安価なセンサーによる家庭の温度の流れのマッピング

ストーリー

やりたいこと

利用可能な最も安価でスケーラブルで簡単に構成できるコンポーネントを選択します
できるだけ多くの温度センサーをプログラムして展開し、Webゲートウェイに接続します
このデータを使用して、スマートサーモスタットデバイス、ウィンドウコントローラー、存在検出、スマートライティング、ペレットストーブコントローラーなどを介したより効率的な自動化を実現します…
スマートメーターAPI、気象履歴などと統合されたログに記録された温度データを使用して、マスターエネルギーレコードを作成します…

背景

寒い気候での生活に慣れている私たちにとってさえ、過去10年間は、極度の寒さと異常に高い暖房価格の組み合わせによって特徴づけられてきました。木質ペレットのような代替燃料やネストサーモスタットのような省エネ機器の需要が高まっているのは当然のことです。

実際、IOTとOSHW全体に対する私自身の関心は、数年前に地下室に設置した小型ペレットバーナーの効率を最大化したいという願望に一部触発されました。 IOTへの関心は新しい方向に広がっていますが、天候が冷え始めると、元のプロジェクトに戻ることになります。

つまり、個々の世帯の冷暖房に莫大なエネルギーが浪費されており、居住者が換気や断熱を改善しようとすると、プロセスは科学的データよりも直感に依存します。

これはサーモスタットの目的ではありませんか？

それらが標準の古い「ダム」モデルであろうと、NESTのようなプログラム可能な「学習」モデルであろうと、サーモスタットはそのすぐ近くに基づいた一般的な温度測定値しか提供できません。たとえば、地下室から3階の寝室に移動する熱量を正確にマッピングするには、家中に複数のセンサーが必要です。個人的には、スマートサーモスタットの平均価格である250ドルは、Phillips Hueのような他の「コネクテッドホーム」ガジェットよりも正当化される可能性がありますが、それでも私の収入が許す以上のものです…。そのため、ワークフローは、プログラム可能なサーモスタットの有無にかかわらず機能するように設計されています。

数量に独自の品質がある場合。

生データは第二次世界大戦での武器生産のようなものです…その点で、品質は量に直接関連しています。この特定のケースでは、データを適切にするために、家全体に少なくとも5つの個別のセンサーを配置する必要があると判断しました。

過去数年間、利用可能なワイヤレスネットワークコンポーネントのコストまたはアクセス可能性が主な障害でした。過去にXBeeモジュールと個々のWiFiクライアントを使用してみましたが、マイクロコントローラー（Arduino Pro Mini =$ 7）、温度センサー（$ 4）、ワイヤレスモジュール（XBee =$ 17）を合計した後、センサーあたりの総コストは許可されませんでした必要な規模での展開用。ゲートウェイとサーバーのコストと組み合わせると、サーバーとWebサービスのセットアップにかかる時間と費用を考慮に入れる前に、最小限のセットアップで250ドル以上を簡単に実行できます。 nrf24l01などのさまざまなRFモジュールは非常に低コストで入手できましたが、当時入手可能なソフトウェアとコードライブラリを使用すると、構成が常に複雑すぎることが判明しました。

機会。

最近のいくつかの開発により、このようなネットワークはかつてないほど実現可能になりました。

ムーアの法則は、特にESP8266などの安価なWiFiコンポーネントに引き続き適用されます。
http://www.mysensors.org/のようなオープンソースコミュニティプロジェクトにより、NRF24l01のような低コストのデバイスの操作がはるかに簡単になりました。
NodeRED、home-assistant.io、EasyIOTなどのIOTサーバーをRaspberry Pi（現在、最低5ドルで利用可能）にデプロイして、プラグアンドプレイのネットワーク、自動化、接続を簡単に行うことができます。他のWebベースのサービスへ。
ホームオートメーション市場はようやく主流になりました。PhillipsHueやNESTThermostatのような製品の価格が大幅に高騰したにもかかわらず、プログラマーやハッカーに堅牢なAPIを提供することの重要性を認識しています。

初期ハードウェア要件。

過去の試みから学んだ教訓の1つは、単一のタイプのハードウェアに依存しないようにすることです。ネットワークは、新しい機会が利用可能になったときに新しいコンポーネントを追加したり、古いコンポーネントを削除したりするのに十分な柔軟性を備えている必要があります。これは、ネットワークの大部分を占めるさまざまなオープンソースモジュールと、WINKハブなどの商用デバイスに適用されます。

現在、私のネットワークは次のコンポーネントで構成されています-

4x nrf24l01RFモジュールと1xMySensorsゲートウェイ
2x ESP8266WiFiモジュール
5xds18b20温度センサー
2xTMP36温度センサー
1x Arduino Nano
1x Arduino Fio
3x Arduino Pro Mini

温度センサー

温度に敏感なデバイスにはさまざまな形態があり、それらのさまざまな収集方法にはすべて長所と短所があります。、その精度は、電気抵抗に基づいて温度を計算する単純なアナログサーモシスター（上段中央）から、MLX90614（上段右）のような超高精度の非接触赤外線センサーまでさまざまです。その他の人気のあるオプションには、湿度と温度の両方を測定するDHT-11センサー（下の青色）があります。

コスト、信頼性、精度の最適なバランスを実現するために、私は2つの主要なセンサータイプを使用してきました。 DS18b20デジタル温度センサーとTMP36アナログセンサー。他のセンサーと同様に、どちらにも欠点があります。つまり、デジタルセンサーはプログラムする前に、より複雑なコードを必要としますが、アナログセンサーはキャリブレーションを必要とします。これらのセンサーについて学ぶのに最適な場所は、いつものようにAdafruit-を通じてです。 TMP36のチュートリアルは、https：//learn.adafruit.com/tmp36-temperature-sensorにありますが、DS18b20に関する多くの情報はここにあります-https：//learn.adafruit.com/adafruits-raspberry- pi-lesson-11-ds18b20-温度検知

ワイヤレスモジュール

先に述べたように、これまでのこのプロジェクトの主な障壁は無線通信でした。特に2つの開発により、この障壁は大幅に低下しました。

mysensors.orgのオープンソースオンラインコミュニティにより、非常に安価なrfモジュールを使用してネットワークを簡単に構成できるようになりました
ESP8266と呼ばれる安価なwifiモジュールにより、wifiを使用してハードウェアデバイスと直接通信するコストが大幅に削減されました

ネットワークを可能な限り柔軟にするために、両方のアプローチを組み込むようにネットワークを設計しました。

NR24l01RFネットワーク

無線周波数を使用する超安価なモジュールは常に利用可能でしたが、構成が難しいことで有名であり、信頼性にはほど遠いものでした。 Nordic Semiconductorによって製造されNRF24L01と呼ばれるRFモジュールは、各モジュールがRF信号の送信と受信の両方に対応しているため、構成が少し簡単です。

これにより、mysensors.orgの以下のスケッチに示すように、もう少し複雑な「ツリー」ネットワークトポロジが可能になります。

出典：安価なセンサーを使用した家庭の温度の流れのマッピング

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