Mit der Hilfe eines ESP32 und eines einfachen IR Moduls kann am Stromzähler der aktuelle Stromverbrauch ausgelesen werden ohne das man den Stromzähler PIN benötigt. Mittels einem WebServer der vom ESP32 aufgebaut wird kann der aktuelle Verbrauch ausgelesen und grafisch dargestellt werden.

Da nicht jeder das Know-how bzw. die Lust hat sich einen kompletten HomeAssistant einzurichten um den Energieverbrauch auszulesen habe ich mir eine Standalone Lösung überlegt. Dadurch werden auch die Kosten der Anschaffung stark minimiert. Die Kosten für das benötigte Material belaufen sich auf unter 15€ (je nach Bauteile / Hersteller).

Alternative Lösung via Arduino IoT Remote App (nur ein File zu flashen).

Wer eine Home Assistant am laufen hat kann sich gerne meine Hassio Lösung anschauen, hier.

Digitaler Stromzähler Standalone WebServer

Benötigte Hardware

  • ESP32-WROOM-32 D1 mini (AZ-Delivery)
  • IR Modul (TCRT5000) 
  • 3D Drucker + Filament
  • Lötstation mit Equipment
  • Einzeladern

Benötigte Software

Aufbau Gehäuse

Das neue Zählergehäuse findet man hier.

IR Modul TCRT5000 modifikation

Auf dem TCRT5000 befindet sich eine Lesediode und eine Schreibdiode. Die Schreibdiode wird auch als Näherungssensor verwendet wodurch es zu Problemen kommen kann beim Ablesen des Stromzählers.

In meinem Fall habe ich die hellere (weiße Diode) einfach ausgelötet. In anderen Beiträgen habe ich gesehen, dass auch nur der Vorwiderstand entfernt wird.

Den TCRT5000 habe ich am ESP32 an die Pins G14, 5V und GND angeschlossen.

eHz Elektronischer Haushaltszähler

Das Gehäuse aus dem 3D Drucker passt beim eHz Elektronischen Haushaltszähler. Mit zwei Magneten wird das Gehäuse am Zähler befestigt da der Stromzähler Eigentum des Netzbetreibers ist!

Die rechten beiden IR Dioden werden beim IR Lese-Schreibekopf verwendet (Volkszähler). Dabei wird permanent zwischen den Unterschiedlichen zur verfügung stehenden Zählerständen geschalten und diese ausgelesen (PIN muss beim jeweiligen Energiekonzern angefragt werden).

Zähler Aufsteckmodul ESP32 + TCRT5000

Einrichten des WebServers

Der Wemos D1 mini ESP32 generiert zu Beginn sein eigenes WLAN (SSID = StromZaehler). Wenn man dieses auswählt kann man über die statische IP: 192.168.4.1 den Wi-Fi Manager öffnen um dort von seinem eigene Heimnetz die SSID und das Passwort zu hinterlegen. Das Gateway (Router IP) muss angegeben werden da sonst Zeit und Datum nicht mit dem NTP Server abgeglichen werden können. Bei einem nicht funktionierenden NTP Server werden die Werte um Mitternacht nicht zurückgesetzt. Die Daten sind direkt auf dem ESP32 im Filessystem hinterlegt und können nicht nach außen gelangen.

SSID: Wlan Name

Password: Wlan Passwort

IP Adresse: WebServer IP

Gateway Adresse: Router IP

WebServer grafische Darstellung

Den WebServer mit der Sensor Auswertung erreicht man dann über die im Wi-Fi Manager konfigurierten

WebServer on ESP32

Stromversorgung ESP32

Man kann den ESP32 auch mit einer Powerbank betreiben. Dabei muss man aber bedenken das durch den WebServer (permanentes WiFi) der Stromverbrauch sehr hoch ist. Da meine Lösung ja nur zum aktuellen Energieverbrauch messen gedacht ist bzw. um zu schauen was man so über einen kompletten Tag verbraucht, reicht eine Powerbank aus.

Wer die Energiewerte dauerhaft auslesen möchte sollte sich dann doch lieber eine Schuko Steckdose in den Verteilerkasten montieren lassen.

Software

Der ESP32 enthält ein File System (SPIFFS). SPIFFS ist ein kleines Dateisystem, das für Mikrocontroller mit einem Flash-Chip entwickelt wurde die über einen SPI-Bus verfügen. Unter dieser Seite kann man die genaue Anleitung finden und wie man dieses File System einrichtet. Anstelle des Temperatursensoren muss man nur den TCRT5000 anlöten sowie minimale Anpassungen an der Software vornehmen.

