Monitorización del consumo eléctrico en remoto (Parte 2) con HomeAssistant


Como continuación de un post anterior donde probamos el popular sensor de consumo  PZEM004 junto con un simple sensor de humedad y temperatura ( DHT11) con un barato pero potente microcontrolador como es un ESP32, en este post vamos a dar un paso más, porque ya no nos vamos a conformar con ver las lecturas de temperatura, humedad, voltaje, corriente, frecuencia, potencia y factor de potencia en la consola de Arduino, ya que lo vamos a poder ver desde cualquier ordenador (y además guardando un histórico para poder estudiar con detenimiento como evoluciona nuestro consumo eléctrico a lo largo del tiempo).  

AVISO: Existen en el mercado multitud de dispositivos que cumplen este cometido pero desde este blog hemos preferido fabricarnos uno propio por muy poco dinero que es además ampliable en múltiples aspectos y lo mas importante : NO ES INVASIVO, es decir, no requiere que la línea con la corriente a medir pase por el dispositivo gracias al uso de un sensor de pinza , por tanto, su montaje y uso es más seguro. Este tutorial es avanzado y requiere tocar el cuadro eléctrico de la casa si queremos monitorizar el consumo global de nuestra vivienda o negocia lo que implica ciertos conocimientos de electricidad y electrónica, así como asegurar el corte total de la corriente antes de su manipulación.

EL circuito

En efecto como vimos en un post anterior donde probamos el sensor PZEM004 junto con un sensor DHT11 con  un ESP32, en este post vamos a dar un paso mas, vamos a poder ver las lecturas de temperatura, humedad, voltaje, corriente, frecuencia, potencia y factor de potencia desde cualquier ordenador (y además guardando un histórico ) gracias a la infraestructura de el HomeAssistant ( que vimos también en un post anterior).  

En cuanto a las conexiones, seguiremos un esquema bastante simple que ya vimos y que puede ajustarse a diversas necesidades y configuraciones. Como ya se comentado, se ha optado además del citado modulo sensor de consumo  PZEM004 , usar el clásico sensor de humedad y temperatura ( DHT11 ) y que hemos visto en numerosos proyectos de este blog. Por otra parte como »cerebro» usaremos el potente microcontrolador como es un ESP32, que gracias a su conectividad WIFI nos va a permitir enviar las medidas al HomeAssistent. Por ultimo el montaje se completa con una fuente sellada de 5V ultra-miniatura ( aunque un cargador USB debería también ser suficiente).

Los componentes como vemos son de los mas normales:

  • Un módulo  ESP32 que usaremos para obtener los datos del medidor y transmitirlos por Wi-Fi a nuestro servidor. Puedes encontrar distintos modelos en Amazon.
  • Medidor PZEM-004T V3 que puedes comprar en Amazon. También vale la versión 1, pero ofrece menos datos.
  • Un sensor DHT11 ( se puede comprar también en Amazon)
  • Una pinza / anillo de corriente CT. Normalmente incluido con el medidor, ha de aguantar como mínimo la intensidad límite que aguante la línea que vamos a medir. Puede elegir si usar una pinza, que, aunque no requiere la desconexión del cable que queremos medir, nos da unos datos menos precisos, o un anillo, que tiene más precisión, pero requiere que previamente pasemos el cable, con lo que habrá que desmontarlo.
  • Cables dupont para conectar ambos dispositivos ( hembra-hembra). Aunque lo ideal es realizar un circuito puedes usar cables dupont y una placa de desarrollo para realizar el tutorial.
  • Una fuente  selladade 5V de al menos 100mA , aunque puede usarse un cargador USB .Este tipo de fuente sellada por cierto la podemos encontrar de nuevo en Amazon.
  • Cables Azul y Marrón para enchufar el medidor PZEM-004T a la corriente.

Software

Se aconseja probar el circuito anterior primero con el sketch que ya vimos en un post anterior y cuando todas las medidas sean mostradas correctamente en la consola serie de Arduino, y el servidor homeassistant este funcionando, seguir con los siguientes pasos.

Primero vamos a meter el software generado con ESPHome al módulo ESP32 para lo cual tendremos que taner instalado en nuestro HomeAssistant el añadido de ESPHome.

Bien, una vez conectado el montaje a nuestro PC y el ESP32 con un cable USB a nuestro PC con el que ya cargamos el skecth de pruebas, vamos a cambiar totalmente el fw para que pueda entenderse este con el HomeAssistant.

