direnci
• 19 - DS18B20+ (Tek Tel) - [mor]
• 21 - BH1750 ve SI7021 (SDA) - [mavi]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [sarı]
• 25 - BH1750 (V-in) - [kahverengi]
• 26 - SI7021 (V-in) - [kahverengi]
• 27 - DS18B20+ (V-in) - [kahverengi]
• 34 - Rüzgar sensörü (TMP) - [camgöbeği]
• 35 - Rüzgar sensörü (RV) - [turuncu]
• VIN - USB kablosu (+5V) - [kırmızı]
• GND - USB kablosu (GND) - [siyah]

Si7021, BH1750 ve DS18B20+ sensörleri, ESP32'nin bir IO pininden güç alır. Bu mümkündür çünkü maksimum akım taslakları, pin başına ESP'nin maksimum akım kaynağının altındadır ve sensör iletişim hataları durumunda güç kaynaklarını keserek sensörleri sıfırlayabilmek için gereklidir. Daha fazla bilgi için ESP koduna ve yorumlarına bakın.

USB kablosuyla aynı olan Si7021 ve BH1750 sensörleri, bir sonraki adımda montaja izin vermek için önceden ayrılmış kasa deliklerinden geçirilmiş kablolarla lehimlenmelidir. WAGO kompakt birleştirme konektörleri, cihazları USB kablosuyla güç kaynağına bağlamak için kullanılır. Hepsi, ESP32'nin 3, 3 V mantık seviyesiyle çalışan USB tarafından 5 V DC'de çalışır. İsteğe bağlı olarak, mikro USB kablosunun veri pinleri, mikro USB fişine yeniden bağlanabilir ve ESP'nin mikro USB'sine bağlanabilir. kasa kapalıyken ESP32'ye kod aktarmak için güç girişi ve veri bağlantısı olarak soket. Aksi takdirde, şemada gösterildiği gibi bağlanırsa, kasayı monte etmeden önce kodu ESP'ye ilk olarak aktarmak için başka bir sağlam mikro USB kablosu gerekir.

Si7021 sıcaklık sensörü kasanın arka tarafına, tabana yakın bir yere yapıştırılmıştır. Kasa içinde oluşan ısının neden olduğu yanlış sıcaklık okumalarını önlemek için bu sensörü tabana yakın bir yere takmak çok önemlidir. Bu sorun hakkında daha fazla bilgi için Sonsöz adımına bakın. BH1750 aydınlatma sensörü üst plakaya yapıştırılır ve rüzgar sensörü takılır ve karşı taraftaki yarığa monte edilir. Çok gevşek bir şekilde uyuyorsa, sensörün orta kısmının etrafındaki biraz bant, yerinde kalmasına yardımcı olur. DS18B20 sıcaklık sensörü, topun ortasında bir son konumla, üst yükselticiden masa tenisi topunun içine yerleştirilir. Üst yükselticinin içi izolasyon yünü ile doldurulur ve alt açıklık, dünyaya iletken veya konvektif ısı transferini önlemek için bant veya sıcak tutkalla kapatılır. LED, alt plakayı aydınlatmak için aşağı bakacak şekilde çelik yuvarlak deliğe takılır.

Tüm teller, birleştirme konektörleri ve ESP32 ana kasanın içine girer ve tüm kasa parçaları son montajda bir araya getirilir.

7. Adım: Yazılım – ESP, PHP ve MariaDB Yapılandırması

ESP32 mikro denetleyici, Espressif tarafından sağlanan Arduino IDE ve ESP32 Core kütüphanesi kullanılarak programlanabilir. ESP32 uyumluluğu için IDE'nin nasıl kurulacağına dair çevrimiçi olarak pek çok öğretici var, örneğin burada.

