Cómo construir una estación de sensores de monitoreo de confort: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Este instructable describe el diseño y la construcción de la llamada Estación de Monitoreo de Confort CoMoS, un dispositivo sensor combinado para condiciones ambientales, que fue desarrollado en el departamento de Entorno Construido en TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Alemania.

CoMoS utiliza un controlador ESP32 y sensores para la temperatura del aire y la humedad relativa (Si7021), la velocidad del aire (sensor de viento rev. C de Modern Device) y la temperatura del globo (DS18B20 en una bombilla negra), todo en un formato compacto y fácil de usar. Construya el caso con retroalimentación visual a través de un indicador LED (WS2812B). Además, se incluye un sensor de iluminancia (BH1750) para analizar la condición visual local. Todos los datos de los sensores se leen periódicamente y se envían a través de Wi-Fi a un servidor de base de datos, desde donde se pueden usar para monitoreo y controles.

La motivación detrás de este desarrollo es obtener una alternativa de bajo costo pero muy poderosa a los dispositivos de sensor de laboratorio, que generalmente tienen un precio superior a 3000 €. Por el contrario, CoMoS utiliza hardware con un precio total de alrededor de 50 € y, por lo tanto, se puede implementar de manera integral en edificios (de oficinas) para la determinación en tiempo real de las condiciones térmicas y visuales individuales en cada lugar de trabajo o sección del edificio.

Para obtener más información sobre nuestra investigación y el trabajo relacionado en el departamento, consulte el sitio web oficial del espacio de oficina inteligente Living Lab o comuníquese con el autor correspondiente directamente a través de LinkedIn. Todos los contactos de los autores se enumeran al final de este instructivo.

Nota estructural: este instructivo describe la configuración original de CoMoS, pero también proporciona información e instrucciones para algunas variaciones que desarrollamos recientemente: además de la carcasa original construida a partir de piezas estándar, también hay una opción impresa en 3D. Y además del dispositivo original con conexión al servidor de base de datos, hay una versión independiente alternativa con almacenamiento en tarjeta SD, punto de acceso WIFi integrado y una elegante aplicación móvil para visualizar las lecturas del sensor. Compruebe las opciones marcadas en los capítulos correspondientes y la opción independiente en el capítulo final.

Nota personal: este es el primer instructivo del autor y cubre una configuración bastante detallada y compleja. No dude en ponerse en contacto a través de la sección de comentarios de esta página, por correo electrónico o por LinkedIn, si falta algún detalle o información a lo largo de los pasos.

Paso 1: Antecedentes - Confort térmico y visual

El confort térmico y visual se han convertido en temas cada vez más importantes, especialmente en entornos de oficinas y lugares de trabajo, pero también en el sector residencial. El principal desafío en este campo es que la percepción térmica de los individuos a menudo varía en un amplio rango. Una persona puede sentir calor en una determinada condición térmica, mientras que otra persona siente frío en la misma. Esto se debe a que la percepción térmica individual está influenciada por muchos factores, incluidos los factores físicos de la temperatura del aire, la humedad relativa, la velocidad del aire y la temperatura radiante de las superficies circundantes. Pero también, la ropa, la actividad metabólica y un aspecto individual de la edad, el sexo, la masa corporal y más, influyen en la percepción térmica.

Si bien los factores individuales siguen siendo una incertidumbre en términos de controles de calefacción y refrigeración, los factores físicos pueden determinarse con precisión mediante dispositivos sensores. La temperatura del aire, la humedad relativa, la velocidad del aire y la temperatura del globo se pueden medir y utilizar como una entrada directa a los controles del edificio. Además, en un enfoque más detallado, se pueden utilizar como entrada para calcular el llamado índice PMV, donde PMV significa Voto medio predicho. Describe cómo es probable que las personas califiquen en promedio su sensación térmica en determinadas condiciones ambientales de la habitación. PMV puede tomar valores de -3 (frío) a +3 (caliente), siendo 0 un estado neutral.

¿Por qué mencionamos esa cosa de PMV aquí? Pues porque en el campo del confort personal es un índice de uso común que puede servir como criterio de calidad para la situación térmica en un edificio. Y con CoMoS, se pueden medir todos los parámetros ambientales necesarios para el cálculo de PMV.

