كيفية بناء محطة استشعار مراقبة مريحة: 10 خطوات (مع صور)

تصف هذه التعليمات تصميم وبناء ما يسمى الراحة رصد محطة CoMoS، جهاز استشعار مدمج للظروف المحيطة ، تم تطويره في قسم البيئة العمرانية في TUK ، Technische Universität Kaiserslautern ، ألمانيا.

CoMoS يستخدم وحدة تحكم ESP32 وأجهزة استشعار ل درجة حرارة الهواء و الرطوبة النسبية (Si7021)، سرعة الهواء (استشعار الرياح القس. C بواسطة الجهاز الحديث) ، و درجة حرارة الكرة الأرضية (DS18B20 في لمبة سوداء) ، كل ذلك في علبة مدمجة وسهلة البناء مع تعليقات مرئية من خلال مؤشر LED (WS2812B). بالإضافة إلى ذلك ، مضوائية يتم تضمين جهاز الاستشعار (BH1750) لتحليل الحالة البصرية المحلية. تتم قراءة جميع بيانات المستشعر بشكل دوري ويتم إرسالها عبر Wi-Fi إلى خادم قاعدة البيانات ، حيث يمكن استخدامه من أجل المراقبة والتحكم.

الدافع وراء هذا التطور هو الحصول على بديل منخفض التكلفة ولكنه قوي للغاية لأجهزة استشعار المختبرات ، والتي عادة ما تكون بسعر يزيد عن 3000 يورو. في المقابل ، يستخدم CoMoS أجهزة يبلغ سعرها الإجمالي حوالي 50 يورو ، وبالتالي يمكن نشرها بشكل شامل في المباني (المكاتب) من أجل تحديد الوقت الفعلي للحالة الحرارية والبصرية الفردية في كل مكان عمل أو قسم بناء.

لمزيد من المعلومات حول بحثنا والعمل المتصل في القسم ، تحقق من الموقع الرسمي لمساحة المكاتب الذكية Living Lab أو اتصل بالمؤلف المقابل مباشرةً عبر LinkedIn. يتم سرد جميع جهات اتصال المؤلفين في نهاية هذا الدليل.

ملاحظة الهيكلية: توضح هذه التعليمات الإعداد الأصلي لـ CoMoS ، ولكنها توفر أيضًا معلومات وتعليمات بعض الاختلافات لقد طورنا مؤخرًا: إلى جانب الحالة الأصلية المبنية من الأجزاء القياسية ، هناك أيضًا خيار 3D المطبوعة. وإلى جانب الجهاز الأصلي مع اتصال خادم قاعدة البيانات ، هناك بديل نسخة قائمة بذاتها مع تخزين بطاقة SD ، ونقطة وصول WIFi مدمجة ، وتطبيق جوال رائع لتصور قراءات المستشعرات. يرجى التحقق من الخيارات المحددة في الفصول المقابلة و خيار قائم بذاته في الفصل الأخير.

ملاحظة شخصية: هذا هو أول مؤلف للمؤلف ، ويغطي إعدادًا مفصلاً ومعقدًا تمامًا. يرجى عدم التردد في الاتصال بقسم التعليقات في هذه الصفحة ، أو عن طريق البريد الإلكتروني ، أو عبر LinkedIn ، إذا كانت هناك أية تفاصيل أو معلومات مفقودة خلال الخطوات.

اللوازم:

الخطوة 1: الخلفية - الراحة الحرارية والبصرية

الراحة الحرارية والبصرية أصبحت المواضيع أكثر وأكثر أهمية ، لا سيما في بيئات المكاتب وأماكن العمل ، ولكن أيضا في القطاع السكني. التحدي الرئيسي في هذا المجال هو أن التصور الحراري للأفراد غالبًا ما يختلف في نطاق واسع. قد يشعر شخص ما بالحرارة في حالة حرارية معينة بينما يشعر شخص آخر بالبرد في نفسه. ذلك لأن الإدراك الحراري الفردي يتأثر بالعديد من العوامل ، بما في ذلك العوامل المادية لدرجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية وسرعة الهواء ودرجة الحرارة الإشعاعية للأسطح المحيطة. ولكن أيضًا ، تؤثر الملابس ونشاط التمثيل الغذائي وجانب فردي من العمر والجنس وكتلة الجسم وأكثر من ذلك في الإدراك الحراري.

بينما تظل العوامل الفردية غير مؤكدة من حيث أدوات التحكم في التدفئة والتبريد ، يمكن تحديد العوامل المادية بدقة بواسطة أجهزة الاستشعار. يمكن قياس درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية وسرعة الهواء ودرجة حرارة الكرة الأرضية كمدخلات مباشرة في أدوات التحكم في المبنى. علاوة على ذلك ، في نهج أكثر تفصيلا ، يمكن استخدامها كمدخلات لحساب ما يسمى PMV مؤشر، حيث PMV لتقف على التنبؤ متوسط ​​الأصوات. يصف كيف من المحتمل أن يقوم الأشخاص في المتوسط ​​بتقييم إحساسهم الحراري في ظل ظروف الغرفة المحيطة. يمكن أن تأخذ PMV القيم من -3 (بارد) إلى +3 (حار) ، مع 0 كونها حالة محايدة.

