कम्फर्ट मॉनिटरिंग सेंसर स्टेशन कैसे बनाएं: 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

यह निर्देशयोग्य एक तथाकथित कम्फर्ट मॉनिटरिंग स्टेशन CoMoS के डिजाइन और निर्माण का वर्णन करता है, जो परिवेश की स्थितियों के लिए एक संयुक्त सेंसर उपकरण है, जिसे TUK, Technische Universität Kaiserslautern, जर्मनी में निर्मित पर्यावरण विभाग में विकसित किया गया था।

CoMoS एक ESP32 नियंत्रक और हवा के तापमान और सापेक्ष आर्द्रता (Si7021), वायु वेग (आधुनिक डिवाइस द्वारा हवा सेंसर रेव। C), और ग्लोब तापमान (एक काले बल्ब में DS18B20) के लिए सेंसर का उपयोग करता है, सभी एक कॉम्पैक्ट, आसान-से- एक एलईडी संकेतक (WS2812B) के माध्यम से दृश्य प्रतिक्रिया के साथ केस बनाएं। इसके अलावा, स्थानीय दृश्य स्थिति का विश्लेषण करने के लिए एक रोशनी सेंसर (बीएच 1750) शामिल है। सभी सेंसर डेटा को समय-समय पर पढ़ा जाता है और वाई-फाई के माध्यम से एक डेटाबेस सर्वर पर भेजा जाता है, जहां से इसका उपयोग निगरानी और नियंत्रण के लिए किया जा सकता है।

इस विकास के पीछे प्रेरणा प्रयोगशाला सेंसर उपकरणों के लिए एक कम लागत वाला अभी तक बहुत शक्तिशाली विकल्प प्राप्त करना है, जो आमतौर पर 3000 € से ऊपर की कीमत पर होते हैं। इसके विपरीत, CoMoS लगभग 50 € की कुल कीमत के हार्डवेयर का उपयोग करता है और इसलिए प्रत्येक कार्यस्थल या भवन अनुभाग में व्यक्तिगत थर्मल और दृश्य स्थिति के वास्तविक समय-निर्धारण के लिए (कार्यालय) भवनों में व्यापक रूप से तैनात किया जा सकता है।

हमारे शोध और विभाग में जुड़े काम के बारे में अधिक जानकारी के लिए, आधिकारिक लिविंग लैब स्मार्ट ऑफिस स्पेस वेबसाइट देखें या सीधे लिंक्डइन के माध्यम से संबंधित लेखक से संपर्क करें। सभी लेखकों के संपर्क इस निर्देश के अंत में सूचीबद्ध हैं।

संरचनात्मक नोट: यह निर्देशयोग्य CoMoS के मूल सेटअप का वर्णन करता है, लेकिन यह हमारे द्वारा हाल ही में विकसित किए गए कुछ बदलावों के लिए जानकारी और निर्देश भी प्रदान करता है: मानक भागों से निर्मित मूल मामले के अलावा, एक 3D-मुद्रित विकल्प भी है। और डेटाबेस सर्वर कनेक्शन के साथ मूल डिवाइस के अलावा, एसडी-कार्ड स्टोरेज के साथ एक वैकल्पिक स्टैंड-अलोन संस्करण, एकीकृत वाईफाई एक्सेस प्वाइंट और सेंसर रीडिंग की कल्पना करने के लिए एक फैंसी मोबाइल ऐप है। कृपया अंतिम अध्याय में संबंधित अध्यायों और स्टैंड-अलोन विकल्प में चिह्नित विकल्पों की जाँच करें।

व्यक्तिगत नोट: यह लेखक का पहला निर्देश है, और इसमें काफी विस्तृत और जटिल सेटअप शामिल है। कृपया इस पृष्ठ के टिप्पणी अनुभाग के माध्यम से, ई-मेल द्वारा, या लिंक्डइन के माध्यम से संपर्क करने में संकोच न करें, यदि चरणों में कोई विवरण या जानकारी गायब है।

चरण 1: पृष्ठभूमि - थर्मल और विज़ुअल कम्फर्ट

थर्मल और दृश्य आराम अधिक से अधिक महत्वपूर्ण विषय बन गए हैं, खासकर कार्यालय और कार्यस्थल के वातावरण में, बल्कि आवासीय क्षेत्र में भी। इस क्षेत्र में मुख्य चुनौती यह है कि व्यक्तियों की थर्मल धारणा अक्सर एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न होती है। एक व्यक्ति एक निश्चित तापीय स्थिति में गर्म महसूस कर सकता है जबकि दूसरा व्यक्ति उसी में ठंडा महसूस करता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि व्यक्तिगत थर्मल धारणा कई कारकों से प्रभावित होती है, जिसमें हवा के तापमान, सापेक्ष आर्द्रता, वायु वेग और आसपास की सतहों के उज्ज्वल तापमान के भौतिक कारक शामिल हैं। लेकिन साथ ही, कपड़े, चयापचय गतिविधि, और उम्र, लिंग, शरीर द्रव्यमान, और बहुत कुछ का एक व्यक्तिगत पहलू, थर्मल धारणा को प्रभावित करता है।

जबकि व्यक्तिगत कारक हीटिंग और कूलिंग नियंत्रण के मामले में अनिश्चितता बने रहते हैं, भौतिक कारकों को सेंसर उपकरणों द्वारा सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है। वायु तापमान, सापेक्षिक आर्द्रता, वायु वेग और ग्लोब तापमान को मापा जा सकता है और भवन नियंत्रण के प्रत्यक्ष इनपुट के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इसके अलावा, अधिक विस्तृत दृष्टिकोण में, उन्हें तथाकथित पीएमवी-इंडेक्स की गणना के लिए इनपुट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जहां पीएमवी का मतलब अनुमानित औसत वोट है। यह वर्णन करता है कि दी गई परिवेशी कमरे की स्थितियों के तहत लोग औसतन अपनी थर्मल संवेदना को कैसे रेट करेंगे। PMV -3 (ठंडा) से +3 (गर्म) तक का मान ले सकता है, जिसमें 0 एक तटस्थ अवस्था है।