Si está interesado, obtenga más información sobre el confort térmico, el contexto del globo y la temperatura radiante media, el índice PMV y la implementación del estándar ASHRAE en

Wikipedia: Confort térmico

ISO 7726 Ergonomía del entorno térmico

ASHRAE NPO

Por cierto: existen desde hace mucho tiempo, pero también muchos dispositivos recientemente desarrollados en el campo del entorno personalizado para proporcionar comodidad térmica y visual individual. Los pequeños ventiladores de escritorio son un ejemplo bien conocido. Pero también se están desarrollando o incluso ya están disponibles en el mercado calentadores de pies, sillas con calefacción y ventilación o tabiques de oficina para calefacción y refrigeración por radiación IR. Todas estas tecnologías influyen en la condición térmica local, en un lugar de trabajo, por ejemplo, y también se pueden controlar automáticamente en función de los datos de los sensores locales, como se ilustra en las imágenes de este paso.

Más información sobre los gadgets del entorno personalizado y la investigación en curso está disponible en

Espacio de oficina inteligente Living Lab: entorno personalizado

Universidad de California, Berkeley

Informe ZEN sobre dispositivos personales de calefacción y refrigeración [PDF]

Universidad SBRC de Wollongong

Paso 2: esquema del sistema

Uno de los principales objetivos del proceso de desarrollo fue crear un dispositivo sensor inalámbrico, compacto y económico para medir las condiciones ambientales interiores de al menos diez lugares de trabajo individuales en un espacio de oficina abierto determinado. Por lo tanto, la estación utiliza un ESP32-WROOM-32 con conectividad WiFi a bordo y con una gran variedad de pines de conector y tipos de bus admitidos para todo tipo de sensores. Las estaciones de sensores usan un IoT-WiFi separado y envían sus lecturas de datos a una base de datos MariaDB a través de un script PHP que se ejecuta en el servidor de la base de datos. Opcionalmente, también se puede instalar una salida visual de Grafana fácil de usar.

El esquema anterior muestra la disposición de todos los componentes periféricos como una descripción general de la configuración del sistema, pero este instructivo se centra en la estación del sensor en sí. Por supuesto, el archivo PHP y una descripción de la conexión SQL también se incluyen más adelante, para proporcionar toda la información necesaria para construir, conectar y usar CoMoS.

Nota: al final de este instructivo, puede encontrar instrucciones sobre cómo crear una versión alternativa independiente de CoMoS con almacenamiento en tarjeta SD, punto de acceso WiFi interno y una aplicación web para dispositivos móviles.

Paso 3: Lista de suministros

Electrónica

Sensores y controlador, como se muestra en la imagen:

• ESP32-WROOM-32 mikrocontroller (espressif.com) [A]
• Sensor de temperatura y humedad Si7021 o GY21 (adafruit.com) [B]
• Sensor de temperatura DS18B20 + (adafruit.com) [C]
• Sensor de velocidad del aire Rev C. (moderndevice.com) [D]
• WS2812B 5050 LED de estado (adafruit.com) [E]
• Sensor de iluminancia BH1750 (amazon.de) [F]

Más piezas eléctricas:

• Resistencia pull-up de 4, 7k (adafruit.com)
• Cable estándar de 0, 14 mm² (o similar) (adafruit.com)
• 2x conectores de empalme compacto Wago (wago.com)
• Cable micro USB (sparkfun.com)

Piezas de la caja (Encuentre información más detallada sobre estas piezas y tamaños en el siguiente paso. Si tiene una impresora 3D disponible, solo necesita una pelota de tenis de mesa. Omita el siguiente paso y busque toda la información y los archivos para imprimir en el paso 5.)

• Plato acrílico redondo 50x4 mm [1]
• Placa de acero redonda 40x10 mm [2]
• Tubo acrílico 50x5x140 mm [3]
• Plato acrílico redondo 40x5 mm [4]
• Tubo acrílico 12x2x50 mm [5]
• Pelota de tenis de mesa [6]

Diverso

• Spray de pintura blanca
• Spray de pintura negra mate
• Algo de cinta
• Un poco de lana aislante, una almohadilla de algodón o algo similar.

Instrumentos

• Taladro eléctrico
• Taladro de robo de 8 mm
• Taladro para madera / plástico de 6 mm
• Taladro para madera / plástico de 12 mm
• Sierra de mano fina
• Papel de lija
• Alicates para cortar alambre
• Pelacables
• Soldador y estaño
• Pistola de pegamento eléctrico o de pegamento caliente

Software y bibliotecas (los números indican las versiones de la biblioteca que usamos y probamos el hardware. Las bibliotecas más nuevas también deberían funcionar, pero ocasionalmente enfrentamos algunos problemas al probar versiones diferentes / más nuevas).