لماذا نذكر أن PMV شيء هنا؟ حسنًا ، لأنه في مجال الراحة الشخصية ، إنه مؤشر شائع الاستخدام ويمكن أن يكون معيار جودة للحالة الحرارية في المبنى. ومع CoMoS ، يمكن قياس جميع المعلمات المحيطة المطلوبة لحساب PMV.

إذا كنت مهتمًا ، اكتشف المزيد حول الراحة الحرارية وسياق الكرة الأرضية ودرجة حرارة الإشعاع المتوسطة ومؤشر PMV ومعيار ASHRAE المنفذ في

ويكيبيديا: الراحة الحرارية

ISO 7726 بيئة العمل للبيئة الحرارية

ASHRAE NPO

بالمناسبة: هناك منذ فترة طويلة ، ولكن أيضا الكثير من الأدوات المطورة حديثا في مجال بيئة شخصية لتوفير الراحة الحرارية والبصرية الفردية. مراوح سطح المكتب الصغيرة هي مثال معروف. ولكن أيضًا ، يتم تطوير مساجئ القدمين والكراسي المدفأة والتهوية أو الأقسام المكتبية للتدفئة والتبريد بالأشعة تحت الحمراء أو حتى متوفرة بالفعل في السوق. تؤثر كل هذه التقنيات على الحالة الحرارية المحلية ، في مكان العمل على سبيل المثال ، ويمكن التحكم فيها تلقائيًا استنادًا إلى بيانات المستشعر المحلي أيضًا ، كما هو موضح في صور هذه الخطوة.

يتوفر المزيد من المعلومات حول الأدوات الخاصة بالبيئة الشخصية والبحث المستمر في

مختبر المعيشة المساحات المكتبية الذكية: بيئة شخصية

جامعة كاليفورنيا، بيركلي

تقرير ZEN عن التدفئة الشخصية لأجهزة التبريد PDF

SBRC جامعة ولونجونج

الخطوة 2: نظام النظام

كان أحد الأهداف الرئيسية في عملية التطوير إنشاء لاسلكي, المدمجو غير مكلف جهاز استشعار لقياس الظروف البيئية الداخلية لما لا يقل عن عشرة أماكن عمل فردية في مساحة مكتبية محددة. لذلك ، تستخدم المحطة ESP32-WROOM-32 مع اتصال WiFi على متن الطائرة ومع مجموعة كبيرة ومتنوعة من دبابيس الموصل وأنواع ناقل مدعمة لجميع أنواع أجهزة الاستشعار. تستخدم محطات الاستشعار شبكة IoT-WiFi منفصلة وترسل قراءات البيانات الخاصة بها إلى قاعدة بيانات MariaDB من خلال برنامج نصي PHP يعمل على خادم قاعدة البيانات. اختياريا ، يمكن تثبيت الإخراج البصري Grafana سهل الاستخدام كذلك.

يوضح المخطط أعلاه ترتيب جميع المكونات الطرفية كنظرة عامة على إعداد النظام ، ولكن هذا التوجيه يركز على محطة الاستشعار نفسها. بالطبع ، يتم تضمين ملف PHP ووصف اتصال SQL لاحقًا أيضًا ، لتوفير جميع المعلومات اللازمة لإنشاء CoMoS والاتصال به واستخدامه.

ملحوظة: في نهاية هذا التوجيه ، يمكنك العثور على إرشادات حول كيفية إنشاء نسخة بديلة قائمة بذاتها من CoMoS مع تخزين بطاقة SD ، ونقطة وصول WiFi داخلية ، وتطبيق ويب للأجهزة المحمولة.

الخطوة 3: قائمة العرض

إلكترونيات

أجهزة الاستشعار ووحدة التحكم ، كما هو مبين في الصورة:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) A
• حساس درجة الحرارة والرطوبة Si7021 أو GY21 (adafruit.com) B
• جهاز استشعار درجة الحرارة DS18B20 + (adafruit.com) C
• Rev C. مستشعر سرعة الهواء (moderndevice.com) D
• مصباح الحالة WS2812B 5050 (adafruit.com) E
• جهاز استشعار الإضاءة BH1750 (amazon.de) F

المزيد من الأجزاء الكهربائية:

• مقاوم سحب يصل إلى 4.7 كيلو متر (adafruit.com)
• سلك قياسي 0،14 مم² (أو ما شابه) (adafruit.com)
• 2x Wago وصلات الربط المدمجة (wago.com)
• كابل Micro USB (sparkfun.com)

أجزاء القضية
(ابحث عن مزيد من المعلومات التفصيلية حول هذه الأجزاء والأحجام في الخطوة التالية. إذا كان لديك طابعة ثلاثية الأبعاد متوفرة ، فأنت بحاجة فقط إلى كرة تنس الطاولة. تخطي الخطوة التالية وابحث عن كافة المعلومات والملفات للطباعة في الخطوة 5.)

