Comment construire une station de capteur de surveillance du confort : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cette instructable décrit la conception et la construction d'une soi-disant station de surveillance de confort CoMoS, un dispositif de capteur combiné pour les conditions ambiantes, qui a été développé au département de l'environnement bâti de TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Allemagne.

CoMoS utilise un contrôleur ESP32 et des capteurs pour la température de l'air et l'humidité relative (Si7021), la vitesse de l'air (capteur de vent rev. C par Modern Device) et la température du globe (DS18B20 dans une ampoule noire), le tout dans un boîtier compact et facile à utiliser. boîtier de construction avec retour visuel via un indicateur LED (WS2812B). De plus, un capteur d'éclairement (BH1750) est inclus pour analyser la condition visuelle locale. Toutes les données des capteurs sont lues périodiquement et envoyées via Wi-Fi à un serveur de base de données, d'où elles peuvent être utilisées pour la surveillance et les contrôles.

La motivation derrière ce développement est d'obtenir une alternative peu coûteuse mais très puissante aux capteurs de laboratoire, qui sont généralement à un prix supérieur à 3000 €. En revanche, CoMoS utilise du matériel d'un prix total d'environ 50 € et peut donc être déployé de manière globale dans des bâtiments (de bureaux) pour une détermination en temps réel de l'état thermique et visuel individuel de chaque lieu de travail ou section du bâtiment.

Pour plus d'informations sur nos recherches et les travaux connectés du département, consultez le site officiel des espaces de bureaux intelligents du Living Lab ou contactez directement l'auteur correspondant via LinkedIn. Les contacts de tous les auteurs sont répertoriés à la fin de cette instructable.

Note structurelle: cette instructable décrit la configuration d'origine de CoMoS, mais elle fournit également des informations et des instructions pour quelques variantes que nous avons récemment développées: outre le boîtier d'origine construit à partir de pièces standard, il existe également une option imprimée en 3D. Et en plus de l'appareil d'origine avec connexion au serveur de base de données, il existe une version autonome alternative avec stockage sur carte SD, point d'accès WIFi intégré et une application mobile sophistiquée pour visualiser les lectures des capteurs. Veuillez vérifier les options marquées dans les chapitres correspondants et l'option autonome dans le dernier chapitre.

Note personnelle: il s'agit du premier instructable de l'auteur, et il couvre une configuration assez détaillée et complexe. N'hésitez pas à nous contacter via la section commentaires de cette page, par e-mail ou via LinkedIn, s'il manque des détails ou des informations tout au long des étapes.

Étape 1: Contexte – Confort thermique et visuel

Le confort thermique et visuel sont devenus des sujets de plus en plus importants, notamment dans les environnements de bureau et de travail, mais aussi dans le secteur résidentiel. Le principal défi dans ce domaine est que la perception thermique des individus varie souvent dans une large gamme. Une personne peut avoir chaud dans une certaine condition thermique tandis qu'une autre personne a froid dans la même. En effet, la perception thermique individuelle est influencée par de nombreux facteurs, notamment les facteurs physiques de la température de l'air, de l'humidité relative, de la vitesse de l'air et de la température radiante des surfaces environnantes. Mais aussi, les vêtements, l'activité métabolique et un aspect individuel de l'âge, du sexe, de la masse corporelle, etc., influencent la perception thermique.

Alors que les facteurs individuels restent une incertitude en termes de commandes de chauffage et de refroidissement, les facteurs physiques peuvent être déterminés avec précision par des dispositifs de détection. La température de l'air, l'humidité relative, la vitesse de l'air et la température du globe peuvent être mesurées et utilisées comme entrée directe pour les commandes du bâtiment. De plus, dans une approche plus détaillée, ils peuvent être utilisés comme entrée pour calculer ce que l'on appelle l'indice PMV, où PMV signifie Predicted Mean Vote. Il décrit comment les gens seraient en moyenne susceptibles d'évaluer leur sensation thermique dans des conditions ambiantes données. PMV peut prendre des valeurs de -3 (froid) à +3 (chaud), 0 étant un état neutre.

