Cách xây dựng màn hình năng lượng gia đình tự làm bằng ESP8266

Hệ thống giám sát năng lượng thông minh dựa trên IoT (Internet of Things) cho phép bạn theo dõi việc sử dụng năng lượng tại nhà hoặc văn phòng của mình trong thời gian thực. Hệ thống thu thập dữ liệu trong nhật ký và hiển thị nó theo cách có ý nghĩa mà bạn có thể sử dụng thêm để thực hiện các hành động, chẳng hạn như phát ra âm thanh cảnh báo hoặc gửi thông báo trên điện thoại thông minh hoặc Alexa / Trợ lý Google của bạn khi sử dụng năng lượng cao hoặc khi mức sử dụng năng lượng đạt đến mức nhất định ngưỡng cửa. Bên cạnh đó, nó còn giúp bạn tiết kiệm điện năng và chống lãng phí.

Trong hướng dẫn này, bạn sẽ học cách chế tạo một thiết bị giám sát năng lượng thông minh hoặc đồng hồ đo điện thông minh từ đầu bằng cách sử dụng mô-đun ESP8266, chẳng hạn như NodeMCU, ESP32, hoặc D1 Minivà SCT013—Một cảm biến dòng điện xoay chiều không xâm lấn.

Những thứ bạn cần

Để xây dựng thiết bị giám sát năng lượng thông minh này, bạn cần những điều sau đây,

• Một vi điều khiển NodeMCU, D1 Mini hoặc ESP32. Đối với dự án này, chúng tôi đã sử dụng NodeMCU (ESP8266).

• Cảm biến kẹp dòng điện xoay chiều không xâm lấn SCT013 30A 1V. Bạn cũng có thể sử dụng cảm biến SCT013 định mức 5A 1V, 10A 1V, 15A 1V, 20A 1V, 50A 1V hoặc 100A 1V theo yêu cầu của bạn.

• Cáp MicroUSB

• PCB có mục đích chung

• Một tụ điện 10µf 16V

• Hai điện trở 10K (1/4 watt)

• Một điện trở 33 Ohm (1/4 watt)

Dự án tự làm này liên quan đến điện áp / dòng điện xoay chiều, có thể gây chết người. Nếu bạn chưa có kinh nghiệm, hãy dừng lại ngay tại đây hoặc tiếp tục với rủi ro của riêng bạn.

Các bước xây dựng thiết bị giám sát năng lượng thông minh

Dưới đây là các bước bạn có thể làm để xây dựng một thiết bị giám sát năng lượng thông minh dựa trên IoT để theo dõi mức tiêu thụ điện năng.

Bước 1: Cài đặt và thiết lập Home Assistant

Làm theo hướng dẫn Tự làm trước đây của chúng tôi để cài đặt và thiết lập trợ lý gia đình trên Raspberry Pi. Nếu bạn không có Raspberry Pi, bạn cũng có thể sử dụng máy tính xách tay cũ của mình. Tuy nhiên, máy tính xách tay sẽ có dấu chân năng lượng lớn hơn và tiêu thụ nhiều điện năng hơn so với Raspberry Pi 3 hoặc Raspberry Pi 4.

Bước 2: Cài đặt Tiện ích bổ sung ESPHome trong Trợ lý tại nhà (HA)

ESPHome là một tiện ích bổ sung có sẵn trong Home Assistant sẽ được sử dụng để tạo chương trình cơ sở tùy chỉnh và flash nó trên vi điều khiển ESP32, NodeMCU hoặc D1Mini. Làm theo các bước sau để cài đặt tiện ích bổ sung ESPHome trong HA.

Ở trong Trợ lý tại nhàđi đến Cấu hình và nhấp vào Tiện ích bổ sung, Sao lưu & Giám sát.

Nhấp chuột Cửa hàng bổ trợ.

Trong thanh tìm kiếm, hãy nhập ESPHome và sau đó nhấp vào ESPHome liệt kê dưới Tiện ích bổ sung cộng đồng Trợ lý tại nhà.

Nhấp chuột Cài đặt.

Thao tác này sẽ cài đặt Trang tổng quan ESPHome trong Trợ lý tại nhà của bạn. Sau khi cài đặt, hãy nhấp vào Bắt đầu.

Cũng cho phép Cơ quan giám sát, Cập nhật tự động, và Hiển thị trong thanh bên. Sau đó nhấn vào Mở giao diện người dùng Web để khởi chạy Trang tổng quan ESPHome.

