Categoria: Domotica

Questo articolo fa parte del progetto La Domotica fai-da-me ed è il naturale proseguimento dell’articolo sul server/broker MQTT.

Una volta realizzato il server è necessario intercettare i dati inviati dai sensori per memorizzarli nel DB.

Esatto, il DB. per poter lavorare con il database è necessario crearne uno. Io uso SQLite perché è facile, leggero e nativamente integrato in Python. Per installarlo basta usare il solito comando su Ubuntu

sudo apt-get install sqlite3

Per creare il DB è sufficiente accedere a sqlite indicando il nome del DB da creare

sqlite3 /percorso/domotica.db

Una volta dentro si devono creare le tabelle necessarie per memorizzare i dati, la struttura che ho pensato io è basata su tre tabelle:

• I luoghi dei quali mi servono i dati
• Le temperature
• I consumi di corrente (questa tabella è usata dal progetto del misuratore di corrente)

Queste sono le tabelle da creare

CREATE TABLE Luoghi 
(
  ID INTEGER PRIMARY KEY ASC, 
  Descrizione TEXT NOT NULL
);

CREATE TABLE Temperature
(
  ID INTEGER PRIMARY KEY ASC, 
  Timestamp TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP NOT NULL,
  Luogo INTEGER,
  Temp REAL,
  Umid REAL,
  Vbatt REAL
);

Una volta create le due tabelle è necessario inserire i vari luoghi che si vogliono monitorare con delle semplici INSERT

INSERT INTO Luoghi (Descrizione) VALUES ('[nome ambiente');

L’identificativo del campo “ID” viene messo automaticamente, per vederlo basta fare una SELECT sulla tabella

SELECT * FROM Luoghi;

Il risultato dovrebbe essere una cosa tipo questa

sqlite> select * from luoghi; 
1|Camera 
2|Balcone Strada 
3|Cucina 
4|Sala

Per comodità è bene prendere nota di questi valori, perché ci serviranno per programmare i sensori e fare le varie query.

Il programma è scritto ovviamente in Python e può essere trovato nella pagina GitHub del progetto. Per poter funzionare sono necessarie alcune librerie, una di queste, che sicuramente manca nel server è la libreria PAHO-MQTT, che permette di gestire MQTT con Python. Si installa con il comando:

pip install paho-mqtt

Il programma va eseguito all’avvio del sistema, se no i sensori troveranno il server, manderanno i loro dati, ma questi non saranno salvati da nessuna parte. Per fare questo è necessario modificare il crontab con il comando

crontab -e

A questo punto si deve inserire la riga

# avvio del sistema che salva i dati vai MQTT al boot
@reboot python /percorso/mqtt_to_db.py >/percorso/mqtt_to_db_std.log 2>&1

per salvare il crontab basta fare Ctrl+X, S (o Y a seconda della lingua del sistema) e poi INVIO

Giusto per capire cosa abbiamo appena scritto:

• le righe che iniziano con il cancelletto # sono commenti (usare bene i commenti è obbligatorio, sempre!)
• @reboot: questa cosa va eseguita all’avvio del sistema
• python /percorso/programma.py: esecuzione del programma
• >/percorso/log: redirige lo standard output su un file di log invece che a video
• 2>&1: redirige sullo stesso file di log anche l’output degli errori

Adesso mancano solo più i sensori!

Il progetto è rilasciato con licenza GPL V.3 (Open Source), quindi puoi prenderlo, fartelo a casa, modificarlo e pubblicarlo a nome tuo. Se lo condividi modificato devi citare questo sito (www.iltucci.com) come fonte principale.

Nel progetto La Domotica fai-da-me ho inserito alcuni sensori che leggono i dati ambientali di casa e li trasmettono al server in mo tale che questo possa memorizzarli in un DB. Tutti i sensori sviluppati fin qui inviando i dati facendo una chiamata web, nello specifico una http-GET di questo tipo:

http://[ip_server]/?tipo=temperatura&luogo=bagno&dato=22,5

Sul server è attivo un server web che riceve la chiamata, legge i dati e li memorizza nel DB. Tutto facile, anche a livello di codice.

