Hur man bygger en DIY-hushållsenergimonitor med ESP8266

Ett IoT (Internet of Things) baserat smart energiövervakningssystem låter dig spåra energianvändning i ditt hem eller kontor i realtid. Systemet samlar in data i loggar och visar dem på ett meningsfullt sätt som du kan använda för att utföra åtgärder, som att ljuda en varna eller skicka aviseringar på din smartphone eller Alexa/Google Assistant för hög strömförbrukning eller när energianvändningen når en viss tröskel. Dessutom hjälper det dig också att spara ström och förhindra slöseri.

I den här guiden får du lära dig att bygga en smart energiövervakningsenhet eller smart elmätare från grunden med hjälp av en ESP8266-modul, som t.ex. NodeMCU, ESP32, eller D1 Mini, och SCT013—en icke-invasiv växelströmssensor.

Saker du behöver

För att bygga denna smarta energiövervakningsenhet behöver du följande,

• En NodeMCU, D1 Mini eller ESP32 mikrokontroller. För detta projekt har vi använt NodeMCU (ESP8266).
• En SCT013 30A 1V icke-invasiv AC-strömtångsensor. Du kan också använda en 5A 1V, 10A 1V, 15A 1V, 20A 1V, 50A 1V eller 100A 1V klassad SCT013-sensor enligt dina krav.
instagram viewer
• MicroUSB-kabel
• Ett kretskort för allmänt bruk
• En 10µf 16V kondensator
• Två 10K motstånd (1/4 watt)
• Ett 33 Ohm motstånd (1/4 watt)

Detta gör-det-själv-projekt involverar växelspänning/ström, vilket är dödligt. Om du inte är erfaren, stanna här eller fortsätt på egen risk.

Steg för att bygga en smart energiövervakningsenhet

Nedan följer stegen du kan följa för att bygga en IoT-baserad smart energiövervakningsenhet för att spåra strömförbrukning.

Steg 1: Installera och konfigurera Home Assistant

Följ vår tidigare DIY-guide för att installera och konfigurera hemassistent på Raspberry Pi. Om du inte har en Raspberry Pi kan du också använda din gamla bärbara dator. Dock kommer den bärbara datorn att ha ett större energifotavtryck och förbruka mer ström än Raspberry Pi 3 eller Raspberry Pi 4.

Steg 2: Installera ESPHome-tillägget i Home Assistant (HA)

ESPHome är ett tillägg tillgängligt i Home Assistant som kommer att användas för att skapa anpassad firmware och flasha den på ESP32, NodeMCU eller D1Mini mikrokontroller. Följ dessa steg för att installera ESPHome-tillägget i HA.

I Hemassistent, gå till Konfiguration och klicka på Tillägg, Säkerhetskopiering & Supervisor.

Klick Tilläggsbutik.

Skriv i sökfältet ESPHome och klicka sedan på ESPHome listade under Home Assistant Community-tillägg.

Klick Installera.

Detta kommer att installera ESPHome Dashboard i din Home Assistant. Efter installationen klickar du på Start.

Aktivera också Vakthund, Automatisk uppdatering, och Visa i sidofältet. Klicka sedan Öppna webbgränssnittet för att starta ESPHome Dashboard.

Klick +Ny enhet > Fortsätta.

Ange namnet på konfigurationen, t.ex smart-effektmätare, och klicka Nästa.

Välj ESP32 för ESP32 MCU eller ESP8266 om du använder D1 Mini eller NodeMCU och klicka på Nästa.

Klick Hoppa.

Hitta det nyskapade projektet och klicka Redigera.

I den smart-power-meter.yaml fil, kopiera och klistra in denna YAML-kod.

Gör nu följande ändringar innan du sparar,

• Ändra Wi-Fi-uppgifter och lösenord.
• Vi har lagt till en lambda funktion för att beräkna strömförbrukningen för en 230 volts strömförsörjning. Men vissa länder har 110V eller 120V som standardförsörjning, till exempel USA. Om du bor i dessa länder, se till att ändra värdet från 230 till 110 eller 120.

Klick Spara och klicka sedan Installera. Välja Anslut till den här datorn.

ESPHome kommer att kompilera koden och skapa en binär eller .bin firmware-fil, som t.ex smart-power-meter.bin. Detta kan ta ett tag att slutföra.

När den fasta programvaran har kompilerats klickar du Ladda ner projekt. Detta kommer att ladda ner .bin firmware-filen till din PC.

Anslut NodeMCU-, ESP32- eller D1-minikortet till din PC eller Mac med en mikro-USB-kabel.

Ladda ner ESPHome-Flasher verktyget och starta det. Den är tillgänglig för Windows, macOS och Ubuntu.

Välj COM port, bläddra till .bin firmware-fil och klicka sedan på Flash ESP.

Efter att den fasta programvaran har blinkat kommer enhetens ESP MCU att ansluta till Wi-Fi-nätverket och vara online i ESPHome Dashboard.

