CO2センサーにBlynkを使用した実際の経験。 パート1

みなさんこんにちは。 これは、カテゴリESP8266 + Blynk = ♡の別の記事です。 広告としてではなく、Blynkプラットフォームの開発者へのオマージュと、私以外の誰かに役立つかもしれない個人的な経験としてのみとってください。

開始する

このプロジェクトのアイデアは、アリに対するDYIの熱意の中で、 MQ-135空気質センサーが購入された数年前に生まれました。 仕様によると、このセンサーは空気中のNH3、​​NOx、アルコール、ガソリン、煙、CO2などの物質の存在に反応し、アナログ出力で空気の質を推定します[はい、チューニング抵抗とキャリブレーション方法があることを知っていますが、複雑すぎる]。

テストでは、センサーがあらゆる種類の有害な「臭い」化合物に完全に反応し、出力レベルがかなり急激に変化することが示されています。 状況は、目に見えない敵、つまり二酸化炭素CO2の定義により悪化しました。 この二酸化物の害と明白な遍在について多くのことが言われていますが、繰り返しはしません。


したがって、私にとって、MQ-135センサーは役に立たないことが判明しました。なぜなら、人が混雑している部屋と新鮮な空気の空気の質の大きな違いに「気付かない」からです。 しかし、呼び出しはすでに受け入れられていたので、数回のイタレーションの後、 MH-Z19 IRセンサーを備えたOpenWindAirボードの最後の（現在の）バージョンが誕生しました [完璧ではない、はい]。 結果のハードウェアとそのハードウェア機能の詳細については、記事ESPのデータ収集システムをご覧ください。 パートI

住宅の建物の二酸化炭素のレベルを測定するタスクでは、センサーは理想的で最適なソリューションであることが判明しました（配達付きアリで1200ルーブル）。

Blynk-鉄、クラウド、電話の接続を支援

Blynkプラットフォームについては、たとえばここで既に多くの良いことが言われています 。 プラットフォームの機能は、その思慮深さと使いやすさに驚くばかりです。 そのため、ESP8266の開発環境を選択してプログラムを作成するときが来たとき、選択はすぐにArduino IDEとBlynkライブラリに委ねられました。

テストスケッチBlynkSimpleEsp8266を実行しても、問題は発生しませんでした。 ただし、機能がより複雑になり、機能が強化されるにつれて、いくつかの困難に直面する必要がありました。これについて詳しく説明したいと思います。

ソフトウェアアーキテクチャ

Arduino IDE環境でESP8266用のソフトウェアを開発する主な利点は、1つのスケッチでまったく異なるライブラリを組み合わせることができ、ほとんど何も持たないことです。

TKが開発される前は、論文が策定され、次の点が含まれていました。

1. CO2センサー（MH-Z19）を一定の間隔で読み取り、3つの（緑、黄、赤）LEDを使用して結果を表示する必要があります。 制限は、 GOST 30494-2011 （住宅および公共の建物。部屋の微気候パラメータ）をほぼ考慮して選択されました。最大900 PPM-緑、901〜1400 PPM- 黄色 、1401 PPM- 赤を超えています。 また、ビープ音のしきい値が1100 PPMに設定されているビープ音もありますが、Blynkで完全に設定または無効化できます。 デバッグ中に、MH-Z19が実際に測定される代わりに、グリッチして最大値（設定された制限に応じて：1000、2000、3000または5000 PPM）を与えることがあることが判明しました。 これにより、結果の処理がやや複雑になり、ユーザーへの誤ったメッセージにつながる可能性があり、ユーザーの神経を保護する必要があります。 また、誤って測定された2000 PPM（居住区の野生値）を、ユーザーが座ってセンサーに吸い込んだときの状況から区別するための絶対的に正しい（複数の測定を除く）方法はありません。 この問題をカモフラージュするために2つの手段が取られました：測定限界は2000 PPMに設定され（デバイスは住宅の敷地内で使用され、1400を超えるものはすべてレッドゾーンであると想定されます）、最後の10の測定結果の平均が追加されました。 その結果、単一の誤検知（2000 PPM）では、平均グラフに大きなサージは発生しません。 ただし、必要に応じて、Blynkを使用してセンサーの測定制限を調整し、実際の（平均CO2値ではない）を確認できます。

2. Adafruit DHTセンサーライブラリを使用して、温度/湿度センサー（ AM2302 ）を操作しました。 2つの小さな変更が行われました：AM2302の再読み取りの追加（最初に読み取られない場合があります）および温度と湿度の値の補正係数が導入されました。 内蔵センサーを使用する場合、外部センサー（ジャンパーで選択）を使用する場合、デバイス内部の空気は外部より15％「乾燥」し、外部より2°C（1°F）暖かくなることが実験的に確立されています-測定結果を修正しないでください無効にすることができます。