• IDE de Arduino (1.8.5)
• Biblioteca principal de ESP32
• Biblioteca BH1750FVI
• Biblioteca Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Biblioteca Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Biblioteca DallasTemperature (3.7.9)
• Biblioteca OneWire (2.3.3)

Paso 4: Diseño y construcción de la carcasa - Opción 1

El diseño de CoMoS presenta una carcasa delgada y vertical con la mayoría de los sensores montados en el área superior, con solo el sensor de temperatura y humedad montado cerca de la parte inferior. Las posiciones y disposiciones de los sensores siguen requisitos específicos de las variables medidas:

• El sensor de temperatura y humedad Si7021 está montado fuera de la caja, cerca de su parte inferior, para permitir la libre circulación de aire alrededor del sensor y minimizar la influencia del calor residual generado por el microcontrolador dentro de la caja.
• El sensor de iluminancia BH1750 está montado en la parte superior plana de la caja, para medir la iluminación en una superficie horizontal como lo requieren los estándares comunes sobre iluminación en el lugar de trabajo.
• El sensor de viento Rev. C también está montado en la parte superior de la caja, con sus componentes electrónicos ocultos dentro de la caja, pero sus púas, que llevan el anemómetro térmico real y el sensor de temperatura, están expuestos al aire alrededor de la parte superior.
• El sensor de temperatura DS18B20 está montado en la parte superior de la estación, dentro de una pelota de tenis de mesa pintada de negro. La posición en la parte superior es necesaria para minimizar los factores de visión y, por lo tanto, la influencia radiativa de la propia estación del sensor en la medición de la temperatura del globo.

Los recursos adicionales sobre la temperatura radiante media y el uso de pelotas de tenis de mesa negras como sensores de temperatura del globo son:

Wang, Shang y Li, Yuguo. (2015). Idoneidad de los termómetros de globo de cobre y acrílico para entornos diurnos al aire libre. Edificación y Medio Ambiente. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Querido, Richard. (1987). Termómetros de bola de ping-pong para la temperatura radiante media. H & Eng.,. 60. 10-12.

El estuche está diseñado de manera simple, para mantener el tiempo y el esfuerzo de fabricación lo más bajos posible. Se puede construir fácilmente a partir de piezas y componentes estándar con solo unas pocas herramientas y habilidades simples. O, para aquellos que tienen la suerte de tener una impresora 3D a su servicio, todas las piezas de la carcasa también se pueden imprimir en 3D. Para imprimir el estuche, el resto de este paso se puede omitir y todos los archivos e instrucciones requeridos se pueden encontrar en el siguiente paso.

Para la construcción a partir de piezas estándar, se eligen las dimensiones de ajuste para la mayoría de ellas:

• El cuerpo principal es un tubo acrílico (PMMA) de 50 mm de diámetro exterior, 5 mm de espesor de pared y 140 mm de altura.
• La placa inferior, que sirve como conductor de luz para el LED de estado, es una placa redonda acrílica de 50 mm de diámetro y 4 mm de espesor.
• Una ronda de acero con un diámetro de 40 mm y un grosor de 10 mm se instala como un peso en la parte superior de la placa inferior y encaja dentro del extremo inferior del tubo del cuerpo principal para evitar que la estación se vuelque y sujete la placa inferior. en su lugar.
• La placa superior también encaja dentro del tubo del cuerpo principal. Está hecho de PMMA y tiene un diámetro de 40 mm y un grosor de 5 mm.
• Finalmente, el tubo ascendente superior también es de PMMA, con un diámetro exterior de 10 mm, un grosor de pared de 2 mm y una longitud de 50 mm.

El proceso de fabricación y ensamblaje es simple, comenzando con algunos agujeros para perforar. La ronda de acero necesita un orificio continuo de 8 mm, para encajar el LED y los cables. El tubo del cuerpo principal necesita unos orificios de 6 mm, como paso de cables para los cables USB y de sensor, y como orificios de ventilación. El número y la posición de los orificios se pueden variar según sus preferencias. La elección de los desarrolladores es seis orificios en la parte posterior, cerca de la parte superior e inferior, y dos en la parte frontal, uno en la parte superior y otro en la parte inferior, como referencia.