Pourquoi mentionnons-nous cette chose PMV ici? Eh bien, parce que dans le domaine du confort personnel c'est un indice couramment utilisé qui peut servir de critère de qualité pour la situation thermique d'un bâtiment. Et avec CoMoS, tous les paramètres ambiants requis pour le calcul PMV peuvent être mesurés.

Si vous êtes intéressé, découvrez-en plus sur le confort thermique, le contexte du globe et de la température radiante moyenne, l'indice PMV et la mise en œuvre de la norme ASHRAE sur

Wikipédia: Confort thermique

ISO 7726 Ergonomie de l'environnement thermique

ASHRAE ASBL

D'ailleurs: Il existe depuis longtemps, mais aussi de nombreux gadgets nouvellement développés dans le domaine de l'environnement personnalisé pour offrir un confort thermique et visuel individuel. Les petits ventilateurs de bureau en sont un exemple bien connu. Mais aussi, des chauffe-pieds, des chaises chauffantes et ventilées, ou encore des cloisons de bureau pour le chauffage et le refroidissement par rayonnement IR sont en cours de développement ou même déjà disponibles sur le marché. Toutes ces technologies influencent les conditions thermiques locales, sur un lieu de travail par exemple, et elles peuvent également être contrôlées automatiquement en fonction des données des capteurs locaux, comme illustré dans les images de cette étape.

Plus d'informations sur les gadgets de l'environnement personnalisé et les recherches en cours sont disponibles sur

Espace de bureau intelligent Living Lab: Environnement personnalisé

Université de Californie, Berkeley

Rapport ZEN sur les appareils de chauffage et de refroidissement personnels [PDF]

Université SBRC de Wollongong

Étape 2: schéma du système

L'un des principaux objectifs du processus de développement était de créer un dispositif de détection sans fil, compact et peu coûteux pour mesurer les conditions environnementales intérieures d'au moins dix lieux de travail individuels dans un espace de bureau ouvert donné. Par conséquent, la station utilise un ESP32-WROOM-32 avec une connectivité WiFi intégrée et une grande variété de broches de connecteur et de types de bus pris en charge pour toutes sortes de capteurs. Les stations de capteurs utilisent un IoT-WiFi séparé et envoient leurs lectures de données à une base de données MariaDB via un script PHP qui s'exécute sur le serveur de base de données. En option, une sortie visuelle Grafana facile à utiliser peut également être installée.

Le schéma ci-dessus montre la disposition de tous les composants périphériques comme un aperçu de la configuration du système, mais cette instructable se concentre sur la station de capteur elle-même. Bien sûr, le fichier PHP et une description de la connexion SQL sont également inclus plus tard, pour fournir toutes les informations nécessaires pour construire, connecter et utiliser CoMoS.

Remarque: à la fin de cette instructable, vous pouvez trouver des instructions sur la façon de créer une version autonome alternative de CoMoS avec stockage sur carte SD, point d'accès WiFi interne et une application Web pour appareils mobiles.

Étape 3: Liste des fournitures

Électronique

Capteurs et contrôleur, comme indiqué sur l'image:

• Microcontrôleur ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Capteur de température et d'humidité Si7021 ou GY21 (adafruit.com) [B]
• Capteur de température DS18B20+ (adafruit.com) [C]
• Capteur de vitesse de l'air Rev C. (moderndevice.com) [D]
• LED d'état WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Capteur d'éclairement BH1750 (amazon.de) [F]

Plus de pièces électriques:

• Résistance de rappel 4, 7k (adafruit.com)
• Fil standard de 0, 14 mm² (ou similaire) (adafruit.com)
• 2x connecteurs d'épissage compacts Wago (wago.com)
• Câble micro USB (sparkfun.com)

Pièces du boîtier (Trouvez des informations plus détaillées sur ces pièces et tailles à l'étape suivante. Si vous disposez d'une imprimante 3D, vous n'avez besoin que d'une balle de tennis de table. Ignorez l'étape suivante et recherchez toutes les informations et les fichiers à imprimer à l'étape 5.)

