Cieľom projektu bolo vyvinúť prototyp smart senzora, ktorý bude schopný rozpoznať, či je ľubovoľné laboratórne zariadenie v prevádzke a sprístupniť tieto informácie používateľovi. V tomto prípade je spomínaným zariadením 3D tlačiareň. Pri vývoji prototypu bol kladený dôraz na modularitu, čo znamená, že senzor je prispôsobiteľný na detekciu aktivity aj iných zariadení. Používateľ tak vie stav svojho zariadenia bez toho, aby musel byť fyzicky prítomný, čo je výhodou najmä vtedy, keď je prebiehajúci proces (napríklad 3D tlač) časovo náročný. Ďalšou výhodou znalosti tohto stavu je šetrenie energie aj zariadenia samotného, pretože na konci činnosti je používateľ upozornený a môže zariadenie vypnúť.
SCT-013
Detekcia činnosti tlačiarne v tomto projekte bola založená na sledovaní jej spotreby energie. SCT-013 je neinvazívny senzor, ktorý funguje ako prúdový transformátor. Tento snímač má dvojdielne jadro a je možné ho zvonka upnúť na hlavný napájací kábel. Ako každý iný transformátor, prúdový transformátor má primárne vinutie, magnetické jadro a sekundárne vinutie. Keď vodičom preteká striedavý prúd, vo feromagnetickom jadre (v prípade tohto snímača je materiálom ferit) vzniká magnetické pole, ktoré následne indukuje elektrický prúd v sekundárnom vinutí.
ESP32-DevKitC
ESP32-DevKitC je vývojová doska, ktorá je súčasťou série ESP32, čo je séria nízkonákladových a nízkoenergetických mikro-ovládačov.
Táto doska má bohatú sadu periférií a má v sebe integrované Wi-Fi a Bluetooth moduly. Na programovanie tejto dosky sme použili integrované vývojové prostredie Arduino.
Schéma zapojenia elektrického obvodu
Priebeh merania
Na vykonanie našich meraní sme použili knižnicu EmonLib. Pomocou tejto knižnice sme boli schopní namerať hodnotu RMS prúdu a spolu s fixnou hodnotou napätia (230 V) sa vypočítal zdanlivý výkon. Takto získané hodnoty zdanlivého výkonu boli sčítané po každých piatich meraniach a tieto súčty sa vyhodnotili, keď bola tlačiareň v prevádzke oproti stavu, keď nič netlačila.
Vizualizácia dát
Tento graf zobrazuje rozdiel medzi zdanlivým výkonom pracujúcej tlačiarne (oranžová farba) a zdanlivého výkonu neaktívneho zariadenia (modrá farba). Je zrejmé, že je medzi nimi značný rozdiel, a preto nebolo potrebné vytvárať dodatočný algoritmus na rozlíšenie týchto stavov. Prahová hodnota bola teda stanovená heuristicky a jej hodnotu sme určili rovnú 4000 VA. Dôvodom bolo, že v priebehu kalibrácie výšky tlačovej plochy výkon na pár sekúnd výrazne klesol (žltá farba). Na základe prahovej hodnoty vieme rozoznávať tri stavy - zariadenie je zapnuté ale nepracuje, prebiehajúcu tlač a následný proces chladenia po ukončení tlače.
Notifikácia užívateľa
Smart senzor je schopný posielať notifikácie o stave zariadenia používateľovi e-mailom cez server SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Na prístup k SMTP pomocou mikro-ovládača ESP32 sme použili knižnicu Mail Client Library.
Prvá notifikácia upozorní užívateľa, že 3D tlačiareň je vo fáze chladenia:
Následne po uplynutí stanoveného času sa odošle e-mail s informáciou, že tlačová plocha je vychladená, a teda je možné 3D tlačiareň vypnúť:
PCB (Printed Circuit Board) dizajn
Počas priebehu meraní sme pracovali so zapojením znázorneným vyššie v časti Schéma zapojenia elektrického obvodu. Na nasledovnej fotografii je zobrazené fyzické zapojenie tohto obvodu:
V závere tohto projektu bolo cieľom vytvoriť dosku plošných spojov (PCB), ktorá slúži ako náhrada zapojenia zobrazeného vyššie. Výhodou použitia takejto dosky, okrem jej kompaktnosti, je aj fakt, že poskytuje mechanickú podporu elektrickým komponentom. Navrhnutý 3D a 2D dizajn dosky môžete vidieť na nasledovnom obrázku:
