Como construir uma estação de sensor de monitoramento de conforto: 10 etapas (com fotos)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58

Este instrutível descreve o projeto e a construção da chamada Estação de Monitoramento de Conforto CoMoS, um dispositivo sensor combinado para as condições ambientais, que foi desenvolvido no departamento de Ambiente Construído da TUK, Technische Universität Kaiserslautern, Alemanha.

O CoMoS usa um controlador ESP32 e sensores de temperatura e umidade relativa do ar (Si7021), velocidade do ar (sensor de vento rev. C da Modern Device) e temperatura do globo (DS18B20 em uma lâmpada preta), tudo em um formato compacto e fácil de construir a caixa com feedback visual através de um indicador LED (WS2812B). Além disso, um sensor de iluminância (BH1750) está incluído para analisar a condição visual local. Todos os dados do sensor são lidos periodicamente e enviados por Wi-Fi para um servidor de banco de dados, de onde podem ser usados para monitoramento e controle.

A motivação por trás deste desenvolvimento é obter uma alternativa de baixo custo, mas muito poderosa, aos dispositivos sensores de laboratório, que normalmente custam acima de 3000 €. Em contraste, o CoMoS usa hardware com um preço total em torno de 50 € e pode, portanto, ser implementado de forma abrangente em edifícios (de escritórios) para determinação em tempo real da condição térmica e visual individual em cada local de trabalho ou seção do edifício.

Para obter mais informações sobre nossa pesquisa e o trabalho conectado no departamento, verifique o site oficial do espaço de escritório inteligente Living Lab ou entre em contato com o autor correspondente diretamente através do LinkedIn. Os contatos de todos os autores estão listados no final deste manual.

Nota estrutural: Este instrutivo descreve a configuração original do CoMoS, mas também fornece informações e instruções para algumas variações que desenvolvemos recentemente: Além da caixa original construída com peças padrão, há também uma opção impressa em 3D. E além do dispositivo original com conexão de servidor de banco de dados, há uma versão autônoma alternativa com armazenamento em cartão SD, ponto de acesso WIFi integrado e um aplicativo móvel sofisticado para visualizar as leituras do sensor. Verifique as opções marcadas nos capítulos correspondentes e a opção autônoma no capítulo final.

Nota pessoal: Este é o primeiro instrutível do autor e cobre uma configuração bastante detalhada e complexa. Por favor, não hesite em entrar em contato através da seção de comentários desta página, por e-mail, ou através do LinkedIn, se houver algum detalhe ou informação faltando ao longo das etapas.

Etapa 1: Fundo - Conforto Térmico e Visual

O conforto térmico e visual são temas cada vez mais importantes, especialmente em ambientes de escritórios e locais de trabalho, mas também no setor residencial. O principal desafio neste campo é que a percepção térmica dos indivíduos geralmente varia em uma ampla gama. Uma pessoa pode sentir calor em uma determinada condição térmica, enquanto outra pode sentir frio na mesma. Isso ocorre porque a percepção térmica individual é influenciada por muitos fatores, incluindo os fatores físicos de temperatura do ar, umidade relativa, velocidade do ar e temperatura radiante das superfícies circundantes. Mas também, roupas, atividade metabólica e um aspecto individual de idade, sexo, massa corporal e muito mais influenciam a percepção térmica.

Enquanto os fatores individuais permanecem uma incerteza em termos de controles de aquecimento e resfriamento, os fatores físicos podem ser determinados com precisão por dispositivos sensores. A temperatura do ar, a umidade relativa, a velocidade do ar e a temperatura do globo podem ser medidas e usadas como uma entrada direta para os controles do prédio. Além disso, em uma abordagem mais detalhada, eles podem ser usados como entrada para calcular o chamado índice PMV, onde PMV significa Voto Médio Predito. Ele descreve como as pessoas, em média, classificariam sua sensação térmica em determinadas condições ambientais do ambiente. PMV pode assumir valores de -3 (frio) a +3 (quente), com 0 sendo um estado neutro.

Por que mencionamos aquela coisa do PMV aqui? Pois bem, porque no domínio do conforto pessoal é um índice muito utilizado que pode servir de critério de qualidade para a situação térmica de um edifício. E com o CoMoS, todos os parâmetros ambientais necessários para o cálculo do PMV podem ser medidos.