Code

/* Sensor TCRT5000 PIN14*/
const int digital_pin = 14;
int state = 0;
int laststate = 1;
unsigned int counter = 0;

......

/* Loop sensor reading*/
void loop() {

  state=digitalRead(digital_pin);
  if ( laststate == 1 && state == 0 )
  {
    counter++;
  }
  
  laststate = state;
  watt = counter * 6;
}

Fazit

Mit der Energieverbrauch Messung kann man sehr schnell sehen wo sich die Stromfresser im Haushalt befinden. Wir haben bei der letzten Messung herausgefunden, dass der SAECO Kaffeevollautomat im eingeschalteten Zustand während dem Frühstück 400W zieht. Das liegt an dem permanent aktiven Heizelement. Der Standby Timer lag bei 30 Minuten was zu einem hohen Stromverbrauch in der Zeit führt, dafür das kein Kaffee gemacht wird. Wir haben den Timer auf das minimalsten Wert gesetzt bzw. machen den Vollautomaten direkt nach der Benutzung aus.

Es wird ja immer von Standby Geräten bzw. Netzteilstecker gesprochen die sich permanent am Strom befinden. Jedoch kann ich hier keinen erhöhten Energieverbrauch feststellen.

Was hier am meisten Sinn macht und zu einer erstaunliche Einsparung führt ist das Balkonkraftwerk. Daher sieht man in den Grafiken des öfteren das Der Stromzähler Watt Wert Null beträgt.

Das Projekt befindet sich noch in der Entwicklung, bei weiteren Fragen einfach schreiben.

Zu dem Luftqualitätssensor von Ikea (Vindriktning) mittels ESP8266 findet man einige Anleitungen im Netz. Für die Vollständigkeit meiner Dokumentationen, werde ich trotzdem von meinem Umbau des Ikea Vindriktning Sensors berichten.

Benötigte Hardware

Benötigte Software

Aufbau

Anschlussplan

Bei mir waren die Lötpads am Ikea Sensor bereits verzinnt was das anlöten einfacher macht. Zu beachten ist das der Lötkolben nicht zu heiß eingestellt ist. Ich habe meinen Lötkolben auf ca. 330°c eingestellt. Dadurch sollte ein zu heiß werden und ablösen der Lötpads verhindert werden.

  • WeMos 5V —-> + Vindriktning
  • WeMos GND -> – Vindriktning
  • WeMos D3 —-> REST Vindriktning

Nach dem anlöten der Einzelandern habe ich die WeMos D1 Platine mit einem Streifen Heißkleber im unteren Bereich fixiert. Im falls das man den WeMos erneut flashen muss hat so einen schnellen Zugriff an den USB Port. Rechts habe ich eine kleine Ecke von dem Kunststoff abgeknipst damit das Kabel besser nach oben durchgeführt werden kann.

ESP Home Sensor config.yaml

esphome:
  name: airquality

esp8266:
  board: d1_mini  

# Example configuration entry
uart:
  rx_pin: D3
  baud_rate: 9600

sensor:
  - platform: pm1006
    pm_2_5:
      name: "Airquality 2.5µm:"  

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:

ota:
  password: "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

  # Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
  ap:
    ssid: "Airquality Fallback Hotspot"
    password: "xxxxxxxxxxxxx"

captive_portal:

Home Assistant grafische Darstellung

type: gauge
min: 0
max: 120
entity: sensor.airquality_2_5um
severity:
  green: 0
  yellow: 36
  red: 86
needle: true

Fazit zum Sensor

Wenn man sich die Platine genauer anschaut wird Ikea bald eine Variante mit einem Zigbee Modul herausbringen. Im oberen Bereich der Platine sind Anschlüsse für einen Stecker vorgesehen um ein Zigbee Modul anzuschließen.

Was mich leider ein wenig stört, ist der etwas brummende Lüfter des Moduls, der alle 20 Sekunden anfängt zu laufen (für die Messung). Ich bin aktuell am überlegen ob ich den Lüfter an die 3V des WeMos D1 anklemmen soll. Allerdings weiß ich dann nicht ob dadurch das Messergebnis verfälscht wird. Vielleicht fällt mir ja noch eine andere Lösung ein das leichte Brummen des Lüfters zu minimieren.

Mir gefällt die Gaube Darstellung für die Luftqualität in meinem Smart Mirror.

Mit der Hilfe eines ESP8266 und eines Magnetschalters ( Reed Sensor ) kann am Gaszähler ( G4 RF1) über den Internen Magneten der aktuelle Verbrauch abgelesen werden ( 1 Imp = 0.1m³ ). Eingebunden ist das ganze wie bereits beim digitalen Stromzähler in Home Assistant ( HASSIO ). Dort kann man sich die Verbrauchswerte für die unterschiedliche Zeiten (Tag, Woche, Monat, Jahr) anzeigen lassen.