Nhấp chuột + Thiết bị mới> Tiếp tục.

Nhập tên cho cấu hình, chẳng hạn như đồng hồ đo điện thông minh, và bấm vào Tiếp theo.

Chọn ESP32 cho ESP32 MCU hoặc ESP8266 nếu bạn đang sử dụng D1 Mini hoặc NodeMCU và nhấp vào Tiếp theo.

Nhấp chuột Nhảy.

Tìm dự án mới tạo và nhấp vào Biên tập.

bên trong smart-power-meter.yaml tập tin, sao chép và dán mã YAML này.

Bây giờ, hãy thực hiện các thay đổi sau trước khi lưu,

• Thay đổi thông tin đăng nhập và mật khẩu Wi-Fi.

• Chúng tôi đã thêm một lambda chức năng để tính toán điện năng tiêu thụ cho một nguồn 230 Volt. Nhưng một số quốc gia có 110V hoặc 120V là nguồn cung cấp tiêu chuẩn, chẳng hạn như Hoa Kỳ. Nếu bạn sống ở những quốc gia đó, hãy đảm bảo thay đổi giá trị từ 230 thành 110 hoặc 120.

Nhấp chuột Tiết kiệm và sau đó nhấp vào Cài đặt. Chọn Cắm vào máy tính này.

ESPHome sẽ biên dịch mã và tạo tệp chương trình cơ sở nhị phân hoặc .bin, chẳng hạn như smart-power-meter.bin. Quá trình này có thể mất một lúc để hoàn thành.

Sau khi phần sụn được biên dịch, hãy nhấp vào Tải xuống dự án. Thao tác này sẽ tải xuống tệp phần sụn .bin trên PC của bạn.

Kết nối bo mạch NodeMCU, ESP32 hoặc D1 Mini với PC hoặc Mac của bạn bằng cáp micro USB.

Tải xuống công cụ ESPHome-Flasher và khởi chạy nó. Nó có sẵn cho Windows, macOS và Ubuntu.

Chọn COM cổng, duyệt đến .thùng rác tập tin phần sụn và sau đó nhấp vào Flash ESP.

Sau khi cài đặt chương trình cơ sở, thiết bị ESP MCU sẽ kết nối với mạng Wi-Fi và sẽ trực tuyến trong Bảng điều khiển ESPHome.

Bước 3: Kết nối Cảm biến kẹp dòng AC SCT013 với ESP

Để kết nối SCT013 với ESP32 hoặc NodeMCU, bạn có thể mua mô-đun này trên eBay để giao tiếp hoặc kết nối cảm biến SCT013 với D1 Mini, NodeMCU hoặc ESP32. Bạn cũng có thể xây dựng một cái, giống như tôi đã làm, bằng cách làm theo sơ đồ mạch này.

Bạn có thể mua giắc cắm âm thanh nữ 3,5MM để kết nối cảm biến ngao dòng AC SCT013 với ESP hoặc rút dây giắc cắm 3,5 mm SCT013 và sau đó kết nối chúng với mạch.

Sau khi hoàn tất, hãy bật NodeMCU bằng cách kết nối nó với nguồn điện micro USB. Mọi bộ sạc điện thoại thông minh có đầu ra 5V sẽ hoạt động.

Bước 4: Hiệu chỉnh các giá trị cảm biến SCT013

Để đo dòng điện và hiệu chỉnh cảm biến, bạn cần kẹp vào dây pha (thường có màu đỏ) đi từ đồng hồ đo điện đến hộp phân phối nhà bạn.

Đi đến Trang tổng quan ESPHome và bấm vào Nhật ký Dưới công-tơ-mét thông minh.

Nhật ký sẽ hiển thị cường độ Wi-Fi và trạng thái kết nối.

Ghi lại ‘Dòng điện đo được’: Trạng thái gửi x.xxxx A với giá trị.

Nó sẽ tương tự với dao động theo phút nếu bạn không có tải mới BẬT trong nhà của bạn. Thu thập ít nhất 10 giá trị và sau đó lấy ra giá trị trung bình.

Sau đó, thêm mã sau vào smart-power-meter.yaml nộp dưới Cảm biến:

filters:
- calibrate_linear:
- 0 -> 0
- 0.00807 -> 1.2228

Đây 0,00807 là giá trị trung bình và 1.2228 là dòng điện thực tế được đưa vào nhà của chúng ta. Bạn có thể nhận được giá trị thực này từ đồng hồ đo điện của bạn.