Se você estiver interessado, descubra mais sobre o conforto térmico, o contexto do globo e da temperatura radiante média, o índice PMV e a implementação do padrão ASHRAE em

Wikipedia: Conforto Térmico

ISO 7726 Ergonomia do ambiente térmico

ASHRAE NPO

A propósito: já existem há muito tempo, mas também muitos dispositivos recém-desenvolvidos no campo do ambiente personalizado para fornecer conforto térmico e visual individual. Ventiladores de desktop pequenos são um exemplo bem conhecido. Mas também, aquecedores de pés, cadeiras aquecidas e ventiladas ou divisórias de escritório para aquecimento e resfriamento por radiação infravermelha estão sendo desenvolvidos ou já estão disponíveis no mercado. Todas essas tecnologias influenciam a condição térmica local, em um local de trabalho, por exemplo, e podem ser controladas automaticamente com base nos dados do sensor local também, conforme ilustrado nas fotos desta etapa.

Mais informações sobre os gadgets de ambiente personalizado e as pesquisas em andamento estão disponíveis em

Espaço de escritório inteligente do Living Lab: ambiente personalizado

Universidade da California, Berkeley

Relatório ZEN sobre dispositivos de aquecimento e refrigeração pessoais [PDF]

SBRC University of Wollongong

Etapa 2: esquema do sistema

Um dos objetivos principais no processo de desenvolvimento era criar um dispositivo sensor sem fio, compacto e barato para medir as condições ambientais internas de pelo menos dez locais de trabalho individuais em um determinado espaço de escritório aberto. Portanto, a estação usa um ESP32-WROOM-32 com conectividade Wi-Fi on-board e com uma grande variedade de pinos de conector e tipos de barramento compatíveis para todos os tipos de sensores. As estações de sensores usam um IoT-WiFi separado e enviam suas leituras de dados para um banco de dados MariaDB por meio de um script PHP que é executado no servidor de banco de dados. Opcionalmente, uma saída visual Grafana fácil de usar também pode ser instalada.

O esquema acima mostra o arranjo de todos os componentes periféricos como uma visão geral da configuração do sistema, mas este instrutível concentra-se na própria estação do sensor. Obviamente, o arquivo PHP e uma descrição da conexão SQL também estão incluídos posteriormente, para fornecer todas as informações necessárias para construir, conectar e usar o CoMoS.

Nota: no final deste manual, você pode encontrar instruções sobre como construir uma versão autônoma alternativa do CoMoS com armazenamento em cartão SD, ponto de acesso WiFi interno e um aplicativo da web para dispositivos móveis.

Etapa 3: Lista de suprimentos

Eletrônicos

Sensores e controlador, conforme mostrado na imagem:

• Microcontrolador ESP32-WROOM-32 (espressif.com) [A]
• Sensor de temperatura e umidade Si7021 ou GY21 (adafruit.com) [B]
• DS18B20 + sensor de temperatura (adafruit.com) [C]
• Rev C. sensor de velocidade do ar (moderndevice.com) [D]
• LED de status WS2812B 5050 (adafruit.com) [E]
• Sensor de iluminância BH1750 (amazon.de) [F]

Mais peças elétricas:

• Resistor pull-up 4, 7k (adafruit.com)
• 0, 14 mm² (ou similar) fio padrão (adafruit.com)
• 2 conectores de emenda compactos Wago (wago.com)
• Cabo micro USB (sparkfun.com)

Partes da caixa (Encontre informações mais detalhadas sobre essas peças e tamanhos na próxima etapa. Se você tiver uma impressora 3D disponível, precisará apenas de uma bola de tênis de mesa. Pule a próxima etapa e encontre todas as informações e arquivos para impressão na etapa 5.)

• Placa acrílica redonda 50x4 mm [1]
• Placa de aço redonda 40x10 mm [2]
• Tubo de acrílico 50x5x140 mm [3]
• Placa acrílica redonda 40x5 mm [4]
• Tubo de acrílico 12x2x50 mm [5]
• Bola de tênis de mesa [6]

Diversos

• Spray de tinta branca
• Spray de tinta preta fosca
• Alguma fita
• Um pouco de lã isolante, uma almofada de algodão ou qualquer coisa semelhante

Ferramentas

• Furadeira
• Furadeira de 8 mm
• Broca de madeira / plástico de 6 mm
• Broca de madeira / plástico de 12 mm
• Serra de mão fina
• Lixa
• Alicate para corte de arame
• Descascador de fios
• Ferro de soldar e lata
• Cola elétrica ou pistola de cola quente

Software e bibliotecas (os números indicam as versões das bibliotecas que usamos e com as quais testamos o hardware. Bibliotecas mais recentes também devem funcionar, mas ocasionalmente enfrentamos alguns problemas ao tentar versões diferentes / mais novas.)

