So bauen Sie mit ESP8266 einen DIY-Haushaltsenergiemonitor

Ein IoT (Internet of Things)-basiertes intelligentes Energieüberwachungssystem ermöglicht es Ihnen, den Energieverbrauch zu Hause oder im Büro in Echtzeit zu verfolgen. Das System sammelt die Daten in Protokollen und zeigt sie in aussagekräftiger Weise an, die Sie weiter verwenden können, um Aktionen durchzuführen, z. B. Ton an Alarmieren oder senden Sie Benachrichtigungen an Ihr Smartphone oder Alexa/Google Assistant für hohen Stromverbrauch oder wenn der Energieverbrauch einen bestimmten Wert erreicht Schwelle. Außerdem hilft es Ihnen, Energie zu sparen und Verschwendung zu vermeiden.

In diesem Handbuch erfahren Sie, wie Sie ein intelligentes Energieüberwachungsgerät oder einen intelligenten Stromzähler mit einem ESP8266-Modul von Grund auf neu bauen, z NodeMCU, ESP32, oder D1 Mini, und SCT013– ein nicht-invasiver Wechselstromsensor.

Dinge, die du brauchen wirst

Um dieses intelligente Energieüberwachungsgerät zu bauen, benötigen Sie Folgendes:

• Ein NodeMCU-, D1 Mini- oder ESP32-Mikrocontroller. Für dieses Projekt haben wir NodeMCU (ESP8266) verwendet.
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• Ein SCT013 30 A 1 V nicht-invasiver AC-Stromzangensensor. Sie können je nach Bedarf auch einen SCT013-Sensor mit 5 A 1 V, 10 A 1 V, 15 A 1 V, 20 A 1 V, 50 A 1 V oder 100 A 1 V verwenden.
• MicroUSB-Kabel
• Eine Allzweck-Leiterplatte
• Ein 10µf 16V Kondensator
• Zwei 10K-Widerstände (1/4 Watt)
• Ein 33 Ohm Widerstand (1/4 Watt)

Dieses DIY-Projekt beinhaltet Wechselspannung/-strom, was tödlich ist. Wenn Sie keine Erfahrung haben, halten Sie hier an oder fahren Sie auf eigene Gefahr fort.

Schritte zum Bau eines intelligenten Energieüberwachungsgeräts

Im Folgenden sind die Schritte aufgeführt, die Sie befolgen können, um ein IoT-basiertes intelligentes Energieüberwachungsgerät zur Verfolgung des Stromverbrauchs zu erstellen.

Schritt 1: Home Assistant installieren und einrichten

Folgen Sie unserer vorherigen DIY-Anleitung Home Assistant auf Raspberry Pi installieren und einrichten. Wenn Sie keinen Raspberry Pi haben, können Sie auch Ihren alten Laptop verwenden. Der Laptop hat jedoch einen größeren Energiebedarf und verbraucht mehr Strom als der Raspberry Pi 3 oder Raspberry Pi 4.

Schritt 2: Installieren Sie das ESPHome-Add-On in Home Assistant (HA)

ESPHome ist ein im Home Assistant verfügbares Add-On, mit dem benutzerdefinierte Firmware erstellt und auf dem ESP32-, NodeMCU- oder D1Mini-Mikrocontroller geflasht wird. Befolgen Sie diese Schritte, um das ESPHome-Add-on in HA zu installieren.

Im Heimassistent, gehe zu Aufbau und klicken Sie auf Add-ons, Backups & Supervisor.

Klicken Add-On-Store.

Geben Sie in die Suchleiste ein ESPHome und dann auf klicken ESPHome darunter aufgeführt Home Assistant-Community-Add-Ons.

Klicken Installieren.

Dadurch wird das ESPHome Dashboard in Ihrem Home Assistant installiert. Klicken Sie nach der Installation auf Start.

Auch aktivieren Wachhund, Auto-Update, und In der Seitenleiste anzeigen. Dann klick Öffnen Sie die Web-Benutzeroberfläche um ESPHome Dashboard zu starten.

Klicken +Neues Gerät > Fortsetzen.

Geben Sie den Namen für die Konfiguration ein, z Smart-Power-Meter, und klicken Nächste.