El siguiente código es solo una plantilla que se puede adaptar a las necesidades de cada uno:


esphome:

name: "medidor-consumo-pzem004t"

platform: ESP32

board: nodemcu-32s




# Recuerda cambiar la plataforma y placa según corresponda a tu módulo ESP.

# https://esphome.io/components/esphome.html

# ESP8266: https://esphome.io/devices/nodemcu_esp8266.html

# ESP32: https://esphome.io/devices/nodemcu_esp32.html



wifi:

ssid: "AAAAAAAAAA"

password: "XXXXXXXXX"



manual_ip:

static_ip: 192.168.1.74

subnet: 255.255.255.0

gateway: 192.168.1.1







#Enable Home Assistant API

# API para que Home Assistant pueda conectarse al módulo

# https://esphome.io/components/api.html





api:

encryption:

key: "ZZZZZZZZZ"



# Servidor Web para poder consultar información por web

# https://esphome.io/components/web_server.html



web_server:

# port: 80



# Componente OTA para poder actualizar el módulo sin necesidad de cables

# https://esphome.io/components/ota.html







ota:

# password: "ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ"



# Servidor Web para poder consultar información por web

# https://esphome.io/components/web_server.html



# Enable logging

logger:

#baud_rate: 0









# Indicamos los pines donde hemos conectado TX y RX del dispositivo, teniendo en cuenta que siempre han de ser invertidos TX->RX, RX->TX

uart:

rx_pin: 16

tx_pin: 17

baud_rate: 9600

# stop_bits solo es necesario si así lo indica el log mientras probamos el circuito

stop_bits: 1







# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails

#ap:

# ssid: "Dht11Pzem004 Fallback Hotspot"

# password: "SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS"



sensor:



#usamos un dht11

- platform: dht

pin: 4



temperature:

name: "Temperature"

unit_of_measurement: °C

humidity:

name: "Humidity"

unit_of_measurement: '%'

update_interval: 1s



# Usaremos pzemac o pzem004t dependiendo de si estamos usando un PZEM-004T V3 o V1

- platform: pzemac

address: 0xF8

current:

name: "Current"

voltage:

name: "Voltage"

energy:

name: "Energy"

power:

name: "Power"

frequency:

name: "Frequency"

power_factor:

name: "Power Factor"

update_interval: 1s





# Indicamos el pin del LED de la placa para que parpadee según su estado

# https://esphome.io/components/status_led.html

status_led:

pin: 2


Una vez hayamos metido nuestras credenciales de WIFI, generamos el binario compilado del archivo .yaml y lo metemos en el módulo ESP. Como siempre, se puede realizar por USB o si ya lo tenemos configurado previamente por OTA. Una vez listo pasamos al circuito.

Si pulsamos en el icono de la corriente podemos ver el seguimiento de las variaciones de la corriente a lo largo del tiempo.

El consumo lógicamente va incrementando de forma acumulativa como vemos en la siguiente imagen:

Asimismo poder ver el histórico del valor de la frecuencia:

Asimismo podemos ver la fluctuaciones de la potencia:

Asimismo también podemos ver la fluctuación del factor de potencia en un histórico y de ahí podríamos deducir la potencia reactiva.

Por ultimo podemos ver como el suministrador no nos suministra un valor de voltaje estable fluctuando en nuestro caso entre los valores de 240v y 250v.

Dado que hemos equipado al ESP32 con un DHT11 podemos asimismo ver las fluctuaciones de humedad y temperatura en el interior de nuestra vivienda.

Asimismo, dado que especificamos una IP fija también podemos ver las medidas junto a la traza a traves de la url especificada ( en nuestro caso http://192.168.1.74).

INSTALACION

Una vez bien probado la instalación, puede ser una buena idea incorporar el montaje a nuestra vivienda , pero por favor únicamente haga esto si tiene los conocimientos eléctricos suficientes dado el riesgo evidente de electrocución por lo que lo recomendable es cortar completamente el suministro de ca.

En primer lugar vamos a conectar el PZEM004 y el alimentador de 5v a la salida de un disjuntor con poca carga ( se recomienda antes de conectar los cables que efectivamente no hay tensión con un polímetro)

En el bloque donde solia ir el limitador ahí podemos ubicar nuestro montaje, eso si sin olvidar aislar al máximo todas las partes.

Ahora deberemos conectar la sonda de pinza en el lado activo de la general qeu sera la encargada de medir la corriente y con ello deducir la potencia, y el factor de potecnia

Ya solo nos queda cerrar el montaje y probar la funcionalidad

!Terminado el trabajo! Ahora ya solo nos queda ir a la la url http://homeassistant.local:8123/lovelace/0 desde un pc conectado a nuestra red y disfrutar del montaje.