• Plaque acrylique ronde 50x4 mm [1]
• Tôle d'acier ronde 40x10 mm [2]
• Tube acrylique 50x5x140 mm [3]
• Plaque acrylique ronde 40x5 mm [4]
• Tube acrylique 12x2x50 mm [5]
• Balle de tennis de table [6]

Divers

• Aérosol de peinture blanche
• Bombe de peinture noire mate
• du ruban adhésif
• Un peu de laine isolante, un coton ou quelque chose de similaire

Outils

• Perceuse électrique
• Foret en acier de 8 mm
• Foret bois/plastique 6 mm
• Foret bois/plastique 12 mm
• Scie à main mince
• Papier de verre
• Pince coupante de fil
• Pince à dénuder
• Fer à souder et étain
• Pistolet à colle électrique ou à colle chaude

Logiciels et bibliothèques (les chiffres indiquent les versions de bibliothèque avec lesquelles nous avons utilisé et testé le matériel. Les bibliothèques plus récentes devraient également fonctionner, mais nous avons rencontré des problèmes de temps en temps en essayant des versions différentes / plus récentes.)

• IDE Arduino (1.8.5)
• Bibliothèque principale ESP32
• Bibliothèque BH1750FVI
• Bibliothèque Adafruit_Si7021 (1.0.1)
• Bibliothèque Adafruit_NeoPixel (1.1.6)
• Bibliothèque DallasTemperature (3.7.9)
• Bibliothèque OneWire (2.3.3)

Étape 4: Conception et construction du boîtier – Option 1

La conception de CoMoS comprend un boîtier mince et vertical avec la plupart des capteurs montés dans la zone supérieure, avec uniquement le capteur de température et d'humidité monté près du bas. Les positions et dispositions des capteurs suivent les exigences spécifiques des variables mesurées:

• Le capteur de température et d'humidité Si7021 est monté à l'extérieur du boîtier, près de son fond, pour permettre une libre circulation de l'air autour du capteur et pour minimiser l'influence de la chaleur perdue dégagée par le microcontrôleur à l'intérieur du boîtier.
• Le capteur d'éclairement BH1750 est monté sur le dessus plat du boîtier, pour mesurer l'éclairage sur une surface horizontale comme l'exigent les normes communes sur l'éclairage du lieu de travail.
• Le capteur de vent Rev. C est également monté dans le haut du boîtier, avec son électronique cachée à l'intérieur du boîtier, mais ses dents, qui portent l'anémomètre thermique et le capteur de température, sont exposées à l'air autour du haut.
• Le capteur de température DS18B20 est monté tout en haut de la station, à l'intérieur d'une balle de tennis de table peinte en noir. La position sur le dessus est nécessaire pour minimiser les facteurs de vue et donc l'influence radiative de la station de capteur elle-même sur la mesure de la température du globe.

Des ressources supplémentaires sur la température radiante moyenne et l'utilisation de balles de tennis de table noires comme capteurs de température du globe sont:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Aptitude des thermomètres à globe en acrylique et en cuivre pour les environnements extérieurs diurnes. Bâtiment et environnement. 89. 10.1016/j.buildenv.2015.03.002.

de Cher, Richard. (1987). Thermomètres à globe de ping-pong pour la température moyenne de rayonnement. H & Ing.,. 60. 10-12.

Le boîtier est conçu de manière simple, pour réduire au maximum le temps et les efforts de fabrication. Il peut facilement être construit à partir de pièces et de composants standard avec seulement quelques outils et compétences simples. Ou, pour ceux qui ont la chance d'avoir une imprimante 3D à leur service, toutes les pièces du boîtier peuvent également être imprimées en 3D. Pour imprimer le boîtier, le reste de cette étape peut être ignoré et tous les fichiers et instructions requis peuvent être trouvés à l'étape suivante.