Kurulduktan sonra, ekli kod ESP32'ye aktarılır. Kolay anlaşılması için baştan sona yorumlanmıştır, ancak bazı temel özellikler şunlardır:

• Başlangıçta, WiFi kimliği ve şifresi, veritabanı sunucusu IP'si ve istenen veri okumaları ve gönderme süresi gibi bireysel değişkenlerin ayarlanması gereken bir "kullanıcı yapılandırması" bölümü vardır. Ayrıca, sabit olmayan bir güç kaynağı durumunda sıfır rüzgar hızı okumalarını 0'a ayarlamak için kullanılabilecek bir "sıfır rüzgar ayarı" değişkeni içerir.
• Kod, yazarlar tarafından mevcut on sensör istasyonunun kalibrasyonundan belirlenen ortalama kalibrasyon faktörlerini içerir. Daha fazla bilgi ve olası bireysel ayarlama için Sonsöz adımına bakın.
• Kodun çeşitli bölümlerinde çeşitli hata işleme dahil edilmiştir. Özellikle ESP32 denetleyicilerinde sıklıkla meydana gelen veri yolu iletişim hatalarının etkili bir şekilde algılanması ve ele alınması. Yine, daha fazla bilgi için Sonsöz adımına bakın.
• Sensör istasyonunun mevcut durumunu ve herhangi bir hatayı göstermek için bir LED renkli çıkışı vardır. Daha fazla bilgi için Sonuçlar adımına bakın.

Ekli PHP dosyası, serverIP/sensor.php adresindeki veritabanı sunucusunun kök klasörüne kurulmalı ve erişilebilir olmalıdır. PHP dosya adı ve veri işleme içeriği, ESP'nin çağrı fonksiyon koduyla eşleşmeli ve diğer tarafta, veri okumalarının depolanmasına izin vermek için veritabanı tablosu kurulumuyla eşleşmelidir. Ekli örnek kodlar eşleştirilmiştir, ancak bazı değişkenleri değiştirmeniz durumunda sistem genelinde değiştirilmeleri gerekir. PHP dosyasının başında, sistemin ortamına, özellikle veritabanı kullanıcı adı ve şifresine ve veritabanı adına göre bireysel ayarlamaların yapıldığı bir ayarlama bölümü bulunur.

Sensör istasyonu kodunda ve PHP betiğinde kullanılan tablo kurulumuna göre aynı sunucu üzerinde bir MariaDB veya SQL veritabanı kurulur. Örnek kodda, MariaDB veritabanı adı UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, ve IllumMax.

Doğrudan veritabanı görselleştirmesi için bir seçenek olarak sunucuya ek olarak bir Grafana analitik ve izleme platformu kurulabilir. Bu, bu geliştirmenin önemli bir özelliği değildir, bu nedenle bu talimatta daha fazla açıklanmamıştır.

8. Adım: Sonuçlar – Veri Okuma ve Doğrulama

Tüm kablolama, montaj, programlama ve çevresel kurulum yapıldıktan sonra, sensör istasyonu veri okumalarını periyodik olarak veri tabanına gönderir. Güç verildiğinde, alttaki LED rengiyle birkaç çalışma durumu gösterilir:

• Önyükleme sırasında, WiFi'ye bekleyen bağlantıyı belirtmek için LED sarı renkte yanar.
• Bağlıyken ve bağlıyken gösterge mavidir.
• Sensör istasyonu, sensör okumalarını çalıştırır ve periyodik olarak sunucuya gönderir. Her başarılı transfer, 600 ms'lik bir yeşil ışık darbesi ile gösterilir.
• Hata durumunda gösterge, hata tipine göre kırmızı, mor veya sarımsı renk alacaktır. Belirli bir süre veya sayıda hatadan sonra, sensör istasyonu tüm sensörleri sıfırlar ve otomatik olarak yeniden başlatılır, yine açılışta sarı bir ışıkla gösterilir. Gösterge renkleri hakkında daha fazla bilgi için ESP32 koduna ve yorumlarına bakın.

Bu son adım tamamlandığında, sensör istasyonu sürekli çalışır ve çalışır. Bugüne kadar, daha önce bahsedilen Living Lab akıllı ofis alanında 10 sensör istasyonundan oluşan bir ağ kuruldu ve çalışıyor.

9. Adım: Alternatif: Bağımsız Sürüm

CoMoS'un gelişimi devam ediyor ve bu devam eden sürecin ilk sonucu bağımsız bir versiyon. CoMoS'un bu sürümü, çevresel verileri izlemek ve kaydetmek için bir veritabanı sunucusuna ve WiFi ağına ihtiyaç duymaz.