• صفيحة الاكريليك جولة 50x4 ملم 1
• مسطحات الصلب جولة 40x10 ملم 2
• أنبوب الاكريليك 50x5x140 مم 3
• صفيحة أكريليك مستديرة 40 × 5 مم 4
• أنبوب الاكريليك 12x2x50 ملم 5
• كرة تنس الطاولة 6

متنوع

• رذاذ الطلاء الأبيض
• رذاذ الطلاء الأسود غير اللامع
• بعض الشريط
• القليل من الصوف العازل ، وسادة من القطن ، أو أي شيء مشابه

أدوات

• حافر كهربائي
• 8 مم سرقة الحفر
• مثقاب خشب 6 مم / بلاستيك
• مثقاب خشب / بلاستيك 12 مم
• المنشار اليد رقيقة
• ورق زجاج
• كماشة قطع الأسلاك
• متجرد الأسلاك
• لحام الحديد والقصدير
• السلطة الغراء أو مسدس الغراء الساخن

البرمجيات والمكتبات
(تشير الأرقام إلى إصدارات المكتبة التي استخدمناها واختبرناها. يجب أن تعمل المكتبات الأحدث أيضًا ، لكننا واجهنا بعض المشكلات أحيانًا أثناء تجربة إصدارات مختلفة / أحدث).

• اردوينو IDE (1.8.5)
• مكتبة ESP32 الأساسية
• مكتبة BH1750FVI
• مكتبة Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• مكتبة Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• مكتبة دالاس لدرجات الحرارة (3.7.9)
• مكتبة OneWire (2.3.3)

الخطوة 4: تصميم الحالة والبناء - الخيار 1

يتميز تصميم CoMoS بقضية نحيفة ورأسية مع معظم المستشعرات المثبتة في المنطقة العلوية ، مع وجود مستشعر درجة الحرارة والرطوبة فقط بالقرب من الجزء السفلي. ال مواقف الاستشعار والترتيبات تتبع المتطلبات المحددة للمتغيرات المقاسة:

• و Si7021 استشعار درجة الحرارة والرطوبة يتم تركيبه خارج العلبة ، بالقرب من قاعها ، للسماح بتدوير الهواء الحر حول المستشعر وتقليل تأثير الحرارة المهدرة التي يحدثها المتحكم داخل العلبة.
• BH1750 جهاز استشعار الإضاءة مثبت على الجزء العلوي المسطح من العلبة ، لقياس الإضاءة على سطح أفقي كما هو مطلوب وفقًا للمعايير الشائعة الخاصة بإضاءة مكان العمل.
• القس جيم استشعار الرياح يتم تركيبه أيضًا في الجزء العلوي من العلبة ، مع إلكترونياته مخبأة داخل العلبة ، لكن خاناتها ، التي تحمل مقياس شدة الريح الحراري الفعلي ومستشعر درجة الحرارة ، معرضة للهواء المحيط بالأعلى.
• و DS18B20 جهاز استشعار درجة الحرارة هي التي شنت على الجزء العلوي من المحطة ، داخل كرة تنس الطاولة باللون الأسود. الموضع في الأعلى ضروري لتقليل عوامل الرؤية وبالتالي التأثير الإشعاعي لمحطة الاستشعار نفسها إلى قياس درجة حرارة الكرة الأرضية.

موارد إضافية حول متوسط ​​درجة حرارة مشع واستخدام كرات تنس الطاولة السوداء وأجهزة استشعار درجة حرارة الكرة الأرضية هي:

وانغ ، شانغ ولي ، يوغو. (2015). ملاءمة موازين الحرارة المصنوعة من الأكريليك والنحاس لإعدادات النهار الخارجية. البناء والبيئة. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

دي عزيزي ، ريتشارد. (1987). موازين الحرارة بينج بونج الأرضية لدرجة الحرارة الإشعاعية المتوسطة. ح & م. 60. 10-12.

تم تصميم العلبة بشكل بسيط ، للحفاظ على وقت التصنيع وجهد أقل ما يمكن. يمكن أن يكون بسهولة بنيت من أجزاء القياسية والمكونات مع عدد قليل من الأدوات والمهارات البسيطة. أوللذين يحالفهم الحظ في الحصول على طابعة ثلاثية الأبعاد في خدمتهم ، يمكن أن تكون جميع أجزاء العلبة 3D المطبوعة كذلك. لطباعة الحالة ، يمكن تخطي بقية هذه الخطوة ويمكن العثور على جميع الملفات والتعليمات المطلوبة في الخطوة التالية.