Pour la construction à partir de pièces standards, les cotes de montage sont choisies pour la plupart d'entre elles:

• Le corps principal est un tuyau en acrylique (PMMA) de 50 mm de diamètre extérieur, 5 mm d'épaisseur de paroi et 140 mm de hauteur.
• La plaque inférieure, qui sert de conducteur de lumière pour la LED d'état, est une plaque ronde en acrylique de 50 mm de diamètre et d'une épaisseur de 4 mm.
• Un rond en acier d'un diamètre de 40 mm et d'une épaisseur de 10 mm est installé comme un poids sur le dessus de la plaque inférieure et s'insère à l'intérieur de l'extrémité inférieure du tube du corps principal pour empêcher la station de basculer et pour maintenir la plaque inférieure en place.
• La plaque supérieure s'adapte également à l'intérieur du tube du corps principal. Il est en PMMA et a un diamètre de 40 mm et une épaisseur de 5 mm.
• Enfin, le tube montant supérieur est également en PMMA, avec un diamètre extérieur de 10 mm, une épaisseur de paroi de 2 mm et une longueur de 50 mm.

Le processus de fabrication et d'assemblage est simple, commençant par quelques trous à percer. Le rond en acier a besoin d'un trou continu de 8 mm, pour s'adapter à la LED et aux câbles. Le tube du corps principal a besoin de quelques trous de 6 mm, comme passe-câbles pour les câbles USB et du capteur, et comme trous de ventilation. Le nombre et la position des trous peuvent être modifiés selon vos préférences. Le choix des développeurs est six trous à l'arrière, près du haut et du bas, et deux à l'avant, un en haut, un en bas à nouveau, comme référence.

La plaque supérieure est la partie la plus délicate. Il faut un ensemble centré, droit et continu de 12 mm pour s'adapter au tube montant supérieur, un autre trou excentré de 6 mm pour s'adapter au câble du capteur d'éclairement, et une fine fente d'environ 1, 5 mm de largeur et 18 mm de longueur pour s'adapter au vent capteur. Voir les images pour référence. Et enfin, la balle de tennis de table a également besoin d'un ensemble de 6 mm pour s'adapter au capteur de température du globe et au câble.

Dans l'étape suivante, toutes les pièces en PMMA, à l'exception de la plaque de fond, doivent être peintes à la bombe, la référence est blanche. La balle de tennis de table doit être peinte en noir mat pour établir ses attributs thermiques et optiques estimés.

Le rond en acier est collé centré et plat sur la plaque inférieure. Le tube montant supérieur est collé dans le trou de 12 mm de la plaque supérieure. La balle de tennis de table est collée sur l'extrémité supérieure de la colonne montante, avec son trou correspondant à l'ouverture intérieure du tube de la colonne montante, de sorte que le capteur de température et le câble peuvent être insérés ensuite dans la balle à travers le tube de la colonne montante.

Une fois cette étape terminée, toutes les pièces du boîtier sont prêtes à être assemblées en les assemblant. Si certains sont trop serrés, poncez-les un peu, s'ils sont trop lâches, ajoutez une fine couche de ruban adhésif.

Étape 5: Conception et construction du boîtier – Option 2

Bien que l'option 1 de construction du boîtier de CoMoS soit toujours simple et rapide, laisser une imprimante 3D faire le travail pourrait être encore plus facile. Également pour cette option, le boîtier est divisé en trois parties, le haut, le corps du boîtier et la partie inférieure, pour permettre un câblage et un assemblage faciles comme décrit à l'étape suivante.

Les fichiers et d'autres informations sur les paramètres de l'imprimante sont fournis sur Thingiverse:

Fichiers CoMoS sur Thingiverse

Il est fortement recommandé de suivre les instructions d'utilisation du filament blanc pour le dessus et les parties du corps du boîtier. Cela évite au boîtier de chauffer trop vite au soleil et évite les fausses mesures. Un filament transparent doit être utilisé pour la partie inférieure pour permettre l'éclairage de l'indicateur LED.