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

Etapa 4: Projeto e construção da caixa - Opção 1

O design do CoMoS apresenta uma caixa vertical estreita com a maioria dos sensores montados na área superior, com apenas o sensor de temperatura e umidade montado próximo à parte inferior. As posições e disposições do sensor seguem os requisitos específicos das variáveis medidas:

• O sensor de temperatura e umidade Si7021 é montado fora do gabinete, próximo à parte inferior, para permitir a livre circulação de ar ao redor do sensor e para minimizar a influência do calor residual gerado pelo microcontrolador dentro do gabinete.
• O sensor de iluminância BH1750 é montado na parte superior plana da caixa, para medir a iluminação em uma superfície horizontal, conforme exigido pelos padrões comuns de iluminação do local de trabalho.
• O sensor de vento Rev. C também é montado na parte superior da caixa, com seus componentes eletrônicos escondidos dentro da caixa, mas seus dentes, que carregam o anemômetro térmico real e o sensor de temperatura, expostos ao ar ao redor da parte superior.
• O sensor de temperatura DS18B20 é montado no topo da estação, dentro de uma bola de tênis de mesa pintada de preto. A posição no topo é necessária para minimizar os fatores de visualização e, portanto, a influência radiativa da própria estação do sensor na medição da temperatura do globo.

Recursos adicionais sobre a temperatura radiante média e o uso de bolas de tênis de mesa pretas como sensores de temperatura global são:

Wang, Shang & Li, Yuguo. (2015). Adequação dos termômetros de acrílico e globo de cobre para ambientes externos diurnos. Construção e meio ambiente. 89. 10.1016 / j.buildenv.2015.03.002.

de Caro, Richard. (1987). Termômetros de globo de pingue-pongue para temperatura radiante média. H & Eng.,. 60. 10-12.

O caso é projetado de forma simples, para manter o tempo e esforço de fabricação o mais baixo possível. Ele pode ser facilmente construído a partir de peças e componentes padrão com apenas algumas ferramentas e habilidades simples. Ou, para aqueles que têm a sorte de ter uma impressora 3D ao seu serviço, todas as partes da caixa também podem ser impressas em 3D. Para imprimir o caso, o restante desta etapa pode ser ignorado e todos os arquivos e instruções necessários podem ser encontrados na próxima etapa.

Para a construção de peças padrão, as dimensões de encaixe são escolhidas para a maioria delas:

• O corpo principal é um tubo de acrílico (PMMA) com diâmetro externo de 50 mm, espessura de parede de 5 mm e altura de 140 mm.
• A placa inferior, que serve como condutor de luz para o LED de status, é uma placa redonda de acrílico com 50 mm de diâmetro e 4 mm de espessura.
• Um círculo de aço com um diâmetro de 40 mm e uma espessura de 10 mm é instalado como um peso no topo da placa inferior e encaixado dentro da extremidade inferior do tubo do corpo principal para evitar que a estação tombe e prenda a placa inferior no lugar.
• A placa superior também se encaixa dentro do tubo do corpo principal. É feito de PMMA e tem um diâmetro de 40 mm e uma espessura de 5 mm.
• Finalmente, o tubo ascendente superior também é PMMA, com um diâmetro externo de 10 mm, uma espessura de parede de 2 mm e um comprimento de 50 mm.

O processo de fabricação e montagem é simples, começando com alguns furos para fazer. O redondo de aço precisa de um orifício contínuo de 8 mm para encaixar o LED e os cabos. O tubo do corpo principal precisa de alguns orifícios de 6 mm, como passagem de cabo para os cabos USB e do sensor e como orifícios de ventilação. O número e as posições dos furos podem variar de acordo com sua preferência. A escolha dos desenvolvedores são seis orifícios na parte de trás, perto da parte superior e inferior, e dois na parte frontal, um superior e um inferior novamente, como referência.

