Un sistema di monitoraggio dell'energia intelligente basato su IoT (Internet of Things) ti consente di monitorare il consumo di energia a casa o in ufficio in tempo reale. Il sistema raccoglie i dati nei registri e li visualizza in modo significativo che è possibile utilizzare ulteriormente per eseguire azioni, come suonare un avvisa o invia notifiche sul tuo smartphone o su Alexa/Assistente Google per un consumo energetico elevato o quando il consumo di energia raggiunge un certo livello soglia. Inoltre, ti aiuta anche a risparmiare energia e prevenire gli sprechi.
In questa guida imparerai a costruire da zero un dispositivo di monitoraggio dell'energia intelligente o un contatore elettrico intelligente utilizzando un modulo ESP8266, come NodeMCU, ESP32, o D1 Mini, e SCT013—un sensore di corrente AC non invasivo.
Cose di cui avrai bisogno
Per costruire questo dispositivo di monitoraggio energetico intelligente, è necessario quanto segue,
- Un microcontrollore NodeMCU, D1 Mini o ESP32. Per questo progetto abbiamo utilizzato NodeMCU (ESP8266).
- Un sensore a pinza amperometrica CA non invasivo SCT013 30A 1V. È inoltre possibile utilizzare un sensore SCT013 da 5 A 1 V, 10 A 1 V, 15 A 1 V, 20 A 1 V, 50 A 1 V o 100 A 1 V secondo le proprie esigenze.
- Cavo MicroUSB
- Un PCB generico
- Un condensatore da 10µf 16V
- Due resistori da 10K (1/4 watt)
- Una resistenza da 33 Ohm (1/4 watt)
Questo progetto fai-da-te coinvolge tensione/corrente CA, che è letale. Se non sei esperto, fermati qui o continua a tuo rischio e pericolo.
Passaggi per costruire un dispositivo di monitoraggio dell'energia intelligente
Di seguito sono riportati i passaggi da seguire per creare un dispositivo di monitoraggio dell'energia intelligente basato su IoT per monitorare il consumo energetico.
Passaggio 1: installare e configurare Home Assistant
Segui la nostra precedente guida fai-da-te a installa e configura l'assistente domestico su Raspberry Pi. Se non hai un Raspberry Pi, puoi anche usare il tuo vecchio laptop. Tuttavia, il laptop avrà un'impronta energetica maggiore e consumerà più energia rispetto a Raspberry Pi 3 o Raspberry Pi 4.
Passaggio 2: installa il componente aggiuntivo ESPHome in Home Assistant (HA)
ESPHome è un componente aggiuntivo disponibile nell'Assistente domestico che verrà utilizzato per creare un firmware personalizzato e eseguirne il flashing sul microcontrollore ESP32, NodeMCU o D1Mini. Segui questi passaggi per installare il componente aggiuntivo ESPHome in HA.
Nel Assistente domestico, vai a Configurazione e fare clic su Componenti aggiuntivi, backup e supervisore.
Clic Negozio aggiuntivo.
Nella barra di ricerca, digita ESPHome e quindi fare clic su ESPHome elencati sotto Componenti aggiuntivi della community di Home Assistant.
Clic Installare.
Questo installerà ESPHome Dashboard nel tuo Home Assistant. Dopo l'installazione, fare clic su Cominciare.
Abilita anche Cane da guardia, Aggiornamento automatico, e Mostra nella barra laterale. Quindi fare clic Aprire l'interfaccia utente Web per avviare ESPHome Dashboard.
Clic +Nuovo dispositivo > Continua.
Immettere il nome per la configurazione, ad esempio misuratore di potenza intelligente, e fare clic Prossimo.
Seleziona ESP32 per ESP32 MCU o ESP8266 se stai utilizzando D1 Mini o NodeMCU e fai clic su Prossimo.
Clic Saltare.
Trova il progetto appena creato e fai clic Modificare.
Nel smart-power-meter.yaml archiviare, copiare e incollare questo codice YAML.
Ora apporta le seguenti modifiche prima di salvare,
- Modifica le credenziali e le password Wi-Fi.
- Abbiamo aggiunto un lambda funzione per calcolare il consumo di energia per un'alimentazione a 230 Volt. Ma alcuni paesi hanno 110 V o 120 V come alimentazione standard, come gli Stati Uniti. Se vivi in quei paesi, assicurati di cambiare il valore da 230 a 110 o 120.
Clic Salva e quindi fare clic Installare. Scegliere Collegati a questo computer.
ESPHome compilerà il codice e creerà un file firmware binario o .bin, ad esempio smart-power-meter.bin. Il completamento dell'operazione potrebbe richiedere del tempo.
Una volta compilato il firmware, fare clic su Scarica Progetto. Questo scaricherà il file del firmware .bin sul tuo PC.
Collega la scheda NodeMCU, ESP32 o D1 Mini al tuo PC o Mac utilizzando un cavo micro USB.
Scarica il ESPHome-Flasher strumento e avviarlo. È disponibile per Windows, macOS e Ubuntu.
Seleziona il COM porta, vai a .bidone file del firmware e quindi fare clic Flash ESP.
Dopo aver eseguito il flashing del firmware, il dispositivo ESP MCU si collegherà alla rete Wi-Fi e sarà online nella ESPHome Dashboard.