Como conocer el consumo eléctrico de una forma barata


La potencia consumida , es la potencia capaz de transformar la energía eléctrica en trabajo dado que los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía(mecánica, lumínica, térmica, química, etc) .Esta potencia se designa con la letra P y se mide en vatios —watt— (W) o kilovatios —kilowatt— (kW). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

{\displaystyle P=I_{e}\cdot V_{e}\cdot \cos \phi =I_{e}\cdot Z\cdot I_{e}\cos \phi =I_{e}^{2}\cdot Z\cdot \cos \phi =I_{e}^{2}\cdot R\,\!}

Debido a la gran importancia de la potencia eléctrica sobre las características del suministro eléctrico , hay algunos casos en los que puede ser conveniente cambiar la potencia contratada pues en la practica nos limitara o permitirá usar un determinado numero de dispositivos  eléctricos  simultáneamente

En este sentido, deberíamos estudiar  si necesitamos  un aumento o una reducción de la potencia contratada pues según la potencia que tengamos contratada con nuestra compañía suministradora     pagaremos  mas o menos  en nuestra factura mensual en concepto de potencia contratada  ademas de los kw/h que consumamos.

Precisamente para controlar este termino surge.el  Interruptor Controlador de Potencia o llamado también ICP  que corta el suministro  cuando detecta que la instalación eléctrica de la vivienda está haciendo uso de más cantidad de energía de la que tiene contratada obligando a  desconectar  aparatos y volver a subir el interruptor. Tradicionalmente estos dispositivos se instalaban  la derecha del cuadro de distribución de ca sellándose el  acceso a este en un compartimiento aparte, pero actualmente van integrados en los llamados contadores inteligentes , los cuales incluso pueden ser programados para aumentar o reducir la potencia contratada sin tener que cambiar físicamente el dispositivo

 

Si el limitador sea del modelo que sea  salta continuamente significa que hay menos potencia de la necesaria por lo que habrá que solicitar un aumento  (  y tendremos que pagar un poco mas en concepto de potencia contratada )  pero, si no es así ,y  se quiere ahorrar en las facturas de luz se puede  solicitar una reducción de la potencia contratada , !pero ojo si realmente se ha comprobado que hay más potencia contratada de la que se necesita ! ( por ejemplo instalando en casa  un watimtro como vamos a ver)  

 

Precisamente para concienciarnos  de lo que consumimos en nuestra vivienda en tiempo real  para poder tomar medidas correctoras  o para contratar mayor o menor potencia , existen unos sencillos  comprobadores multifuncionales , que nos pueden aportar esa información instantáneamente  de un modo bastante sencillo y económico , pues el  modelo que vamos a ver KKmoon AC 80-260 V 100A es muy económico  ofreciéndonos en tiempo real la siguiente información: 

  • Tensión de entrada de ca de la red de ca en voltios
  • Intensidad  de entrada expresada en amperios
  • Potencia activa expresada en watios
  • Potencia acumulada en Watios/Hora
  • Alarma en caso de sobrepasar un determinado umbral de potencia activa programada previamente

 

Este modelo con gran pantalla retroiluminada   y persistente (almacena los datos cuando cesa el suministro ) , como vemos se aleja de los anticuados instrumentos de aguja  no solo ofreciendo mas información integrada en un único aparato,pues  también incluye al función de alarma de sobrecarga pudiéndose programar  la  potencia a partir de la cual  dará un aviso visual cuando se superan el valor por defecto.

Este instrumento se controla con un solo pulsador  que esta a la izquierda de la pantalla  permitiendo    controlar la pantalla, energía, límite de alarma activada por defecto de energía de la nueva colocación.

Estos son los tres modos de operación actuando  sobre ese pulsador:

  • RETROILUMINACION:Mediante   una pulsación corta se activa o desactiva la retroiluminación  estando  por defecto encendida. En caso de programar alarma de umbral  solo se enciende  unos instantes
  • RESET;Mediante una pulsación larga de 5 segundos hasta que el numero en el display empiece a parpadear entonces liberar ,pulsar otra vez  y entonces el valor de la energía se borrara y dejara de parpadear ( sino quiere esto vuelva a pulsar por 5 segundos  hasta que el numero deje de parpadear lo que significara que el el valor de energía no se ha borrado  y saldrá del estado de reset
  • PROGRAMACIÓN DEL UMBRAL:Pulsando hasta que aparezca SET CLr  y después liberando  entramos en modo programación del umbral de la alarma. En la pantalla  se visualizara el valor de la alarma y el ultimo dígito parpadeando, entonces si pulsa cambiara el valor ,pero si no se pulsa en tres segundos cambiara al siguiente dígito automáticamente y así sucesivamente. Se finaliza la programación si pulsamos mas de 5 segundos  lo cual automáticamente salvara el umbral  y quedara configurado ese valor.