Esiste però un protocollo, sviluppato specificamente per i sensori IoT, che ha alcune caratteristiche molto interessanti:

• E’ molto molto facile da implementare lato server
• E’ molto molto facile da implementare su qualunque dispositivo (nel mio caso sulle schede ESP8266), ci sono milioni di librerie
• Ha pochissimo overhead di dati (vedi dopo)
• La trasmissione del dato consuma molta meno energia di una chiamata http. Questo allunga la durata delle batterie, cosa molto interessante
• Funziona su qualunque mezzo di trasmissione.

Leggi tutto “Registrare i dati dei sensori via MQTT”

Questo post è un’evoluzione di quello fatto qualche anno fa, con lo stesso scopo, ma utilizzando una (non proprio economica) scheda Arduino Yun. All’epoca non conoscevo le ESP e avevo la scheda inutilizzata a casa, con l’esperienza e il senno del poi ho abbassato il prezzo del progetto di oltre metà.

Nota importante e fondamentale: con questo progetto si lavora vicino alla corrente elettrica 220V, toccare la 220V è pericoloso, ci si può far male o si può morire. Se non sai quel che fai chiedi aiuto. Non sono responsabile per qualsiasi danno a persone, cose, animali o qualunque altra cosa.

Il progetto è rilasciato con licenza GPL V.3 (Open Source), quindi puoi prenderlo, fartelo a casa, modificarlo e pubblicarlo a nome tuo. Se lo condividi modificato devi citare questo sito (www.iltucci.com) come fonte principale.

Questo progetto si inserisce all’interno del lavoro La Domotica fai-da-me, migliora il progetto precedente fatto con Arduino o si aggiunge per rendere il controllo dei consumi più preciso mettendone uno su ogni elettrodomestico.

Prima di tutto, la lista della spesa, che senza materiale non si va da nessuna parte.

• Scheda WeMos D1 Mini Lite.
• Shield WeMos con il display OLED.
• Shield con la millefori per alcuni componenti.
• Piedini aggiuntivi (non so mai con quali piedini arrivano le schede e le shield)
• Pinza amperometrica SCT013-30.
• Due resistenze da 10KΩ 1/4 di Watt, se avete qualcosa a casa, le bande colorate devono essere nera, marrone, gialla, oro.
• Un condensatore elettrolitico da 10uF
• Connettore jack cuffia 3,5mm femmina (potreste farne a meno tagliando il jack della pinza e saldando i fili direttamente sulla scheda).
• Alimentatore 5V, tipo quello dei cellulari, con il cavetto microUSB
• Una spina Italiana (serve solo per il test)
• Una presa ITA/TED (serve solo per il test)
• Tre pezzetti di filo elettrico di rame, uno nero, uno blu e uno giallo/verde (magari chiedili ad un amico se ha fatto di recente lavori in casa) da 4mm di sezione

Poi ci va la lista dell’attrezzatura necessaria

• Un PC su cui installare e usare il software (qualsiasi sistema operativo)
• Un cavetto micro USB di quelli per il cellulare
• Un saldatore e lo stagno
• Un paio di forbici
• Un cacciavite a taglio e uno a stella
• Un multimetro digitale
• Un phon (per i test)

Il progetto si basa sulle funzionalità che servono in casa a me, c’è ovviamente la possibilità di adattarlo alle proprie esigenze, lavorando senza WiFi, senza display o aggiungendo un buzzer che suona in caso di consumo anomalo (vedi al fondo).

Il sistema memorizza i dati in una centralina, presente sempre in casa e basata su Linux, con il protocollo MQTT. Sicuramente ci sarà un post specifico per la centralina.

Assemblare i componenti

Una volta ricevuti i componenti è necessario fare qualche saldatura prima di poter usare il tutto. Se hai qualche dubbio sulla saldatura compra una shield millefori e dei piedini in più, saldali tutti facendo in modo di non creare dei cortocircuiti.

