Экономичная карта температур помещений с дешевыми датчиками

История

Что я хочу сделать

• Выбрать самые доступные, масштабируемые и удобные компоненты.
• Запрограммировать и развернуть плотную сеть датчиков температуры, все сливающие данные в единый веб-шлюз.
• Использовать эти данные для умных автоматизаций — умные термостаты, приводы окон, детекция присутствия, управление освещением, пелеточными печами и более.
• Построить мастер-энергетический журнал, сливающий логи температуры с API умных счетчиков, историей погоды и другими контекстными фидами.

Предыстория

Прошедшее десятилетие принесло всплеск экстремальных холодов и взлетных затрат на отопление. В ответ многие домовладельцы обратились к альтернативам — пелям-дровяным печам и энергосберегающим устройствам вроде термостата Nest.

Мой первый опыт в IoT и открытом железе исходил из желания оптимизировать скромный пелетный горелку, установленную пару лет назад. Хотя интересы расширились, я возвращаюсь к первому проекту каждый раз, когда температура падает.

Короче: домохозяйства тратят огромные объемы энергии на отопление/охлаждение без четкой, البيانات-ориентированной картины того, как тепло реально движется по зданию. Опора только на интуицию больше не работает.

Разве термостат не для этого?

Будь то обычная «глупая» модель или сложная обучающаяся система вроде Nest, термостат дает только единичное локальное чтение температуры. Для картирования теплопередачи от подвала до спальни на третьем этаже нужны множественные датчики, распределенные по дому. Пока средний умный термостат стоит ~$250, эта цена выше многих бюджетов. Описанный здесь воркфлоу спроектирован для работы с или без программируемого термостата.

Когда количество имеет свое качество

В этом контексте сырые данные — ключ к инсайту — как военное производство снарядов показало: качество масштабируется с количеством. Я нашел: минимум 5 датчиков по дому необходимы для статистически релевантных данных.

Ранние попытки страдали от высокой стоимости компонентов и сложных сетевых сеток. Например, Arduino Pro Mini ($7) + DS18B20 ($4) + XBee ($17) на ноду толкали стоимость датчика далеко за $30, не считая шлюза и сервера. Хотя дешевые RF модули вроде NRF24L01 были доступны, их настройка доступными библиотеками была сложной.

Возможность

• Закон Мура продолжает снижать цену Wi-Fi чипов вроде ESP8266.
• Open-source проекты вроде MySensors упрощают использование дешевых RF модулей.
• IoT платформы — Node-RED, Home Assistant, EasyIOT и др. — могут крутиться на Raspberry Pi за $5, предлагая plug-and-play нетворкинг, автоматизацию и веб-интеграцию.
• Экосистема умного дома созрела, с надежными API для разработчиков и хоббистов для создания кастомных решений.

Начальные аппаратные требования

Гибкость первостепенна; сеть должна принимать новые компоненты и выводить устаревшие. Текущий прототип использует:

• 4 × NRF24L01 RF модуля + 1 × MySensors шлюз
• 2 × ESP8266 Wi-Fi модуля
• 5 × DS18B20 цифровых датчиков температуры
• 2 × TMP36 аналоговых датчиков температуры
• 1 × Arduino Nano
• 1 × Arduino Fio
• 3 × Arduino Pro Mini

Датчики температуры

Технологии температурного сенсинга варьируются широко. От простых аналоговых термисторов, вычисляющих температуру через сопротивление, до высокоточных бесконтактных ИК датчиков вроде MLX90614 — у каждого свои компромиссы. Я фокусируюсь на двух проверенных опциях: цифровом DS18B20 и аналоговом TMP36.

DS18B20 дает высокую точность и однопроводную коммуникацию, но требует более сложной прошивки. TMP36 дешев и прост, но нуждается в калибровке. Комплексные гайды на странице Adafruit TMP36 и туториале Adafruit DS18B20.

Беспроводные модули

Исторически беспроводная коммуникация была серьезным барьером. Два недавних прорыва драматически его снизили:

• Сообщество MySensors стримилило конфигурацию дешевых RF модулей.
• ESP8266 Wi-Fi модуль стал стандартом для дешевой прямой Wi-Fi связности.

Для максимальной гибкости сеть интегрирует оба RF и Wi-Fi подхода.

NRF24L01 RF сеть

Пока RF модули давно доступны дешево, они были известны сложной конфигурацией и ненадежностью. Nordic Semiconductor NRF24L01 предлагает дуплексную передачу/прием, упрощая топологию сети и позволяя скромную древовидную архитектуру, как показано на диаграмме MySensors ниже.

Источник: Mapping Household Temperature Flow with Cheap Sensors