Kosteneffectieve Binnen Temperatuur Mapping Met Laagkost Sensoren

Verhaal

Wat Ik Wil Doen

• Selecteer de meest betaalbare, schaalbare en gebruiksvriendelijke componenten.
• Programeer en implementeer een dicht netwerk van temperatuursensoren, alle data voedend in een enkele web-gateway.
• Gebruik die data om slimme automatisaties te creëren – slimme thermostaten, raamactuatoren, aanwezigheidsdetectie, verlichtingscontrole, pelletkachelbeheer, en meer.
• Bouw een hoofddagboek voor energie dat gelogde temperatuurdata fuseert met smart-meter API's, weerhistorie en andere contextuele feeds.

Achtergrond

Het afgelopen decennium zag een golf van extreme koudeperiodes gekoppeld aan stijgende verwarmingskosten. Als reactie zijn veel huishoudens overgeschakeld op alternatieven zoals houtpellet-ketels en energiebesparende apparaten als de Nest thermostaat.

Mijn eerste indruk in het Internet of Things (IoT) en open-source hardware voortkwam uit de wens om een bescheiden pelletbrander te optimaliseren die ik een paar jaar geleden installeerde. Hoewel mijn interesses zich hebben verbreed, keer ik terug naar dat eerste project telkens als de temperatuur daalt.

Kortom, huishoudens verspillen enorme hoeveelheden energie bij verwarmen of koelen zonder een helder, data-gedreven beeld van hoe warmte eigenlijk door een gebouw beweegt. Vertrouwen op intuïtie alleen is niet langer voldoende.

Is Dit Wat Een Thermostaat Doet?

Of het nu een conventioneel "dom" model is of een gesofisticeerd lerend systeem als de Nest, een thermostaat biedt slechts een enkele, lokale temperatuurmeting. Om warmteoverdracht van de kelder naar een derde-verdieping slaapkamer te karteren, heb je meerdere sensoren verspreid door het huis nodig. Terwijl de gemiddelde slimme thermostaat rond de $250 kost, is dat prijspunt buiten bereik voor veel budgetten. De hier beschreven workflow is ontworpen om te functioneren met of zonder een programmeerbare thermostaat.

Wanneer Kwantiteit Zijn Eigen Kwaliteit Heeft

In deze context is ruwe data de sleutel tot inzicht – net als oorlogsmunitieproductie toonde dat kwaliteit schaalt met kwantiteit. Ik heb gevonden dat minimaal vijf sensoren verspreid door het huis nodig zijn voor statistisch relevante data.

Eerdere pogingen lieten duur door hoge componentenkosten en complexe netwerkopzetteten. Bijvoorbeeld, een Arduino Pro Mini ($7) + DS18B20 ($4) + XBee ($17) per node duwde de per-sensor kosten wel boven de $30, niet meegeteld gateway en serverkosten. Hoewel laagkost RF modules zoals de NRF24L01 beschikbaar waren, bleek configureren ervan met beschikbare bibliotheken moeilijk.

De Kans

• Moore's Law zorgt ervoor dat Wi-Fi chips als de ESP8266 in prijs dalen.
• Open-source projecten zoals MySensors vereenvoudigen het gebruik van goedkope RF modules.
• IoT-platforms – Node-RED, Home Assistant, EasyIOT, en anderen – kunnen op een Raspberry Pi draaien voor zo min als $5, bieden plug-and-play netwerken, automatisering en webservice-integratie.
• Het home-automation ecosysteem is gerijpt, met robuuste API's die developers en hobbyisten in staat stellen custom oplossingen te creëren.

Initiële Hardware Vereisten

Flexibiliteit is Paramount; het netwerk moet nieuwe componenten kunnen accommoderen en verouderde afvoeren. Het huidige prototype gebruikt:

• 4 × NRF24L01 RF modules + 1 × MySensors gateway
• 2 × ESP8266 Wi-Fi modules
• 5 × DS18B20 digitale temperatuursensoren
• 2 × TMP36 analoge temperatuursensoren
• 1 × Arduino Nano
• 1 × Arduino Fio
• 3 × Arduino Pro Mini

Temperatuursensoren

Temperatuurmeettechnologieën variëren wijd. Van simpele analoge thermistoren die temperatuur berekenen uit weerstand, tot hoogprecieze contactloze infrarood sensoren zoals de MLX90614, elk type heeft zijn trade-offs. Ik focus op twee bewezen opties: de DS18B20 digitale sensor en de TMP36 analoge sensor.

De DS18B20 biedt hoge nauwkeurigheid en single-wire communicatie maar vereist complexere firmware. De TMP36 is goedkoop en eenvoudig te gebruiken maar heeft kalibratie nodig. Uitgebreide gidsen zijn beschikbaar op Adafruit's TMP36 pagina en Adafruit's DS18B20 tutorial.

Draadloze Modules

Historisch seen vormde draadloze communicatie een significante barrière. Twee recente vooruitgang hebben die barrière dramatisch verlaagd:

• De MySensors community heeft de configuratie van laagkost RF modules gestroomlijnd.
• De ESP8266 Wi-Fi module is een vast onderdeel geworden voor goedkope, directe Wi-Fi connectiviteit.

Om flexibiliteit te maximaliseren, integreert het netwerk zowel RF als Wi-Fi benaderingen.

NRF24L01 RF Netwerk

Terwijl RF modules lang beschikbaar waren tegen lage kosten, waren ze ooit berucht om moeilijke configuratie en onbetrouwbaarheid. De Nordic Semiconductor NRF24L01 biedt dual zend/ontvang capaciteit, wat de netwerktopologie vereenvoudigt en een bescheiden boomarchitectuur mogelijk maakt geïllustreerd in het MySensors diagram hieronder.

Bron: Mapping Household Temperature Flow with Cheap Sensors