Une autre variante de l'option 1 est que le rond de métal est manquant. Pour éviter que le CoMoS ne bascule, tout type de poids comme des billes de roulement ou un tas de rondelles métalliques doit être placé dans/sur la partie inférieure transparente. Il est conçu avec un bord autour pour s'adapter et supporter un certain poids. Alternativement, CoMoS peut être scotché à son lieu d'installation en utilisant du ruban adhésif double face.

Remarque: le dossier Thingiverse comprend des fichiers pour un boîtier de lecteur de carte micro SD qui peut être monté sur le boîtier CoMoS. Ce cas est facultatif et fait partie de la version autonome décrite dans la dernière étape de cette instructable.

Étape 6: Câblage et assemblage

L'ESP, les capteurs, la LED et le câble USB sont soudés et connectés selon le circuit schématique montré dans les images de cette étape. L'attribution du code PIN correspondant à l'exemple de code décrit plus loin est:

• 14 - Pont de réinitialisation (EN) - [gris]
• 17 - WS2811 (LED) - [vert]
• 18 - résistance pullup pour DS18B20+
• 19 - DS18B20+ (un fil) - [violet]
• 21 - BH1750 & SI7021 (SDA) - [bleu]
• 22 - BH1750 & SI7021 (SCL) - [jaune]
• 25 - BH1750 (V-in) - [marron]
• 26 - SI7021 (V-in) - [marron]
• 27 - DS18B20+ (V-in) - [marron]
• 34 - Capteur de vent (TMP) - [cyan]
• 35 - Capteur de vent (RV) - [orange]
• VIN - Câble USB (+5V) - [rouge]
• GND - Câble USB (GND) - [noir]

Les capteurs Si7021, BH1750 et DS18B20+ sont alimentés via une broche IO de l'ESP32. Ceci est possible car leur tirage de courant maximum est inférieur à l'alimentation en courant maximum de l'ESP par broche, et nécessaire pour pouvoir réinitialiser les capteurs en coupant leur alimentation en cas d'erreurs de communication des capteurs. Voir le code ESP et les commentaires pour plus d'informations.

Les capteurs Si7021 et BH1750, tout comme le câble USB, doivent être soudés avec les câbles déjà passés dans les trous dédiés du boîtier pour permettre l'assemblage à l'étape suivante. Les connecteurs d'épissure compacts WAGO sont utilisés pour connecter les appareils à l'alimentation électrique par le câble USB. Tous sont alimentés en 5 V DC par USB, qui fonctionne avec le niveau logique de l'ESP32 à 3, 3 V. En option, les broches de données du câble micro USB peuvent être reconnectées à la prise micro USB et connectées au micro USB de l'ESP prise, comme entrée d'alimentation et connexion de données pour transférer le code à l'ESP32 pendant que le boîtier est fermé. Sinon, s'il est connecté comme indiqué dans le schéma, un autre câble micro USB intact est nécessaire pour transférer initialement le code vers l'ESP avant d'assembler le boîtier.

Le capteur de température Si7021 est collé à l'arrière du boîtier, près du fond. Il est très important de fixer ce capteur près du fond, pour éviter les fausses lectures de température causées par la chaleur dégagée à l'intérieur du boîtier. Voir l'étape Epilogue pour plus d'informations sur ce problème. Le capteur d'éclairement BH1750 est collé à la plaque supérieure et le capteur de vent est inséré et monté sur la fente du côté opposé. S'il est trop lâche, un peu de ruban adhésif autour de la partie centrale du capteur aide à le maintenir en place. Le capteur de température DS18B20 est inséré à travers la colonne montante supérieure dans la balle de tennis de table, avec une position finale au centre de la balle. L'intérieur de la colonne montante supérieure est rempli de laine d'isolation et l'ouverture inférieure est scellée avec du ruban adhésif ou de la colle chaude, pour empêcher le transfert de chaleur par conduction ou convection vers le globe. La LED est fixée dans le trou rond en acier vers le bas pour éclairer la plaque inférieure.

Tous les fils, les connecteurs d'épissage et l'ESP32 vont à l'intérieur du boîtier principal et toutes les pièces du boîtier sont assemblées lors de l'assemblage final.