Iniziamo dal display, che dovrà essere saldato ai piedini da collegare al microcontrollore. Visto che è il pezzo che dovrà essere a vista, è quello da montare sopra tutto, quindi si devono usare i piedini che hanno il solo connettore maschio. La saldatura va fatta sulla parte corta, che va saldata dal lato del display lasciando i piedini lunghi sotto.

Il secondo livello sarà il microcontrollore, la scheda WeMos D1 Mini, dovranno essere saldati i piedini che hanno la femmina da una parte (da mettere in alto) e i maschi dall’altra, in basso. In modo che sopra la D1 Mini si possa mettere il display OLED saldato prima.

Prima di saldare i PIN della millefori, sulla quale si dovrà collegare la pinza amperometrica, è bene mettere i componenti e fare le giuste connessioni.

Da questo schema “Arduino A2” diventa “WeMos A0” e “Arduino 5V” diventa “WeMos 3,3V”

Saldati i componenti si possono saldare i PIN, questa volta solo il connettore femmina, in modo che la scheda millefori sia sotto alla D1 Mini

La logica di funzionamento del sistema è abbastanza semplice: la pinza amperometrica, che va installata “intorno” al filo della fase o del neutro (solo uno, non entrambi, e non sulla terra giallo/verde) capta la variazione del campo magnetico intorno al filo in base a quanta corrente passa.
La lettura del campo magnetico viene convertita in una tensione elettrica, nel caso di questa pinza, tra 0 e 1V per correnti tra 0 e 30A.
In un appartamento il contratto della corrente standard prevede un massimo di 16A (3,5KW), ovviamente se hai una potenza maggiore potresti non farcela con i 30A (che sono 6,6KW) e serve quindi cambiare la pinza e qualche altro dettaglio.

Adesso è il caso di pensare al software

L’hardware è pronto, adesso è necessario passare al software. La scheda D1 Mini si programma con l’Arduino IDE, che si può scaricare e installare gratuitamente per qualsiasi piattaforma. Per poterla usare correttamente è necessario seguire la guida sul sito di WeMos.

Il codice (chiamato comunemente sketch) da caricare sulla scheda WeMos si trova su GitHub, alla pagina del progetto.

Come si prosegue?

Il test operativo è abbastanza semplice. Ma c’è bisogno di qualcuno che sappia fare un po’ di lavori da elettricista. Non smetterò mai di dire che la 220V, se usata male, è mortale, quindi attenzione. Se non sai come fare, fatti aiutare, ad esempio dal negoziante dove vai a comprare i fili e le prese/spine volanti (nei negozi piccoli, non nei centri commerciali)

Adesso è necessario creare una mini prolunga elettrica da 20cm circa. Con il cacciavite apri la presa e la spina. Collega i tre fili elettrici, facendo bene attenzione che il filo giallo/verde parta e arrivi dal centro delle due, gli altri fili saranno collegati ad uno dei due lati, non fa differenza.
Con il tester verifica che non ci siano corto circuiti tra i 3 fili.

Fai passare uno dei due fili colorati (non il giallo/verde) dentro la pinza amperometrica che è collegata alla scheda. Collega la spina ad una presa a muro. Collega alla presa il phon
Accendi il circuito e leggerai sul display una piccola corrente, che tenderà ad essere zero. Adesso accendi il Phon a velocità minima. Guarda quanto sta consumando. Adesso passalo alla velocità massima. Tipicamente sarà intorno ai 2000W. Se spegni la parte che scalda l’aria e la fa solo girare vedrai la potenza crollare. Bene, funziona.

Stacca tutto e vai al quadro elettrico principale dell’appartamento.

Vale sempre la regola: la 220V è mortale, se non lo sai fare chiedi aiuto.

E’ necessario installare la pinza intorno alla fase o al neutro subito a monte o a valle dell’interruttore generale di casa. Ovviamente è necessario alimentare la scheda con un alimentatore a 5V. Le batterie non durerebbero abbastanza. Se l’elettricista ti fornisce due fili a 5V dentro il quadro basta saldarli alla D1 mini ai pin GND e 5V (questo limita di molto l’occupazione di spazio all’interno del quadro, visto che solitamente sono spazi ristrewtti, non può che fare bene.).