3.ユーザーは、追加のソフトウェアやフラッシュなしで、デバイスを構成（WiFiへの接続、認証トークンの指定など）できる必要があります。 最も最適なソリューションは、 WiFiManagerライブラリを使用することでした 。これにより、ESPがアクセスポイントモードになり、 Captiveポータルを介してWiFi設定やその他のパラメーターをUSBフラッシュドライブに保存できます。


将来的には、起動時に、ライブラリは保存されたWiFiポイントへの接続を試み、障害が発生した場合、アクセスポイントとキャプティブポータルモードに戻ります。 また、ユーザーが突然Blynkを使用したくない場合、またはWiFiルーターがない場合、OpenWindAirは起動せず、APモードでのみ起動し、タイムアウトで再起動します。

この絶望的な状況から抜け出す方法は、BlynkまたはMQTTサーバーに接続するためのゼロ以外の設定がまだある場合、開始時に接続と再起動を試みます。

if (!wifiManager.autoConnect("OpenWind - tap to config")){ if (mqtt_server[0] != '\0' || blynk_token[0] != '\0'){ Serial.println("Failed to go online for Blynk and MQTT, restarting.."); ESP.restart(); } else{ Serial.println("Failed to go online, offline mode activated"); online = false; } 

4. Blynkにはインターネット接続が必要です（サーバーがローカルでない場合）。したがって、WiFi接続の可用性を制御する必要があります。 現時点でWiFiManagerライブラリはWiFiに再接続できず、アパート内のライトが「点滅」してルーターが再起動した場合、再起動するだけでESP8266をWiFiに復元できます。 そのため、60秒連続して接続しないとデバイスが再起動する単純なタイマーを追加する必要がありました。

 if (WiFi.status() != WL_CONNECTED && online){ if (!wifilost_flag){ wifilost_timer_start = uptime; wifilost_flag = true; } if (((uptime - wifilost_timer_start) > wifilost_timer_max) && wifilost_flag){ Serial.print("\n\rWiFi connection lost, restarting.."); wifilost_flag = false; ESP.restart(); } } 

5. Blynkを使用する代わりに、ユーザーはMQTTプロトコルを介して証言をPeople's Monitoringサーバーまたは他の同様のサービスに送信することを選択できます。 これらの目的のために、 PubSubClientライブラリが選択されました。このライブラリは、最も理解しやすいC言語で書かれており、明確な例を持っている唯一の（Arduino IDEディレクトリにあるものから）です。

6.頻繁ではなく、それほど複雑ではありませんが（特に組み込みCP2102を使用 ）、デバイスをフラッシュしますが、このプロセスを可能な限り単純化したいと思っています。 ArduinoOTAライブラリを使用すると、新しいバイナリを簡単にダウンロードしてフラッシュできます。 OTAは、デバイスのボタンまたは電話を介してリモートでアクティブ化できます。 ただし、いくつかの驚きがありましたが、異なるファイルシステムサイズ（SPIFFS）のESP8266-12Eモジュールを購入したことがわかりました。

Flash


ESP8266-12Eの外部的に区別できないモジュールは、サイズが1 MBまたは3 MBのファイルシステムを持つことができ、異なるファームウェア（Arduino IDEのビルドオプション）が必要です。 したがって、起こりうる問題を回避するために、ロード時に実際のメモリサイズを確認し、OTAアップグレード時にサーバー上の適切なバイナリを要求する必要があります（まだ実行されていません）。 または、少し簡単な方法で1 MBの小さい公称値でSPIFFSのすべてのファームウェアを収集できます。これらは、大量のメモリを搭載したESP8266-12Eで動作するためです。

このようなチェックのために、SDKにはIDEで実際のメモリと選択されたメモリのサイズを決定できる便利な機能があります。

 String realSize = String(ESP.getFlashChipRealSize()); String ideSize = String(ESP.getFlashChipSize()); bool flashCorrectlyConfigured = realSize.equals(ideSize); if(flashCorrectlyConfigured){ Serial.println("flash correctly configured, SPIFFS starts, IDE size: " + ideSize + ", match real size: " + realSize); } else{ Serial.println("flash incorrectly configured, SPIFFS cannot start, IDE size: " + ideSize + ", real size: " + realSize); } 