Étape 7: Logiciel - Configuration ESP, PHP et MariaDB

Le microcontrôleur ESP32 peut être programmé à l'aide de l'IDE Arduino et de la bibliothèque ESP32 Core fournie par Espressif. Il existe de nombreux tutoriels disponibles en ligne sur la configuration de l'IDE pour la compatibilité ESP32, par exemple ici.

Une fois configuré, le code joint est transféré à l'ESP32. Il est commenté tout au long pour faciliter la compréhension, mais certaines fonctionnalités clés sont:

• Il comporte une section "configuration utilisateur" au début, dans laquelle des variables individuelles doivent être configurées, telles que l'identifiant et le mot de passe WiFi, l'adresse IP du serveur de base de données, les lectures de données souhaitées et la période d'envoi. Il comprend également une variable « réglage du vent zéro » qui peut être utilisée pour ajuster les lectures de vitesse du vent zéro à 0 en cas d'alimentation électrique instable.
• Le code comprend des facteurs d'étalonnage moyens déterminés par les auteurs à partir de l'étalonnage de dix stations de capteurs existantes. Voir l'étape Epilogue pour plus d'informations et un ajustement individuel possible.
• Diverses gestions d'erreurs sont incluses dans plusieurs sections du code. Surtout une détection et une gestion efficaces des erreurs de communication de bus qui se produisent souvent sur les contrôleurs ESP32. Encore une fois, voir l'étape Epilogue pour plus d'informations.
• Il dispose d'une sortie de couleur LED pour afficher l'état actuel de la station de détection et toute erreur. Voir l'étape Résultats pour plus d'informations.

Le fichier PHP joint doit être installé et accessible dans le dossier racine du serveur de base de données, à serverIP/sensor.php. Le nom du fichier PHP et le contenu du traitement des données doivent correspondre au code de fonction d'appel de l'ESP et, d'autre part, correspondre à la configuration de la table de la base de données, pour permettre le stockage des lectures de données. Les exemples de codes joints correspondent, mais si vous modifiez certaines variables, elles doivent être modifiées dans l'ensemble du système. Le fichier PHP comprend une section d'ajustement au début, dans laquelle des ajustements individuels sont effectués en fonction de l'environnement du système, en particulier le nom d'utilisateur et le mot de passe de la base de données, et le nom de la base de données.

Une base de données MariaDB ou SQL est configurée sur le même serveur, selon la configuration de la table utilisée dans le code de la station de détection et le script PHP. Dans l'exemple de code, le nom de la base de données MariaDB est "sensorstation" avec une table nommée "data", qui contient 13 colonnes pour UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, et IllumMax.

Une plate-forme d'analyse et de surveillance Grafana peut être installée en plus sur le serveur en option pour la visualisation directe de la base de données. Ce n'est pas une caractéristique clé de ce développement, il n'est donc pas décrit plus en détail dans cette instructable.

Étape 8: Résultats – Lecture et vérification des données

Une fois tout le câblage, l'assemblage, la programmation et la configuration environnementale terminés, la station de détection envoie périodiquement les lectures de données à la base de données. Lorsqu'il est sous tension, plusieurs états de fonctionnement sont indiqués par la couleur du voyant inférieur:

• Pendant le démarrage, la LED s'allume en jaune pour indiquer la connexion en attente au WiFi.
• Lorsque et pendant la connexion, l'indicateur est bleu.
• La station de capteurs exécute les lectures des capteurs et les envoie périodiquement au serveur. Chaque transfert réussi est signalé par une impulsion lumineuse verte de 600 ms.
• En cas d'erreur, l'indicateur deviendra rouge, violet ou jaunâtre, selon le type d'erreur. Après un certain temps ou nombre d'erreurs, la station de capteur réinitialise tous les capteurs et redémarre automatiquement, à nouveau indiqué par un voyant jaune au démarrage. Voir le code ESP32 et les commentaires pour plus d'informations sur les couleurs de l'indicateur.

Une fois cette dernière étape terminée, la station de détection fonctionne et fonctionne en continu. À ce jour, un réseau de 10 stations de capteurs est installé et fonctionne dans l'espace de bureau intelligent Living Lab mentionné précédemment.

