Cara Membangun Stasiun Sensor Pemantauan Kenyamanan: 10 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-23 14:49

Instruksi ini menjelaskan desain dan konstruksi yang disebut Comfort Monitoring Station CoMoS, perangkat sensor gabungan untuk kondisi sekitar, yang dikembangkan di departemen Lingkungan Buatan di TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Jerman.

CoMoS menggunakan pengontrol dan sensor ESP32 untuk suhu udara dan kelembaban relatif (Si7021), kecepatan udara (sensor angin rev. C oleh Perangkat Modern), dan suhu bola dunia (DS18B20 dalam bohlam hitam), semuanya dalam bentuk yang ringkas dan mudah digunakan. membangun kasing dengan umpan balik visual melalui indikator LED (WS2812B). Selain itu, sensor pencahayaan (BH1750) disertakan untuk menganalisis kondisi visual lokal. Semua data sensor dibaca secara berkala dan dikirim melalui Wi-Fi ke server database, dari mana data tersebut dapat digunakan untuk pemantauan dan kontrol.

Motivasi di balik pengembangan ini adalah untuk mendapatkan alternatif yang murah namun sangat kuat untuk perangkat sensor laboratorium, yang biasanya dengan harga di atas 3000 €. Sebaliknya, CoMoS menggunakan perangkat keras dengan harga total sekitar 50 € dan oleh karena itu dapat digunakan secara komprehensif di gedung (kantor) untuk penentuan kondisi termal dan visual individu secara real-time di setiap tempat kerja atau bagian bangunan.

Untuk informasi lebih lanjut tentang penelitian kami dan pekerjaan terkait di departemen, lihat situs web ruang kantor pintar Living Lab resmi atau hubungi penulis terkait secara langsung melalui LinkedIn. Semua kontak penulis tercantum di akhir instruksi ini.

Catatan struktural: Instruksi ini menjelaskan pengaturan asli CoMoS, tetapi juga memberikan informasi dan instruksi untuk beberapa variasi yang baru-baru ini kami kembangkan: Selain kasing asli yang dibuat dari suku cadang standar, ada juga opsi cetak 3D. Dan selain perangkat asli dengan koneksi server database, ada versi alternatif yang berdiri sendiri dengan penyimpanan kartu SD, titik akses WIFi terintegrasi, dan aplikasi seluler mewah untuk memvisualisasikan pembacaan sensor. Silakan periksa opsi yang ditandai di bab terkait dan opsi yang berdiri sendiri di bab terakhir.

Catatan pribadi: Ini adalah instruksi pertama penulis, dan mencakup pengaturan yang cukup rinci dan kompleks. Jangan ragu untuk menghubungi melalui bagian komentar halaman ini, melalui email, atau melalui LinkedIn, jika ada detail atau informasi yang hilang selama langkah-langkah tersebut.

Langkah 1: Latar Belakang – Kenyamanan Termal dan Visual

Kenyamanan termal dan visual telah menjadi topik yang semakin penting, terutama di lingkungan kantor dan tempat kerja, tetapi juga di sektor perumahan. Tantangan utama dalam bidang ini adalah bahwa persepsi termal individu seringkali bervariasi dalam rentang yang luas. Satu orang mungkin merasa panas dalam kondisi termal tertentu sementara orang lain merasa dingin dalam kondisi yang sama. Itu karena persepsi termal individu dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk faktor fisik suhu udara, kelembaban relatif, kecepatan udara, dan suhu radiasi permukaan sekitarnya. Tetapi juga, pakaian, aktivitas metabolisme, dan aspek individu dari usia, jenis kelamin, massa tubuh, dan banyak lagi, mempengaruhi persepsi termal.

Sementara faktor individu tetap menjadi ketidakpastian dalam hal kontrol pemanasan dan pendinginan, faktor fisik dapat ditentukan secara tepat oleh perangkat sensor. Suhu udara, kelembaban relatif, kecepatan udara, dan suhu bola bumi dapat diukur dan digunakan sebagai input langsung ke kontrol bangunan. Selanjutnya, dalam pendekatan yang lebih rinci, mereka dapat digunakan sebagai input untuk menghitung apa yang disebut indeks PMV, di mana PMV adalah singkatan dari Predicted Mean Vote. Ini menggambarkan bagaimana rata-rata orang akan menilai sensasi termal mereka di bawah kondisi ruangan sekitar yang diberikan. PMV dapat mengambil nilai dari -3 (dingin) hingga +3 (panas), dengan 0 sebagai keadaan netral.