Nếu đồng hồ đo điện của bạn không hiển thị giá trị hiện tại hoặc bạn không có quyền truy cập vào đồng hồ, hãy làm theo phương pháp tiếp theo để hiệu chỉnh các giá trị cảm biến. Cách thay thế để hiệu chỉnh giá trị cảm biến Bạn có thể bóc lớp bọc bên ngoài khỏi cáp bảng mở rộng và để lộ các dây bên trong.

Sau đó kẹp cảm biến SCT013 trên dây pha lộ ra (dây màu đỏ) rồi cho tải, chẳng hạn như lò vi sóng hoặc quạt. Hãy cẩn thận khi rút dây cáp của bảng mở rộng. Không cắt cáp hoặc đâm xuyên qua các dây bên trong.

Kiểm tra nhật ký và sau đó thay thế các giá trị. Lưu nó và sau đó nhấp vào Cài đặt.

Vì đồng hồ đo điện thông minh được kết nối và trực tuyến nên bạn có thể tải mã lên Không dây.

Phần sụn mới sẽ được biên dịch và tải lên không dây. Sau khi hoàn tất, bạn có thể thấy các giá trị hiện tại thực tế.

Để có các giá trị chính xác hơn, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng đồng hồ vạn năng để đo dòng điện do thiết bị tạo ra và được cảm biến SCT013 báo cáo. Sau đó, thay thế chúng trong bộ lọc các giá trị như đã mô tả ở trên.

Bước 5: Định cấu hình Bảng điều khiển năng lượng trong Trợ lý tại nhà

Để định cấu hình bảng điều khiển năng lượng trong Home Assistant, bạn cần thêm cảm biến vào Home Assistant. Các bước thực hiện như sau.

Đi đến Cấu hình> Thiết bị và Dịch vụ> Thêm tích hợp.

Tìm kiếm và nhấp chuột Trang chủ.

Nhập địa chỉ IP của cảm biến (bạn có thể tìm thấy điều này trong nhật ký) và nhấp vào Gửi đi.

Chọn khu vực và nhấp vào Hoàn thành.

Nhấp chuột đồng hồ đo điện thông minh và sau đó nhấp vào 1 thiết bị.

Nhấp chuột Thêm vào tình yêu.

Chọn một Phòng (chọn cái mặc định nếu bạn chưa tạo bất kỳ phòng nào) và nhấp vào Tiếp theo.

Điều này sẽ thêm các thực thể.

Bạn có thể tùy chỉnh thêm các thẻ trong phòng của mình để thêm thước đo cho thấy nhu cầu hiện tại.

Bạn cũng có thể thêm các đồ thị đẹp bằng cách sử dụng tích hợp thẻ đồ thị nhỏ.

Bước 6: Theo dõi mức sử dụng năng lượng hàng ngày / hàng tháng / hàng năm với Trợ lý tại nhà

Bảng điều khiển năng lượng đã được giới thiệu trong Home Assistant với bản phát hành HA 2021.8, giúp bạn dễ dàng nhận được thông tin chi tiết về việc sử dụng năng lượng hàng ngày, hàng tháng hoặc hàng năm của mình. Bạn có thể nhanh chóng truy cập trang tổng quan từ thanh bên và kiểm tra lượng năng lượng đang được sử dụng hôm nay. Bạn cũng có thể chia nhỏ mức sử dụng theo giờ.

Để tìm hiểu thêm, hãy tham khảo phần quản lý năng lượng trong tài liệu Trợ lý tại nhà.

Hãy thông minh, tiết kiệm năng lượng

Bên cạnh việc giám sát việc sử dụng điện năng của toàn bộ ngôi nhà, bạn có thể xây dựng nhiều cảm biến giám sát năng lượng thông minh sử dụng cảm biến SCT013 hoặc PZEM-004T để theo dõi chủ động và chính xác việc sử dụng điện năng của từng cá nhân hoặc thiết bị gia dụng cụ thể, chẳng hạn như HVAC, lò sưởi điện, động cơ, mạch nước phun , v.v. Điều này cũng cho bạn biết trạng thái hoạt động của thiết bị, tức là trạng thái BẬT hay TẮT.

Sau đó, bạn có thể sử dụng thông tin này như các sự kiện trong Trợ lý gia đình để tạo tự động hóa, chẳng hạn như gửi thông báo cho bạn trên điện thoại thông minh của bạn hoặc qua Alexa hoặc Trợ lý Google.

Đọc tiếp

Thông tin về các Tác giả