हम यहां उस पीएमवी-चीज का जिक्र क्यों कर रहे हैं? खैर, क्योंकि व्यक्तिगत आराम के क्षेत्र में यह आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला सूचकांक है जो एक इमारत में थर्मल स्थिति के लिए गुणवत्ता मानदंड के रूप में काम कर सकता है। और CoMoS के साथ, PMV गणना के लिए आवश्यक सभी परिवेशी मापदंडों को मापा जा सकता है।

यदि आप रुचि रखते हैं, तो थर्मल आराम, ग्लोब के संदर्भ और औसत उज्ज्वल तापमान, पीएमवी-इंडेक्स, और लागू करने वाले ASHRAE- मानक के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करें।

विकिपीडिया: थर्मल आराम

थर्मल पर्यावरण के आईएसओ 7726 एर्गोनॉमिक्स

अशरे एनपीओ

वैसे: व्यक्तिगत थर्मल और दृश्य आराम प्रदान करने के लिए व्यक्तिगत वातावरण के क्षेत्र में लंबे समय से मौजूद हैं, लेकिन बहुत से नए विकसित गैजेट भी हैं। छोटे डेस्कटॉप प्रशंसक एक प्रसिद्ध उदाहरण हैं। लेकिन साथ ही, फुटवार्मर, गर्म और हवादार कुर्सियां, या आईआर-विकिरणीय हीटिंग और कूलिंग के लिए कार्यालय विभाजन विकसित किए जा रहे हैं या यहां तक कि बाजार में पहले से ही उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए, ये सभी प्रौद्योगिकियां कार्यस्थल पर स्थानीय थर्मल स्थिति को प्रभावित करती हैं, और उन्हें स्थानीय सेंसर डेटा के आधार पर भी स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, जैसा कि इस चरण के चित्रों में दिखाया गया है।

वैयक्तिकृत परिवेश के गैजेट्स और चल रहे शोध के बारे में अधिक जानकारी यहां उपलब्ध है

लिविंग लैब स्मार्ट ऑफिस स्पेस: वैयक्तिकृत वातावरण

यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, बर्केले

शीतलन उपकरणों को व्यक्तिगत रूप से गर्म करने पर ज़ेन रिपोर्ट [पीडीएफ]

वोलोंगोंग के एसबीआरसी विश्वविद्यालय

चरण 2: सिस्टम योजना

विकास प्रक्रिया में मुख्य लक्ष्यों में से एक एक खुले कार्यालय स्थान में कम से कम दस व्यक्तिगत कार्यस्थलों की इनडोर पर्यावरणीय परिस्थितियों को मापने के लिए एक वायरलेस, कॉम्पैक्ट और सस्ती सेंसर डिवाइस बनाना था। इसलिए, स्टेशन ऑन-बोर्ड वाईफाई कनेक्टिविटी के साथ एक ESP32-WROOM-32 का उपयोग करता है और सभी प्रकार के सेंसर के लिए बड़ी संख्या में कनेक्टर पिन और समर्थित बस प्रकारों के साथ। सेंसर स्टेशन एक अलग IoT-WiFi का उपयोग करते हैं और डेटाबेस सर्वर पर चलने वाली PHP स्क्रिप्ट के माध्यम से अपने डेटा रीडिंग को MariaDB डेटाबेस में भेजते हैं। वैकल्पिक रूप से, उपयोग में आसान ग्राफाना दृश्य आउटपुट भी स्थापित किया जा सकता है।

ऊपर दी गई योजना सभी परिधीय घटकों की व्यवस्था को सिस्टम सेटअप पर एक सिंहावलोकन के रूप में दिखाती है, लेकिन यह निर्देश योग्य सेंसर स्टेशन पर ही केंद्रित है। बेशक, PHP फ़ाइल और SQL कनेक्शन का विवरण बाद में भी शामिल किया गया है, ताकि CoMoS बनाने, कनेक्ट करने और उपयोग करने के लिए सभी आवश्यक जानकारी प्रदान की जा सके।

नोट: इस निर्देश के अंत में आप एसडी-कार्ड स्टोरेज, आंतरिक वाईफाई एक्सेस प्वाइंट और मोबाइल उपकरणों के लिए एक वेब ऐप के साथ CoMoS का एक वैकल्पिक स्टैंड-अलोन संस्करण बनाने के निर्देश पा सकते हैं।

चरण 3: आपूर्ति सूची

इलेक्ट्रानिक्स

सेंसर और नियंत्रक, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:

• ESP32-WROOM-32 माइक्रोकंट्रोलर (espressif.com) [ए]
• Si7021 या GY21 तापमान और आर्द्रता सेंसर (adafruit.com) [बी]
• DS18B20+ तापमान संवेदक (adafruit.com) [सी]
• रेव सी। वायु वेग सेंसर (आधुनिक डिवाइस। कॉम) [डी]
• WS2812B 5050 स्थिति एलईडी (adafruit.com) [ई]
• BH1750 इल्यूमिनेंस सेंसर (amazon.de) [F]

अधिक विद्युत भागों:

• 4, 7k पुल-अप रोकनेवाला (adafruit.com)
• 0, 14 मिमी² (या समान) मानक तार (adafruit.com)
• 2x वागो कॉम्पैक्ट स्प्लिसिंग कनेक्टर (wago.com)
• माइक्रो यूएसबी केबल (sparkfun.com)