Étape 9: Alternative: Version autonome

Le développement de CoMoS se poursuit et le premier résultat de ce processus en cours est une version autonome. Cette version de CoMoS n'a pas besoin d'un serveur de base de données et d'un réseau WiFi pour surveiller et enregistrer les données environnementales.

Les nouvelles fonctionnalités clés sont:

• Les lectures de données sont stockées sur une carte micro SD interne, au format CSV compatible Excel.
• Point d'accès WiFi intégré pour l'accès au CoMoS par n'importe quel appareil mobile.
• Application Web (serveur Web interne sur ESP32, aucune connexion Internet requise) pour les données en direct, les paramètres et l'accès au stockage avec téléchargement direct de fichiers à partir de la carte SD, comme indiqué sur l'image et les captures d'écran jointes à cette étape.

Cela remplace le WiFi et la connexion à la base de données tandis que toutes les autres fonctionnalités, y compris l'étalonnage, la conception et la construction restent inchangées par rapport à la version d'origine. Néanmoins, le CoMoS autonome nécessite de l'expérience et des connaissances supplémentaires sur la façon d'accéder au système de gestion de fichiers interne "SPIFFS" de l'ESP32, ainsi qu'une petite connaissance de HTML, CSS et Javascript pour comprendre le fonctionnement de l'application Web. Il a également besoin de quelques bibliothèques supplémentaires / différentes pour fonctionner.

Veuillez vérifier le code Arduino dans le fichier zip joint pour les bibliothèques requises et les références suivantes pour plus d'informations sur la programmation et le téléchargement vers le système de fichiers SPIFFS:

Bibliothèque SPIFFS par espressif

Téléchargeur de fichiers SPIFFS par me-no-dev

Bibliothèque ESP32WebServer de Pedroalbuquerque

Cette nouvelle version ferait un tout nouveau instructable qui pourrait être publié à l'avenir. Mais pour l'instant, en particulier pour les utilisateurs plus expérimentés, nous ne voulons pas manquer l'occasion de partager les informations de base et les fichiers dont vous avez besoin pour le configurer.

Étapes rapides pour créer un CoMoS autonome:

• Construisez un cas selon l'étape précédente. En option, imprimez en 3D un boîtier supplémentaire pour le lecteur de carte micro SC à fixer au boîtier CoMoS. Si vous n'avez pas d'imprimante 3D disponible, le lecteur de carte peut également être placé à l'intérieur du boîtier principal CoMoS, pas de soucis.
• Câblez tous les capteurs comme décrit précédemment, mais en plus, installez et câblez un lecteur de carte micro SD (amazon.com) et une horloge temps réel DS3231 (adafruit.com) comme indiqué dans le schéma de câblage joint à cette étape. Remarque: les broches de la résistance pull-up et du oneWire diffèrent du schéma de câblage d'origine !
• Vérifiez le code Arduino et ajustez les variables du point d'accès WiFi "ssid_AP" et "password_AP" selon vos préférences personnelles. S'il n'est pas ajusté, le SSID standard est "CoMoS_AP" et le mot de passe est "12345678".
• Insérez la carte micro SD, téléchargez le code, téléchargez le contenu du dossier "data" sur l'ESP32 à l'aide du téléchargeur de fichiers SPIFFS et connectez n'importe quel appareil mobile au point d'accès WiFi.
• Accédez à "192.168.4.1" dans votre navigateur mobile et profitez-en !

L'application est entièrement basée sur html, css et javascript. C'est local, aucune connexion Internet n'est impliquée ou requise. Il dispose d'un menu latéral intégré à l'application pour accéder à une page de configuration et à une page de mémoire. Sur la page de configuration, vous pouvez régler les paramètres les plus importants tels que la date et l'heure locales, l'intervalle de lecture des capteurs, etc. Tous les paramètres seront stockés de manière permanente dans la mémoire interne de l'ESP32 et restaurés au prochain démarrage. Sur la page mémoire, une liste des fichiers sur la carte SD est disponible. Cliquer sur un nom de fichier lance un téléchargement direct du fichier CSV sur l'appareil mobile.