A placa superior é a parte mais complicada. Ele precisa de um todo centrado, reto e contínuo de 12 mm para encaixar o tubo ascendente superior, outro orifício descentralizado de 6 mm para encaixar o cabo do sensor de iluminância e uma fenda fina de aproximadamente 1,5 mm de largura e 18 mm de comprimento para encaixar o vento sensor. Veja as fotos para referência. E, finalmente, a bola de tênis de mesa também precisa de um conjunto de 6 mm para se encaixar no sensor de temperatura do globo e no cabo.

Na próxima etapa, todas as peças de PMMA, exceto a placa inferior, devem ser pintadas com spray, a referência é branca. A bola de tênis de mesa deve ser pintada em preto fosco para estabelecer seus atributos térmicos e ópticos estimados.

O aço redondo é colado centralizado e plano na placa inferior. O tubo ascendente superior é colado no orifício de 12 mm da placa superior. A bola de tênis de mesa é colada na extremidade superior do tubo ascendente, com seu orifício correspondendo à abertura interna do tubo ascendente, para que o sensor de temperatura e o cabo possam ser inseridos na bola posteriormente através do tubo ascendente.

Concluída esta etapa, todas as partes da caixa estão prontas para serem montadas, colocando-as juntas. Se alguns ficarem muito apertados, lixe um pouco, se muito soltos, adicione uma camada fina de fita adesiva.

Etapa 5: Projeto e construção da caixa - Opção 2

Embora a opção 1 de construir o case do CoMoS ainda seja rápida e simples, deixar uma impressora 3D fazer o trabalho pode ser ainda mais fácil. Também para esta opção, a caixa é dividida em três partes, parte superior, corpo da caixa e parte inferior, para permitir fácil fiação e montagem conforme descrito na próxima etapa.

Os arquivos e mais informações sobre as configurações da impressora são fornecidos em Thingiverse:

Arquivos CoMoS no Thingiverse

É altamente recomendável seguir as instruções de uso de filamento branco para as partes superior e do corpo da caixa. Isso evita que a caixa aqueça muito rapidamente à luz do sol e evita medições falsas. Filamento transparente deve ser usado na parte inferior para permitir a iluminação do indicador LED.

Outra variação da Opção 1 é que a rodada de metal está faltando. Para evitar que o CoMoS tombe, qualquer tipo de peso, como esferas de rolamento ou um monte de arruelas de metal, deve ser colocado na parte inferior transparente. Ele é projetado com uma borda ao redor para caber e segurar algum peso. Como alternativa, o CoMoS pode ser colado no local de instalação usando fita dupla-face.

Nota: A pasta Thingiverse inclui arquivos para um estojo de leitor de cartão micro SD que pode ser montado no estojo CoMoS. Este caso é opcional e parte da versão autônoma descrita na última etapa deste instrutível.

Etapa 6: Fiação e montagem

O ESP, sensores, LED e cabo USB são soldados e conectados de acordo com o circuito esquemático mostrado nas fotos desta etapa. A atribuição do PIN correspondente ao código de exemplo descrito posteriormente é:

• 14 - Reiniciar ponte (EN) - [cinza]
• 17 - WS2811 (LED) - [verde]
• 18 - resistor pullup para DS18B20 +
• 19 - DS18B20 + (um fio) - [roxo]
• 21 - BH1750 e SI7021 (SDA) - [azul]
• 22 - BH1750 e SI7021 (SCL) - [amarelo]
• 25 - BH1750 (V-in) - [marrom]
• 26 - SI7021 (V-in) - [marrom]
• 27 - DS18B20 + (V-in) - [marrom]
• 34 - Sensor de vento (TMP) - [ciano]
• 35 - Sensor de vento (RV) - [laranja]
• VIN - cabo USB (+ 5V) - [vermelho]
• GND - cabo USB (GND) - [preto]

Os sensores Si7021, BH1750 e DS18B20 + são alimentados por um pino IO do ESP32. Isso é possível porque sua corrente máxima está abaixo da alimentação máxima de corrente por pino do ESP e é necessária para reiniciar os sensores cortando sua alimentação em caso de erros de comunicação do sensor. Consulte o código ESP e comentários para obter mais informações.