La placa superior es la parte más complicada. Necesita un conjunto de 12 mm centrado, recto y continuo para adaptarse al tubo vertical superior, otro orificio de 6 mm descentrado para adaptarse al cable del sensor de iluminancia y una ranura delgada de aproximadamente 1, 5 mm de ancho y 18 mm de largo para adaptarse al viento. sensor. Vea las imágenes como referencia. Y finalmente, la pelota de tenis de mesa también necesita un conjunto de 6 mm para adaptarse al cable y el sensor de temperatura del globo.

En el siguiente paso, todas las piezas de PMMA, excepto la placa inferior, deben pintarse con spray, la referencia es blanca. La pelota de tenis de mesa debe estar pintada en negro mate para establecer sus atributos ópticos y térmicos estimados.

La ronda de acero está pegada centrada y plana a la placa inferior. El tubo elevador superior está pegado en el orificio de 12 mm de la placa superior. La pelota de tenis de mesa está pegada en el extremo superior del tubo ascendente, con su orificio que coincide con la abertura interior del tubo ascendente, por lo que el sensor de temperatura y el cable se pueden insertar en la pelota luego a través del tubo ascendente.

Con este paso hecho, todas las partes de la caja están listas para ensamblarse uniéndolas. Si algunos quedan demasiado apretados, líjelos un poco, si están demasiado sueltos, agregue una capa delgada de cinta adhesiva.

Paso 5: Diseño y construcción de la caja - Opción 2

Si bien la opción 1 de construir la carcasa de CoMoS sigue siendo rápida y sencilla, dejar que una impresora 3D haga el trabajo podría ser aún más fácil. También para esta opción, la caja se divide en tres partes, superior, cuerpo de la caja y parte inferior, para permitir un cableado y montaje sencillos como se describe en el paso siguiente.

Los archivos y más información sobre la configuración de la impresora se proporcionan en Thingiverse:

Archivos CoMoS en Thingiverse

Se recomienda encarecidamente seguir las instrucciones para usar filamento blanco para la parte superior y el cuerpo de la carcasa. Esto evita que la carcasa se caliente demasiado rápido a la luz del sol y evita mediciones falsas. Se debe usar filamento transparente para la parte inferior para permitir la iluminación del indicador LED.

Otra variación de la Opción 1 es que falta la ronda de metal. Para evitar que el CoMoS se vuelque, se debe colocar cualquier tipo de peso, como bolas de cojinete o un montón de arandelas metálicas, en / sobre la parte inferior transparente. Está diseñado con un borde alrededor para adaptarse y sostener algo de peso. Alternativamente, CoMoS se puede pegar en su lugar de instalación usando cinta de doble cara.

Nota: La carpeta Thingiverse incluye archivos para un estuche de lector de tarjetas micro SD que se puede montar en el estuche CoMoS. Este caso es opcional y forma parte de la versión independiente descrita en el último paso de este instructivo.

Paso 6: cableado y montaje

El ESP, los sensores, el LED y el cable USB están soldados y conectados de acuerdo con el circuito esquemático que se muestra en las imágenes de este paso. La asignación de PIN que coincide con el código de ejemplo que se describe más adelante es:

• 14 - Restablecer puente (EN) - [gris]
• 17 - WS2811 (LED) - [verde]
• 18 - resistencia pullup para DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (un cable) - [violeta]
• 21 - BH1750 y SI7021 (SDA) - [azul]
• 22 - BH1750 y SI7021 (SCL) - [amarillo]
• 25 - BH1750 (V-in) - [marrón]
• 26 - SI7021 (V-in) - [marrón]
• 27 - DS18B20 + (V-in) - [marrón]
• 34 - Sensor de viento (TMP) - [cian]
• 35 - Sensor de viento (RV) - [naranja]
• VIN - Cable USB (+ 5V) - [rojo]
• GND - Cable USB (GND) - [negro]

Los sensores Si7021, BH1750 y DS18B20 + se alimentan a través de un pin IO del ESP32. Esto es posible porque su tiro de corriente máxima está por debajo del suministro de corriente máxima por pin del ESP, y es necesario para poder restablecer los sensores cortando su fuente de alimentación en caso de errores de comunicación del sensor. Consulte el código ESP y los comentarios para obtener más información.