ل البناء من الأجزاء القياسية، يتم اختيار الأبعاد المناسبة لمعظمها:

• ال الجسم الرئيسي هو أنبوب من الأكريليك (PMMA) يبلغ قطره الخارجي 50 مم ، وسمك الجدار 5 ملم ، وارتفاعه 140 ملم.
• ال لوحة أسفل، التي تعمل كموصل إضاءة لمصباح LED ، هي صفيحة مستديرة من الأكريليك قطرها 50 مم وسمك 4 مم.
• ا جولة الصلب بقطر 40 مم وسمك 10 ملم يتم تثبيته كوزن على الجزء العلوي من اللوحة السفلية وتناسب داخل الطرف السفلي من أنبوب الجسم الرئيسي لمنع المحطة من الانقلاب ولوضع اللوحة السفلية في مكانها.
• ال لوحة العلوي يناسب داخل أنبوب الجسم الرئيسي كذلك. مصنوع من PMMA ويبلغ قطره 40 مم وسمك 5 ملم.
• وأخيرا، فإن أعلى أنبوب الناهض هو PMMA ، أيضًا ، قطره الخارجي 10 مم ، وسمك الجدار 2 مم ، وطوله 50 مم.

عملية التصنيع والتجميع بسيطة ، بداية من بعضها ثقوب للحفر. تحتاج الجولة الفولاذية إلى فتحة مستمرة بقطر 8 مم ، لتناسب الصمام والكابلات. يحتاج أنبوب الجسم الرئيسي إلى بعض الفتحات بحجم 6 مم ، مثل تغذية الكابل لكابلات USB وأجهزة الاستشعار ، وكثقوب للتهوية. عدد ومواقف الثقوب يمكن أن تختلف حسب تفضيلاتك. اختيار المطورين هو ستة ثقوب في المؤخرة ، قريبة من الأعلى والأسفل ، واثنتان في الجانب الأمامي ، قمة واحدة ، قاع واحد مرة أخرى ، كمرجع.

اللوحة العلوية هي الجزء الأكثر صعوبة. تحتاج إلى أنبوب مركزي مستقيم ومتين ومستمر يصل إلى 12 مم ليلائم الأنبوب الصاعد العلوي وفتحة أخرى غير مركزية بحجم 6 مم لتتناسب مع كبل مستشعر الإضاءة ، وشق رفيع يبلغ عرضه حوالي 1،5 مم وطول 18 ملم لتناسب الريح المستشعر. انظر الصور للرجوع اليها. وأخيراً ، تحتاج كرة تنس الطاولة بأكملها إلى 6 مم ، لتناسب مستشعر درجة حرارة الكرة الأرضية والكابل.

في الخطوة التالية ، يجب أن تكون جميع أجزاء PMMA ، باستثناء اللوحة السفلية رذاذ رسمت، الإشارة بيضاء. يجب أن تكون كرة تنس الطاولة مطلية باللون الأسود غير اللامع لتحديد خصائصها الحرارية والبصرية المقدرة.

الجولة الصلب هو لاصق تركزت ومسطحة لوحة أسفل. يتم لصق أنبوب الصاعقة العلوي في فتحة 12 مم للوحة العلوية. يتم لصق كرة تنس الطاولة في الطرف العلوي للرافعة ، مع وجود ثقب لها يتوافق مع الفتحة الداخلية لأنبوب الصاعد ، بحيث يمكن إدخال مستشعر درجة الحرارة والكابل على الكرة بعد ذلك من خلال أنبوب الناهض.

مع تنفيذ هذه الخطوة ، تكون جميع أجزاء القضية جاهزة للتجميع من خلال تجميعها. إذا كان البعض ملتصقًا جدًا ، فقم برمله قليلاً ، وإذا كان فضفاضًا جدًا ، أضف طبقة رقيقة من الشريط.

الخطوة 5: تصميم الحالة والبناء - الخيار 2

في حين أن الخيار 1 الخاص ببناء حالة CoMoS ما زال سريعًا وبسيطًا ، مما يتيح لك طابعة 3D القيام بهذه المهمة قد تكون أسهل. أيضًا بالنسبة لهذا الخيار ، تنقسم العلبة إلى ثلاثة أجزاء ، الجزء العلوي ، وهيكل العلبة ، والجزء السفلي ، للسماح بسهولة التركيب والتركيب كما هو موضح في الخطوة التالية.

يتم توفير الملفات والمعلومات الإضافية حول إعدادات الطابعة في Thingiverse:

CoMoS الملفات على Thingiverse

اتباع التعليمات للاستخدام خيوط بيضاء لأجزاء الجسم العلوي والحالة ينصح بشدة. هذا يمنع الحالة من التسخين بسرعة كبيرة في ضوء الشمس ويتجنب القياسات الكاذبة. تيخيوط ransparent يجب أن تستخدم للجزء السفلي للسماح إضاءة مؤشر LED.