Os sensores Si7021 e BH1750, assim como o cabo USB, devem ser soldados com os cabos já colocados nos orifícios dedicados da caixa para permitir a montagem na próxima etapa. Os conectores de emenda compactos WAGO são usados para conectar dispositivos à fonte de alimentação pelo cabo USB. Todos são alimentados a 5 V DC por USB, que funciona com o nível lógico do ESP32 a 3, 3 V. Opcionalmente, os pinos de dados do cabo micro USB podem ser reconectados ao plugue micro USB e conectados ao micro USB do ESP socket, como entrada de energia e conexão de dados para transferir o código para o ESP32 enquanto o caso está fechado. Caso contrário, se conectado conforme mostrado no esquema, outro cabo micro USB intacto é necessário para transferir inicialmente o código para o ESP antes de montar o gabinete.

O sensor de temperatura Si7021 é colado na parte de trás do case, perto da parte inferior. É muito importante prender este sensor próximo à parte inferior, para evitar leituras falsas de temperatura causadas pelo calor gerado dentro da caixa. Consulte a etapa do Epílogo para obter mais informações sobre esse problema. O sensor de iluminância BH1750 é colado na placa superior e o sensor de vento é inserido e encaixado na fenda do lado oposto. Se encaixar muito solto, um pouco de fita adesiva ao redor da parte central do sensor ajuda a mantê-lo na posição. O sensor de temperatura DS18B20 é inserido através do riser superior na bola de tênis de mesa, com uma posição final no centro da bola. O interior do riser superior é preenchido com lã de isolamento e a abertura inferior é vedada com fita ou cola quente, para evitar a transferência de calor por condução ou convecção para o globo. O LED é colocado no orifício redondo de aço voltado para baixo para iluminar a placa inferior.

Todos os fios, os conectores de emenda e o ESP32 vão para dentro da caixa principal e todas as partes da caixa são colocadas juntas na montagem final.

Etapa 7: Software - Configuração ESP, PHP e MariaDB

O microcontrolador ESP32 pode ser programado usando o Arduino IDE e a biblioteca ESP32 Core fornecida pelo Espressif. Existem muitos tutoriais disponíveis online sobre como configurar o IDE para compatibilidade com ESP32, por exemplo aqui.

Uma vez configurado, o código anexado é transferido para o ESP32. Ele é todo comentado para facilitar o entendimento, mas alguns recursos principais são:

• Possui uma seção de "configuração do usuário" no início, na qual variáveis individuais devem ser configuradas, como WiFi ID e senha, IP do servidor de banco de dados e leituras de dados desejados e período de envio. Ele também inclui uma variável de "ajuste de vento zero" que pode ser usada para ajustar as leituras de velocidade do vento zero para 0 no caso de uma fonte de alimentação não estável.
• O código inclui fatores de calibração médios determinados pelos autores da calibração de dez estações de sensores existentes. Consulte a etapa do Epílogo para obter mais informações e possíveis ajustes individuais.
• Vários tratamentos de erros estão incluídos em várias seções do código. Especialmente uma detecção e tratamento eficazes de erros de comunicação de barramento que ocorrem frequentemente em controladores ESP32. Novamente, consulte a etapa do Epílogo para obter mais informações.
• Ele tem uma saída de LED colorida para mostrar o estado atual da estação do sensor e quaisquer erros. Consulte a etapa Resultados para obter mais informações.

O arquivo PHP anexado deve ser instalado e acessível na pasta raiz do servidor de banco de dados, em serverIP / sensor.php. O nome do arquivo PHP e o conteúdo do tratamento de dados devem corresponder ao código da função de chamada do ESP e, por outro lado, corresponder à configuração da tabela do banco de dados, para permitir o armazenamento das leituras de dados. Os códigos de exemplo anexados são combinados, mas no caso de você alterar algumas variáveis, elas devem ser alteradas em todo o sistema. O arquivo PHP inclui uma seção de ajuste no início, na qual ajustes individuais são feitos de acordo com o ambiente do sistema, especialmente o nome de usuário e senha do banco de dados e o nome do banco de dados.

Um banco de dados MariaDB ou SQL é configurado no mesmo servidor, de acordo com a configuração da tabela usada no código da estação do sensor e no script PHP. No código de exemplo, o nome do banco de dados MariaDB é "sensorstation" com uma tabela chamada "data", que contém 13 colunas para UTCDate, ID, UID, Temp, Hum, Globe, Vel, VelMin, VelMax, MRT, Illum, IllumMin, e IllumMax.

Uma plataforma de análise e monitoramento Grafana pode ser instalada adicionalmente no servidor como uma opção para visualização direta do banco de dados. Este não é um recurso-chave deste desenvolvimento, portanto, não é descrito com mais detalhes neste instrutível.