केस के पुर्जे (अगले चरण में इन भागों और आकारों के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी प्राप्त करें। यदि आपके पास एक 3D-प्रिंटर उपलब्ध है, तो आपको केवल एक टेबल टेनिस बॉल की आवश्यकता है। अगले चरण को छोड़ें और चरण 5 में मुद्रण के लिए सभी जानकारी और फ़ाइलें खोजें।)

• ऐक्रेलिक प्लेट गोल ५०x४ मिमी [1]
• स्टील प्लेट गोल ४०x१० मिमी [2]
• एक्रिलिक ट्यूब 50x5x140 मिमी [3]
• ऐक्रेलिक प्लेट गोल ४०x५ मिमी [४]
• एक्रिलिक ट्यूब 12x2x50 मिमी [5]
• टेबल टेनिस बॉल [6]

विविध

• सफेद पेंट स्प्रे
• ब्लैक मैट पेंट स्प्रे
• कुछ टेप
• थोड़ा सा इन्सुलेशन ऊन, एक कपास पैड, या कुछ भी समान

उपकरण

• ऊर्जा छेदन यंत्र
• 8 मिमी चोरी ड्रिल
• 6 मिमी लकड़ी / प्लास्टिक ड्रिल
• 12 मिमी लकड़ी / प्लास्टिक ड्रिल
• पतला हाथ देखा
• सैंडपेपर
• तार काटने वाले सरौता
• वायर स्ट्रिपर
• सोल्डरिंग आयरन और टिन
• पावर-गोंद या गर्म गोंद बंदूक

सॉफ़्टवेयर और लाइब्रेरी (संख्याएँ उन लाइब्रेरी संस्करणों को दर्शाती हैं जिनका हमने उपयोग किया और हार्डवेयर का परीक्षण किया। नए पुस्तकालयों को भी काम करना चाहिए, लेकिन अलग-अलग / नए संस्करणों की कोशिश करते समय हमें कभी-कभी कुछ मुद्दों का सामना करना पड़ता है।)

• अरुडिनो आईडीई (1.8.5)
• ESP32 कोर लाइब्रेरी
• BH1750FVI पुस्तकालय
• Adafruit_Si7021 पुस्तकालय (1.0.1)
• Adafruit_NeoPixel लाइब्रेरी (1.1.6)
• डलास तापमान पुस्तकालय (3.7.9)
• वनवायर लाइब्रेरी (२.३.३)

चरण 4: केस डिजाइन और निर्माण - विकल्प 1

CoMoS के डिज़ाइन में एक पतला, ऊर्ध्वाधर मामला है जिसमें अधिकांश सेंसर शीर्ष क्षेत्र में लगे होते हैं, जिसमें केवल तापमान और आर्द्रता सेंसर नीचे के पास लगे होते हैं। सेंसर की स्थिति और व्यवस्था मापा चर की विशिष्ट आवश्यकताओं का पालन करती है:

• Si7021 तापमान और आर्द्रता सेंसर मामले के बाहर, इसके नीचे के पास, सेंसर के चारों ओर मुक्त वायु परिसंचरण की अनुमति देने और मामले के अंदर माइक्रोकंट्रोलर द्वारा विकसित अपशिष्ट गर्मी के प्रभाव को कम करने के लिए लगाया जाता है।
• कार्यस्थल रोशनी पर सामान्य मानकों द्वारा आवश्यक क्षैतिज सतह पर रोशनी को मापने के लिए, बीएच 1750 रोशनी सेंसर मामले के फ्लैट शीर्ष पर लगाया जाता है।
• रेव। सी विंड सेंसर भी केस के शीर्ष में लगा होता है, इसके इलेक्ट्रॉनिक्स केस के अंदर छिपे होते हैं, लेकिन इसके टाइन, जो वास्तविक थर्मल एनीमोमीटर और तापमान सेंसर ले जाते हैं, शीर्ष के चारों ओर हवा के संपर्क में आते हैं।
• DS18B20 तापमान संवेदक एक काले रंग की टेबल टेनिस बॉल के अंदर, स्टेशन के शीर्ष पर लगा होता है। दृश्य कारकों को कम करने के लिए शीर्ष पर स्थिति आवश्यक है और इसलिए सेंसर स्टेशन का विकिरण प्रभाव ग्लोब तापमान माप के लिए ही है।

औसत दीप्तिमान तापमान और ग्लोब तापमान सेंसर के रूप में काली टेबल टेनिस गेंदों के उपयोग के बारे में अतिरिक्त संसाधन हैं:

वांग, शांग और ली, यूगुओ। (2015)। दैनिक आउटडोर सेटिंग्स के लिए ऐक्रेलिक और कॉपर ग्लोब थर्मामीटर की उपयुक्तता। भवन और पर्यावरण। 89. 10.1016/जे.बिल्डेनव.2015.03.002।

डी डियर, रिचर्ड। (1987)। औसत दीप्तिमान तापमान के लिए पिंग-पोंग ग्लोब थर्मामीटर। एच एंड इंजी।,। 60. 10-12।

निर्माण समय और प्रयास को यथासंभव कम रखने के लिए मामले को सरल बनाया गया है। इसे आसानी से कुछ सरल उपकरणों और कौशल के साथ मानक भागों और घटकों से बनाया जा सकता है। या, उन भाग्यशाली लोगों के लिए जिनकी सेवा में 3D-प्रिंटर है, सभी केस भागों को 3D-मुद्रित भी किया जा सकता है। केस को प्रिंट करने के लिए, इस चरण के बाकी हिस्सों को छोड़ दिया जा सकता है और सभी आवश्यक फाइलों और निर्देशों को अगले चरण में पाया जा सकता है।

मानक भागों से निर्माण के लिए, उनमें से अधिकांश के लिए फिटिंग आयाम चुने जाते हैं:

• मुख्य निकाय 50 मिमी बाहरी व्यास, 5 मिमी दीवार मोटाई और 140 मिमी की ऊंचाई का एक ऐक्रेलिक (पीएमएमए) पाइप है।
• नीचे की प्लेट, जो स्थिति एलईडी के लिए एक प्रकाश कंडक्टर के रूप में कार्य करती है, 50 मिमी व्यास की एक ऐक्रेलिक गोल प्लेट और 4 मिमी की मोटाई है।
• ४० मिमी के व्यास और १० मिमी की मोटाई के साथ एक स्टील का गोल नीचे की प्लेट के ऊपर एक वजन के रूप में स्थापित किया जाता है और स्टेशन को ऊपर गिरने से रोकने और नीचे की प्लेट को पकड़ने के लिए मुख्य बॉडी ट्यूब के निचले सिरे के अंदर फिट किया जाता है। जगह में।
• ऊपर की प्लेट मुख्य बॉडी ट्यूब के अंदर भी फिट हो जाती है। यह पीएमएमए से बना है और इसका व्यास 40 मिमी और मोटाई 5 मिमी है।
• अंत में, शीर्ष रिसर ट्यूब पीएमएमए भी है, जिसका बाहरी व्यास 10 मिमी, दीवार की मोटाई 2 मिमी और लंबाई 50 मिमी है।

निर्माण और कोडांतरण प्रक्रिया सरल है, जिसकी शुरुआत कुछ छेदों से ड्रिल करने के लिए होती है। एलईडी और केबल को फिट करने के लिए स्टील राउंड को 8 मिमी निरंतर छेद की आवश्यकता होती है। यूएसबी और सेंसर केबल के लिए केबल फीड-थ्रू और वेंटिलेशन होल के रूप में मुख्य बॉडी ट्यूब को कुछ 6 मिमी छेद की आवश्यकता होती है। छिद्रों की संख्या और स्थिति आपकी पसंद के अनुसार भिन्न हो सकती है। डेवलपर्स की पसंद पीछे की तरफ छह छेद है, ऊपर और नीचे के करीब, और दो सामने की तरफ, एक ऊपर, एक नीचे फिर से, एक संदर्भ के रूप में।

शीर्ष प्लेट सबसे मुश्किल हिस्सा है। शीर्ष रिसर ट्यूब को फिट करने के लिए इसे एक केंद्रित, सीधे और निरंतर 12 मिमी पूरे की आवश्यकता होती है, एक अन्य बंद 6 मिमी छेद रोशनी सेंसर केबल फिट करने के लिए, और हवा को फिट करने के लिए लगभग 1, 5 मिमी चौड़ाई और 18 मिमी लंबाई की एक पतली भट्ठा की आवश्यकता होती है। सेंसर। संदर्भ के लिए चित्र देखें। और अंत में, टेबल टेनिस बॉल को ग्लोब तापमान सेंसर और केबल में फिट करने के लिए 6 मिमी पूरे की भी आवश्यकता होती है।

अगले चरण में, नीचे की प्लेट को छोड़कर सभी पीएमएमए भागों को स्प्रे पेंट किया जाना चाहिए, संदर्भ सफेद है। टेबल टेनिस बॉल को उसके अनुमानित थर्मल और ऑप्टिकल गुणों को स्थापित करने के लिए मैट ब्लैक में चित्रित किया जाना चाहिए।

स्टील का दौर नीचे की प्लेट पर केंद्रित और सपाट होता है। शीर्ष रिसर ट्यूब को शीर्ष प्लेट के 12 मिमी छेद में चिपकाया जाता है। टेबल टेनिस बॉल को रिसर के ऊपरी सिरे पर चिपकाया जाता है, जिसका छेद रिसर ट्यूब के आंतरिक उद्घाटन से मेल खाता है, इसलिए तापमान सेंसर और केबल को बाद में राइजर ट्यूब के माध्यम से गेंद में डाला जा सकता है।

इस कदम के साथ, केस के सभी हिस्सों को एक साथ रखकर इकट्ठा करने के लिए तैयार हैं। यदि कुछ बहुत तंग फिट होते हैं, तो उन्हें थोड़ा नीचे रेत दें, यदि बहुत ढीले हैं, तो टेप की एक पतली परत जोड़ें।

चरण 5: केस डिजाइन और निर्माण - विकल्प 2

जबकि CoMoS केस बनाने का विकल्प 1 अभी भी तेज़ और सरल है, 3D-प्रिंटर को काम करने देना और भी आसान हो सकता है। साथ ही इस विकल्प के लिए, केस को तीन भागों में विभाजित किया गया है, शीर्ष, केस बॉडी और निचला भाग, ताकि अगले चरण में वर्णित आसान वायरिंग और असेंबली की अनुमति दी जा सके।

प्रिंटर सेटिंग्स पर फ़ाइलें और अधिक जानकारी Thingiverse पर प्रदान की जाती हैं:

थिंगविवर्स पर CoMoS फाइलें

शीर्ष और केस शरीर के अंगों के लिए सफेद फिलामेंट का उपयोग करने के निर्देशों का पालन करने की अत्यधिक अनुशंसा की जाती है। यह केस को धूप में बहुत जल्दी गर्म होने से रोकता है और गलत माप से बचा जाता है। एलईडी संकेतक रोशनी की अनुमति देने के लिए नीचे के हिस्से के लिए पारदर्शी फिलामेंट का उपयोग किया जाना चाहिए।

विकल्प 1 से एक और भिन्नता यह है कि धातु का दौर गायब है। CoMoS को ऊपर से गिरने से रोकने के लिए, किसी भी प्रकार का भार जैसे असर वाली गेंदें या धातु वाशर का एक गुच्छा पारदर्शी तल भाग में/उस पर रखा जाना चाहिए। यह कुछ वजन फिट और धारण करने के लिए चारों ओर एक किनारे के साथ बनाया गया है। वैकल्पिक रूप से, CoMoS को दो तरफा टेप का उपयोग करके इसकी स्थापना के स्थान पर टेप किया जा सकता है।