Yeni temel özellikler şunlardır:

• Veri okumaları, Excel dostu CSV formatında dahili mikro SD kartta saklanır.
• Herhangi bir mobil cihazla CoMoS'a erişim için entegre WiFi erişim noktası.
• Resimde ve bu adıma ekli ekran görüntülerinde gösterildiği gibi, SD karttan doğrudan dosya indirme ile canlı veriler, ayarlar ve depolama erişimi için web tabanlı uygulama (ESP32'de dahili web sunucusu, internet bağlantısı gerekmez).

Bu, WiFi ve veritabanı bağlantısının yerini alırken, kalibrasyon ve tüm tasarım ve yapı dahil olmak üzere diğer tüm özellikler orijinal sürümden etkilenmeden kalır. Yine de, bağımsız CoMoS, ESP32'nin dahili dosya yönetim sistemine "SPIFFS" nasıl erişileceği konusunda deneyim ve daha fazla bilgi ve web uygulamasının nasıl çalıştığını anlamak için biraz HTML, CSS ve Javascript farkındalığı gerektirir. Ayrıca çalışması için birkaç/farklı kütüphaneye daha ihtiyacı var.

Lütfen gerekli kütüphaneler için ekli zip dosyasındaki Arduino kodunu ve SPIFFS dosya sistemine programlama ve yükleme hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki referansları kontrol edin:

espressif tarafından SPIFFS kitaplığı

me-no-dev tarafından SPIFFS dosya yükleyicisi

Pedroalbuquerque tarafından ESP32WebServer kitaplığı

Bu yeni sürüm, gelecekte yayınlanabilecek yepyeni bir talimat verebilir. Ancak şimdilik, özellikle daha deneyimli kullanıcılar için, onu kurmak için ihtiyacınız olan temel bilgileri ve dosyaları paylaşma şansını kaçırmak istemiyoruz.

Bağımsız bir CoMoS oluşturmak için hızlı adımlar:

• Önceki adıma göre bir vaka oluşturun. İsteğe bağlı olarak, CoMoS kasasına eklenecek mikro SC kart okuyucu için ek bir kasayı 3D yazdırın. Kullanılabilir bir 3D yazıcınız yoksa, kart okuyucu CoMoS ana kasasının içine de yerleştirilebilir, endişelenmeyin.
• Tüm sensörleri daha önce açıklandığı gibi kablolayın, ancak ek olarak, bu adıma ekli kablolama şemasında belirtildiği gibi bir mikro SD kart okuyucu (amazon.com) ve bir DS3231 gerçek zamanlı saat (adafruit.com) kurun ve kablolayın. Not: Çekme direnci ve oneWire pinleri orijinal kablolama şemasından farklıdır!
• Arduino kodunu kontrol edin ve "ssid_AP" ve "password_AP" WiFi erişim noktası değişkenlerini kişisel tercihinize göre ayarlayın. Ayarlanmazsa standart SSID "CoMoS_AP" ve parola "12345678" olur.
• Mikro SD kartı takın, kodu yükleyin, "veri" klasörünün içeriğini SPIFFS dosya yükleyicisini kullanarak ESP32'ye yükleyin ve herhangi bir mobil cihazı WiFi erişim noktasına bağlayın.
• Mobil tarayıcınızda "192.168.4.1"e gidin ve keyfini çıkarın!

Uygulamanın tamamı html, css ve javascript tabanlıdır. Yereldir, internet bağlantısı gerekmez veya gerekli değildir. Bir kurulum sayfasına ve bir hafıza sayfasına erişmek için bir uygulama içi yan menüye sahiptir. Kurulum sayfasında yerel tarih ve saat, sensör okuma aralığı vb. gibi en önemli ayarları yapabilirsiniz. Tüm ayarlar kalıcı olarak ESP32'nin dahili deposunda saklanacak ve bir sonraki önyüklemede geri yüklenecektir. Hafıza sayfasında, SD karttaki dosyaların bir listesi mevcuttur. Bir dosya adına tıklamak, CSV dosyasının mobil cihaza doğrudan indirilmesini başlatır.

Bu sistem kurulumu, iç ortam koşullarının bireysel ve uzaktan izlenmesine olanak tanır. Tüm sensör okumaları, her yeni gün için yeni dosyalar oluşturularak periyodik olarak SD kartta saklanır. Bu, erişim veya bakım gerektirmeden haftalarca veya aylarca sürekli çalışmaya izin verir. Daha önce de belirtildiği gibi, bu hala devam eden bir araştırma ve geliştirmedir. Daha fazla ayrıntı veya yardımla ilgileniyorsanız, lütfen yorumlar aracılığıyla veya doğrudan LinkedIn aracılığıyla ilgili yazarla iletişime geçmekten çekinmeyin.