Wählen Sie ESP32 für ESP32 MCU oder ESP8266 aus, wenn Sie D1 Mini oder NodeMCU verwenden, und klicken Sie auf Nächste.

Klicken Überspringen.

Suchen Sie das neu erstellte Projekt und klicken Sie darauf Bearbeiten.

In dem smart-power-meter.yaml Datei, kopieren und einfügen diesen YAML-Code.

Nehmen Sie nun vor dem Speichern die folgenden Änderungen vor,

• Ändern Sie die Wi-Fi-Anmeldeinformationen und Passwörter.
• Wir haben eine hinzugefügt Lambda Funktion zur Berechnung des Stromverbrauchs bei einer 230-Volt-Versorgung. Aber einige Länder haben 110 V oder 120 V als Standardversorgung, wie die Vereinigten Staaten. Wenn Sie in diesen Ländern leben, stellen Sie sicher, dass Sie den Wert von 230 auf 110 oder 120 ändern.

Klicken Speichern und dann klicken Installieren. Wählen Schließen Sie es an diesen Computer an.

Das ESPHome kompiliert den Code und erstellt eine binäre oder .bin-Firmwaredatei, z smart-power-meter.bin. Dies kann eine Weile dauern.

Sobald die Firmware kompiliert ist, klicken Sie auf Projekt herunterladen. Dadurch wird die .bin-Firmwaredatei auf Ihren PC heruntergeladen.

Schließen Sie das NodeMCU-, ESP32- oder D1-Mini-Board mit einem Micro-USB-Kabel an Ihren PC oder Mac an.

Laden Sie die herunter ESPHome-Flasher Werkzeug und starten Sie es. Es ist für Windows, macOS und Ubuntu verfügbar.

Wähle aus KOM Port, navigieren Sie zu der .Behälter Firmware-Datei und klicken Sie dann auf Flash-ESP.

Nach dem Flashen der Firmware verbindet sich das Gerät ESP MCU mit dem Wi-Fi-Netzwerk und ist im ESPHome Dashboard online.

Schritt 3: Verbinden Sie den AC-Stromzangensensor SCT013 mit dem ESP

Um den SCT013 mit ESP32 oder NodeMCU zu verbinden, können Sie kaufen dieses Modul bei eBay um den SCT013-Sensor mit D1 Mini, NodeMCU oder ESP32 zu verbinden oder zu verbinden. Sie können auch einen bauen, wie ich es getan habe, indem Sie diesem Schaltplan folgen.

Sie können eine 3,5-mm-Audiobuchse kaufen, um den SCT013-AC-Clam-Sensor mit ESP zu verbinden, oder das 3,5-mm-SCT013-Buchsenkabel abisolieren und dann an den Stromkreis anschließen.

Wenn Sie fertig sind, schalten Sie NodeMCU ein, indem Sie es an ein Micro-USB-Netzteil anschließen. Jedes Smartphone-Ladegerät mit 5-V-Ausgang funktioniert.

Schritt 4: Kalibrieren Sie die SCT013-Sensorwerte

Um den Strom zu messen und den Sensor zu kalibrieren, müssen Sie ihn an das Phasenkabel (normalerweise rote Farbe) klemmen, das vom Stromzähler zu Ihrem Hausverteiler kommt.

Gehe zu ESPHome-Dashboard und klicken Protokolle unter Smart-Power-Meter.

Die Protokolle zeigen die WLAN-Stärke und den Verbindungsstatus an.

Notieren Sie sich die ‚Gemessener Strom‘: Sendestatus x.xxxx A mit Wert.

Bei Minutenschwankungen sollte es ähnlich sein, wenn Sie keine neue Last in Ihrem Haus eingeschaltet haben. Sammeln Sie mindestens 10 Werte und nehmen Sie dann den Durchschnitt heraus.

Fügen Sie dann den folgenden Code in die smart-power-meter.yaml Datei unter Sensor:

Filter:
 - kalibrieren_linear:
 - 0 -> 0
 - 0.00807 -> 1.2228

Hier 0.00807 ist der Durchschnittswert und 1.2228 ist der tatsächliche Strom, der in unser Haus gezogen wird. Diesen realen Wert können Sie Ihrem Stromzähler entnehmen.