Mengapa kami menyebutkan hal PMV itu di sini? Nah, karena di bidang kenyamanan pribadi itu adalah indeks yang umum digunakan yang dapat berfungsi sebagai kriteria kualitas untuk situasi termal di sebuah bangunan. Dan dengan CoMoS, semua parameter ambien yang diperlukan untuk penghitungan PMV dapat diukur.

Jika Anda tertarik, cari tahu lebih lanjut tentang kenyamanan termal, konteks bola dunia dan suhu radiasi rata-rata, indeks PMV, dan penerapan standar ASHRAE di

Wikipedia: Kenyamanan Termal

ISO 7726 Ergonomi lingkungan termal

NPO ASHRAE

Omong-omong: Sudah lama ada, tetapi juga banyak gadget yang baru dikembangkan di bidang lingkungan yang dipersonalisasi untuk memberikan kenyamanan termal dan visual individu. Penggemar desktop kecil adalah contoh yang terkenal. Tetapi juga, penghangat kaki, kursi berpemanas dan berventilasi, atau partisi kantor untuk pemanasan dan pendinginan radiasi IR sedang dikembangkan atau bahkan sudah tersedia di pasaran. Semua teknologi ini mempengaruhi kondisi termal lokal, di tempat kerja misalnya, dan mereka juga dapat dikontrol secara otomatis berdasarkan data sensor lokal, seperti yang diilustrasikan dalam gambar langkah ini.

Informasi lebih lanjut tentang gadget lingkungan yang dipersonalisasi dan penelitian yang sedang berlangsung tersedia di

Ruang kantor pintar Living Lab: Lingkungan yang Dipersonalisasi

Universitas California, Berkeley

Laporan ZEN tentang pemanasan pribadi dan perangkat pendingin [PDF]

SBRC Universitas Wollongong

Langkah 2: Skema Sistem

Salah satu tujuan utama dalam proses pengembangan adalah untuk membuat perangkat sensor nirkabel, kompak, dan murah untuk mengukur kondisi lingkungan dalam ruangan dari setidaknya sepuluh tempat kerja individu di ruang kantor terbuka tertentu. Oleh karena itu, stasiun menggunakan ESP32-WROOM-32 dengan konektivitas WiFi on-board dan dengan berbagai macam pin konektor dan jenis bus yang didukung untuk semua jenis sensor. Stasiun sensor menggunakan IoT-WiFi terpisah dan mengirim pembacaan datanya ke database MariaDB melalui skrip PHP yang berjalan di server database. Secara opsional, output visual Grafana yang mudah digunakan juga dapat diinstal.

Skema di atas menunjukkan pengaturan semua komponen periferal sebagai gambaran umum tentang pengaturan sistem, tetapi instruksi ini berfokus pada stasiun sensor itu sendiri. Tentu saja, file PHP dan deskripsi koneksi SQL juga disertakan nanti, untuk menyediakan semua informasi yang diperlukan untuk membangun, menghubungkan, dan menggunakan CoMoS.

Catatan: di akhir instruksi ini, Anda dapat menemukan petunjuk tentang cara membuat versi CoMoS yang berdiri sendiri alternatif dengan penyimpanan kartu SD, titik akses WiFi internal, dan aplikasi web untuk perangkat seluler.

Langkah 3: Daftar Pasokan

Elektronik

Sensor dan pengontrol, seperti yang ditunjukkan pada gambar:

• ESP32-WROOM-32 mikrokontroler (espressif.com) [A]
• Sensor suhu dan kelembaban Si7021 atau GY21 (adafruit.com) [B]
• Sensor suhu DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Sensor kecepatan udara Rev C. (moderndevice.com) [D]
• LED status WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Sensor pencahayaan BH1750 (amazon.de) [F]

Lebih banyak bagian listrik:

• 4, resistor pull-up 7k (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (atau serupa) kawat standar (adafruit.com)
• 2x konektor penyambungan kompak Wago (wago.com)
• Kabel USB mikro (sparkfun.com)

Bagian casing(Temukan informasi lebih rinci tentang bagian dan ukuran ini di Langkah berikutnya. Jika Anda memiliki printer 3D, Anda hanya memerlukan bola tenis meja. Lewati Langkah berikutnya dan temukan semua info dan file untuk dicetak di Langkah 5.)