اختلاف آخر من الخيار 1 هو أن الجولة المعدنية مفقودة.لمنع CoMoS من الانقلاب ، يجب وضع أي نوع من الوزن مثل الكرات الحاملة أو مجموعة من غسالات المعادن في / على الجزء السفلي الشفاف. تم تصميمه بحافة حوله لتناسب بعض الثقل. بدلاً من ذلك ، يمكن تسجيل CoMoS في مكان التثبيت الخاص به عن طريق استخدام الشريط على الوجهين.

ملحوظة: يشتمل مجلد Thingiverse على ملفات لحالة قارئ بطاقة micro SD يمكن تركيبها على علبة CoMoS. هذه الحالة اختيارية وجزء من الإصدار المستقل الموصوف في الخطوة الأخيرة من هذه التعليمات.

الخطوة 6: الأسلاك والتجمع

ESP ، وأجهزة الاستشعار ، LED ، وكابل USB ملحوم ومتصلة وفقا للدائرة التخطيطية هو مبين في الصور من هذه الخطوة. ال PIN الاحالة مطابقة رمز المثال الموضح لاحقًا هو:

• 14 - إعادة تعيين الجسر (EN) - الرمادي
• 17 - WS2811 (LED) - أخضر
• 18 - المقاوم سحب ل DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (سلك واحد) - بنفسجي
• 21 - BH1750 و SI7021 (SDA) - أزرق
• 22 - BH1750 و SI7021 (SCL) - أصفر
• 25 - BH1750 (V-in) - بني
• 26 - SI7021 (V-in) - بني
• 27 - DS18B20 + (V-in) - بني
• 34 - مستشعر الرياح (TMP) - سماوي
• 35 - مستشعر الرياح (RV) - برتقالي
• VIN - كابل USB (+ 5V) - أحمر
• GND - كابل USB (GND) - أسود

يتم تشغيل أجهزة استشعار Si7021 و BH1750 و DS18B20 + من خلال دبوس IO من ESP32. هذا ممكن لأن الحد الأقصى الحالي للتيار الكهربائي أقل من الحد الأقصى الحالي لإمداد ESP لكل دبوس ، وضروري حتى تتمكن من إعادة ضبط المستشعرات عن طريق قطع التيار الكهربائي في حالة حدوث أخطاء في اتصال المستشعر. راجع رمز ESP والتعليقات لمزيد من المعلومات.

أجهزة استشعار Si7021 و BH1750 ، نفس كابل USB، يجب أن تكون ملحومة بالكابلات التي وضعت بالفعل من خلال فتحات حالة مخصصة للسماح للتجميع في الخطوة التالية. تستخدم وصلات الربط المدمجة WAGO لتوصيل الأجهزة بمصدر الطاقة بواسطة كابل USB. يتم تشغيلها جميعًا عند 5 فولت تيار متردد عبر USB ، والذي يعمل مع مستوى منطق ESP32 عند 3،3 فولت. اختياريًا ، يمكن إعادة توصيل دبابيس البيانات الخاصة بكبل micro USB بتوصيل micro USB وتوصيله بـ USB micro الخاص بـ ESP مقبس ، مثل إدخال الطاقة واتصال البيانات لنقل رمز إلى ESP32 أثناء إغلاق القضية. آخر ، إذا كان متصلاً كما هو موضح في المخطط ، هناك حاجة إلى كبل USB دقيق آخر سليم في البداية لنقل الرمز إلى ESP قبل تجميع العلبة.

ال Si7021 استشعار درجة الحرارة يتم لصقها على الجانب الخلفي من العلبة ، بالقرب من القاع. من المهم للغاية توصيل هذا المستشعر بالقرب من أسفله لتجنب قراءات درجة الحرارة الزائفة الناتجة عن الحرارة التي تطورت داخل العلبة. راجع خطوة Epilogue لمزيد من المعلومات حول هذه المشكلة. ال جهاز استشعار الإضاءة BH1750 هو لصقها على لوحة العلوي ، و استشعار الرياح يتم إدراج وتناسب شنت على الشق على الجانب الآخر. في حالة احتوائه على فقد كبير جدًا ، يساعد القليل من الشريط حول الجزء الأوسط من المستشعر على إبقائه في موضعه. ال استشعار درجة الحرارة DS18B20 يتم إدخالها من خلال الناهض العلوي في كرة تنس الطاولة ، مع وضع نهائي في وسط الكرة. الجزء الداخلي للرافعة العلوية مملوء بصوف عازل ، ويتم غلق الفتحة السفلية بشريط أو غراء ساخن ، لمنع انتقال الحرارة الموصلة أو الحرارية إلى العالم. ال يؤدى متصل بالفتحة المستديرة الفولاذية المتجهة لأسفل لإضاءة اللوحة السفلية.

جميع الأسلاك ، وموصلات الربط ، و ESP32 تذهب داخل العلبة الرئيسية ويتم تجميع كل جزء العلبة معًا في التجميع النهائي.

