Cómo construir un monitor de energía doméstico de bricolaje usando ESP8266

Un sistema inteligente de monitoreo de energía basado en IoT (Internet de las cosas) le permite rastrear el uso de energía en su hogar u oficina en tiempo real. El sistema recopila los datos en registros y los muestra de una manera significativa que puede usar para realizar acciones, como sonar y alertar o enviar notificaciones en su teléfono inteligente o Alexa/Google Assistant para un alto uso de energía o cuando el uso de energía alcanza un cierto límite. Además, también le ayuda a conservar energía y evitar el desperdicio.

En esta guía, aprenderá a construir un dispositivo de monitoreo de energía inteligente o un medidor de electricidad inteligente desde cero utilizando un módulo ESP8266, como NodoMCU, ESP32, o Mini D1, y SCT013—un sensor de corriente CA no invasivo.

Cosas que necesitará

Para construir este dispositivo inteligente de monitoreo de energía, necesita lo siguiente,

• Un microcontrolador NodeMCU, D1 Mini o ESP32. Para este proyecto, hemos utilizado NodeMCU (ESP8266).
• Un sensor de pinza amperimétrica de CA no invasivo SCT013 30A 1V. También puede usar un sensor SCT013 de 5A 1V, 10A 1V, 15A 1V, 20A 1V, 50A 1V o 100A 1V según sus requisitos.
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• Cable MicroUSB
• Una PCB de propósito general
• Un capacitor de 10µf 16V
• Dos resistencias de 10K (1/4 de vatio)
• Una resistencia de 33 ohmios (1/4 de vatio)

Este proyecto de bricolaje involucra voltaje/corriente de CA, que es letal. Si no tiene experiencia, deténgase aquí o continúe bajo su propio riesgo.

Pasos para construir un dispositivo inteligente de monitoreo de energía

A continuación se muestran los pasos que puede seguir para construir un dispositivo inteligente de monitoreo de energía basado en IoT para rastrear el consumo de energía.

Paso 1: Instalar y configurar Home Assistant

Siga nuestra guía de bricolaje anterior para instalar y configurar el asistente doméstico en Raspberry Pi. Si no tiene una Raspberry Pi, también puede usar su vieja computadora portátil. Sin embargo, la computadora portátil tendrá una mayor huella de energía y consumirá más energía que la Raspberry Pi 3 o la Raspberry Pi 4.

Paso 2: Instale el complemento ESPHome en Home Assistant (HA)

ESPHome es un complemento disponible en Home Assistant que se usará para crear firmware personalizado y actualizarlo en el microcontrolador ESP32, NodeMCU o D1Mini. Siga estos pasos para instalar el complemento ESPHome en HA.

En Asistente de hogar, ir Configuración y haga clic en Complementos, copias de seguridad y supervisor.

Hacer clic Tienda de complementos.

En la barra de búsqueda, escriba ESPInicio y luego haga clic en ESPInicio listado bajo Complementos de la comunidad de Home Assistant.

Hacer clic Instalar en pc.

Esto instalará ESPHome Dashboard en tu Home Assistant. Después de la instalación, haga clic en Comienzo.

también habilitar Perro guardián, Actualización automática, y Mostrar en la barra lateral. Luego haga clic Interfaz de usuario web abierta para iniciar ESPHome Dashboard.

Hacer clic +Nuevo Dispositivo > Continuar.

Introduzca el nombre de la configuración, como medidor de potencia inteligente, y haga clic Próximo.

Seleccione ESP32 para ESP32 MCU o ESP8266 si está utilizando D1 Mini o NodeMCU y haga clic en Próximo.

Hacer clic Saltar.

Busque el proyecto recién creado y haga clic en Editar.

En el smart-power-meter.yaml archivar, copiar y pegar este código YAML.

Ahora haga los siguientes cambios antes de guardar,

• Cambie la credencial y las contraseñas de Wi-Fi.
• Hemos añadido un lambda función para calcular el consumo de energía para un suministro de 230 voltios. Pero algunos países tienen 110V o 120V como suministro estándar, como Estados Unidos. Si vive en esos países, asegúrese de cambiar el valor de 230 a 110 o 120.

Hacer clic Salvar y luego haga clic Instalar en pc. Escoger Conéctese a esta computadora.

El ESPHome compilará el código y creará un archivo de firmware binario o .bin, como smart-power-meter.bin. Esto puede tardar un tiempo en completarse.

Una vez compilado el firmware, haga clic en Descargar proyecto. Esto descargará el archivo de firmware .bin en su PC.

Conecte la placa NodeMCU, ESP32 o D1 Mini a su PC o Mac mediante un cable micro USB.

Descargar el ESPHome-Flasher herramienta y ejecútela. Está disponible para Windows, macOS y Ubuntu.

Selecciona el COM puerto, navegue hasta el .compartimiento archivo de firmware y luego haga clic en Destello ESP.

