Um sistema de monitoramento de energia inteligente baseado em IoT (Internet das Coisas) permite rastrear o uso de energia em sua casa ou escritório em tempo real. O sistema coleta os dados em logs e os exibe de maneira significativa que você pode usar para executar ações, como alertar ou enviar notificações em seu smartphone ou Alexa/Google Assistant para alto uso de energia ou quando o uso de energia atingir um determinado limite. Além disso, também ajuda a economizar energia e evitar desperdícios.
Neste guia, você aprenderá a construir um dispositivo inteligente de monitoramento de energia ou medidor de eletricidade inteligente do zero usando um módulo ESP8266, como NodeMCU, ESP32, ou D1 Mini, e SCT013—um sensor de corrente CA não invasivo.
Coisas que você vai precisar
Para construir este dispositivo de monitoramento de energia inteligente, você precisa do seguinte,
- Um microcontrolador NodeMCU, D1 Mini ou ESP32. Para este projeto, usamos o NodeMCU (ESP8266).
- Um sensor de pinça de corrente CA não invasivo SCT013 30A 1V. Você também pode usar um sensor SCT013 classificado como 5A 1V, 10A 1V, 15A 1V, 20A 1V, 50A 1V ou 100A 1V conforme sua necessidade.
- Cabo MicroUSB
- Um PCB de uso geral
- Um capacitor de 10µf 16V
- Dois resistores de 10K (1/4 watt)
- Um resistor de 33 Ohm (1/4 watt)
Este projeto DIY envolve tensão/corrente AC, que é letal. Se você não tem experiência, pare por aqui ou continue por sua conta e risco.
Etapas para construir um dispositivo de monitoramento de energia inteligente
Abaixo estão as etapas que você pode seguir para criar um dispositivo de monitoramento de energia inteligente baseado em IoT para rastrear o consumo de energia.
Etapa 1: instalar e configurar o Home Assistant
Siga nosso guia DIY anterior para instale e configure o assistente doméstico no Raspberry Pi. Se você não tiver um Raspberry Pi, também poderá usar seu laptop antigo. No entanto, o laptop terá uma pegada de energia maior e consumirá mais energia do que o Raspberry Pi 3 ou Raspberry Pi 4.
Etapa 2: instale o complemento ESPHome no Home Assistant (HA)
ESPHome é um complemento disponível no Home Assistant que será usado para criar firmware personalizado e flash no microcontrolador ESP32, NodeMCU ou D1Mini. Siga estas etapas para instalar o complemento ESPHome no HA.
Dentro Assistente de casa, vamos para Configuração e clique em Complementos, Backups e Supervisor.
Clique Loja de complementos.
Na barra de pesquisa, digite ESPHome e depois clique em ESPHome listado em Complementos da comunidade do Home Assistant.
Clique Instalar.
Isso instalará o ESPHome Dashboard no seu Home Assistant. Após a instalação, clique em Começar.
Ative também cão de guarda, Atualização automática, e Mostrar na barra lateral. Então clique Abrir IU da Web para iniciar o painel ESPHome.
Clique +Novo dispositivo > Continuar.
Digite o nome da configuração, como medidor de energia inteligente, e clique Próximo.
Selecione o ESP32 para ESP32 MCU ou ESP8266 se estiver usando D1 Mini ou NodeMCU e clique em Próximo.
Clique Pular.
Encontre o projeto recém-criado e clique em Editar.
No smart-power-meter.yaml arquivo, copie e cole este código YAML.
Agora faça as seguintes alterações antes de salvar,
- Altere a credencial e as senhas do Wi-Fi.
- Nós adicionamos um lambda função para calcular o consumo de energia para uma fonte de 230 Volts. Mas alguns países têm 110V ou 120V como fornecimento padrão, como os Estados Unidos. Se você mora nesses países, certifique-se de alterar o valor de 230 para 110 ou 120.
Clique Salvar e depois clique Instalar. Escolher Conecte-se a este computador.
O ESPHome compilará o código e criará um arquivo de firmware binário ou .bin, como smart-power-meter.bin. Isso pode demorar um pouco para ser concluído.
Depois que o firmware estiver compilado, clique em Baixar projeto. Isso fará o download do arquivo de firmware .bin em seu PC.
Conecte a placa NodeMCU, ESP32 ou D1 Mini ao seu PC ou Mac usando um cabo micro USB.
Faça o download do ESP Home-Flasher ferramenta e iniciá-lo. Está disponível para Windows, macOS e Ubuntu.
Selecione os COM porta, navegue até .bin arquivo de firmware e clique em Flash ESP.
Depois de fazer o flash do firmware, o dispositivo ESP MCU se conectará à rede Wi-Fi e ficará online no ESPHome Dashboard.
Etapa 3: Conecte o sensor de pinça de corrente CA SCT013 ao ESP
Para conectar o SCT013 ao ESP32 ou NodeMCU, você pode comprar este módulo no eBay para fazer a interface ou conectar o sensor SCT013 com D1 Mini, NodeMCU ou ESP32. Você também pode construir um, como eu fiz, seguindo este diagrama de circuito.
