Програмно-апаратний модуль реального часу для збору даних сенсорів на ESP32

Abstract

Метою роботи є розроблення та дослідження програмно-апаратного модуля реального часу для збору даних з різнотипних сенсорів на базі мікроконтролера ESP32 з бездротовою передачею даних через інтерфейс Bluetooth. Методами дослідження обрано: аналіз науково-технічної літератури та документації; структурне та об’єктно-орієнтоване проєктування програмного забезпечення; порівняльний аналіз для оцінювання існуючих рішень; експериментальний метод для перевірки характеристик розробленого модуля; методи тестування вбудованих програмних систем. В результаті виконання роботи розроблено трирівневу архітектуру програмного забезпечення на основі FreeRTOS з розподілом задач між двома ядрами ESP32, реалізовано уніфікований інтерфейс драйверів сенсорів DHT22, BMP280, MPU6050 та MQ-135, розроблено компактний бінарний протокол передачі даних через Bluetooth з контролем цілісності CRC-8. Підтверджено, що джитер опитування MPU6050 у режимі активного Bluetooth становить ±0,74 мс, що у 8–40 разів краще порівняно з аналогічними рішеннями. Результати роботи можуть бути використані у системах моніторингу мікроклімату, промислової автоматизації, носимої електроніки та «розумного будинку».

The purpose of the work is the development and study of a real-time hardwaresoftware module for collecting data from various types of sensors based on the ESP32 microcontroller with wireless data transmission via the Bluetooth interface. The research methods are: analysis of scientific and technical literature and documentation; structural and object-oriented software design; comparative analysis for evaluating existing solutions; the experimental method for verifying the characteristics of the developed module; testing methods for embedded software systems. As a result of the work, a three-tier software architecture based on FreeRTOS was developed with task distribution between the two cores of the ESP32, a unified driver interface for the DHT22, BMP280, MPU6050 and MQ-135 sensors was implemented, and a compact binary data transmission protocol over Bluetooth with CRC-8 integrity control was developed. It was confirmed that the MPU6050 polling jitter in active Bluetooth mode is ±0,74 ms, which is 8–40 times better compared to similar solutions. The results of the work can be used in microclimate monitoring systems, industrial automation, wearable electronics and «smart home» systems.