Mein erstes Problem bestand darin das ich mittels eines normalen WeMos D1 keinen Empfang im Heizraum hatte. Daraufhin habe ich den WeMos D1 Mini Pro mittels externer Antenne ausprobiert, mit Erfolg. Die Signalstärke ist ausreichend um die Daten über Wlan zu senden.

NEUE LÖSUNG MIT AQARA TÜR FENSTERSENSOR

Benötigte Hardware

Benötigte Software

3D Gehäuse Tinkercad

Aufbau

In meinem Fall habe ich mir bei Thingiverse ein passendes Case für den WeMos D1 Mini Pro geholt und mittels Tinkercad auf mein entworfenes Case gesetzt. Somit kann jede beliebige ESP8266 Platine mit der Magnetsensor Grundplatte verbunden werden.

KY-025 Magnetschalter Anschlussplan

Beim Magnetschalter muss man sehr auf das Glasröhrchen achten. Ich habe das Glasröhrchen mit dem Reed Kontakt leicht nach unten gebogen damit es bündig mit dem Auslass am gedruckten Gehäuse abschließt.

  • WeMos 5V —-> + KY-025
  • WeMos GND –> – KY-025
  • WeMos D5 —-> A0 KY-025

Gaszähler Typ G4 RF1

G4 RF1 von Actaris ESP8266

Bei meinem Gaszähler handelt es sich um das Model G4 RF1 von Actaris.

Das Model G4 RF1 von Pipersberg ist baugleich soweit ich weiß. Daher sollte das Case für den Sensor auch hier passen.

ESP Home Sensor config.yaml

Hier hatte ich zu Beginn Probleme beim Kompilieren der Software. Ich hatte unter board den d1_mini_pro stehen welcher normal über 16MB Speicher verfügt. Bei meiner Bestellung habe ich übersehen das mein WeMos D1 Mini Pro mit nur 4 MB bestückt ist. Daher musste ich die Software für einen normalen d1_mini kompilieren.

esphome:
  name: gas

# d1 mini pro but only with 4MB -> d1_mini
esp8266:
  board: d1_mini 

sensor:
  - platform: pulse_counter
    pin: 
      number: D5
      mode: INPUT_PULLUP
    name: "Gasverbrauch"
    state_class: total_increasing
    device_class: gas
    update_interval : 60s
    filters:
      - lambda: |-
          static float total_value = 0.0;
          total_value += x * 0.1;
          return total_value;
    unit_of_measurement: "m³"
    accuracy_decimals: 2
    icon: 'mdi:fire' 
    id: gasverbrauch

time:
  - platform: sntp
    id: my_time    

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:

ota:
  password: "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

  # Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
  ap:
    ssid: "Gas Fallback Hotspot"
    password: "xxxxxxxxxxxx"

captive_portal:

Hassio /config/configuration.yaml

......

utility_meter:
  gasverbrauch_daily:
    source: sensor.gasverbrauch
    cycle: daily
  gasverbrauch_weekly:  
    source: sensor.gasverbrauch
    cycle: weekly
  gasverbrauch_monthly:
    source: sensor.gasverbrauch
    cycle: monthly
  gasverbrauch_yearly:
    source: sensor.gasverbrauch
    cycle: yearly 

......

Home Assistant grafische Darstellung

Mit der Hilfe eines WEMOS D1 und eines einfachen Radar Sensors kann im Pellet Tank der aktuelle Füllstand gemessen und grafisch dargestellt werden. In meinem Fall verarbeite ich die Werte mittels HomeAssistant (hassio). Im Falle von einer geringen Füllstandsmenge kann als Beispiel eine Benachrichtigung per Telegram eingerichtet werden.

Benötigte Hardware

Benötigte Software

3D Gehäuse Tinkercad

Aufbau Pelletsensor

ESP Home config.yaml

Update Intervall ist hier in der yaml auf 1h eingestellt. Somit wird jede Stunde der Füllstand abgefragt.

esphome:
  name: ultraschall
  platform: ESP8266
  board: d1_mini

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:

ota:
  password: „XXX“

wifi:
  networks:
  - ssid: XXX
    password: XXX
  # Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
  ap:
    ssid: Ultraschall
    password: XXX

captive_portal:

sensor:
  - platform: ultrasonic
    trigger_pin: D1
    echo_pin: D2
    name: "Pelletsfüllstand"
    update_interval: 1h

Home Assistant grafische Darstellung