• Plat akrilik bulat 50x4 mm [1]
• Plat baja bulat 40x10 mm [2]
• Tabung akrilik 50x5x140 mm [3]
• Plat akrilik bulat 40x5 mm [4]
• Tabung akrilik 12x2x50 mm [5]
• Bola tenis meja [6]

Aneka ragam

• Semprotan cat putih
• Semprotan cat matte hitam
• Beberapa rekaman
• Sedikit wol insulasi, kapas, atau apa pun yang serupa

Peralatan

• Bor motor
• bor mencuri 8 mm
• Bor kayu/plastik 6 mm
• Bor kayu/plastik 12 mm
• Gergaji tangan tipis
• Ampelas
• Tang potong kawat
• penari telanjang kawat
• Besi solder dan timah
• Lem listrik atau pistol lem panas

Perangkat lunak dan pustaka (Angka menunjukkan versi pustaka yang kami gunakan dan uji perangkat kerasnya. Pustaka yang lebih baru seharusnya berfungsi juga, tetapi terkadang kami menghadapi beberapa masalah saat mencoba versi yang berbeda/lebih baru.)

• Arduino IDE (1.8.5)
• Pustaka Inti ESP32
• Perpustakaan BH1750FVI
• Adafruit_Si7021 perpustakaan (1.0.1)
• Pustaka Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Perpustakaan DallasTemperature (3.7.9)
• Pustaka OneWire (2.3.3)

Langkah 4: Desain dan Konstruksi Kasus – Opsi 1

Desain CoMoS menampilkan casing vertikal yang ramping dengan sebagian besar sensor dipasang di area atas, dengan hanya sensor suhu dan kelembaban yang dipasang di dekat bagian bawah. Posisi dan pengaturan sensor mengikuti persyaratan khusus dari variabel yang diukur:

• Sensor suhu dan kelembaban Si7021 dipasang di luar casing, di dekat bagian bawahnya, untuk memungkinkan sirkulasi udara bebas di sekitar sensor dan untuk meminimalkan pengaruh limbah panas yang dihasilkan oleh mikrokontroler di dalam casing.
• Sensor iluminasi BH1750 dipasang di bagian atas kasing yang rata, untuk mengukur iluminasi pada permukaan horizontal seperti yang dipersyaratkan oleh standar umum pada iluminasi tempat kerja.
• Sensor angin Rev. C juga dipasang di bagian atas casing, dengan elektroniknya tersembunyi di dalam casing, tetapi tine-nya, yang membawa anemometer termal dan sensor suhu aktual, terpapar udara di sekitar bagian atas.
• Sensor suhu DS18B20 dipasang di bagian paling atas stasiun, di dalam bola tenis meja yang dicat hitam. Posisi di atas diperlukan untuk meminimalkan faktor tampilan dan oleh karena itu pengaruh radiasi stasiun sensor itu sendiri terhadap pengukuran suhu dunia.

Sumber daya tambahan tentang suhu pancaran rata-rata dan penggunaan bola tenis meja hitam sebagai sensor suhu bola dunia adalah:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Kesesuaian Termometer Bola Akrilik dan Tembaga untuk Pengaturan Luar Ruangan Diurnal. Bangunan dan Lingkungan. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Sayang, Richard. (1987). Termometer bola ping-pong untuk suhu radiasi rata-rata. H & Eng.,. 60. 10-12.

Kasing ini dirancang sederhana, untuk menjaga waktu dan upaya pembuatan serendah mungkin. Itu dapat dengan mudah dibuat dari suku cadang dan komponen standar hanya dengan beberapa alat dan keterampilan sederhana. Atau, bagi mereka yang cukup beruntung memiliki printer 3D yang siap melayani, semua bagian casing juga dapat dicetak 3D. Untuk mencetak kasing, sisa Langkah ini dapat dilewati dan semua file dan instruksi yang diperlukan dapat ditemukan di Langkah berikutnya.

