📌 AmbientWatch

📖 Descrizione

Il dispositivo permette per monitorare alcuni parametri ambientali (co2, temperatura, umidità, rumore), visualizzarli su un display e mandarli su un server MQTT. È inoltre dotato di un buzzer per segnalare eventuali parametri critici.

🛠️ Hardware utilizzato

• ESP32
• SCD41: sensore co2, umidità, temperatura
• INMP441: microfono
• SSD1306: display oled
• Encoded trigger
• Buzzer
• Batterie da 3.7V
• TP4056: modulo per caricare le batterie
• Modulo step-up da 3.7V a 5V

📦 Librerie

#include <Preferences.h>
#include <ESP32Encoder.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Fonts/TomThumb.h>
#include <SensirionI2cScd4x.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <WiFi.h>
#include <driver/i2s.h>
#include <Arduino.h>

🔧 Installazione

⚠️ ATTENZIONE!!!
Il sensore SCD41 potrebbe aver bisogno di essere configurato; in tal caso consultare la libreria SensirionI2cScd4x.

Allo stesso modo il microfono potrebbe aver bisogno di essere configurato; in questo caso modificare la costante DECIBEL_CALIB_OFFSET nel file INMP441.h.

Prima di caricare il firmware, bisogna configurare il WiFi e il server MQTT; per farlo basta rinominare il file nella directory AmbientWatch da secrets.h.example a secrets.h, aprire il file e impostare correttamente tutti i parametri richiesti.

Una volta configurati tutti i parametri, si può caricare il firmware utilizzando Arduino IDE.

Per quanto riguarda tutti i vari collegamenti, ecco lo schema:

🔌 Consumo energetico

Facciamo una stima di quanto tempo duri la batteria per alimentare il sistema in maniera continuativa (consideriamo solamente il caso in cui non risvegli l'esp32 dalla sleep mode, ovvero quando non uso l'encoder rotativo per cambiare la schermata del display)

Io ho usato 3 batterie da 1330 mAh l'una.

Il consumo medio del sistema lo possiamo dividere in due fasi:

• Esp32 non in sleep mode: mediamente consuma 90 mA per ~90 s
• Esp32 in sleep mode: consuma 22 mA per ~210 s Quindi il consumo medio sarà di $\dfrac{(90*90)+(22*210)}{300}=42.4$

Le batterie sono da 1330 mAh l'una, collegate in parallelo --> 3990 mAh.

Quest'ultime erogano una tensione di 3.7V e sono collegate ad uno step-up per alzare e tenere stabile la tensione a 5V. Per calcolare il consumo dello step-up dobbiamo trovare la potenza in uscita necessaria con i 5V, e poi verificare la corrente necessaria con i 3.7V.
Inoltre bisogna tenere in considerazione l'efficienza del modulo (circa del 90%) e il suo consumo fisso (2 mA). Quindi:

Calcolo potenza in uscita dal modulo:
$P_{out} = 5 V * 0.0424 A ~= 0.212 W$

Calcolo potenza in entrata dal modulo (quindi devo aggiungere il 10% dato che ha un'efficienza del 90%):
$P_{in} = 0.212 W + \dfrac{0.212 W * 10}{100} ~= 0.233 W$

Calcolo corrente entrata con 3.7V:
$I_{in} = \dfrac{0.233 W}{3.7 V} ~= 0.063 A ~= 63 mA$

Aggiungo il costo costante del modulo di 2mA:
$I_{totale} = 63 mA + 2 mA ~= 65 mA$

$Autonomia = \dfrac{3990 mAh}{65 mA} ~= 61.4 h$

❌ Problemi noti

• Ho dovuto collegare il GND dal modulo step-up all'ESP32 direttamente nello spinotto usb dell'ESP32, altrimenti non sarebbe riuscito a ricevere la corrente necessaria per il suo funzionamento.
• Se uso l'encoded trigger mentre l'ESP32 si trova in light sleep mode, il primo valore catturato dal programma potrebbe non essere quello aspettato; questo accade perchè ESP32 perde delle informazioni per triggerare l'uscita dallo sleep mode.

📸 Foto