E la scatola?

Purtroppo mi manca, cerca qualcosa che sia adattabile e sia gradevole alla vista. Se sei bravo e attrezzato potresti fartela stampare in 3D.

Alcune note finali

• Che la 220V sia molto pericolosa l’ho già detto? Non lo dico mai abbastanza.
• La lettura della potenza impegnata non è precisa, in quanto la vera potenza la si calcola sapendo corrente e tensione, nel nostro caso sappiamo solo la corrente, ma non la tensione, che potrebbe oscillare tra 210 e 240V, quindi nella lettura c’è un minimo errore.
• Il contatore non scatta istantaneamente al superamento dei 3500W, c’è quindi un po’ di tempo per intervenire prima di rimanere al buio. Se si assorbe invece un picco molto più alto, il contatore salta in pochi secondi.
• Alcuni componenti sono da acquistare in Cina, è bene sapere che i tempi di consegna sono tra 30 e 60 giorni e che gli ordini da più di 20€ (circa) comprese le spese di spedizione sono tassati dalla dogana.
• Con il passare del tempo i componenti potrebbero cambiare, smettere di essere prodotti o sostituiti da altri (Le D1 Mini in 3 anni sono cambiate 4 volte).

Adesso parliamo del software. Lo sketch proposto si integra con un server MQTT che registra le letture e le archivia da qualche parte per farci poi delle statistiche. Se il sistema è stand-alone si può aggiungere un LED che si accenda al superamento di una certa soglia o un buzzer che suoni al superamento della fatidica soglia.

Per fare queste attività è sufficiente collegare il dispositivo (LED o buzzer) a uno dei PIN Dx della WeMos (cercate sempre i datasheet per capire come si collegano) e mettere nel codice una IF che se l’assorbimento è troppo, eccita il pin che alimenta il dispositivo

// mettere in cima la dichiarazione che il PIN in uso è il 16 (quindi D0)
pinMode(16, OUTPUT);

// una volta tolte le parti di connessione a MQTT e invio a MQTT si può
// usare la variabile "wattTrasmettere" per capire se c'è l'allarme
// da attivare
if (wattTrasmettere > 3200) //si attiva se al potenza è > di 3200 Watt
  {
    // attiva il pin (mette 3,3V)
    digitalWrite(16, HIGH);
  } 
  else
  {
    // disattiva il pin (mette 0V)
    digitalWrite(16, LOW);
  }

Durante la Maker Faire di Roma, mentre raccontavo come funziona il mio progetto La Domotica fai-da-me mi sono  trovato spesso a rispondere alla domanda “ma perché non usi Arduino al posto del Raspberry?”. Semplicemente perché sono due cose completamente diverse.

Vediamo se riesco a farlo capire anche a quelli che “Arduino cosa?”.

In questo articolo affronterò anche le differenze tra Arduino ed ESP, altra spiegazione data circa 1000 volte agli avventori della fiera. Tutti affamati di sapere, dovete sempre chiedere e fate sempre bene.

Il Raspberry Pi non è altro che un piccolo computer. Fa (quasi) le stesse cose che può fare un PC comune con Linux installato. E’ una scheda che contiene una CPU, della memoria RAM, una scheda video, una scheda audio, alcune porte USB, un’interfaccia di rete e uno slot per metterci la memoria da usare come disco per il sistema operativo. La nuova serie 3B può montare una versione specifica di Windows.

E allora, perché non usi un PC normale e parli di Raspberry Pi?

Questa è un’ottima domanda. Vediamo tutti i perché

• E’ tutto in unico pezzo (alimentatore a parte).
• Costa poco (da 10 a 30€ a seconda della versione).
• Consuma poco (nell’ordine dei 10W o anche meno).
• Ha la possibilità di interagire un po’ con il mondo reale usando i PIN di GPIO. Ci si possono collegare sensori o dispositivi seriali, cose che solitamente con un PC non si possono fare.

Ok, il Raspberry Pi è un piccolo PC, quindi perché al posto suo non usi Arduino che è comunque piccolo?