Untuk konstruksi dari bagian standar, dimensi pemasangan dipilih untuk sebagian besar dari mereka:

• Badan utamanya adalah pipa akrilik (PMMA) dengan diameter luar 50 mm, tebal dinding 5 mm, dan tinggi 140 mm.
• Pelat bawah, yang berfungsi sebagai penghantar cahaya untuk LED status, adalah pelat bundar akrilik berdiameter 50 mm dan tebal 4 mm.
• Sebuah baja bulat dengan diameter 40 mm dan tebal 10 mm dipasang sebagai pemberat di atas pelat bawah dan dipasang di ujung bawah tabung bodi utama untuk mencegah stasiun terguling dan menahan pelat bawah. di tempat.
• Pelat atas juga pas di dalam tabung bodi utama. Ini terbuat dari PMMA dan memiliki diameter 40 mm dan ketebalan 5 mm.
• Akhirnya, tabung riser atas adalah PMMA juga, dengan diameter luar 10 mm, ketebalan dinding 2 mm, dan panjang 50 mm.

Proses pembuatan dan perakitannya sederhana, dimulai dengan beberapa lubang untuk dibor. Putaran baja membutuhkan lubang kontinu 8 mm, agar sesuai dengan LED dan kabel. Tabung bodi utama membutuhkan sekitar 6 mm lubang, sebagai kabel feed-through untuk kabel USB dan sensor, dan sebagai lubang ventilasi. Jumlah dan posisi lubang dapat bervariasi sesuai keinginan Anda. Pilihan pengembang adalah enam lubang di bagian belakang, dekat dengan atas dan bawah, dan dua di sisi depan, satu atas, satu bawah lagi, sebagai referensi.

Pelat atas adalah bagian yang paling rumit. Dibutuhkan keseluruhan 12 mm yang terpusat, lurus dan kontinu agar sesuai dengan tabung riser atas, lubang 6 mm lain yang tidak terpusat agar sesuai dengan kabel sensor penerangan, dan celah tipis dengan lebar sekitar 1,5 mm dan panjang 18 mm agar sesuai dengan angin sensor. Lihat gambar untuk referensi. Dan akhirnya, bola tenis meja juga membutuhkan 6 mm utuh agar sesuai dengan sensor suhu bola dunia dan kabel.

Pada langkah selanjutnya, semua bagian PMMA, kecuali pelat bawah, harus dicat semprot, referensinya berwarna putih. Bola tenis meja harus dicat hitam matte untuk menetapkan perkiraan atribut termal dan optiknya.

Putaran baja direkatkan di tengah dan rata ke pelat bawah. Tabung penambah atas direkatkan ke dalam lubang 12 mm pada pelat atas. Bola tenis meja direkatkan di ujung atas riser, dengan lubangnya yang sesuai dengan bukaan bagian dalam tabung riser, sehingga sensor suhu dan kabel dapat dimasukkan ke bola setelahnya melalui tabung riser.

Dengan langkah ini dilakukan, semua bagian dari kasus ini siap untuk dirakit dengan menempatkan mereka bersama-sama. Jika beberapa terlalu kencang, ampelas sedikit, jika terlalu longgar, tambahkan lapisan tipis selotip.

Langkah 5: Desain dan Konstruksi Kasus – Opsi 2

Meskipun Opsi 1 untuk membuat casing CoMoS masih merupakan opsi yang cepat dan sederhana, membiarkan printer 3D melakukan pekerjaan itu mungkin lebih mudah. Juga untuk opsi ini, casing dibagi menjadi tiga bagian, atas, bodi casing, dan bagian bawah, untuk memudahkan pemasangan kabel dan perakitan seperti yang dijelaskan pada Langkah berikutnya.

File dan info lebih lanjut tentang pengaturan printer tersedia di Thingiverse:

File CoMoS di Thingiverse

Mengikuti petunjuk penggunaan filamen putih untuk bagian atas dan bodi casing sangat dianjurkan. Ini mencegah casing menjadi terlalu cepat panas di bawah sinar matahari dan menghindari pengukuran yang salah. Filamen transparan harus digunakan untuk bagian bawah untuk memungkinkan penerangan indikator LED.

Variasi lain dari Opsi 1 adalah bahwa putaran logam tidak ada. Untuk mencegah CoMoS terguling, segala jenis beban seperti bantalan bola atau sekelompok ring logam harus ditempatkan di/di bagian bawah transparan. Ini dirancang dengan tepi di sekitar agar pas dan menahan beban. Atau, CoMoS dapat direkatkan ke tempat pemasangannya dengan menggunakan selotip dua sisi.

