Mapeo del flujo de temperatura del hogar con sensores baratos

Historia

Qué quiero hacer

• Seleccione los componentes disponibles más económicos, escalables y fáciles de configurar
• Programe e implemente tantos sensores de temperatura como sea posible y conéctese a una puerta de enlace web
• Utilice estos datos para automatizaciones más eficientes a través de un dispositivo de termostato inteligente, controlador de ventana, detección de presencia, iluminación inteligente, controlador de estufa de pellets, etc.
• Cree un registro de energía maestro utilizando datos de temperatura registrados integrados con la API del medidor inteligente, historial meteorológico, etc.

Fondo

Incluso para aquellos de nosotros acostumbrados a vivir en climas fríos, la última década ha estado marcada por una combinación de frío extremo y precios de calefacción inusualmente altos. No es sorprendente entonces que los combustibles alternativos como los pellets de madera y los dispositivos de ahorro de energía como el termostato Nest hayan tenido una gran demanda.

De hecho, mi propio interés en IOT y OSHW en su conjunto se inspiró en parte en el deseo de maximizar la eficiencia de un pequeño quemador de pellets que instalé en mi sótano hace un par de años. Si bien mi interés en IOT se ha diversificado en nuevas direcciones, me encuentro regresando al proyecto original cada vez que el clima comienza a enfriarse.

En resumen, se desperdicia una enorme cantidad de energía para enfriar o calentar hogares individuales y cuando los residentes intentan mejorar la ventilación o el aislamiento, el proceso se basa más en la intuición que en los datos científicos.

¿No es para esto un termostato?

Ya sean los viejos modelos "tontos" estándar o los modelos de "aprendizaje" programables como el NEST, un termostato solo puede proporcionar una lectura de temperatura general basada en su vecindad inmediata. Para mapear con precisión la cantidad de calor que viaja desde el sótano hasta un dormitorio del tercer piso, por ejemplo, necesitará múltiples sensores en toda la casa. En una nota personal, el precio promedio del termostato inteligente de $ 250 puede estar más justificado que otros dispositivos de "Hogar conectado" como el Phillips Hue, pero aún es más de lo que mis ingresos permiten ... Sin embargo, en algún momento espero conseguir uno, por lo que el flujo de trabajo ha sido diseñado para funcionar con o sin un termostato programable.

Cuando la cantidad tiene una calidad propia.

Los datos brutos son como la producción de armas en la Segunda Guerra Mundial ... En que la calidad está directamente relacionada con la cantidad. En este caso particular, he determinado que necesito al menos 5 sensores individuales desplegados en toda la casa, para que los datos sean relevantes.

En años anteriores, el costo o la accesibilidad de los componentes de redes inalámbricas disponibles representaban el principal obstáculo. Intenté usar módulos XBee y clientes WiFi individuales en el pasado, pero después de agregar el microcontrolador (Arduino Pro Mini =$ 7), el sensor de temperatura ($ 4) y el módulo inalámbrico (XBee =$ 17), el costo total por sensor nunca permitió para despliegues en la escala necesaria. Combinado con el costo de la puerta de enlace y el servidor, una configuración mínima fácilmente podría costar más de $ 250 antes de tener en cuenta el tiempo y los gastos de configuración del servidor y los servicios web. Varios módulos de RF como el nrf24l01 estaban disponibles a un costo muy bajo, pero la configuración siempre resultó demasiado complicada al usar software y bibliotecas de códigos disponibles en ese momento.

La oportunidad.

Varios desarrollos recientes han hecho que dicha red sea mucho más factible que nunca.

• La ley de Moore sigue aplicándose a componentes WiFi más baratos, como el ESP8266 en particular.
• Los proyectos comunitarios de código abierto como http://www.mysensors.org/ han hecho que sea mucho más fácil trabajar con dispositivos de bajo costo como el NRF24l01.
• Los servidores IOT como NodeRED, home-assistant.io, EasyIOT y muchos más se pueden implementar en una Raspberry Pi (¡que ahora están disponibles por tan solo $ 5!), lo que proporciona redes, automatización y conexión fáciles de conectar y usar. a otros servicios basados ​​en la web.
• El mercado de automatización del hogar finalmente se ha generalizado, que a pesar de los precios enormemente inflados para productos como Phillips Hue o el precio (un poco más justificado de un) termostato NEST, han reconocido la importancia de proporcionar una API sólida a los programadores y piratas informáticos.
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Requisitos iniciales de hardware.

Una lección que he aprendido de los intentos anteriores es evitar depender de un solo tipo de hardware. La red debe ser lo suficientemente flexible para agregar nuevos componentes y eliminar los antiguos a medida que surjan nuevas oportunidades. Esto se aplica a los diversos módulos de código abierto que representan la mayor parte de la red, así como a dispositivos comerciales como WINK Hub,

En la actualidad, mi red consta de los siguientes componentes:

• 4 módulos de RF nrf24l01 y 1 puerta de enlace MySensors
• 2x módulos WiFi ESP8266
• 5 sensores de temperatura ds18b20
• 2x sensores de temperatura TMP36
• 1x Arduino Nano
• 1x Arduino Fio
• 3x Arduino Pro Mini

Sensores de temperatura

Los dispositivos sensibles a la temperatura vienen en muchas formas diferentes y sus diversos métodos de recolección tienen ventajas e inconvenientes. Su precisión puede variar desde simples termosistores analógicos (fila superior en el medio) que calculan la temperatura en función de la resistencia eléctrica hasta sensores infrarrojos sin contacto súper precisos como el MLX90614 (fila superior derecha). Otras opciones populares incluyen sensores DHT-11 (en azul a continuación) que miden tanto la humedad como la temperatura.

Para lograr el mejor equilibrio entre costo, confiabilidad y precisión, hemos estado usando dos tipos de sensores primarios. El sensor de temperatura digital DS18b20 y el sensor analógico TMP36. Como cualquier sensor, ambos tienen sus desventajas. Es decir, el sensor digital requiere un código más complejo antes de que pueda ser programado, mientras que el sensor analógico requiere calibración. El mejor lugar para aprender sobre estos sensores es, como es habitual, a través de Adafruit-. Puede encontrar un tutorial para el TMP36 aquí- https://learn.adafruit.com/tmp36-temperature-sensor mientras que tienen mucha información sobre el DS18b20 aquí- https://learn.adafruit.com/adafruits-raspberry- pi-lección-11-ds18b20-sensor-de-temperatura

Módulos inalámbricos

Como se mencionó anteriormente, la principal barrera para este proyecto en años anteriores había sido con las comunicaciones inalámbricas. Dos desarrollos en particular han reducido esta barrera de manera significativa.

• La comunidad en línea de código abierto en mysensors.org ha hecho que sea mucho más fácil configurar una red usando módulos rf súper baratos
• Los módulos wifi económicos conocidos como ESP8266 han reducido significativamente el costo de comunicarse directamente con los dispositivos de hardware mediante wifi

Para que la red sea lo más flexible posible, diseñé mi red para incorporar ambos enfoques.

Red RF NR24l01

Los módulos súper económicos que utilizan frecuencias de radio siempre han estado disponibles, pero eran notoriamente difíciles de configurar y estaban lejos de ser confiables. Los módulos de RF fabricados por Nordic Semiconductor y llamados NRF24L01 son un poco más fáciles de configurar porque cada módulo es capaz de transmitir y recibir una señal de RF.

Esto permite una topología de red de "árbol" un poco más compleja, como se ilustra en el siguiente esquema de mysensors.org.

Fuente:Mapeo del flujo de temperatura del hogar con sensores baratos