Steg 3: Anslut SCT013 AC Current Clamp Sensor till ESP

För att ansluta SCT013 till ESP32 eller NodeMCU kan du köpa denna modul på eBay för att ansluta eller ansluta SCT013-sensorn med D1 Mini, NodeMCU eller ESP32. Du kan också bygga en, som jag gjorde, genom att följa detta kretsschema.

Du kan köpa ett 3,5 mm honljudjack för att ansluta SCT013 AC-strömsensorn till ESP eller ta bort 3,5 mm SCT013-jackkabeln och sedan ansluta dem till kretsen.

När du är klar, slå på NodeMCU genom att ansluta den till en mikro-USB-strömkälla. Alla smartphoneladdare med 5V-utgång fungerar.

Steg 4: Kalibrera SCT013-sensorvärdena

För att mäta strömmen och kalibrera sensorn måste du klämma fast den på fasledningen (vanligtvis röd färg) som kommer från elmätaren till ditt husdistributionsbox.

Gå till ESPHome Dashboard och klicka Loggar under smart-effektmätare.

Loggarna visar Wi-Fi-styrkan och anslutningsstatusen.

Anteckna 'Mätad ström': Sändningstillstånd x.xxxx A med värde.

Det bör vara liknande med minutfluktuationer om du inte har någon ny last PÅ i ditt hem. Samla in minst 10 värden och ta sedan ut medelvärdet.

Lägg sedan till följande kod i smart-power-meter.yaml fil under Sensor:

filter:
 - calibrate_linear:
 - 0 -> 0
 - 0.00807 -> 1.2228

Här 0.00807 är medelvärdet och 1.2228 är den faktiska strömmen som dras in i vårt hus. Du kan få detta verkliga värde från din elmätare.

Om din elmätare inte visar ett aktuellt värde, eller om du inte har tillgång till mätaren, följ nästa metod för att kalibrera sensorvärdena. Alternativt sätt att kalibrera sensorvärden Du kan ta av det yttre höljet från en kabel för förlängningskortet och exponera de interna ledningarna.

Kläm sedan fast SCT013-sensorn på den exponerade fastråden (röd tråd) och kör sedan en belastning, såsom en mikrovågsugn eller en fläkt. Var försiktig när du tar av kabeln för förlängningskortet. Klipp inte av kabeln eller stick igenom de interna ledningarna.

Kontrollera loggarna och ersätt sedan värdena. Spara den och klicka sedan Installera.

Eftersom smart-power-meter är ansluten och online kan du ladda upp koden Trådlöst.

Den nya firmware kommer att kompileras och laddas upp trådlöst. När du är klar kan du se de faktiska aktuella värdena.

För mer exakta värden rekommenderar vi dig använd en multimeter för att mäta strömmen som dras av en apparat och rapporteras av SCT013-sensorn. Byt sedan ut dem i filter värden enligt beskrivningen ovan.

Steg 5: Konfigurera Energy Dashboard i Home Assistant

För att konfigurera energiinstrumentpanelen i Home Assistant måste du lägga till sensorn i Home Assistant. Stegen är som följer.

Gå till Konfiguration > Enheter och tjänster > Lägg till integration.

Sök och klicka ESPHome.

Gå in i IP-adress av sensorn (du hittar detta i loggarna) och klicka Skicka in.

Välj området och klicka Avsluta.

Klick smart-effektmätare och klicka sedan 1 enhet.

Klick Lägg till lovelace.

Välj en Rum (välj standard om du inte har skapat några rum ännu) och klicka Nästa.

Detta kommer att lägga till enheterna.

Du kan ytterligare anpassa korten i ditt rum för att lägga till en mätare som visar aktuell efterfrågan.

Du kan också lägga till vackra grafer med hjälp av integration av minigrafkort.

Steg 6: Spåra daglig/månatlig/årlig energianvändning med Home Assistant

Energiinstrumentbrädan introducerades i Home Assistant med lanseringen av HA 2021.8, vilket gör det enkelt att få insiktsfull information om din dagliga, månatliga eller årliga energianvändning. Du kan snabbt komma åt instrumentpanelen från sidofältet och kontrollera hur mycket energi som används idag. Du kan också dela upp användningen i timmar.

För mer information, se avsnittet om energihantering i Home Assistant-dokumentationen.

Var smart, spara energi

Förutom att övervaka strömförbrukningen för hela huset, kan du bygga flera smarta energiövervakningssensorer med SCT013 eller PZEM-004T sensor för att aktivt och noggrant spåra strömförbrukningen av de enskilda eller specifika hushållsapparater, såsom HVAC, elvärmare, motorer, gejsrar, etc. Detta låter dig också veta enhetens aktivitetsstatus, d.v.s. om den är PÅ eller AV.

Du kan sedan använda denna information som händelser i Home Assistant för att skapa automatisering, som att skicka dig aviseringar på din smartphone eller via Alexa eller Google Assistant.

Hur mycket energi förbrukar din dator? (Och 8 sätt att skära ner)

Undrar du om datorer använder mycket ström? Det är dags att lära sig hur mycket el din dator använder och hur du kan minska den.

Läs Nästa

Om författaren