Catatan: Folder Thingiverse menyertakan file untuk wadah pembaca kartu micro SD yang dapat dipasang ke wadah CoMoS. Kasing ini opsional dan merupakan bagian dari versi yang berdiri sendiri yang dijelaskan pada langkah terakhir dari instruksi ini.

Langkah 6: Pengkabelan dan Perakitan

ESP, sensor, LED, dan kabel USB disolder dan dihubungkan sesuai dengan skema rangkaian yang ditunjukkan pada gambar langkah ini. Penetapan PIN yang cocok dengan kode contoh yang dijelaskan nanti adalah:

• 14 - Setel ulang jembatan (ID) - [abu-abu]
• 17 - WS2811 (LED) - [hijau]
• 18 - resistor pullup untuk DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (Satu Kawat) - [ungu]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [biru]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [kuning]
• 25 - BH1750 (V-in) - [coklat]
• 26 - SI7021 (V-in) - [coklat]
• 27 - DS18B20+ (V-in) - [coklat]
• 34 - Sensor angin (TMP) - [sian]
• 35 - Sensor angin (RV) - [oranye]
• VIN - Kabel USB (+5V) - [merah]
• GND - Kabel USB (GND) - [hitam]

Sensor Si7021, BH1750, dan DS18B20+ ditenagai melalui pin IO dari ESP32. Hal ini dimungkinkan karena rancangan arus maksimumnya berada di bawah suplai arus maksimum ESP per pin, dan diperlukan untuk dapat mengatur ulang sensor dengan memutus catu dayanya jika terjadi kesalahan komunikasi sensor. Lihat kode ESP dan komentar untuk informasi lebih lanjut.

Sensor Si7021 dan BH1750, sama seperti kabel USB, harus disolder dengan kabel yang sudah dimasukkan melalui lubang casing khusus untuk memungkinkan perakitan pada langkah berikutnya. Konektor penyambungan kompak WAGO digunakan untuk menghubungkan perangkat ke catu daya melalui kabel USB. Semua ditenagai pada 5 V DC melalui USB, yang bekerja dengan level logika ESP32 pada 3, 3 V. Secara opsional, pin data dari kabel micro USB dapat disambungkan kembali ke colokan micro USB dan dihubungkan ke micro USB ESP soket, sebagai input daya dan koneksi data untuk mentransfer kode ke ESP32 saat kasing ditutup. Jika tidak, jika terhubung seperti yang ditunjukkan dalam skema, kabel micro USB utuh lainnya diperlukan untuk mentransfer kode ke ESP terlebih dahulu sebelum merakit casing.

Sensor suhu Si7021 direkatkan ke sisi belakang casing, dekat dengan bagian bawah. Sangat penting untuk memasang sensor ini di dekat bagian bawah, untuk menghindari pembacaan suhu yang salah yang disebabkan oleh panas yang berkembang di dalam casing. Lihat langkah Epilog untuk Informasi lebih lanjut tentang masalah ini. Sensor pencahayaan BH1750 direkatkan ke pelat atas, dan sensor angin dimasukkan dan dipasang ke celah di sisi yang berlawanan. Jika terlalu pas, sedikit selotip di sekitar bagian tengah sensor membantu menjaga posisinya. Sensor suhu DS18B20 dimasukkan melalui riser atas ke dalam bola tenis meja, dengan posisi akhir di tengah bola. Bagian dalam riser atas diisi dengan wol isolasi dan bukaan bawah ditutup dengan selotip atau lem panas, untuk mencegah perpindahan panas konduktif atau konvektif ke globe. LED dipasang ke lubang bundar baja menghadap ke bawah untuk menerangi pelat bawah.

Semua kabel, konektor splicing, dan ESP32 masuk ke dalam casing utama dan semua bagian casing disatukan dalam perakitan akhir.

Langkah 7: Perangkat Lunak – Konfigurasi ESP, PHP, dan MariaDB

Mikrokontroler ESP32 dapat diprogram dengan menggunakan Arduino IDE dan ESP32 Core library yang disediakan oleh Espressif. Ada banyak tutorial yang tersedia online tentang cara mengatur IDE untuk kompatibilitas ESP32, misalnya di sini.