Etapa 8: Resultados - Leitura e verificação de dados

Com toda a fiação, montagem, programação e configuração ambiental feita, a estação do sensor envia leituras de dados periodicamente para o banco de dados. Enquanto ligado, vários estados de operação são indicados por meio da cor inferior do LED:

• Durante a inicialização, o LED acende na cor amarela para indicar a conexão pendente ao WiFi.
• Quando e enquanto estiver conectado, o indicador fica azul.
• A estação de sensor executa leituras de sensor e as envia ao servidor periodicamente. Cada transferência bem-sucedida é indicada por um impulso de luz verde de 600 ms.
• Em caso de erros, o indicador ficará vermelho, roxo ou amarelado, de acordo com o tipo de erro. Depois de um certo tempo ou número de erros, a estação do sensor redefine todos os sensores e reinicializa automaticamente, novamente indicado por uma luz amarela na inicialização. Consulte o código ESP32 e comentários para obter mais informações sobre as cores do indicador.

Com esta etapa final concluída, a estação do sensor funciona e opera continuamente. Até o momento, uma rede de 10 estações de sensores está instalada e funcionando no espaço de escritório inteligente Living Lab mencionado anteriormente.

Etapa 9: Alternativa: Versão autônoma

O desenvolvimento do CoMoS continua e o primeiro resultado desse processo em andamento é uma versão autônoma. Essa versão do CoMoS não precisa de um servidor de banco de dados e rede WiFi para monitorar e registrar dados ambientais.

Os novos recursos principais são:

• As leituras de dados são armazenadas em um cartão micro SD interno, em formato CSV compatível com o Excel.
• Ponto de acesso WiFi integrado para acesso ao CoMoS por qualquer dispositivo móvel.
• Aplicativo baseado na web (servidor web interno no ESP32, sem necessidade de conexão com a internet) para dados ao vivo, configurações e acesso ao armazenamento com download direto do arquivo do cartão SD, conforme mostrado na imagem e nas capturas de tela anexadas a esta etapa.

Isso substitui o WiFi e a conexão de banco de dados, enquanto todos os outros recursos, incluindo calibração e todo o design e construção, permanecem intocados em relação à versão original. Ainda assim, o CoMoS autônomo requer experiência e conhecimento adicional de como acessar o sistema interno de gerenciamento de arquivos "SPIFFS" do ESP32, e um pouco de conhecimento de HTML, CSS e Javascript para entender como o aplicativo da web funciona. Ele também precisa de mais algumas / bibliotecas diferentes para funcionar.

Verifique o código do Arduino no arquivo zip anexado para as bibliotecas necessárias e as seguintes referências para obter mais informações sobre programação e upload para o sistema de arquivos SPIFFS:

Biblioteca SPIFFS por espressif

Carregador de arquivo SPIFFS por me-no-dev

Biblioteca ESP32WebServer de Pedroalbuquerque

Esta nova versão tornaria um novo instrutível que pode ser publicado no futuro. Mas, por enquanto, especialmente para usuários mais experientes, não queremos perder a chance de compartilhar as informações básicas e os arquivos de que você precisa para configurá-lo.

Passos rápidos para construir um CoMoS autônomo:

• Construa um caso de acordo com a etapa anterior. Opcionalmente, imprima em 3D um estojo adicional para o leitor de cartão micro SC a ser conectado ao estojo CoMoS. Se você não tiver uma impressora 3D disponível, o leitor de cartão também pode ser colocado dentro do gabinete principal do CoMoS, não se preocupe.
• Conecte todos os sensores conforme descrito antes, mas, além disso, instale e conecte um leitor de cartão micro SD (amazon.com) e um relógio de tempo real DS3231 (adafruit.com) conforme indicado no esquema de fiação anexado a esta etapa. Nota: Os pinos para o resistor pull-up e o oneWire diferem do esquema de fiação original!
• Verifique o código do Arduino e ajuste as variáveis do ponto de acesso WiFi "ssid_AP" e "password_AP" de acordo com sua preferência pessoal. Se não for ajustado, o SSID padrão é "CoMoS_AP" e a senha é "12345678".
• Insira o cartão micro SD, carregue o código, carregue o conteúdo da pasta "data" para o ESP32 usando o uploader de arquivo SPIFFS e conecte qualquer dispositivo móvel ao ponto de acesso WiFi.
• Navegue até "192.168.4.1" no navegador do seu celular e divirta-se!