Adım 10: Son Söz – Bilinen Sorunlar ve Görünüm

Bu talimatta açıklanan sensör istasyonu, uzun ve devam eden bir araştırmanın sonucudur. Amaç, iç ortam koşulları için güvenilir, hassas, ancak düşük maliyetli bir sensör sistemi oluşturmaktır. Bu, en kesinlerinden burada bahsedilmesi gereken bazı ciddi zorlukları barındırıyor ve barındırıyor:

Sensör doğruluğu ve kalibrasyonu

Bu projede kullanılan sensörlerin tümü, düşük veya orta maliyetle nispeten yüksek doğruluk sunar. Çoğu, dahili gürültü azaltma ve iletişim için dijital veri yolu arayüzleri ile donatılmıştır, bu da kalibrasyon veya seviye ayarlaması ihtiyacını azaltır. Her neyse, sensörler belirli özelliklere sahip bir kasanın içine veya üzerine kurulduğundan, ekteki resimlerde kısaca gösterildiği gibi yazarlar tarafından komple sensör istasyonunun kalibrasyonu yapıldı. Toplam on eşit inşa edilmiş sensör istasyonu, tanımlanmış çevresel koşullarda test edildi ve bir TESTO 480 profesyonel iç mekan iklim sensörü cihazıyla karşılaştırıldı. Bu çalışmalardan örnek kodda yer alan kalibrasyon faktörleri belirlendi. Kasanın ve elektronik aksamın bireysel sensörler üzerindeki etkisinin basit bir şekilde telafi edilmesini sağlarlar. En yüksek doğruluğa ulaşmak için her sensör istasyonu için ayrı bir kalibrasyon önerilir. Bu sistemin kalibrasyonu, bu talimatta açıklanan geliştirme ve yapının yanı sıra yazarların araştırmasının ikinci bir odak noktasıdır. Hâlâ hakem değerlendirmesinde olan ve çevrimiçi olur olmaz buraya bağlanacak olan ek, bağlantılı bir yayında tartışılmaktadır. Lütfen bu konu hakkında daha fazla bilgiyi yazarların web sitesinde bulabilirsiniz.

ESP32 çalışma kararlılığı

Bu kodda kullanılan Arduino tabanlı sensör kitaplıklarının tümü ESP32 kartıyla tam uyumlu değildir. Bu konu, özellikle I2C ve OneWire iletişiminin kararlılığı ile ilgili olarak, çevrimiçi olarak birçok noktada geniş çapta tartışıldı. Bu geliştirmede, sıfırlama amacıyla güç kaynaklarının kesilmesine izin vermek için sensörlere doğrudan ESP32'nin IO pinleri aracılığıyla güç verilmesine dayanan yeni, birleşik bir hata algılama ve işleme gerçekleştirilir. Bugünün bakış açısından, bu çözüm sunulmamıştır veya geniş çapta tartışılmamaktadır. Zorunluluktan doğdu, ancak bugüne kadar birkaç ay ve daha uzun çalışma süreleri için sorunsuz çalışıyor. Yine de hala bir araştırma konusudur.

Görünüm

Bu talimatla birlikte, yazarlar tarafından gelişimi yaymak ve geniş ve açık kaynak uygulamasına izin vermek için daha fazla yazılı yayın ve konferans sunumları gerçekleştirilir. Bu arada, özellikle sistem tasarımı ve üretilebilirliği ile sistem kalibrasyonu ve doğrulaması ile ilgili olarak sensör istasyonunu daha da geliştirmek için araştırmalar devam etmektedir. Bu talimat, gelecekteki önemli gelişmeler hakkında güncellenebilir, ancak tüm güncel bilgiler için lütfen yazarların web sitesini ziyaret edin veya doğrudan LinkedIn aracılığıyla yazarlarla iletişime geçin:

Sorumlu yazar: Mathias Kimmling

ikinci yazar: Konrad Lauenroth

araştırma danışmanı: Prof. Sabine Hoffmann

İlk Kez Yazarda İkincilik Ödülü