Después de actualizar el firmware, el dispositivo ESP MCU se conectará a la red Wi-Fi y estará en línea en el panel de ESPHome.

Paso 3: Conecte el sensor de pinza amperimétrica de CA SCT013 a ESP

Para conectar el SCT013 a ESP32 o NodeMCU, puede comprar este módulo en eBay para conectar o conectar el sensor SCT013 con D1 Mini, NodeMCU o ESP32. También puede construir uno, como hice yo, siguiendo este diagrama de circuito.

Puede comprar un conector de audio hembra de 3,5 mm para conectar el sensor de almeja de corriente CA SCT013 con ESP o pelar el cable del conector SCT013 de 3,5 mm y luego conectarlo al circuito.

Una vez hecho esto, encienda NodeMCU conectándolo a una fuente de alimentación micro USB. Cualquier cargador de teléfono inteligente con salida de 5V funcionará.

Paso 4: calibre los valores del sensor SCT013

Para medir la corriente y calibrar el sensor, debe sujetarlo en el cable de fase (generalmente de color rojo) que viene del medidor de electricidad a la caja de distribución de su casa.

Ir Tablero ESPHome y haga clic Registros bajo medidor de potencia inteligente.

Los registros mostrarán la potencia de Wi-Fi y el estado de la conexión.

Anote el ‘Corriente medida’: Estado de envío x.xxxx A con valor.

Debería ser similar con la fluctuación de minutos si no tiene una nueva carga ENCENDIDA en su hogar. Recopile al menos 10 valores y luego saque el promedio.

Luego agregue el siguiente código en el smart-power-meter.yaml archivar bajo Sensor:

filtros:
 - calibrar_lineal:
 - 0 -> 0
 - 0.00807 -> 1.2228

Aquí 0.00807 es el valor medio y 1.2228 es la corriente real dibujada en nuestra casa. Puede obtener este valor real de su medidor de electricidad.

Si su medidor de electricidad no muestra un valor actual, o no tiene acceso al medidor, siga el siguiente método para calibrar los valores del sensor. Forma alternativa de calibrar los valores del sensor Puede quitar la cubierta exterior de un cable de placa de extensión y exponer los cables internos.

Luego sujete el sensor SCT013 en el cable de fase expuesto (cable rojo) y luego haga funcionar una carga, como un microondas o un ventilador. Tenga cuidado al quitar el cable de la placa de extensión. No corte el cable ni perfore los cables internos.

Verifique los registros y luego reemplace los valores. Guárdelo y luego haga clic en Instalar en pc.

Dado que el medidor de potencia inteligente está conectado y en línea, puede cargar el código de forma inalámbrica.

El nuevo firmware se compilará y cargará de forma inalámbrica. Una vez hecho esto, puede ver los valores actuales reales.

Para valores más precisos, le recomendamos usa un multímetro para medir la corriente consumida por un aparato y reportada por el sensor SCT013. Luego reemplace los que están en el filtros valores como se describió anteriormente.

Paso 5: Configure el panel de energía en Home Assistant

Para configurar el tablero de energía en Home Assistant, debe agregar el sensor a Home Assistant. Los pasos son los siguientes.

Ir Configuración > Dispositivos y Servicios > Añadir Integración.

Busca y haz clic ESPInicio.

Introducir el dirección IP del sensor (puede encontrar esto en los registros) y haga clic en Enviar.

Elija el área y haga clic Finalizar.

Hacer clic medidor de potencia inteligente y luego haga clic 1 dispositivo

Hacer clic Añadir a lovelace.

Seleccione un Habitación (seleccione la predeterminada si aún no ha creado ninguna habitación) y haga clic en Próximo.

Esto agregará las entidades.

Puede personalizar aún más las tarjetas en su habitación para agregar un indicador que muestre la demanda actual.

También puede agregar hermosos gráficos, usando integración de tarjeta minigráfica.

Paso 6: Realice un seguimiento del uso de energía diario/mensual/anual con Home Assistant

El panel de energía se introdujo en Home Assistant con el lanzamiento de HA 2021.8, lo que facilita obtener información valiosa sobre su uso de energía diario, mensual o anual. Puede acceder rápidamente al tablero desde la barra lateral y verificar cuánta energía se está utilizando hoy. También puede desglosar el uso en horas.

Para obtener más información, consulte la sección de administración de energía de la documentación de Home Assistant.

Sea inteligente, ahorre energía

Además de monitorear el uso de energía de toda la casa, puede construir múltiples sensores inteligentes de monitoreo de energía utilizando el sensor SCT013 o PZEM-004T para rastrear de forma activa y precisa el uso de energía por electrodomésticos individuales o específicos, como HVAC, calentadores eléctricos, motores, géiseres, etc Esto también le permite conocer el estado de actividad del dispositivo, es decir, si está ENCENDIDO o APAGADO.

Luego puede usar esta información como eventos en Home Assistant para crear automatización, como enviarle notificaciones en su teléfono inteligente o a través de Alexa o Google Assistant.

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