नोट: थिंगविवर्स फोल्डर में माइक्रो एसडी कार्ड रीडर केस के लिए फाइलें शामिल होती हैं जिन्हें CoMoS केस में लगाया जा सकता है। यह मामला वैकल्पिक है और इस निर्देश के अंतिम चरण में वर्णित स्टैंड-अलोन संस्करण का हिस्सा है।

चरण 6: वायरिंग और असेंबली

इस चरण की तस्वीरों में दिखाए गए योजनाबद्ध सर्किट के अनुसार ईएसपी, सेंसर, एलईडी और यूएसबी केबल को मिलाया और जोड़ा जाता है। बाद में वर्णित उदाहरण कोड से मेल खाने वाला पिन-असाइनमेंट है:

• 14 - रीसेट ब्रिज (EN) - [ग्रे]
• 17 - WS2811 (एलईडी) - [हरा]
• 18 - DS18B20+. के लिए पुलअप रोकनेवाला
• 19 - DS18B20+ (एक तार) - [बैंगनी]
• 21 - BH1750 और SI7021 (एसडीए) - [नीला]
• 22 - BH1750 और SI7021 (एससीएल) - [पीला]
• 25 - BH1750 (वी-इन) - [भूरा]
• 26 - SI7021 (वी-इन) - [भूरा]
• 27 - DS18B20+ (वी-इन) - [भूरा]
• 34 - पवन संवेदक (टीएमपी) - [सियान]
• ३५ - विंड सेंसर (RV) - [नारंगी]
• वीआईएन - यूएसबी केबल (+5वी) - [लाल]
• GND - USB केबल (GND) - [काला]

Si7021, BH1750, और DS18B20+ सेंसर ESP32 के IO-पिन के माध्यम से संचालित होते हैं। यह संभव है क्योंकि उनका अधिकतम वर्तमान मसौदा ईएसपी की अधिकतम वर्तमान आपूर्ति प्रति पिन से नीचे है, और सेंसर संचार त्रुटियों के मामले में उनकी बिजली आपूर्ति को काटकर सेंसर को रीसेट करने में सक्षम होना आवश्यक है। अधिक जानकारी के लिए ईएसपी कोड और टिप्पणियां देखें।

USB केबल के समान Si7021 और BH1750 सेंसर को अगले चरण में असेंबली की अनुमति देने के लिए पहले से ही समर्पित केस होल के माध्यम से लगाए गए केबलों के साथ मिलाप किया जाना चाहिए। WAGO कॉम्पैक्ट स्प्लिसिंग कनेक्टर का उपयोग USB केबल द्वारा उपकरणों को बिजली की आपूर्ति से जोड़ने के लिए किया जाता है। सभी यूएसबी द्वारा 5 वी डीसी पर संचालित होते हैं, जो ईएसपी 32 के तर्क स्तर 3, 3 वी पर काम करता है। वैकल्पिक रूप से, माइक्रो यूएसबी केबल के डेटा पिन को माइक्रो यूएसबी प्लग से फिर से जोड़ा जा सकता है और ईएसपी के माइक्रो यूएसबी से जोड़ा जा सकता है। सॉकेट, पावर इनपुट और डेटा कनेक्शन के रूप में मामला बंद होने पर कोड को ESP32 में स्थानांतरित करने के लिए। अन्यथा, यदि योजना में दिखाए गए अनुसार कनेक्ट किया गया है, तो केस को असेंबल करने से पहले कोड को ईएसपी में स्थानांतरित करने के लिए एक अन्य अक्षुण्ण माइक्रो यूएसबी केबल की आवश्यकता होती है।

Si7021 तापमान संवेदक मामले के पीछे की तरफ, नीचे की तरफ चिपका हुआ है। मामले के भीतर विकसित गर्मी के कारण झूठी तापमान रीडिंग से बचने के लिए, इस सेंसर को नीचे के करीब संलग्न करना बहुत महत्वपूर्ण है। इस मुद्दे के बारे में अधिक जानकारी के लिए उपसंहार चरण देखें। BH1750 इल्यूमिनेंस सेंसर को शीर्ष प्लेट से चिपकाया जाता है, और विंड सेंसर को डाला जाता है और विपरीत दिशा में स्लिट पर लगाया जाता है। यदि यह बहुत अधिक फिट बैठता है, तो सेंसर के मध्य भाग के चारों ओर थोड़ा सा टेप इसे स्थिति में रखने में मदद करता है। DS18B20 तापमान सेंसर को टेबल टेनिस बॉल में शीर्ष रिसर के माध्यम से गेंद के केंद्र में अंतिम स्थिति के साथ डाला जाता है। ग्लोब में प्रवाहकीय या संवहनी गर्मी हस्तांतरण को रोकने के लिए, शीर्ष रिसर के अंदर अलगाव ऊन से भरा होता है और निचले उद्घाटन को टेप या गर्म गोंद से सील कर दिया जाता है। एलईडी नीचे की प्लेट को रोशन करने के लिए नीचे की ओर स्टील के गोल छेद में संलग्न है।

सभी तार, स्प्लिसिंग कनेक्टर और ESP32 मुख्य मामले के अंदर जाते हैं और सभी केस भाग को अंतिम असेंबली में एक साथ रखा जाता है।

चरण 7: सॉफ्टवेयर - ईएसपी, पीएचपी, और मारियाडीबी कॉन्फ़िगरेशन

ESP32 माइक्रो कंट्रोलर को Arduino IDE और Espressif द्वारा प्रदान की गई ESP32 Core लाइब्रेरी का उपयोग करके प्रोग्राम किया जा सकता है। ESP32 संगतता के लिए IDE कैसे सेट करें, इस पर ऑनलाइन बहुत सारे ट्यूटोरियल उपलब्ध हैं, उदाहरण के लिए यहाँ।