Wenn Ihr Stromzähler keinen aktuellen Wert anzeigt oder Sie keinen Zugriff auf den Zähler haben, folgen Sie der nächsten Methode, um die Sensorwerte zu kalibrieren. Alternative Methode zum Kalibrieren von Sensorwerten Sie können die äußere Ummantelung eines Erweiterungskartenkabels abziehen und die internen Drähte freilegen.

Klemmen Sie dann den SCT013-Sensor an den freiliegenden Phasendraht (roter Draht) und betreiben Sie dann eine Last, z. B. eine Mikrowelle oder einen Lüfter. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie das Kabel der Erweiterungsplatine abziehen. Schneiden Sie das Kabel nicht ab und stechen Sie nicht durch die internen Drähte.

Überprüfen Sie die Protokolle und ersetzen Sie dann die Werte. Speichern Sie es und klicken Sie dann auf Installieren.

Da smart-power-meter verbunden und online ist, können Sie den Code hochladen Kabellos.

Die neue Firmware wird drahtlos kompiliert und hochgeladen. Sobald Sie fertig sind, können Sie die tatsächlichen aktuellen Werte sehen.

Für genauere Werte empfehlen wir Ihnen Verwenden Sie ein Multimeter um den Strom zu messen, der von einem Gerät gezogen und vom Sensor SCT013 gemeldet wird. Dann ersetzen Sie diese in der Filter Werte wie oben beschrieben.

Schritt 5: Konfigurieren Sie das Energie-Dashboard im Home Assistant

Um das Energie-Dashboard in Home Assistant zu konfigurieren, müssen Sie den Sensor zu Home Assistant hinzufügen. Die Schritte sind wie folgt.

Gehe zu Konfiguration > Geräte und Dienste > Integration hinzufügen.

Suchen und klicken ESPHome.

Geben Sie die ein IP Adresse des Sensors (finden Sie in den Protokollen) und klicken Sie auf Einreichen.

Wählen Sie den Bereich und klicken Sie Ziel.

Klicken Smart-Power-Meter und dann klicken 1 Gerät.

Klicken Zur Liebe hinzufügen.

Wählen Sie a Zimmer (Wählen Sie den Standardraum aus, wenn Sie noch keine Räume erstellt haben) und klicken Sie Nächste.

Dadurch werden die Entitäten hinzugefügt.

Sie können die Karten in Ihrem Raum weiter anpassen, um eine Anzeige hinzuzufügen, die den aktuellen Bedarf anzeigt.

Sie können auch schöne Grafiken hinzufügen, indem Sie verwenden Mini-Graph-Card-Integration.

Schritt 6: Verfolgen Sie den täglichen/monatlichen/jährlichen Energieverbrauch mit Home Assistant

Das Energie-Dashboard wurde in Home Assistant mit der Veröffentlichung von HA 2021.8 eingeführt, was es einfach macht, aufschlussreiche Informationen über Ihren täglichen, monatlichen oder jährlichen Energieverbrauch zu erhalten. Über die Seitenleiste können Sie schnell auf das Dashboard zugreifen und überprüfen, wie viel Energie heute verbraucht wird. Sie können die Nutzung auch in Stunden aufschlüsseln.

Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt „Energieverwaltung“ der Home Assistant-Dokumentation.

Seien Sie schlau, sparen Sie Energie

Neben der Überwachung des Stromverbrauchs des gesamten Hauses können Sie mit dem SCT013- oder PZEM-004T-Sensor mehrere intelligente Energieüberwachungssensoren bauen um den Stromverbrauch einzelner oder bestimmter Haushaltsgeräte, wie HLK, Elektroheizungen, Motoren, Warmwasserbereiter, aktiv und genau zu verfolgen, usw. Dadurch erfahren Sie auch den Aktivitätsstatus des Geräts, d. h. ob es EIN oder AUS ist.

Sie können diese Informationen dann als Ereignisse im Home Assistant verwenden, um Automatisierungen zu erstellen, z. B. das Senden von Benachrichtigungen auf Ihrem Smartphone oder über Alexa oder Google Assistant.

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