Passaggio 3: collegare il sensore della pinza amperometrica CA SCT013 a ESP
Per collegare l'SCT013 a ESP32 o NodeMCU, è possibile acquistare questo modulo su eBay per interfacciare o collegare il sensore SCT013 con D1 Mini, NodeMCU o ESP32. Puoi anche costruirne uno, come ho fatto io, seguendo questo schema elettrico.
È possibile acquistare un jack audio femmina da 3,5 mm per collegare il sensore di corrente AC SCT013 con ESP o spellare il cavo del jack SCT013 da 3,5 mm e quindi collegarli al circuito.
Una volta terminato, accendi NodeMCU collegandolo a un alimentatore micro USB. Qualsiasi caricatore per smartphone con uscita 5V funzionerà.
Passaggio 4: calibrare i valori del sensore SCT013
Per misurare la corrente e calibrare il sensore, è necessario agganciarlo al filo di fase (solitamente di colore rosso) proveniente dal contatore elettrico alla scatola di distribuzione di casa.
Vai a Cruscotto ESPHome e fare clic Registri sotto misuratore di potenza intelligente.
I registri visualizzeranno la potenza del Wi-Fi e lo stato della connessione.
Annota il 'Corrente misurata': Stato di invio x.xxxx A con valore.
Dovrebbe essere simile con fluttuazioni minime se non hai nuovo carico ATTIVO nella tua casa. Raccogli almeno 10 valori e poi elimina la media.
Quindi aggiungi il seguente codice nel file smart-power-meter.yaml file sotto Sensore:
filtri:
- calibra_lineare:
- 0 -> 0
- 0.00807 -> 1.2228
Qui 0.00807 è il valore medio e 1.2228 è la corrente effettiva assorbita nella nostra casa. Puoi ottenere questo valore reale dal tuo contatore elettrico.
Se il tuo contatore elettrico non visualizza un valore corrente o non hai accesso al contatore, segui il metodo successivo per calibrare i valori del sensore. Modo alternativo per calibrare i valori del sensore È possibile rimuovere la copertura esterna da un cavo della scheda di estensione ed esporre i fili interni.
Quindi fissare il sensore SCT013 sul filo di fase esposto (filo rosso) e quindi eseguire un carico, come un forno a microonde o una ventola. Prestare attenzione durante la rimozione del cavo della scheda di estensione. Non tagliare il cavo o perforare i fili interni.
Controllare i log e quindi sostituire i valori. Salvalo e quindi fai clic Installare.
Poiché smart-power-meter è connesso e online, puoi caricare il codice In modalità wireless.
Il nuovo firmware verrà compilato e caricato in modalità wireless. Una volta fatto, puoi vedere i valori attuali effettivi.
Per valori più accurati, ti consigliamo usa un multimetro per misurare la corrente assorbita da un apparecchio e rilevata dal sensore SCT013. Quindi sostituisci quelli nel filtri valori come sopra descritto.
Passaggio 5: configura il dashboard energetico in Home Assistant
Per configurare la dashboard dell'energia in Home Assistant, devi aggiungere il sensore a Home Assistant. I passi sono come segue.
Vai a Configurazione > Dispositivi e servizi > Aggiungi integrazione.
Cerca e clicca ESPHome.
Inserisci il indirizzo IP del sensore (lo trovi nei log) e clicca Invia.
Scegli l'area e clicca Fine.
Clic misuratore di potenza intelligente e quindi fare clic 1 dispositivo.
Clic Aggiungi a amore.
Seleziona un Camera (seleziona quella predefinita se non hai ancora creato stanze) e clicca Prossimo.
Questo aggiungerà le entità.
Puoi personalizzare ulteriormente le carte nella tua stanza per aggiungere un indicatore che mostra la domanda attuale.
Puoi anche aggiungere bellissimi grafici, usando integrazione della mini-carta grafica.
Passaggio 6: traccia il consumo energetico giornaliero/mensile/annuale con Home Assistant
Il dashboard dell'energia è stato introdotto in Home Assistant con il rilascio di HA 2021.8, che semplifica l'ottenimento di informazioni dettagliate sul consumo energetico giornaliero, mensile o annuale. Puoi accedere rapidamente alla dashboard dalla barra laterale e controllare quanta energia viene utilizzata oggi. Puoi anche suddividere l'utilizzo in ore.
Per ulteriori informazioni, fare riferimento alla sezione sulla gestione dell'energia della documentazione di Home Assistant.
Sii intelligente, risparmia energia
Oltre a monitorare il consumo energetico dell'intera casa, puoi costruire più sensori di monitoraggio dell'energia intelligenti utilizzando il sensore SCT013 o PZEM-004T per monitorare attivamente e accuratamente il consumo di energia da parte dei singoli o specifici elettrodomestici, come HVAC, riscaldatori elettrici, motori, geyser, eccetera. Questo ti consente anche di conoscere lo stato dell'attività dell'appliance, ovvero se è accesa o spenta.
Puoi quindi utilizzare queste informazioni come eventi nell'Assistente domestico per creare l'automazione, ad esempio inviandoti notifiche sul tuo smartphone o tramite Alexa o Google Assistant.
Ti chiedi se i computer consumano molta energia? È tempo di sapere quanta elettricità sta utilizzando il tuo computer e come ridurla.
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Ravi è un esperto spiegatore di tecnologia, un appassionato di IoT e un amante di Linux con un background in big data e sviluppo di app. Trascorre la maggior parte dei fine settimana lavorando con i dispositivi IoT e giocando su Xbox. È anche un viaggiatore solista che ama le escursioni e l'esplorazione di nuovi sentieri.
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