الخطوة 7: البرامج - تكوين ESP و PHP و MariaDB

وحدة تحكم ESP32 الصغيرة يمكن أن يكون برمجة باستخدام اردوينو بيئة تطوير متكاملة ومكتبة ESP32 الأساسية التي تقدمها Espressif. هناك الكثير من البرامج التعليمية المتاحة عبر الإنترنت حول كيفية إعداد IDE للتوافق ESP32 ، على سبيل المثال هنا.

بمجرد إعداد ، المرفقة الشفرة يتم نقلها إلى ESP32. يتم التعليق عليه طوال الوقت لسهولة الفهم ، ولكن بعض الميزات الرئيسية هي:

• لديها "تكوين المستخدم"المقطع في البداية ، حيث يجب إعداد المتغيرات الفردية ، مثل معرف واي فاي وكلمة المرور، IP خادم قاعدة البيانات ، وقراءات البيانات المطلوبة وإرسال فترة. يتضمن أيضًا متغير "تعديل الرياح الصفري" والذي يمكن استخدامه لضبط قراءات سرعة الرياح الصفرية إلى 0 في حالة وجود مصدر طاقة غير مستقر.
• الكود يشمل المتوسط عوامل المعايرة يحددها المؤلفون من معايرة عشر محطات استشعار موجودة. انظر خطوة Epilogue لمزيد من المعلومات والتعديل الفردي ممكن.
• يتم تضمين معالجة الأخطاء المختلفة في عدة أقسام من التعليمات البرمجية. لا سيما كشف ومعالجة أخطاء اتصال الحافلة التي تحدث غالبًا على وحدات التحكم ESP32. مرة أخرى ، راجع خطوة Epilogue لمزيد من المعلومات.
• لديها الناتج لون الصمام لإظهار الحالة الحالية لمحطة الاستشعار وأي أخطاء. راجع خطوة النتائج لمزيد من المعلومات.

المرفقة ملف PHP يجب أن يكون مثبتًا ويمكن الوصول إليه في المجلد الجذر لخادم قاعدة البيانات ، على serverIP / sensor.php. يجب أن يتطابق اسم ملف PHP ومحتويات معالجة البيانات مع رمز وظيفة المكالمة في ESP ، وعلى الجانب الآخر ، يطابق إعداد جدول قاعدة البيانات ، للسماح بتخزين قراءات البيانات. تتم مطابقة رموز المثال المرفقة ، ولكن في حالة تغيير بعض المتغيرات ، يجب تغييرها في النظام بأكمله. يشتمل ملف PHP على قسم ضبط في البداية ، يتم فيه إجراء التعديلات الفردية وفقًا لبيئة النظام ، خاصة اسم المستخدم وكلمة المرور لقاعدة البياناتواسم قاعدة البيانات.

و MariaDB أو SQL قاعدة البيانات تم إعداده على نفس الخادم ، وفقًا لإعداد الجدول المستخدم في رمز محطة الاستشعار ونص PHP. في رمز المثال ، اسم قاعدة بيانات MariaDB هو "sensorstation" مع جدول باسم "data" ، والذي يحتوي على 13 عمودًا لـ UTCDate ، ID ، UID ، Temp ، Hum ، Globe ، Vel ، VelMin ، VelMax ، MRT ، Illum ، IllumMin ، و IllumMax.

يمكن تثبيت منصة التحليلات والمراقبة Grafana بشكل إضافي على الخادم كخيار لتصور قاعدة البيانات المباشرة. هذه ليست ميزة أساسية لهذا التطور ، لذلك لم يتم توضيحها بشكل أكبر في هذا الدليل.

الخطوة 8: النتائج - قراءة البيانات والتحقق منها

مع الانتهاء من جميع الأسلاك والتركيب والبرمجة والإعداد البيئي ، ترسل محطة الاستشعار قراءات البيانات بشكل دوري إلى قاعدة البيانات. بينما تعمل بالطاقة ، عدة الدول العملية يشار من خلال القاع يؤدى اللون:

• أثناء التمهيد ، يضيء مصباح LED باللون الأصفر للإشارة إلى الاتصال المعلق بشبكة WiFi.
• عند الاتصال وأثناء الاتصال ، يكون المؤشر باللون الأزرق.
• تدير محطة المستشعر قراءات المستشعر وترسلها إلى الخادم بشكل دوري. يشار إلى كل نقل ناجح بدافع الضوء الأخضر من 600 مللي ثانية.
• في حالة وجود أخطاء ، فإن المؤشر سوف يكون لونه أحمر أو أرجواني أو مصفر ، وفقًا لنوع الخطأ. بعد وقت معين أو عدد معين من الأخطاء ، تقوم محطة الاستشعار بإعادة ضبط جميع المستشعرات وإعادة التشغيل تلقائيًا ، ويشار إليها مرة أخرى بضوء أصفر عند التمهيد. راجع رمز ESP32 والتعليقات لمزيد من المعلومات حول ألوان المؤشر.