7.異なるソフトウェアバージョンで混乱しないように、またそれらを相互に区別しないように、Arduino IDEのarduino-1.8.5 \ hardware \ platform.txtファイルをわずかに書き換えて、コンパイル中にbatファイルを起動し、現在のスケッチのコピーを作成します結果のバイナリ、およびバージョン番号も自動的にインクリメントします。

 recipe.hooks.sketch.prebuild.0.pattern=D:\arduino-1.8.5\hardware\increment.bat {build.path} {build.source.path} {build.project_name} 

したがって、各アセンブリ/ファームウェアの後に、バイナリで配線されたバージョン番号と同じ番号のスケッチのコピーがあります。 また、スケッチのあるフォルダーをDropboxに入れると、その場しのぎのバージョン管理システムが得られます。

Arduino IDEおよびbatファイルの自動インクリメントバージョンを設定する手順は、githubに投稿されています。

8.組み込みのUSB-UARTアダプターがあるため（WindowsおよびLinuxのCP2102のドライバーに問題はありません）、ターミナル（9600の速度）を介して測定結果の出力を追加しないことは不可能でした。 20秒に1回、測定結果とエラーメッセージが表示されます。

Reading MHZ19 sensor: ok
Reading DHT22 sensor: ok
===================================================

Humidity: 36.20%
Temperature: 27.20C \ 83.56F
C02: 1153 ppm
C02 average: 462 ppm
ADC: 99
UpTime: 0 days, 0 hours, 3 minutes, 45 seconds.
Time: 16:25:56 20/3/2018
===================================================

Enterボタンを押すと、システム情報を含むメッセージを取得できます。
======SYSTEM-STATUS================================
Device name: OpenWindAir
Software version: 0.1.235
FreeHeap: 33824
ChipId: 13704617
FlashChipId: 1405167
FlashChipSize: 4194304
FlashChipSpeed: 40000000
CycleCount: 2204474679
Time: 16:27:6 20/3/2018
UpTime: 295
======BLYNK-STATUS=================================
Blynk token: 65a99f9e363a421c8b22d5b0162cce27
Blynk connected: 1
Notify level: 1100
Beep: 1
CO2 limit: 2000
Temperature correction: 1
======NETWORK-STATUS===============================
WiFi network: adakta2
WiFi status: 3
RSSI: -70
MAC: 18FE34D11DA9
IP: 192.168.0.152
Online: 1
======MQTT-STATUS==================================
MQTT server:narodmon.ru
MQTT port:1883
MQTT login:login
MQTT key:key
MQTT topics:
/OpenWindAir/h
/OpenWindAir/t
/OpenWindAir/f
/OpenWindAir/ppm
/OpenWindAir/status
======END-of-STATUS================================

最も不快な問題

開発中に直面しなければならなかった最も不愉快なことは、測定結果をMQTTサーバーとBlynkに送信しているときに、データの一部が失われ、サーバーに到達しない場合です。 判明したように、MQTTサーバーに接続してデータを送信するのに数秒かかる場合があり、この間にBlynkライブラリはサーバーとの接続を失い、その結果、サーバーへの再接続を手動で開始しないと、多くの時間と結果の一部がかかる測定値が失われます。 WiFiクライアント_blynkWifiClientのステータスのチェックを追加し、接続がない場合は、強制停止_blynkWifiClient.stop（）を実行してから、Blynkサーバーに再接続する必要がありました。

 if (WiFi.status() == WL_CONNECTED){ wifilost_flag = false; if (blynk_token[0] != '\0'){ if (Blynk.connected() && _blynkWifiClient.connected()){ Blynk.run(); } else{ Serial.print("\n\rReconnecting to blynk.. "); Serial.print(Blynk.connected()); if (!_blynkWifiClient.connected()){ _blynkWifiClient.stop(); Return _blynkWifiClient.connect(BLYNK_DEFAULT_DOMAIN, BLYNK_DEFAULT_PORT); } Blynk.connect(4000); Serial.print(Blynk.connected()); } } 

おわりに

これは私の最初の記事ですが、Habréへの登録から7年が経過しました。 非常に厳しく判断せず、govnokodに注意を払ってはいけません。govnokodは、これまでのところ私が話す唯一のプログラミング言語です。

githubのリポジトリにあるプロジェクト全体を知ることができます。

CO2センサーが存在しても、私（および私の家族）が再び息苦しい部屋にいることはできません。 しかし、最も重要なことは、彼は、前者を支持して、暑い人と吹いている人（私でした）のキャンプ間の永遠の戦争を止めました。

次に、Qlyコードがスキャンされ、Blynkアプリケーション（ AppSore 、 Android ）を使用して、過去3か月間に私の場所にどんな微気候があったかを調べることができます。

プロジェクトは機能しています。何も壊さないでください。