Cette configuration du système permet une surveillance individuelle et à distance des conditions environnementales intérieures. Toutes les lectures des capteurs sont stockées périodiquement sur la carte SD, de nouveaux fichiers étant créés pour chaque nouveau jour. Cela permet un fonctionnement continu pendant des semaines ou des mois sans accès ni maintenance. Comme mentionné précédemment, il s'agit toujours d'une recherche et d'un développement en cours. Si vous êtes intéressé par plus de détails ou une assistance, n'hésitez pas à contacter l'auteur correspondant via les commentaires ou directement via LinkedIn.

Étape 10: Épilogue – Problèmes connus et perspectives

La station de capteur décrite dans ce instructable est le résultat d'une recherche longue et continue. L'objectif est de créer un système de capteurs fiable, précis et peu coûteux pour les conditions environnementales intérieures. Cela a tenu et recèle de sérieux défis, dont les plus certains doivent être mentionnés ici:

Précision et étalonnage du capteur

Les capteurs utilisés dans ce projet offrent tous une précision relativement élevée à un coût faible ou modéré. La plupart sont équipés d'une réduction de bruit interne et d'interfaces de bus numériques pour la communication, ce qui réduit le besoin d'étalonnage ou d'ajustement de niveau. Quoi qu'il en soit, étant donné que les capteurs sont installés dans ou sur un boîtier avec certains attributs, un étalonnage de la station de capteurs complète a été effectué par les auteurs, comme le montrent brièvement les images jointes. Au total, dix stations de capteurs de même construction ont été testées dans des conditions environnementales définies et comparées à un appareil de capteur de climat intérieur professionnel TESTO 480. A partir de ces analyses, les facteurs d'étalonnage inclus dans l'exemple de code ont été déterminés. Ils permettent une simple compensation de l'influence du boîtier et de l'électronique sur les capteurs individuels. Pour atteindre la plus grande précision, un étalonnage individuel pour chaque station de capteur est recommandé. L'étalonnage de ce système est un deuxième axe de recherche des auteurs, outre le développement et la construction décrits dans ce instructable. Il est discuté dans une publication connectée supplémentaire, qui est toujours en cours d'examen par les pairs et sera liée ici dès sa mise en ligne. Veuillez trouver plus d'informations à ce sujet sur le site Web des auteurs.

Stabilité de fonctionnement de l'ESP32

Toutes les bibliothèques de capteurs basées sur Arduino utilisées dans ce code ne sont pas entièrement compatibles avec la carte ESP32. Cette question a été largement discutée à de nombreux points en ligne, en particulier en ce qui concerne la stabilité de la communication I2C et OneWire. Dans ce développement, une nouvelle détection et gestion des erreurs combinées est effectuée, basée sur l'alimentation des capteurs directement via les broches IO de l'ESP32 pour permettre de couper leur alimentation à des fins de réinitialisation. Dans la perspective d'aujourd'hui, cette solution n'a pas été présentée ou n'est pas largement discutée. Il est né de la nécessité, mais fonctionne à ce jour sans problème pour des périodes d'exploitation de plusieurs mois et au-delà. Pourtant, cela reste un sujet de recherche.

Perspectives

Avec cette instructable, d'autres publications écrites et présentations de conférence sont réalisées par les auteurs pour diffuser le développement et permettre une application large et open source. Pendant ce temps, les recherches se poursuivent pour améliorer encore la station de détection, en particulier en ce qui concerne la conception et la fabrication du système, ainsi que l'étalonnage et la vérification du système. Cette instructable peut être mise à jour sur les développements futurs importants, mais pour toutes les informations à jour, veuillez visiter le site Web des auteurs ou contacter les auteurs directement via LinkedIn:

auteur correspondant: Mathias Kimmling

deuxième auteur: Konrad Lauenroth

mentor de recherche: Prof. Sabine Hoffmann

Deuxième prix du premier auteur