مع الانتهاء من هذه الخطوة الأخيرة ، تعمل محطة الاستشعار وتعمل بشكل مستمر. حتى الآن ، تم تثبيت شبكة من 10 محطات استشعار وتشغيلها في حيز المكاتب الذكية Living Lab المذكور مسبقًا.

الخطوة 9: البديل: الإصدار المستقل

يستمر تطوير CoMoS والنتيجة الأولى لهذه العملية المستمرة هي نسخة قائمة بذاتها. لا يحتاج هذا الإصدار من CoMoS إلى خادم قاعدة بيانات وشبكة WiFi لمراقبة وتسجيل البيانات البيئية.

ال الميزات الرئيسية الجديدة هي:

• يتم تخزين قراءات البيانات على بطاقة micro SD الداخلية ، بتنسيق CSV الصديق لـ Excel.
• نقطة وصول WiFi مدمجة للوصول إلى CoMoS بواسطة أي جهاز محمول.
• تطبيق يستند إلى الويب (خادم ويب داخلي على ESP32 ، لا يلزم الاتصال بالإنترنت) للبيانات الحية والإعدادات والوصول إلى التخزين مع تنزيل ملف مباشر من بطاقة SD ، كما هو موضح في الصورة ولقطات الشاشة المرفقة بهذه الخطوة.

يحل هذا محل اتصال WiFi وقاعدة البيانات بينما تظل جميع الميزات الأخرى بما في ذلك المعايرة وكل التصميم والبناء بمنأى عن الإصدار الأصلي. لا يزال ، و CoMoS قائمة بذاتها يتطلب خبرة ومزيد من المعرفة حول كيفية الوصول إلى نظام إدارة الملفات الداخلي "SPIFFS" الخاص بـ ESP32 ، وعي قليل من HTML و CSS و Javascript لفهم كيفية عمل تطبيق الويب. كما يحتاج إلى عدد قليل / أكثر من مكتبات مختلفة للعمل.

يرجى التحقق من كود Arduino في الملف المضغوط المرفق بالمكتبات المطلوبة والمراجع التالية للحصول على مزيد من المعلومات حول البرمجة والتحميل إلى نظام ملفات SPIFFS:

مكتبة SPIFFS بواسطة espressif

SPIFFS ملف رافع من قبل لي لا ديف

مكتبة ESP32WebServer التي كتبها Pedroalbuquerque

هذه النسخة الجديدة ستجعل منها تعليمات جديدة بالكامل يمكن نشرها في المستقبل. لكن الآن ، خاصة للمستخدمين أكثر خبرة، لا نريد تفويت فرصة مشاركة المعلومات والملفات الأساسية التي تحتاجها لإعدادها.

خطوات سريعة لإنشاء نظام CoMoS مستقل:

• بناء حالة وفقا للخطوة السابقة. اختياريا ، قم بطباعة حالة إضافية لربط قارئ بطاقة micro SC بقضية CoMoS. إذا لم يكن لديك طابعة ثلاثية الأبعاد متوفرة ، فيمكنك وضع قارئ البطاقات داخل صندوق CoMoS الرئيسي أيضًا ، دون أي قلق.
• قم بتوصيل جميع المستشعرات كما هو موضح سابقًا ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، قم بتثبيت وتوصيل قارئ بطاقة micro SD (amazon.com) وساعة الوقت الحقيقي DS3231 (adafruit.com) كما هو موضح في مخطط الأسلاك المرفق بهذه الخطوة. ملاحظة: دبابيس المقاوم للسحب و oneWire تختلف عن مخطط الأسلاك الأصلي!

• تحقق من كود Arduino واضبط متغيرات نقطة وصول WiFi "ssid_AP" و "password_AP" حسب تفضيلاتك الشخصية. إذا لم يتم ضبطها ، فإن SSID القياسي هو "CoMoS_AP" وكلمة المرور هي "12345678".

• أدخل بطاقة micro SD ، وحمل الكود ، وحمل محتوى مجلد "البيانات" إلى ESP32 باستخدام برنامج تحميل ملف SPIFFS ، وقم بتوصيل أي جهاز محمول بنقطة وصول WiFi.

• انتقل إلى "192.168.4.1" في متصفح هاتفك المحمول واستمتع!

التطبيق يعتمد كل شيء على HTML و css و javascript. إنه محلي ، لا يوجد اتصال إنترنت مطلوب أو مطلوب. ويتميز بقائمة جانبية داخل التطبيق للوصول إلى صفحة الإعداد وصفحة الذاكرة. على ال صفحة الإعداد، يمكنك ضبط أهم الإعدادات ، مثل التاريخ والوقت المحليين ، وفترة قراءات المستشعر ، وما إلى ذلك. سيتم تخزين جميع الإعدادات بشكل دائم في وحدة التخزين الداخلية ESP32 واستعادتها في التمهيد التالي. على ال صفحة الذاكرة، قائمة الملفات الموجودة على بطاقة SD متوفرة. يؤدي النقر فوق اسم ملف إلى بدء تنزيل مباشر لملف CSV على الجهاز المحمول.