Los sensores Si7021 y BH1750, al igual que el cable USB, deben soldarse con los cables ya colocados a través de los orificios dedicados de la carcasa para permitir el ensamblaje en el siguiente paso. Los conectores de empalme compactos WAGO se utilizan para conectar dispositivos a la fuente de alimentación mediante el cable USB. Todos se alimentan a 5 V CC por USB, que funciona con el nivel lógico del ESP32 a 3, 3 V. Opcionalmente, los pines de datos del cable micro USB se pueden volver a conectar al enchufe micro USB y conectar al micro USB del ESP toma, como entrada de energía y conexión de datos para transferir el código al ESP32 mientras la carcasa está cerrada. De lo contrario, si se conecta como se muestra en el esquema, se necesita otro cable micro USB intacto para transferir inicialmente el código al ESP antes de ensamblar la carcasa.

El sensor de temperatura Si7021 está pegado a la parte posterior de la carcasa, cerca de la parte inferior. Es muy importante colocar este sensor cerca de la parte inferior para evitar lecturas de temperatura falsas causadas por el calor generado dentro de la carcasa. Consulte el paso del epílogo para obtener más información sobre este problema. El sensor de iluminancia BH1750 está pegado a la placa superior, y el sensor de viento se inserta y encaja montado en la ranura del lado opuesto. Si encaja demasiado suelto, un poco de cinta alrededor de la parte central del sensor ayuda a mantenerlo en posición. El sensor de temperatura DS18B20 se inserta a través del elevador superior en la pelota de tenis de mesa, con una posición final en el centro de la pelota. El interior del elevador superior está relleno con lana aislante y la abertura inferior está sellada con cinta o pegamento caliente, para evitar la transferencia de calor por conducción o convección al globo. El LED se coloca en el orificio redondo de acero hacia abajo para iluminar la placa inferior.

Todos los cables, los conectores de empalme y el ESP32 van dentro de la caja principal y todas las partes de la caja se juntan en el ensamblaje final.

Paso 7: Software: configuración de ESP, PHP y MariaDB

El microcontrolador ESP32 se puede programar utilizando Arduino IDE y la biblioteca ESP32 Core proporcionada por Espressif. Hay muchos tutoriales disponibles en línea sobre cómo configurar el IDE para la compatibilidad con ESP32, por ejemplo aquí.

Una vez configurado, el código adjunto se transfiere al ESP32. Se comenta en todo momento para facilitar la comprensión, pero algunas características clave son:

• Tiene una sección de "configuración de usuario" al principio, en la que se deben configurar variables individuales, como ID y contraseña de WiFi, IP del servidor de base de datos, lecturas de datos deseadas y período de envío. También incluye una variable de "ajuste de viento cero" que se puede utilizar para ajustar las lecturas de velocidad del viento cero a 0 en caso de una fuente de alimentación no estable.
• El código incluye factores de calibración promedio determinados por los autores a partir de la calibración de diez estaciones de sensores existentes. Consulte el paso del epílogo para obtener más información y un posible ajuste individual.
• Se incluyen varios tratamientos de errores en varias secciones del código. Especialmente una detección y manejo efectivos de los errores de comunicación del bus que ocurren a menudo en los controladores ESP32. Nuevamente, consulte el paso del epílogo para obtener más información.
• Tiene una salida de color LED para mostrar el estado actual de la estación del sensor y cualquier error. Consulte el paso Resultados para obtener más información.

El archivo PHP adjunto debe estar instalado y accesible en la carpeta raíz del servidor de la base de datos, en serverIP / sensor.php. El nombre del archivo PHP y el contenido del manejo de datos deben coincidir con el código de función de llamada del ESP y, por otro lado, coincidir con la configuración de la tabla de la base de datos, para permitir el almacenamiento de lecturas de datos. Los códigos de ejemplo adjuntos coinciden, pero en caso de que cambie algunas variables, deberán cambiarse en todo el sistema. El archivo PHP incluye una sección de ajuste al principio, en la que se realizan ajustes individuales de acuerdo con el entorno del sistema, especialmente el nombre de usuario y contraseña de la base de datos y el nombre de la base de datos.

Se configura una base de datos MariaDB o SQL en el mismo servidor, de acuerdo con la configuración de la tabla utilizada en el código de la estación del sensor y el script PHP. En el código de ejemplo, el nombre de la base de datos MariaDB es "sensorstation" con una tabla llamada "datos", que contiene 13 columnas para UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, e IllumMax.

Además, se puede instalar una plataforma de análisis y monitoreo de Grafana en el servidor como una opción para la visualización directa de la base de datos. Esta no es una característica clave de este desarrollo, por lo que no se describe con más detalle en este instructivo.