 

 

Instalación

Realmente es bastante sencillo de instalar  ese  dispositivo  kkmon  pues funciona de manera parecida a una pinza amperimetrica y solo necesita que pase por el interior de l a bobina que suministran  SOLO  uno de los cables que alimenta la vivienda  para poder dar las medidas.

En  primer lugar habrá que decidir el lugar   donde ubicarlo , siendo lo mas aconsejable que este cerca del cuadro de distribución de ca pues necesitamos atravesar uno de los cables  de la distribución de  ca  (no importa que sea la fase o el neutro)  por la bobina del instrumento

En el esquema de mas abajo de una instalación típica de una vivienda  podemos ver   algunos de los puntos donde podríamos intercalar la bobina ( solo debe pasar  un cable  por la bobina de medición)

Recordamos  que  como hay que soltar el cable en los puntos mencionados ,hacer pasar por el cable la bobina  y volverlo a colocar en su lugar el citado cable , debe extremar las medidas de seguridad  para evitar exposición a la c.a. asi que si no tiene experiencia, rogamos solicite la ayuda de un profesional.

En todo caso ,antes de desconectar algunos de los cables propuestos   en alguno de estos puntos, desconecte el interruptor general  ( en el dibujo es el magnetotérmico  que esta mas a la izquierda)y compruebe con un buscapolos o un multimetro que efectivamente no hay tensión en el cable a desconectar . Hecho este desconecte , intercale la bobina entre el cable  , vuelva a conectar en el original  y ya puede volver a conectar la ca

 

instalacion

Una vez decido el punto donde intercalar la bobina, soltaremos ,pasaremos el cable  y volveremos a conectar   y luego si estaba protegido con cinta volveremos a cubrir la conexión con este

IMG_20180914_191355[1]IMG_20180912_124923[1].jpg

En el montaje hemos decidido instalar en la vieja caja ict , ya que al contar con contador inteligente el ict esta integrado en este, así que practicaremos un agujero de d 89,6 x 49,6 aprox.   en el frontal de dicha caja

 

IMG_20180914_191058[1]

Opcionalmente se puede colocar otros elementos  como por ejemplo un cargador usb  para alimentar en un futuro algún dispositivo que envié las mediciones  para  poder ser consultadas remotamente.

 

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Ahora ya insertaremos el medidor en el frontal de la caja ict

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La iluminación de la pantalla es genial y permite ver en todo momento con claridad.

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Nos  queda conectar  también el  aparato de medición a la ca , bien a una toma de ca con un enchufe , o bien , ya que estamos en el cuadro de distribución de ca,  a la salida de alguno de los magnetotérmicos de salida  de los circuitos  de la vivienda.

RECODAMOS TENGA MUCHA PRECAUCIÓN A LA HORA DE MANIPULAR LOS CABLES DE CA

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Probaremos como va antes de atornillar la   tapa a la caja

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!Trabajo  finalizado!  Con esto concluimo la instalacion del dispositivo

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Ajustes  finales

Mediante   una pulsación corta  de 5  segundos del pulsador de la izquierda del instrumento se activa o desactiva la retroiluminación  estando  por defecto encendida. En caso de programar alarma de umbral  solo se enciende  unos instantes

Mediante una pulsación larga de 5 segundos del mismo pulsador hasta que el numero en el display empiece a parpadear entonces liberar ,pulsar otra vez  y entonces el valor de la energía se borrara y dejara de parpadear ( sino quiere esto vuelva a pulsar por 5 segundos  hasta que el numero deje de parpadear lo que significara que el el valor de energía no se ha borrado  y saldrá del estado de reset

Pulsando hasta que aparezca SET CLr  y después liberando  entramos en modo programación del umbral de la alarma. En la pantalla  se visualizara el valor de la alarma y el ultimo dígito parpadeando, entonces si pulsa cambiara el valor ,pero si no se pulsa en tres segundos cambiara al siguiente dígito automáticamente y así sucesivamente. Se finaliza la programación si pulsamos mas de 5 segundos  lo cual automáticamente salvara el umbral  y quedara configurado ese valor.

 

 

Por cierto, si le interesa este instrumento , se puede comprar en Amzon  por menos de 14€