Você pode comprar uma tomada de áudio fêmea de 3,5 mm para conectar o sensor de corrente CA SCT013 com ESP ou retirar o fio da tomada SCT013 de 3,5 mm e conectá-los ao circuito.
Uma vez feito, ligue o NodeMCU conectando-o a uma fonte de alimentação micro USB. Qualquer carregador de smartphone com saída de 5V funcionará.
Etapa 4: Calibrar os valores do sensor SCT013
Para medir a corrente e calibrar o sensor, você precisa prendê-lo no fio de fase (geralmente de cor vermelha) que vem do medidor de energia elétrica para a caixa de distribuição da sua casa.
Vamos para ESPPainel Inicial e clique Histórico sob smart-power-meter.
Os logs exibirão a força do Wi-Fi e o status da conexão.
Anote o 'Corrente medida': estado de envio x.xxxx A com valor.
Deve ser semelhante com a flutuação de minutos se você não tiver uma nova carga LIGADA em sua casa. Colete pelo menos 10 valores e depois tire a média.
Em seguida, adicione o seguinte código no smart-power-meter.yaml arquivo sob Sensor:
filtros:
- calibrar_linear:
- 0 -> 0
- 0.00807 -> 1.2228
Aqui 0.00807 é o valor médio e 1.2228 é a corrente real desenhada em nossa casa. Você pode obter esse valor real do seu medidor de eletricidade.
Se o seu medidor de eletricidade não exibir um valor atual ou você não tiver acesso ao medidor, siga o próximo método para calibrar os valores do sensor. Maneira Alternativa de Calibrar os Valores do Sensor Você pode retirar a cobertura externa de um cabo de placa de extensão e expor os fios internos.
Em seguida, prenda o sensor SCT013 no fio de fase exposta (fio vermelho) e execute uma carga, como um micro-ondas ou um ventilador. Tenha cuidado ao retirar o cabo da placa de extensão. Não corte o cabo nem perfure os fios internos.
Verifique os logs e substitua os valores. Salve-o e clique em Instalar.
Como o medidor de energia inteligente está conectado e online, você pode carregar o código Sem fio.
O novo firmware será compilado e carregado sem fio. Uma vez feito, você pode ver os valores atuais reais.
Para valores mais precisos, recomendamos use um multímetro para medir a corrente consumida por um aparelho e relatada pelo sensor SCT013. Em seguida, substitua os da filtros valores descritos acima.
Etapa 5: configurar o painel de energia no Home Assistant
Para configurar o painel de energia no Home Assistant, você precisa adicionar o sensor ao Home Assistant. Os passos são os seguintes.
Vamos para Configuração> Dispositivos e Serviços> Adicionar Integração.
Pesquise e clique ESPHome.
Introduzir o endereço de IP do sensor (você pode encontrar isso nos logs) e clique Enviar.
Escolha a área e clique Terminar.
Clique medidor de energia inteligente e depois clique 1 dispositivo.
Clique Adicione ao laço de amor.
Selecione uma Sala (selecione o padrão se você ainda não criou nenhuma sala) e clique em Próximo.
Isso adicionará as entidades.
Você pode personalizar ainda mais os cartões em seu quarto para adicionar um medidor que mostre a demanda atual.
Você também pode adicionar belos gráficos, usando integração de cartão minigráfico.
Etapa 6: acompanhar o uso diário/mensal/anual de energia com o Home Assistant
O painel de energia foi introduzido no Home Assistant com o lançamento do HA 2021.8, o que facilita a obtenção de informações detalhadas sobre seu uso diário, mensal ou anual de energia. Você pode acessar rapidamente o painel na barra lateral e verificar quanta energia está sendo usada hoje. Você também pode dividir o uso em horas.
Para saber mais, consulte a seção de gerenciamento de energia da documentação do Home Assistant.
Seja inteligente, economize energia
Além de monitorar o uso de energia por toda a casa, você pode construir vários sensores inteligentes de monitoramento de energia usando o sensor SCT013 ou PZEM-004T para rastrear ativamente e com precisão o uso de energia pelos eletrodomésticos individuais ou específicos, como HVAC, aquecedores elétricos, motores, gêiseres, etc. Isso também permite que você saiba o status da atividade do dispositivo, ou seja, se está LIGADO ou DESLIGADO.
Você pode usar essas informações como eventos no Home Assistant para criar automação, como enviar notificações em seu smartphone ou via Alexa ou Google Assistant.
Quer saber se os computadores usam muita energia? É hora de aprender quanta eletricidade seu computador está usando e como reduzi-la.
Leia a seguir
- faça você mesmo
- Conservação de energia
- ESP32
Ravi é um especialista em tecnologia, entusiasta de IoT e amante de Linux com experiência em big data e desenvolvimento de aplicativos. Ele passa a maior parte de seus fins de semana trabalhando com dispositivos IoT e jogando no Xbox. Ele também é um viajante solitário que adora caminhar e explorar novas trilhas.
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