एक बार सेट हो जाने पर, संलग्न कोड को ESP32 में स्थानांतरित कर दिया जाता है। इसे आसानी से समझने के लिए पूरी टिप्पणी की जाती है, लेकिन कुछ प्रमुख विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• इसकी शुरुआत में एक "उपयोगकर्ता कॉन्फ़िगरेशन" अनुभाग होता है, जिसमें अलग-अलग चर सेट किए जाने चाहिए, जैसे कि वाईफाई आईडी और पासवर्ड, डेटाबेस सर्वर आईपी, और वांछित डेटा रीडिंग और भेजने की अवधि। इसमें एक "शून्य पवन समायोजन" चर भी शामिल है जिसका उपयोग गैर-स्थिर बिजली आपूर्ति के मामले में शून्य हवा की गति रीडिंग को 0 पर समायोजित करने के लिए किया जा सकता है।
• कोड में दस मौजूदा सेंसर स्टेशनों के अंशांकन से लेखकों द्वारा निर्धारित औसत अंशांकन कारक शामिल हैं। अधिक जानकारी और संभावित व्यक्तिगत समायोजन के लिए उपसंहार चरण देखें।
• कोड के कई खंडों में विभिन्न त्रुटि प्रबंधन शामिल हैं। विशेष रूप से ईएसपी 32 नियंत्रकों पर अक्सर होने वाली बस संचार त्रुटियों का प्रभावी पता लगाने और प्रबंधन। फिर से, अधिक जानकारी के लिए उपसंहार चरण देखें।
• इसमें सेंसर स्टेशन की वर्तमान स्थिति और किसी भी त्रुटि को दिखाने के लिए एक एलईडी रंग आउटपुट है। अधिक जानकारी के लिए परिणाम चरण देखें।

संलग्न PHP फ़ाइल को सर्वरआईपी/सेंसर.php पर डेटाबेस सर्वर के रूट फ़ोल्डर में स्थापित और एक्सेस किया जाना है। PHP फ़ाइल नाम और डेटा हैंडलिंग की सामग्री को ईएसपी के कॉल फ़ंक्शन कोड से मेल खाना चाहिए और दूसरी तरफ, डेटा रीडिंग के भंडारण की अनुमति देने के लिए डेटाबेस टेबल सेटअप से मेल खाना चाहिए। संलग्न उदाहरण कोड का मिलान किया जाता है, लेकिन यदि आप कुछ चर बदलते हैं, तो उन्हें पूरे सिस्टम में बदलना होगा। PHP फ़ाइल में शुरुआत में एक समायोजन अनुभाग शामिल होता है, जिसमें सिस्टम के वातावरण, विशेष रूप से डेटाबेस उपयोगकर्ता नाम और पासवर्ड, और डेटाबेस नाम के अनुसार व्यक्तिगत समायोजन किए जाते हैं।

सेंसर स्टेशन कोड और PHP स्क्रिप्ट में उपयोग किए गए टेबल सेटअप के अनुसार, एक ही सर्वर पर एक मारियाडीबी या एसक्यूएल डेटाबेस स्थापित किया जाता है। उदाहरण कोड में, मारियाडीबी डेटाबेस का नाम "डेटा" नामक तालिका के साथ "सेंसरस्टेशन" है, जिसमें यूटीसीडेट, आईडी, यूआईडी, टेम्प, हम, ग्लोब, वेल, वेलमिन, वेलमैक्स, एमआरटी, इलुम, इलुममिन के लिए 13 कॉलम हैं। और इलुममैक्स।

सीधे डेटाबेस विज़ुअलाइज़ेशन के विकल्प के रूप में सर्वर पर एक ग्राफाना एनालिटिक्स और मॉनिटरिंग प्लेटफॉर्म अतिरिक्त रूप से स्थापित किया जा सकता है। यह इस विकास की एक प्रमुख विशेषता नहीं है, इसलिए इसे इस निर्देश में आगे वर्णित नहीं किया गया है।

चरण 8: परिणाम - डेटा पढ़ना और सत्यापन

सभी वायरिंग, असेंबली, प्रोग्रामिंग और पर्यावरण सेटअप के साथ, सेंसर स्टेशन समय-समय पर डेटाबेस को डेटा रीडिंग भेजता है। संचालित होने पर, कई ऑपरेशन राज्यों को नीचे के एलईडी रंग के माध्यम से दर्शाया गया है:

• बूट के दौरान, वाईफाई से लंबित कनेक्शन को इंगित करने के लिए पीले रंग में एलईडी रोशनी।
• जब और कनेक्ट होने पर, संकेतक नीला होता है।
• सेंसर स्टेशन सेंसर रीडिंग चलाता है और इसे समय-समय पर सर्वर को भेजता है। प्रत्येक सफल स्थानांतरण को ६०० ms के हरे प्रकाश आवेग द्वारा दर्शाया गया है।
• त्रुटियों के मामले में, त्रुटि प्रकार के अनुसार संकेतक लाल, बैंगनी या पीले रंग का होगा। एक निश्चित समय या त्रुटियों की संख्या के बाद, सेंसर स्टेशन सभी सेंसर को रीसेट करता है और स्वचालित रूप से रिबूट होता है, फिर से बूट पर एक पीली रोशनी द्वारा इंगित किया जाता है। संकेतक रंगों के बारे में अधिक जानकारी के लिए ESP32 कोड और टिप्पणियाँ देखें।

इस अंतिम चरण के साथ, सेंसर स्टेशन लगातार चलता और संचालित होता है। आज तक, पहले से उल्लिखित लिविंग लैब स्मार्ट ऑफिस स्पेस में 10 सेंसर स्टेशनों का एक नेटवर्क स्थापित और चल रहा है।