O aplicativo é todo baseado em html, css e javascript. É local, não há conexão com a Internet envolvida ou necessária. Ele apresenta um menu lateral no aplicativo para acessar uma página de configuração e uma página de memória. Na página de configuração, você pode ajustar as configurações mais importantes, como data e hora local, intervalo de leituras do sensor, etc. Todas as configurações serão armazenadas permanentemente no armazenamento interno do ESP32 e restauradas na próxima inicialização. Na página de memória, uma lista de arquivos no cartão SD está disponível. Clicar em um nome de arquivo inicia um download direto do arquivo CSV para o dispositivo móvel.

Esta configuração do sistema permite o monitoramento individual e remoto das condições ambientais internas. Todas as leituras dos sensores são armazenadas no cartão SD periodicamente, com novos arquivos sendo criados a cada novo dia. Isso permite uma operação contínua por semanas ou meses sem acesso ou manutenção. Como mencionado antes, esta ainda é uma pesquisa e desenvolvimento em andamento. Se você estiver interessado em mais detalhes ou assistência, não hesite em entrar em contato com o autor correspondente através dos comentários ou diretamente através do LinkedIn.

Etapa 10: Epílogo - Problemas conhecidos e Outlook

A estação de sensor descrita neste instrutível é o resultado de uma longa e contínua pesquisa. O objetivo é criar um sistema de sensores confiável, preciso e de baixo custo para as condições ambientais internas. Isso segurou e guarda alguns desafios sérios, dos quais os mais certos devem ser mencionados aqui:

Precisão e calibração do sensor

Todos os sensores usados neste projeto oferecem uma precisão relativamente alta a um custo baixo ou moderado. A maioria é equipada com redução de ruído interno e interfaces de barramento digital para comunicação, reduzindo a necessidade de calibração ou ajustes de nível. De qualquer forma, como os sensores estão instalados em uma caixa com determinados atributos, foi realizada uma calibração da estação completa do sensor pelos autores, conforme mostram resumidamente as fotos anexas. Um total de dez estações de sensores igualmente construídas foram testadas em condições ambientais definidas e comparadas com um dispositivo sensor de clima interno profissional TESTO 480. A partir dessas execuções, os fatores de calibração incluídos no código de exemplo foram determinados. Eles permitem uma compensação simples da influência da caixa e da eletrônica nos sensores individuais. Para atingir a maior precisão, uma calibração individual para cada estação de sensor é recomendada. A calibração deste sistema é um segundo foco de pesquisa dos autores, além do desenvolvimento e construção descritos neste instrutível. Ele é discutido em uma publicação conectada adicional, que ainda está em revisão por pares e terá um link aqui assim que estiver online. Encontre mais informações sobre este tópico no site dos autores.

Estabilidade de operação ESP32

Nem todas as bibliotecas de sensores baseadas em Arduino usadas neste código são totalmente compatíveis com a placa ESP32. Esse problema foi amplamente discutido em muitos pontos online, especialmente em relação à estabilidade da comunicação I2C e OneWire. Neste desenvolvimento, uma nova combinação de detecção e tratamento de erros é realizada, com base na alimentação dos sensores diretamente através dos pinos IO do ESP32 para permitir o corte de seu fornecimento de energia para fins de reinicialização. Da perspectiva de hoje, esta solução não foi apresentada ou não é amplamente discutida. Ele nasceu por necessidade, mas até o momento está funcionando perfeitamente por períodos de operação de vários meses e além. No entanto, ainda é um tópico de pesquisa.

Panorama

Junto com este instrutível, outras publicações escritas e apresentações em conferências são realizadas pelos autores para divulgar o desenvolvimento e permitir uma aplicação ampla e de código aberto. Enquanto isso, a pesquisa continua para melhorar ainda mais a estação do sensor, especialmente em relação ao projeto e capacidade de fabricação do sistema e calibração e verificação do sistema. Este manual pode ser atualizado sobre desenvolvimentos futuros importantes, mas para todas as informações atualizadas, visite o site dos autores ou entre em contato com os autores diretamente através do LinkedIn:

autor correspondente: Mathias Kimmling

segundo autor: Konrad Lauenroth

mentor de pesquisa: Prof. Sabine Hoffmann

Segundo Prêmio no Autor pela Primeira Vez