Paso 8: Resultados: lectura y verificación de datos

Una vez hecho todo el cableado, el montaje, la programación y la configuración ambiental, la estación de sensores envía lecturas de datos periódicamente a la base de datos. Mientras está encendido, se indican varios estados de funcionamiento a través del color del LED inferior:

• Durante el arranque, el LED se ilumina en color amarillo para indicar la conexión pendiente a WiFi.
• Cuando y mientras está conectado, el indicador es azul.
• La estación de sensores ejecuta lecturas de sensores y las envía al servidor periódicamente. Cada transferencia exitosa se indica mediante un impulso de luz verde de 600 ms.
• En caso de errores, el indicador se pondrá rojo, morado o amarillento, según el tipo de error. Después de un cierto tiempo o número de errores, la estación de sensores reinicia todos los sensores y se reinicia automáticamente, nuevamente indicado por una luz amarilla en el inicio. Consulte el código ESP32 y los comentarios para obtener más información sobre los colores de los indicadores.

Una vez realizado este último paso, la estación de sensores funciona y funciona de forma continua. Hasta la fecha, una red de 10 estaciones de sensores está instalada y funcionando en el espacio de oficina inteligente Living Lab mencionado anteriormente.

Paso 9: Alternativa: versión independiente

El desarrollo de CoMoS continúa y el primer resultado de este proceso continuo es una versión independiente. Esa versión de CoMoS no necesita un servidor de base de datos ni una red WiFi para monitorear y registrar datos ambientales.

Las nuevas características clave son:

• Las lecturas de datos se almacenan en una tarjeta micro SD interna, en formato CSV compatible con Excel.
• Punto de acceso WiFi integrado para acceder a CoMoS desde cualquier dispositivo móvil.
• Aplicación basada en web (servidor web interno en ESP32, no se requiere conexión a Internet) para datos en vivo, configuraciones y acceso al almacenamiento con descarga directa de archivos desde la tarjeta SD, como se muestra en la imagen y capturas de pantalla adjuntas a este paso.

Esto reemplaza la conexión WiFi y la base de datos, mientras que todas las demás funciones, incluida la calibración y todo el diseño y la construcción, permanecen intactas desde la versión original. Aún así, el CoMoS independiente requiere experiencia y un mayor conocimiento de cómo acceder al sistema de administración de archivos interno "SPIFFS" del ESP32, y un poco de conocimiento de HTML, CSS y Javascript para comprender cómo funciona la aplicación web. También necesita algunas bibliotecas más / diferentes para funcionar.

Verifique el código Arduino en el archivo zip adjunto para ver las bibliotecas requeridas y las siguientes referencias para obtener más información sobre la programación y carga en el sistema de archivos SPIFFS:

Biblioteca SPIFFS de espressif

Cargador de archivos SPIFFS de me-no-dev

Biblioteca ESP32WebServer de Pedroalbuquerque

Esta nueva versión haría un instructable completamente nuevo que podría publicarse en el futuro. Pero por ahora, especialmente para los usuarios más experimentados, no queremos perder la oportunidad de compartir la información básica y los archivos que necesita para configurarlo.

Pasos rápidos para crear un CoMoS independiente:

• Construya un caso de acuerdo con el paso anterior. Opcionalmente, imprima en 3D un estuche adicional para que el lector de tarjetas micro SC se conecte al estuche CoMoS. Si no tiene una impresora 3D disponible, el lector de tarjetas también se puede colocar dentro de la carcasa principal de CoMoS, no se preocupe.
• Conecte todos los sensores como se describió anteriormente, pero además, instale y conecte un lector de tarjetas micro SD (amazon.com) y un reloj en tiempo real DS3231 (adafruit.com) como se indica en el esquema de cableado adjunto a este paso. Nota: ¡Los pines para la resistencia pull-up y el oneWire difieren del esquema de cableado original!
• Verifique el código Arduino y ajuste las variables del punto de acceso WiFi "ssid_AP" y "password_AP" según sus preferencias personales. Si no se ajusta, el SSID estándar es "CoMoS_AP" y la contraseña es "12345678".
• Inserte la tarjeta micro SD, cargue el código, cargue el contenido de la carpeta "datos" en el ESP32 usando el cargador de archivos SPIFFS y conecte cualquier dispositivo móvil al punto de acceso WiFi.
• Vaya a "192.168.4.1" en su navegador móvil y ¡diviértase!

