Mapeo de temperatura interior rentable con sensores de bajo coste

Historia

Qué quiero hacer

• Seleccionar los componentes más asequibles, escalables y fáciles de usar disponibles.
• Programar y desplegar una red densa de sensores de temperatura, todos alimentando datos a una única pasarela web.
• Aprovechar esos datos para crear automatizaciones más inteligentes: termostatos inteligentes, actuadores de ventanas, detección de presencia, control de iluminación, gestión de estufas de pellets, y más.
• Construir un libro mayor energético maestro que fusione datos de temperatura registrados con APIs de contadores inteligentes, histórico meteorológico y otras fuentes contextuales.

Antecedentes

La última década ha visto un aumento de olas de frío extremas junto con costes de calefacción disparados. En respuesta, muchos propietarios han recurrido a alternativas como hornos de pellets de madera y dispositivos de ahorro energético como el termostato Nest.

Mi incursión inicial en el Internet de las Cosas (IoT) y hardware de código abierto surgió del deseo de optimizar un modesto quemador de pellets que instalé hace unos años. Aunque mis intereses se han ampliado, sigo volviendo a ese primer proyecto cada vez que baja la temperatura.

En resumen, los hogares desperdician grandes cantidades de energía al calentar o enfriar sin una imagen clara, basada en datos, de cómo el calor se mueve realmente a través de un edificio. Confiar solo en la intuición ya no es suficiente.

¿No es esto para lo que sirve un termostato?

Ya sea un modelo convencional «tonto» o un sistema de aprendizaje sofisticado como el Nest, un termostato ofrece solo una lectura de temperatura única y local. Para mapear la transferencia de calor desde el sótano a un dormitorio en el tercer piso, necesita múltiples sensores distribuidos por la casa. Mientras que el termostato inteligente promedio cuesta unos 250 $, ese precio está fuera del alcance de muchos presupuestos. El flujo de trabajo descrito aquí está diseñado para funcionar con o sin un termostato programable.

Cuando la cantidad tiene su propia calidad

En este contexto, los datos brutos son la clave del insight —al igual que la producción de munición en tiempos de guerra mostró que la calidad escala con la cantidad. He encontrado que al menos cinco sensores repartidos por la casa son necesarios para datos estadísticamente relevantes.

Intentos anteriores sufrieron de altos costes de componentes y configuraciones de red complejas. Por ejemplo, un Arduino Pro Mini (7 $) + DS18B20 (4 $) + XBee (17 $) por nodo elevaba el coste por sensor bien por encima de 30 $, sin contar gateway y servidor. Aunque módulos RF de bajo coste como el NRF24L01 estaban disponibles, configurarlos con las librerías disponibles resultaba difícil.

La oportunidad

• La Ley de Moore mantiene bajando el precio de chips Wi‑Fi como el ESP8266.
• Proyectos de código abierto como MySensors simplifican el uso de módulos RF baratos.
• Plataformas IoT —Node‑RED, Home Assistant, EasyIOT y otras— pueden ejecutarse en una Raspberry Pi por tan solo 5 $, ofreciendo redes, automatización e integración de servicios web plug-and-play.
• El ecosistema de automatización del hogar ha madurado, con APIs robustas que permiten a desarrolladores y aficionados crear soluciones personalizadas.

Requisitos iniciales de hardware

La flexibilidad es primordial; la red debe acomodar nuevos componentes y retirar los obsoletos. El prototipo actual usa:

• 4 × módulos RF NRF24L01 + 1 × gateway MySensors
• 2 × módulos Wi‑Fi ESP8266
• 5 × sensores de temperatura digital DS18B20
• 2 × sensores de temperatura analógicos TMP36
• 1 × Arduino Nano
• 1 × Arduino Fio
• 3 × Arduino Pro Mini

Sensores de temperatura

Las tecnologías de detección de temperatura varían ampliamente. Desde termistores analógicos simples que calculan temperatura a partir de resistencia, hasta sensores infrarrojos sin contacto de alta precisión como el MLX90614, cada tipo tiene sus compromisos. Me centro en dos opciones probadas: el sensor digital DS18B20 y el sensor analógico TMP36.

El DS18B20 ofrece alta precisión y comunicación de un solo hilo pero requiere firmware más complejo. El TMP36 es barato y fácil de usar pero necesita calibración. Guías completas están disponibles en página TMP36 de Adafruit y tutorial DS18B20 de Adafruit.

Módulos inalámbricos

Históricamente, la comunicación inalámbrica representó una barrera significativa. Dos avances recientes han reducido drásticamente esa barrera:

• La comunidad MySensors ha simplificado la configuración de módulos RF de bajo coste.
• El módulo Wi‑Fi ESP8266 se ha convertido en un estándar para conectividad Wi‑Fi directa e inexpensiva.

Para maximizar la flexibilidad, la red integra ambos enfoques RF y Wi‑Fi.

Red RF NRF24L01

Aunque los módulos RF llevan tiempo disponibles a bajo coste, eran notorios por configuración difícil e inexactitud. El Nordic Semiconductor NRF24L01 ofrece capacidad dual de transmisión/recepción, simplificando la topología de red y permitiendo una arquitectura de árbol modesta como se ilustra en el diagrama de MySensors a continuación.

Fuente: Mapping Household Temperature Flow with Cheap Sensors