Отображение расхода температуры в доме с помощью дешевых датчиков

История

Что я хочу делать

• Выбирайте самые недорогие, масштабируемые и легко настраиваемые компоненты.
• Запрограммируйте и разверните как можно больше датчиков температуры и подключитесь к веб-шлюзу.
• Используйте эти данные для более эффективной автоматизации с помощью интеллектуального термостата, оконного контроллера, обнаружения присутствия, интеллектуального освещения, контроллера печи на гранулах и т. д.
• Создайте основную запись энергии, используя зарегистрированные данные о температуре, интегрированные с API интеллектуального счетчика, историю погоды и т. д.

Фон

Даже для тех из нас, кто привык жить в холодную погоду, последнее десятилетие было отмечено сочетанием экстремального холода и необычно высоких цен на отопление. Поэтому неудивительно, что альтернативные виды топлива, такие как древесные гранулы и устройства для экономии энергии, такие как термостат Nest, пользуются большим спросом.

Фактически, мой собственный интерес к IOT и OSHW в целом был частично вызван желанием максимизировать эффективность небольшой горелки на гранулах, которую я установил в своем подвале пару лет назад. В то время как мой интерес к IOT расширился в новых направлениях, я возвращаюсь к исходному проекту всякий раз, когда становится холоднее.

Короче говоря, огромное количество энергии тратится впустую на охлаждение или обогрев отдельных домов, и когда жители пытаются улучшить вентиляцию или изоляцию, этот процесс больше полагается на интуицию, чем на научные данные.

Разве не для этого нужен термостат?

Будь то стандартные старые «тупые» модели или программируемые «обучающиеся» модели, такие как NEST, термостат может обеспечивать только общие показания температуры, основанные на его непосредственной близости. Чтобы точно определить, сколько тепла передается, например, из подвала в спальню на третьем этаже, вам понадобится несколько датчиков по всему дому. От себя лично отметим, что средняя цена умного термостата в 250 долларов может быть более оправданной, чем у других гаджетов «Connected Home», таких как Phillips Hue, но это все равно больше, чем позволяет мой доход… Однако в какой-то момент я надеюсь заполучить один, поэтому рабочий процесс был разработан для работы с программируемым термостатом или без него.

Когда количество имеет собственное качество.

Необработанные данные похожи на производство оружия во время Второй мировой войны ... В том смысле, что качество напрямую зависит от количества. В данном конкретном случае я решил, что мне нужно как минимум 5 отдельных датчиков, развернутых по всему дому, чтобы данные были актуальными.

В предыдущие годы основным препятствием была стоимость или доступность доступных компонентов беспроводной сети. Раньше я пробовал использовать модули XBee и отдельные WiFi-клиенты, но после добавления микроконтроллера (Arduino Pro Mini =7 долларов США), датчика температуры (4 доллара США) и беспроводного модуля (XBee =17 долларов США) общая стоимость датчика никогда не позволялась. для развертываний в необходимом масштабе. В сочетании со стоимостью шлюза и сервера минимальная настройка может легко обойтись более чем в 250 долларов без учета времени и затрат на настройку сервера и веб-служб. Различные радиочастотные модули, такие как nrf24l01, были доступны по очень низкой цене, но конфигурация всегда оказывалась слишком сложной с использованием программного обеспечения и библиотек кода, доступных в то время.

Возможность.

Несколько недавних разработок сделали такую ​​сеть намного более осуществимой, чем когда-либо прежде.

• Закон Мура продолжает применяться к более дешевым компонентам Wi-Fi, в частности, к ESP8266.
• Проекты сообщества с открытым исходным кодом, такие как http://www.mysensors.org/, значительно упростили работу с недорогими устройствами, такими как NRF24l01.
• Серверы Интернета вещей, такие как NodeRED, home-assistant.io, EasyIOT и многие другие, могут быть развернуты на Raspberry Pi (которые теперь доступны всего за 5 долларов!), обеспечивая простую настройку сети, автоматизацию и подключение. к другим веб-службам.
• Рынок домашней автоматизации, наконец, стал мейнстримом, который, несмотря на сильно завышенные цены на такие продукты, как Phillips Hue или (немного более оправданная цена) NEST Thermostat, осознал важность предоставления надежного API для программистов и хакеров.
• / li>

Начальные требования к оборудованию.

Один урок, который я извлек из прошлых попыток, заключается в том, чтобы не зависеть от одного типа оборудования. Сеть должна быть достаточно гибкой, чтобы добавлять новые компоненты и удалять старые по мере появления новых возможностей. Это относится к различным модулям с открытым исходным кодом, которые составляют большую часть сети, а также к коммерческим устройствам, таким как WINK Hub,

В настоящее время моя сеть состоит из следующих компонентов:

• 4 радиочастотных модуля nrf24l01 и 1 шлюз MySensors
• 2 модуля Wi-Fi ESP8266
• 5 датчиков температуры ds18b20
• 2 датчика температуры TMP36
• 1x Arduino Nano
• 1x Arduino Fio
• 3x Arduino Pro Mini

Датчики температуры

Термочувствительные устройства бывают разных форм, и все их методы сбора имеют свои преимущества и недостатки. Их точность может варьироваться от простых аналоговых термостатов (средний верхний ряд), которые рассчитывают температуру на основе электрического сопротивления, до сверхточных бесконтактных инфракрасных датчиков, таких как MLX90614 (верхний ряд справа). Другие популярные варианты включают датчики DHT-11 (обозначены синим цветом ниже), которые измеряют как влажность, так и температуру.

Чтобы достичь наилучшего баланса между стоимостью, надежностью и точностью, я использовал два основных типа датчиков. Цифровой датчик температуры DS18b20 и аналоговый датчик TMP36. Как и у любого датчика, у обоих есть свои недостатки. А именно, цифровой датчик требует более сложного кода, прежде чем его можно будет программировать, в то время как аналоговый датчик требует калибровки. Лучше всего узнать об этих датчиках, как обычно, на сайте Adafruit-. Учебник для TMP36 можно найти здесь - https://learn.adafruit.com/tmp36-temperature-sensor, а у них есть много информации о DS18b20 здесь - https://learn.adafruit.com/adafruits-raspberry- pi-lesson-11-ds18b20-датчик температуры

Беспроводные модули

Как упоминалось ранее, основным препятствием для этого проекта в предыдущие годы была беспроводная связь. В частности, два события значительно снизили этот барьер.

• Интернет-сообщество с открытым исходным кодом на mysensors.org значительно упростило настройку сети с использованием супер дешевых радиочастотных модулей.
• Дешевые модули Wi-Fi, известные как ESP8266, значительно снизили стоимость связи напрямую с аппаратными устройствами с помощью Wi-Fi.

Чтобы сделать сеть максимально гибкой, я спроектировал ее так, чтобы объединить оба подхода.

Сеть RF NR24l01

Всегда были доступны сверхдешевые модули, использующие радиочастоты, но они, как известно, были сложны в настройке и были далеко не надежными. Радиочастотные модули, производимые Nordic Semiconductor и называемые NRF24L01, немного проще настроить, поскольку каждый модуль способен как передавать, так и принимать радиочастотный сигнал.

Это позволяет создать немного более сложную топологию сети «дерево», как показано на рисунке ниже с сайта mysensors.org.

Источник:Составление карты расхода в домашних условиях с помощью дешевых датчиков