चरण 9: वैकल्पिक: स्टैंड-अलोन संस्करण

CoMoS का विकास जारी है और इस चल रही प्रक्रिया का पहला परिणाम एक स्टैंड-अलोन संस्करण है। CoMoS के उस संस्करण को पर्यावरण डेटा की निगरानी और रिकॉर्ड करने के लिए डेटाबेस सर्वर और वाईफाई नेटवर्क की आवश्यकता नहीं है।

नई प्रमुख विशेषताएं हैं:

• डेटा रीडिंग को आंतरिक माइक्रो एसडी-कार्ड पर एक्सेल के अनुकूल सीएसवी प्रारूप में संग्रहीत किया जाता है।
• किसी भी मोबाइल डिवाइस द्वारा CoMoS तक पहुंच के लिए एकीकृत वाईफाई एक्सेस प्वाइंट।
• वेब-आधारित ऐप (ESP32 पर आंतरिक वेब सर्वर, कोई इंटरनेट कनेक्शन की आवश्यकता नहीं) एसडी कार्ड से सीधे फ़ाइल डाउनलोड के साथ लाइव डेटा, सेटिंग्स और स्टोरेज एक्सेस के लिए, जैसा कि इस चरण से जुड़े चित्र और स्क्रीनशॉट में दिखाया गया है।

यह वाईफाई और डेटाबेस कनेक्शन को बदल देता है जबकि कैलिब्रेशन और सभी डिज़ाइन और निर्माण सहित अन्य सभी सुविधाएँ मूल संस्करण से अछूती रहती हैं। फिर भी, स्टैंड-अलोन CoMoS को ESP32 की आंतरिक फ़ाइल प्रबंधन प्रणाली "SPIFFS" तक पहुँचने के अनुभव और आगे के ज्ञान की आवश्यकता होती है, और वेब-ऐप कैसे काम करता है, यह समझने के लिए HTML, CSS और जावास्क्रिप्ट के बारे में थोड़ी जागरूकता की आवश्यकता होती है। इसे काम करने के लिए कुछ और/अलग पुस्तकालयों की भी आवश्यकता है।

कृपया आवश्यक पुस्तकालयों के लिए संलग्न ज़िप फ़ाइल में Arduino कोड की जाँच करें और प्रोग्रामिंग और SPIFFS फ़ाइल सिस्टम पर अपलोड करने के बारे में अधिक जानकारी के लिए निम्नलिखित संदर्भों की जाँच करें:

एस्प्रेसिफ द्वारा SPIFFS पुस्तकालय

SPIFFS फ़ाइल अपलोडर by me-no-dev

Pedroalbuquerque द्वारा ESP32WebServer पुस्तकालय

यह नया संस्करण एक पूरी तरह से नया निर्देश योग्य बना देगा जो भविष्य में प्रकाशित हो सकता है। लेकिन अभी के लिए, विशेष रूप से अधिक अनुभवी उपयोगकर्ताओं के लिए, हम बुनियादी जानकारी और फ़ाइलों को साझा करने का मौका नहीं छोड़ना चाहते हैं, जिन्हें आपको इसे सेट करने की आवश्यकता है।

स्टैंड-अलोन CoMoS बनाने के लिए त्वरित कदम:

• पहले चरण के अनुसार केस बनाएं। वैकल्पिक रूप से, सीओएमओएस मामले में माइक्रो एससी कार्ड रीडर के लिए एक अतिरिक्त केस 3डी-प्रिंट करें। यदि आपके पास 3D प्रिंटर उपलब्ध नहीं है, तो कार्ड रीडर को CoMoS मुख्य केस के अंदर भी रखा जा सकता है, कोई चिंता नहीं।
• जैसा कि पहले बताया गया है, सभी सेंसर को तार दें, लेकिन इसके अलावा, एक माइक्रो एसडी कार्ड रीडर (amazon.com) और एक DS3231 रियल टाइम क्लॉक (adafruit.com) को स्थापित और तार करें जैसा कि इस चरण से जुड़ी वायरिंग योजना में दर्शाया गया है। नोट: पुल-अप रोकनेवाला और वनवायर के लिए पिन मूल वायरिंग योजना से भिन्न होते हैं!
• Arduino कोड की जाँच करें और वाईफाई एक्सेस पॉइंट वेरिएबल्स "ssid_AP" और "password_AP" को अपनी व्यक्तिगत पसंद के अनुसार समायोजित करें। यदि समायोजित नहीं किया गया है, तो मानक SSID "CoMoS_AP" है और पासवर्ड "12345678" है।
• माइक्रो एसडी कार्ड डालें, कोड अपलोड करें, SPIFFS फ़ाइल अपलोडर का उपयोग करके "डेटा" फ़ोल्डर की सामग्री को ESP32 पर अपलोड करें, और किसी भी मोबाइल डिवाइस को वाईफाई एक्सेस प्वाइंट से कनेक्ट करें।
• अपने मोबाइल ब्राउज़र में "192.168.4.1" पर नेविगेट करें और आनंद लें!

