Goedkope IoT-technologie om analoge vochtigheids- en temperatuurloggers te vervangen

Ik (Bert Degenhart Drenth) begon mijn carrière in musea in de vroege jaren tachtig en introduceerde enkele van de vroegste collectiebeheersoftware-systemen. In die dagen werden milieuomstandigheden in musea bewaakt met analoge data loggers. Dit waren mechanische apparaten met een vochtigheids- en temperatuurplottingssysteem. Goed spul, ze werden aangedreven door een "opwindmechanisme" dat regelmatig moest worden opgewonden. De gegevens werden getekend door kleine pennen op rollen papier.

Vandaag de dag is IoT, of 'Internet Of Things', het modewoord. Als experiment besloot ik te kijken hoe haalbaar, goedkoop of duur het is om een vergelijkbaar systeem te maken met behulp van state-of-the-art micro-elektronica. Mijn verlanglijstje:

• Gebruik standaardcomponenten
• Laag stroomverbruik (op batterijen)
• Draadloze gegevensverbinding (Bluetooth en/of WiFi)
• Gemakkelijk te programmeren (met behulp van Arduino-ontwikkelingstools)
• Weergave op het systeem

Dit leidde tot het volgende prototype, bestaande uit:

• ESP/Vroom 32 microcontroller board (15-20 euro)
• Een Siemens BME280 vochtigheids-/temperatuur-/luchtdruksensor (15-20 euro)
• Een 4,3" e-paper display (50 euro)
• Een breadboard (5 euro)

De totale kosten van het systeem bedragen minder dan 100 euro, natuurlijk zonder behuizing. Overduidelijk is het e-paper scherm het dure gedeelte. Als je geen display op het systeem nodig hebt, dan kost het hele systeem minder dan 50 euro. Je zou het e-paper display ook kunnen vervangen door een 2-regelig LCD-scherm, maar dan verlies je de grafische mogelijkheid.

Kenmerken van deze opstelling:

– Laag energieverbruik, de ESP32 heeft een diepe slaapmodus die de module in een toestand brengt waarin hij nauwelijks stroom verbruikt. Het E-paper display behoudt zijn informatie en verbruikt alleen stroom wanneer het wordt bijgewerkt.

– Industriële sensor van hoge kwaliteit van een gerenommeerde leverancier, zie https://www.bosch-sensortec.com/bst/products/all_products/bme280

– Draadloze connectiviteit, de ESP32 biedt zowel WiFi als Bluetooth (BLE = energiezuinige versie) connectiviteit. Met deze mogelijkheden kan men milieugegevens rechtstreeks overdragen naar een systeem voor gegevensbeheer. Meerdere systemen kunnen worden geïntegreerd in één systeem.

In deze opstelling gebruikte ik het ontwikkelingsbord van de maker van de ESP32, https://www.espressif.com/en/products/hardware/esp32/overview

Alternatieve versie

In mijn alternatieve versie met een standaard LCD-display gebruikte ik dezelfde ESP32 op een ontwikkelingsbord van Sparkfun, het ESP32 ding. ( https://www.sparkfun.com/products/13907) Ik vind dit bord zelfs nog beter dan het oorspronkelijke ontwikkelingsbord. Het is smaller, wat ruimte laat aan beide zijden van een breadboard om draden aan te sluiten. Het heeft ook een ingebouwde aansluiting voor een oplaadbare LiPo-batterij en een ingebouwde oplader. Steek gewoon een LiPo-batterij (ongeveer 10 euro) in en een USB-kabel kan het hele systeem opladen, waarna het dagenlang kan werken zonder opnieuw opladen (nee, geen getik en opwinden meer).