Setelah diatur, kode terlampir ditransfer ke ESP32. Itu dikomentari di seluruh untuk memudahkan pemahaman, tetapi beberapa fitur utama adalah:

• Ini memiliki bagian "konfigurasi pengguna" di awal, di mana variabel individual harus diatur, seperti ID dan kata sandi WiFi, IP server basis data, dan pembacaan data yang diinginkan dan periode pengiriman. Ini juga mencakup variabel "penyesuaian angin nol" yang dapat digunakan untuk menyesuaikan pembacaan kecepatan angin nol ke 0 jika catu daya tidak stabil.
• Kode tersebut mencakup faktor kalibrasi rata-rata yang ditentukan oleh penulis dari kalibrasi sepuluh stasiun sensor yang ada. Lihat langkah Epilog untuk informasi lebih lanjut dan kemungkinan penyesuaian individu.
• Berbagai penanganan kesalahan disertakan di beberapa bagian kode. Terutama deteksi dan penanganan kesalahan komunikasi bus yang efektif yang sering terjadi pada pengontrol ESP32. Sekali lagi, lihat langkah Epilog untuk informasi lebih lanjut.
• Ini memiliki output warna LED untuk menunjukkan status stasiun sensor saat ini dan kesalahan apa pun. Lihat langkah Hasil untuk informasi lebih lanjut.

File PHP terlampir harus diinstal dan dapat diakses di folder root server database, di serverIP/sensor.php. Nama file PHP dan konten penanganan data harus sesuai dengan kode fungsi panggilan ESP dan, di sisi lain, cocok dengan pengaturan tabel database, untuk memungkinkan penyimpanan pembacaan data. Contoh kode yang dilampirkan cocok, tetapi jika Anda mengubah beberapa variabel, mereka harus diubah di seluruh sistem. File PHP menyertakan bagian penyesuaian di awal, di mana penyesuaian individual dibuat sesuai dengan lingkungan sistem, terutama nama pengguna dan kata sandi basis data, dan nama basis data.

Database MariaDB atau SQL diatur di server yang sama, sesuai dengan pengaturan tabel yang digunakan dalam kode stasiun sensor dan skrip PHP. Dalam kode contoh, nama database MariaDB adalah "sensorstation" dengan tabel bernama "data", yang berisi 13 kolom untuk UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, dan IllumMax.

Platform analitik dan pemantauan Grafana dapat diinstal tambahan di server sebagai opsi untuk visualisasi database langsung. Ini bukan fitur utama dari pengembangan ini, jadi tidak dijelaskan lebih lanjut dalam instruksi ini.

Langkah 8: Hasil – Pembacaan dan Verifikasi Data

Dengan semua pengkabelan, perakitan, pemrograman, dan pengaturan lingkungan selesai, stasiun sensor mengirimkan pembacaan data secara berkala ke database. Saat diberi daya, beberapa status operasi ditunjukkan melalui warna LED bawah:

• Selama boot, lampu LED berwarna kuning untuk menunjukkan koneksi yang tertunda ke WiFi.
• Saat dan saat terhubung, indikatornya berwarna biru.
• Stasiun sensor menjalankan pembacaan sensor dan mengirimkannya ke server secara berkala. Setiap transfer yang berhasil ditunjukkan oleh impuls lampu hijau 600 ms.
• Jika terjadi kesalahan, indikator akan berwarna merah, ungu, atau kekuningan, sesuai dengan jenis kesalahannya. Setelah waktu atau jumlah kesalahan tertentu, stasiun sensor mengatur ulang semua sensor dan melakukan boot ulang secara otomatis, sekali lagi ditunjukkan dengan lampu kuning saat boot. Lihat kode ESP32 dan komentar untuk informasi lebih lanjut tentang warna indikator.

Dengan langkah terakhir ini dilakukan, stasiun sensor berjalan dan beroperasi terus menerus. Hingga saat ini, jaringan 10 stasiun sensor dipasang dan dijalankan di ruang kantor pintar Living Lab yang disebutkan sebelumnya.