La aplicación está basada en html, css y javascript. Es local, no se requiere ni se requiere conexión a Internet. Cuenta con un menú lateral en la aplicación para acceder a una página de configuración y una página de memoria. En la página de configuración, puede ajustar las configuraciones más importantes como la fecha y hora local, el intervalo de lectura del sensor, etc. Todas las configuraciones se almacenarán permanentemente en el almacenamiento interno del ESP32 y se restaurarán en el próximo arranque. En la página de memoria, está disponible una lista de archivos en la tarjeta SD. Al hacer clic en un nombre de archivo, se inicia una descarga directa del archivo CSV al dispositivo móvil.

Esta configuración del sistema permite el monitoreo individual y remoto de las condiciones ambientales interiores. Todas las lecturas del sensor se almacenan en la tarjeta SD periódicamente, y se crean nuevos archivos para cada nuevo día. Esto permite un funcionamiento continuo durante semanas o meses sin acceso ni mantenimiento. Como se mencionó anteriormente, esta es todavía una investigación y un desarrollo en curso. Si está interesado en obtener más detalles o asistencia, no dude en ponerse en contacto con el autor correspondiente a través de los comentarios o directamente a través de LinkedIn.

Paso 10: Epílogo: problemas conocidos y Outlook

La estación de sensores descrita en este instructivo es el resultado de una investigación larga y en curso. El objetivo es crear un sistema de sensores confiable, preciso y de bajo costo para las condiciones ambientales de interiores. Esto sostuvo y presenta algunos desafíos serios, de los cuales los más ciertos deben mencionarse aquí:

Precisión y calibración del sensor

Todos los sensores utilizados en este proyecto ofrecen una precisión relativamente alta a un costo bajo o moderado. La mayoría están equipados con reducción de ruido interno e interfaces de bus digital para la comunicación, lo que reduce la necesidad de calibración o ajustes de nivel. De todos modos, debido a que los sensores están instalados en o sobre una caja con ciertos atributos, los autores realizaron una calibración de la estación de sensores completa, como se muestra brevemente en las imágenes adjuntas. Se probaron un total de diez estaciones de sensores igualmente construidas en condiciones ambientales definidas y se compararon con un dispositivo sensor de clima interior profesional TESTO 480. A partir de estas corridas, se determinaron los factores de calibración incluidos en el código de ejemplo. Permiten una compensación simple de la influencia de la caja y la electrónica en los sensores individuales. Para alcanzar la máxima precisión, se recomienda una calibración individual para cada estación de sensor. La calibración de este sistema es un segundo enfoque de la investigación de los autores, además del desarrollo y la construcción descritos en este instructivo. Se trata en una publicación adicional conectada, que aún se encuentra en revisión por pares y se vinculará aquí tan pronto como esté en línea. Encuentre más información sobre este tema en el sitio web de los autores.

Estabilidad de operación ESP32

No todas las bibliotecas de sensores basadas en Arduino utilizadas en este código son totalmente compatibles con la placa ESP32. Este tema ha sido ampliamente discutido en muchos puntos en línea, especialmente con respecto a la estabilidad de la comunicación I2C y OneWire. En este desarrollo, se lleva a cabo una nueva detección y manejo de errores combinados, basado en alimentar los sensores directamente a través de los pines IO del ESP32 para permitir cortar su fuente de alimentación con el propósito de reiniciar. Desde la perspectiva actual, esta solución no se ha presentado o no se ha debatido ampliamente. Nació por necesidad, pero hasta la fecha funciona sin problemas para períodos de funcionamiento de varios meses y más. Sin embargo, sigue siendo un tema de investigación.

panorama

Junto con este instructable, los autores realizan más publicaciones escritas y presentaciones de conferencias para difundir el desarrollo y permitir una aplicación amplia y de código abierto. Mientras tanto, se continúa la investigación para mejorar aún más la estación de sensores, especialmente en lo que respecta al diseño del sistema y la capacidad de fabricación, y la calibración y verificación del sistema. Este instructivo podría actualizarse sobre importantes desarrollos futuros, pero para obtener toda la información actualizada, visite el sitio web de los autores o comuníquese con los autores directamente a través de LinkedIn:

autor correspondiente: Mathias Kimmling

segundo autor: Konrad Lauenroth

mentora de investigación: Prof. Sabine Hoffmann

Segundo premio por primera vez como autor