Designing an integrated monitoring system with adaptive modular architecture and ESP-NOW wireless interaction

Abstract

Описано розроблення інтегрованої системи моніторингу та керування параметрами житло- вого середовища, яка ґрунтується на мікроконтролері ESP32 та протоколі бездротової взає- модії ESP-NOW. Запропонована система вирізняється адаптивною архітектурою з чітко визначеною модульною структурою, що забезпечує гнучкість, масштабованість та зручність експлуатації. Обґрунтовано вибір мікроконтролера ESP32 як центрального елемента сис- теми завдяки його високій продуктивності, енергоефективності, наявності широкого спект- ра периферійних інтерфейсів і підтримці бездротового зв’язку Wi-Fi, Bluetooth та ESPNOW. Ця технологія є ключовою для модульної архітектури, забезпечуючи високошвид- кісний, стабільний та енергоефективний обмін даними між компонентами, завдяки чому немає потреби у зовнішньому маршрутизаторі або хмарних сервісах. Описано функціо- нальні особливості та взаємодію кожного із чотирьох основних модулів: центрального контролера, що здійснює комплексне опрацювання даних та забезпечує користувацький інтерфейс; модуля клімат-контролю, відповідального за точний моніторинг температури та відносної вологості; модуля контролю руху й освітленості, що детектує наявність та регу- лює інтенсивність світла; та модуля керування периферійними пристроями, призначеного для автоматизації зовнішнього обладнання. Особливу увагу звернено на реалізацію швид- кого та енергоощадного бездротового передавання даних, а також побудову інтуїтивного користувацького інтерфейсу на сенсорному TFT-дисплеї. Цей інтерфейс дає змогу здійсню- вати керування системою як в повністю автоматичному, так і в ручному режимах, надаючи користувачеві повний контроль та можливість персоналізації. Результати всебічного експериментального дослідження, здійсненого на реальному прото- типі системи, переконливо демонструють її високу ефективність у моніторингу кліматич- них параметрів, автоматичному регулюванні освітлення та надійному керуванні зовнішніми пристроями. Інтегровані розумні системи такого типу забезпечують вагомий внесок у під- вищення рівня комфорту мешканців, оптимізацію споживання енергоресурсів та забезпе- чення раціонального використання простору за рахунок індивідуальної адаптації функціо- налу до потреб користувача.The article presents the development of an integrated system for monitoring and managing residential environment parameters, based on the ESP32 microcontroller and the ESP-NOW wireless communication protocol. The proposed system features an adaptive architecture with a clearly defined modular structure, ensuring flexibility, scalability, and ease of operation. The choice of the ESP32 microcontroller as the central element of the system is justified by its high performance, energy efficiency, the availability of a wide range of peripheral interfaces, and support for Wi-Fi, Bluetooth, and ESP-NOW wireless connectivity. This technology is key to the modular architecture, providing high-speed, stable, and energy-efficient data exchange between components, which eliminates the need for an external router or cloud services. The functional features and interaction of each of the four main modules are described: the central controller, which performs comprehensive data processing and provides the user interface; the climate control module, responsible for accurate monitoring of temperature and relative humidity; the motion and lighting control module, which detects presence and regulates light intensity; and the peripheral device control module, designed for automating external equipment. Particular attention is paid to the implementation of fast and energy-efficient wireless data transmission, as well as the construction of an intuitive user interface on a touch-sensitive TFT display. This interface allows for system control in both fully automatic and manual modes, providing the user with complete control and customization capabilities. The results of a comprehensive experimental study conducted on a real system prototype convincingly demonstrate its high effectiveness in monitoring climate parameters, automatic lighting regulation, and reliable control of external devices. Integrated smart systems of this type significantly contribute to enhancing residents' comfort, optimizing energy resource consumption, and ensuring rational space utilization through individual adaptation of functionality to user needs.