ऐप सभी एचटीएमएल, सीएसएस और जावास्क्रिप्ट पर आधारित है। यह स्थानीय है, इसमें कोई इंटरनेट कनेक्शन शामिल या आवश्यक नहीं है। इसमें सेटअप पेज और मेमोरी पेज तक पहुंचने के लिए इन-ऐप साइड मेन्यू है। सेटअप पृष्ठ पर, आप स्थानीय दिनांक और समय, सेंसर रीडिंग अंतराल, आदि जैसी सबसे महत्वपूर्ण सेटिंग्स को समायोजित कर सकते हैं। सभी सेटिंग्स को स्थायी रूप से ESP32 के आंतरिक संग्रहण में संग्रहीत किया जाएगा और अगले बूट पर पुनर्स्थापित किया जाएगा। मेमोरी पेज पर, एसडी कार्ड पर फाइलों की एक सूची उपलब्ध है। फ़ाइल नाम पर क्लिक करने से मोबाइल डिवाइस पर CSV फ़ाइल का सीधा डाउनलोड शुरू हो जाता है।

यह सिस्टम सेटअप इनडोर पर्यावरणीय परिस्थितियों की व्यक्तिगत और दूरस्थ निगरानी की अनुमति देता है। सभी सेंसर रीडिंग समय-समय पर एसडी कार्ड पर संग्रहीत की जाती हैं, हर नए दिन के लिए नई फाइलें बनाई जाती हैं। यह पहुंच या रखरखाव के बिना हफ्तों या महीनों तक निरंतर संचालन की अनुमति देता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, यह अभी भी एक सतत अनुसंधान और विकास है। यदि आप अधिक विवरण या सहायता में रुचि रखते हैं, तो कृपया संबंधित लेखक से टिप्पणियों के माध्यम से या सीधे लिंक्डइन के माध्यम से संपर्क करने में संकोच न करें।

चरण 10: उपसंहार - ज्ञात मुद्दे और आउटलुक

इस निर्देश में वर्णित सेंसर स्टेशन एक लंबे और चल रहे शोध का परिणाम है। लक्ष्य इनडोर पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए एक विश्वसनीय, सटीक, फिर भी कम लागत वाला सेंसर सिस्टम बनाना है। इसमें कुछ गंभीर चुनौतियाँ थीं, जिनमें से सबसे निश्चित का यहाँ उल्लेख किया जाना चाहिए:

सेंसर सटीकता और अंशांकन

इस परियोजना में उपयोग किए गए सभी सेंसर कम या मध्यम लागत पर अपेक्षाकृत उच्च सटीकता प्रदान करते हैं। अधिकांश आंतरिक शोर में कमी और संचार के लिए एक डिजिटल बस इंटरफेस से लैस हैं, जिससे अंशांकन या स्तर समायोजन की आवश्यकता कम हो जाती है। वैसे भी, क्योंकि सेंसर कुछ विशेषताओं के साथ या मामले में स्थापित होते हैं, लेखकों द्वारा संपूर्ण सेंसर स्टेशन का अंशांकन किया गया था, जैसा कि संलग्न चित्रों द्वारा संक्षेप में दिखाया गया है। कुल दस समान रूप से निर्मित सेंसर स्टेशनों का परीक्षण परिभाषित पर्यावरणीय परिस्थितियों में किया गया था और एक टेस्टो 480 पेशेवर इनडोर जलवायु सेंसर डिवाइस की तुलना में। इन रनों से, उदाहरण कोड में शामिल अंशांकन कारक निर्धारित किए गए थे। वे व्यक्तिगत सेंसर पर केस और इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रभाव के एक साधारण मुआवजे की अनुमति देते हैं। उच्चतम सटीकता तक पहुंचने के लिए, प्रत्येक सेंसर स्टेशन के लिए एक व्यक्तिगत अंशांकन की सिफारिश की जाती है। इस निर्देश में वर्णित विकास और निर्माण के अलावा, इस प्रणाली का अंशांकन लेखकों के शोध का दूसरा फोकस है। इसकी चर्चा एक अतिरिक्त, जुड़े हुए प्रकाशन में की गई है, जो अभी भी सहकर्मी-समीक्षा में है और ऑनलाइन होते ही इसे यहां लिंक कर दिया जाएगा। कृपया लेखकों की वेबसाइट पर इस विषय के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करें।

ESP32 ऑपरेशन स्थिरता

इस कोड में प्रयुक्त सभी Arduino- आधारित सेंसर लाइब्रेरी ESP32 बोर्ड के साथ पूरी तरह से संगत नहीं हैं। इस मुद्दे पर ऑनलाइन कई बिंदुओं पर व्यापक रूप से चर्चा की गई है, विशेष रूप से I2C और वनवायर संचार की स्थिरता के संबंध में। इस विकास में, रीसेट उद्देश्य के लिए उनकी बिजली आपूर्ति को काटने की अनुमति देने के लिए ESP32 के IO पिन के माध्यम से सेंसर को सीधे पावर देने के आधार पर, एक नई, संयुक्त त्रुटि का पता लगाने और हैंडलिंग की जाती है। आज के दृष्टिकोण से, यह समाधान प्रस्तुत नहीं किया गया है या व्यापक रूप से चर्चा नहीं की गई है। यह आवश्यकता से पैदा हुआ था, लेकिन आज तक कई महीनों और उससे आगे के संचालन की अवधि के लिए सुचारू रूप से चल रहा है। फिर भी यह अभी भी शोध का विषय है।

आउटलुक

इस निर्देश के साथ, आगे लिखित प्रकाशन और सम्मेलन प्रस्तुतियाँ लेखकों द्वारा विकास को फैलाने और एक विस्तृत और खुले स्रोत अनुप्रयोग की अनुमति देने के लिए की जाती हैं। इस बीच, सेंसर स्टेशन को और बेहतर बनाने के लिए अनुसंधान जारी है, विशेष रूप से सिस्टम डिज़ाइन और मैन्युफैक्चरिबिलिटी, और सिस्टम कैलिब्रेशन और सत्यापन के संबंध में। यह निर्देश भविष्य के महत्वपूर्ण घटनाक्रमों पर अपडेट किया जा सकता है, लेकिन सभी अप-टू-डेट जानकारी के लिए, कृपया लेखकों की वेबसाइट पर जाएँ या लिंक्डइन के माध्यम से सीधे लेखकों से संपर्क करें:

संबंधित लेखक: माथियास किमलिंग

दूसरा लेखक: कोनराड लॉयनरोथ

अनुसंधान संरक्षक: प्रो. सबाइन हॉफमैन

पहली बार लेखक में दूसरा पुरस्कार