Langkah 9: Alternatif: Versi Berdiri Sendiri

Pengembangan CoMoS terus berlanjut dan hasil pertama dari proses yang sedang berlangsung ini adalah versi yang berdiri sendiri. Versi CoMoS itu tidak memerlukan server database dan jaringan WiFi untuk memantau dan merekam data lingkungan.

Fitur utama baru adalah:

• Pembacaan data disimpan pada kartu micro SD internal, dalam format CSV yang ramah Excel.
• Titik akses WiFi terintegrasi untuk akses ke CoMoS oleh perangkat seluler apa pun.
• Aplikasi berbasis web (server web internal pada ESP32, tidak diperlukan koneksi internet) untuk data langsung, pengaturan, dan akses penyimpanan dengan unduhan file langsung dari kartu SD, seperti yang ditunjukkan pada gambar dan tangkapan layar yang dilampirkan pada langkah ini.

Ini menggantikan koneksi WiFi dan database sementara semua fitur lain termasuk kalibrasi dan semua desain dan konstruksi tetap tidak tersentuh dari versi aslinya. Namun, CoMoS yang berdiri sendiri membutuhkan pengalaman dan pengetahuan lebih lanjut tentang cara mengakses sistem manajemen file internal "SPIFFS" dari ESP32, dan sedikit kesadaran tentang HTML, CSS, dan Javascript untuk memahami cara kerja aplikasi web. Itu juga membutuhkan lebih banyak / perpustakaan berbeda untuk berfungsi.

Silakan periksa kode Arduino dalam file zip yang dilampirkan untuk perpustakaan yang diperlukan dan referensi berikut untuk informasi lebih lanjut tentang pemrograman dan mengunggah ke sistem file SPIFFS:

Perpustakaan SPIFFS oleh espresso

Pengunggah file SPIFFS oleh me-no-dev

Pustaka ESP32WebServer oleh Pedroalbuquerque

Versi baru ini akan membuat instruksi yang sama sekali baru yang mungkin diterbitkan di masa depan. Namun untuk saat ini, khususnya bagi pengguna yang lebih berpengalaman, kami tidak ingin melewatkan kesempatan untuk membagikan informasi dasar dan file yang Anda perlukan untuk menyiapkannya.

Langkah cepat untuk membangun CoMoS yang berdiri sendiri:

• Bangun kasing sesuai dengan langkah sebelumnya. Secara opsional, cetak 3D casing tambahan untuk pembaca kartu SC mikro untuk dipasang ke casing CoMoS. Jika Anda tidak memiliki printer 3D, pembaca kartu juga dapat ditempatkan di dalam casing utama CoMoS, jangan khawatir.
• Hubungkan semua sensor seperti yang dijelaskan sebelumnya, tetapi selain itu, pasang dan sambungkan pembaca kartu micro SD (amazon.com) dan jam waktu nyata DS3231 (adafruit.com) seperti yang ditunjukkan dalam skema kabel yang dilampirkan pada langkah ini. Catatan: Pin untuk resistor pull-up dan oneWire berbeda dari skema pengkabelan aslinya!
• Periksa kode Arduino dan sesuaikan variabel titik akses WiFi "ssid_AP" dan "password_AP" dengan preferensi pribadi Anda. Jika tidak disesuaikan, SSID standarnya adalah "CoMoS_AP" dan kata sandinya adalah "12345678".
• Masukkan kartu micro SD, unggah kode, unggah konten folder "data" ke ESP32 menggunakan pengunggah file SPIFFS, dan sambungkan perangkat seluler apa pun ke titik akses WiFi.
• Arahkan ke "192.168.4.1" di browser ponsel Anda dan nikmatilah!

Aplikasi ini semua didasarkan pada html, css, dan javascript. Ini lokal, tidak ada koneksi internet yang terlibat atau diperlukan. Ini fitur menu sisi dalam aplikasi untuk mengakses halaman setup dan halaman memori. Pada halaman setup, Anda dapat menyesuaikan pengaturan yang paling penting seperti tanggal dan waktu lokal, interval pembacaan sensor, dll. Semua pengaturan akan disimpan secara permanen di penyimpanan internal ESP32 dan dikembalikan pada boot berikutnya. Pada halaman memori, daftar file pada kartu SD tersedia. Mengklik nama file akan memulai pengunduhan langsung file CSV ke perangkat seluler.