يسمح إعداد النظام هذا بمراقبة فردية وبعيدة للظروف البيئية الداخلية. يتم تخزين جميع قراءات أجهزة الاستشعار على بطاقة SD بشكل دوري ، مع إنشاء ملفات جديدة لكل يوم جديد. هذا يسمح لعملية مستمرة لعدة أسابيع أو أشهر دون الوصول أو الصيانة. كما ذكر من قبل ، هذا لا يزال البحث والتطوير المستمر. إذا كنت مهتمًا بمزيد من التفاصيل أو المساعدة ، فالرجاء عدم التردد في الاتصال بالمؤلف المقابل من خلال التعليقات أو مباشرة عبر LinkedIn.

الخطوة 10: خاتمة - المشاكل المعروفة والتوقعات

محطة الاستشعار الموضحة في هذه التعليمات هي نتيجة بحث طويل ومستمر. والهدف من ذلك هو إنشاء نظام استشعار موثوقة ودقيقة ولكن منخفضة التكلفة للظروف البيئية الداخلية. هذا يحمل ويحمل بعض التحديات الخطيرة ، والتي ينبغي ذكرها الأكثر تأكيدًا هنا:

دقة الاستشعار والمعايرة

توفر المستشعرات المستخدمة في هذا المشروع دقة عالية نسبيًا بتكلفة منخفضة أو متوسطة. تم تجهيز معظمها بتخفيض الضوضاء الداخلية وواجهات ناقل رقمي للاتصال ، مما يقلل من الحاجة إلى معايرة أو ضبط المستوى. على أي حال ، نظرًا لتركيب المستشعرات أو في إحدى الحالات مع بعض السمات ، تم إجراء معايرة لمحطة الاستشعار الكاملة بواسطة المؤلفين ، كما هو موضح باختصار بواسطة الصور المرفقة. تم اختبار ما مجموعه عشر محطات استشعار مدمجة بشكل متساوٍ في ظروف بيئية محددة ومقارنتها بجهاز استشعار مناخي داخلي TESTO 480. من هذه المسارات ، تم تحديد عوامل المعايرة المدرجة في رمز المثال. إنها تتيح تعويضًا بسيطًا عن تأثير العلبة والإلكترونيات على أجهزة الاستشعار الفردية. للوصول إلى أعلى مستوى من الدقة ، يوصى بإجراء معايرة فردية لكل محطة استشعار. تعد معايرة هذا النظام هي المحور الثاني لأبحاث المؤلفين ، إلى جانب التطوير والبناء الموصوفين في هذا الدليل. تمت مناقشته في منشور إضافي مرتبط ، والذي لا يزال قيد المراجعة من قِبل النظراء وسيتم ربطه فور نشره على الإنترنت. يرجى الاطلاع على مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع على موقع المؤلفين.

ESP32 عملية الاستقرار

ليست كل مكتبات المستشعرات المعتمدة على Arduino المستخدمة في هذا الرمز متوافقة تمامًا مع لوحة ESP32. تمت مناقشة هذه المشكلة على نطاق واسع في العديد من النقاط عبر الإنترنت ، خاصة فيما يتعلق باستقرار اتصالات I2C و OneWire. في هذا التطور ، يتم تنفيذ اكتشاف ومعالجة الأخطاء مجتمعين ، استنادًا إلى تشغيل المستشعرات مباشرةً من خلال دبابيس IO الخاصة بـ ESP32 للسماح بقطع مصدر الطاقة الخاص بها لغرض إعادة الضبط. من منظور اليوم ، لم يتم تقديم هذا الحل أو لم تتم مناقشته على نطاق واسع. لقد ولد من الضرورة ، ولكن حتى الآن يعمل بسلاسة لفترات تشغيل عدة أشهر وما بعدها. ومع ذلك لا يزال موضوع البحث.

الآفاق

جنبا إلى جنب مع هذا المنشور ، يتم تنفيذ المزيد من المنشورات المكتوبة وعروض المؤتمرات من قبل المؤلفين لنشر التطوير والسماح بتطبيق واسع ومفتوح المصدر. في غضون ذلك ، يستمر البحث لتحسين محطة الاستشعار ، خاصة فيما يتعلق بتصميم النظام وقابلية التصنيع ومعايرة النظام والتحقق منه. قد يتم تحديث هذه الإرشادات حول التطورات المستقبلية المهمة ، ولكن بالنسبة لجميع المعلومات الحديثة ، يرجى زيارة موقع المؤلفين أو الاتصال بالمؤلفين مباشرةً عبر LinkedIn:

المؤلف المقابل: ماتياس كيملينغ

المؤلف الثاني: كونراد لاونروث

معلمه البحث: البروفيسور سابين هوفمان

الجائزة الثانية في
أول مرة المؤلف