Pengaturan sistem ini memungkinkan pemantauan individu dan jarak jauh dari kondisi lingkungan dalam ruangan. Semua pembacaan sensor disimpan di kartu SD secara berkala, dengan file baru yang dibuat untuk setiap hari baru. Hal ini memungkinkan operasi terus menerus selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan tanpa akses atau pemeliharaan. Seperti disebutkan sebelumnya, ini masih merupakan penelitian dan pengembangan yang sedang berlangsung. Jika Anda tertarik dengan perincian atau bantuan lebih lanjut, jangan ragu untuk menghubungi penulis terkait melalui komentar atau langsung melalui LinkedIn.

Langkah 10: Epilog – Masalah dan Pandangan yang Diketahui

Stasiun sensor yang dijelaskan dalam instruksi ini adalah hasil dari penelitian yang panjang dan berkelanjutan. Tujuannya adalah untuk menciptakan sistem sensor yang andal, tepat, namun murah untuk kondisi lingkungan dalam ruangan. Ini memegang dan memegang beberapa tantangan serius, yang paling pasti harus disebutkan di sini:

Akurasi dan kalibrasi sensor

Sensor yang digunakan dalam proyek ini semuanya menawarkan akurasi yang relatif tinggi dengan biaya rendah atau sedang. Sebagian besar dilengkapi dengan pengurangan kebisingan internal dan antarmuka bus digital untuk komunikasi, mengurangi kebutuhan akan kalibrasi atau penyesuaian level. Bagaimanapun, karena sensor dipasang di dalam atau pada kasing dengan atribut tertentu, kalibrasi stasiun sensor lengkap dilakukan oleh penulis, seperti yang ditunjukkan secara singkat oleh gambar terlampir. Sebanyak sepuluh stasiun sensor yang dibangun sama diuji dalam kondisi lingkungan yang ditentukan dan dibandingkan dengan perangkat sensor iklim dalam ruangan profesional TESTO 480. Dari proses ini, faktor kalibrasi yang termasuk dalam kode contoh ditentukan. Mereka memungkinkan kompensasi sederhana dari pengaruh kasing dan elektronik pada masing-masing sensor. Untuk mencapai akurasi tertinggi, kalibrasi individual untuk setiap stasiun sensor direkomendasikan. Kalibrasi sistem ini adalah fokus kedua dari penelitian penulis, selain pengembangan dan konstruksi yang dijelaskan dalam instruksi ini. Ini dibahas dalam publikasi tambahan yang terhubung, yang masih dalam tinjauan sejawat dan akan ditautkan di sini segera setelah online. Silakan temukan informasi lebih lanjut tentang topik ini di situs web penulis.

Stabilitas operasi ESP32

Tidak semua library sensor berbasis Arduino yang digunakan dalam kode ini sepenuhnya kompatibel dengan board ESP32. Masalah ini telah banyak dibahas di banyak titik online, terutama mengenai stabilitas komunikasi I2C dan OneWire. Dalam pengembangan ini, deteksi dan penanganan kesalahan gabungan baru dilakukan, berdasarkan menyalakan sensor secara langsung melalui pin IO dari ESP32 untuk memungkinkan pemotongan catu daya mereka untuk tujuan reset. Dari perspektif hari ini, solusi ini belum disajikan atau tidak dibahas secara luas. Itu lahir dari kebutuhan, tetapi sampai saat ini berjalan lancar untuk periode operasi beberapa bulan dan seterusnya. Namun itu masih menjadi topik penelitian.

Pandangan

Bersama dengan instruksi ini, publikasi tertulis lebih lanjut dan presentasi konferensi dilakukan oleh penulis untuk menyebarkan pengembangan dan memungkinkan aplikasi sumber terbuka dan luas. Sementara itu, penelitian terus dilakukan untuk lebih menyempurnakan stasiun sensor, terutama mengenai desain sistem dan manufakturabilitas, serta kalibrasi dan verifikasi sistem. Instruksi ini mungkin diperbarui pada perkembangan penting di masa depan, tetapi untuk semua informasi terkini, silakan kunjungi situs web penulis atau hubungi penulis secara langsung melalui LinkedIn:

penulis korespondensi: Mathias Kimmling

penulis kedua: Konrad Lauenroth

mentor penelitian: Prof. Sabine Hoffmann

Hadiah Kedua untuk Penulis Pertama Kali