Perché sono due schede profondamente diverse. Se sul Raspberry Pi posso avviare un sistema operativo, utilizzare programmi, avere un DB e mille altre cose, con Arduino tutto questo non è possibile. Arduino è un semplice microcontrollore.

Arduino ha un suo firmware, è programmabile e una volta programmato eseguirà le operazioni che gli sono state impartite per sempre, a meno che non venga riprogrammato. La programmazione di Arduino avviene con un suo sistema di sviluppo (si chiama IDE) e il codice che si scrive è in un linguaggio molto simile al C.

Arduino accede al mondo fisico (sensori) in maniera molto più diretta, senza dover passare per svariati strati software o la schedulazione della CPU, che potrebbe rallentare di molto le letture o le scritture.

Visto che le cose sono già complicate così, sul mercato c’è un’altra scheda, un piccolo microcontrollore, che fa grossa guerra ad Arduino: la famigerata scheda ESP8266.

In fiera, per capire il livello delle persone con cui parlavo, chiedevo “Conosci il Raspberry? Conosci Arduino? Conosci la ESP8266?” Normalmente l’ultima non la conosceva nessuno. Quando andavano via capivo di aver tolto un cliente ad Arduino (scusami Banzi)

La scheda ESP8266 ha alcuni punti interessanti rispetto ad Arduino, per il quale è diretta concorrente:

• Costa molto meno (3€ contro i 25€ per la più piccola Arduino)
• E’ più piccola (davvero molto piccola)
• Ha meno ingressi/uscite digitali
• Non ha uscite analogiche
• Ha un solo ingresso analogico
• Ha il WiFi integrato
• Si programma con lo stesso linguaggio e usando lo stesso software di Arduino

La scheda base è davvero semplice e limitata, ad esempio non si può programmare con la USB, ma ci va un adattatore USB-seriale. Per ovviare a questo ci sono molti produttori che le hanno montate su schedine un po’ più grandi per poterle usare più facilmente. Io uso da un po’ di tempo le schede WeMos che hanno anche una struttura a shield (letteralmente scudo), praticamente delle schede già assemblate che permettono di impilare alcuni accessori, come sensori e display, sul microcontrollore, evitando fili vari sparsi in giro.

Ma, dopo tutta questa manfrina, io cosa devo usare per i miei progetti?

Non lo posso sapere, ma quel che ti consiglio è questo:

Se devi interagire solo con sensori e attuatori scegli i microcontrollori. Inizia comprando il kit base di Arduino (visto, Banzi, che te li mando lo stesso?) e fai tutti i progetti. A questo punto sei pronto per passare alle ESP.

Se invece il tuo sistema è più complesso, con sensori distribuiti, gestione di un DB, accessi web e quant’altro, prendi in considerazione il Raspberry Pi, se il tuo progetto richiede molto utilizzo della CPU devi ripiegare su qualche scheda “fruttata” più potente (Banana Pi, Orange Pi, Odroid, Udoo …) o direttamente un mini PC. Se hai bisogno di qualche sensore o qualche accessorio particolare il mini PC potrebbe però non essere la scelta giusta.

Dai, voglio iniziare, dove spendo i miei soldi?

Per tutto quello che riguarda Raspberry io uso i siti ufficiali PiMoroni e The Pi Hut
Arduino lo puoi comprare sullo store ufficiale o su Amazon (<– link sponsorizzato)
ESP di solito si acquista direttamente in Cina, se ti perdi tra Aliexpress o Banggod, puoi aprire il sito ufficiale di WeMos (ora Lolin) e poi andare sul loro shop. Se compri in Cina adeguati ai tempi di consegna e attento che sopra circa 20€ (spese di spedizione comprese) compaiono le spese doganali.

Ci siamo, oggi vado a montare lo stand del mio progetto La domotica fai-da-me alla fiera di Roma.

Se volete avere aggiornamenti in tempo (quasi) reale potete seguirmi su Twitter o su Facebook.

Se invece volete passare a trovarmi sarò al padiglione 8, stand B7 (non ho la cartina dettagliata della disposizione dei padiglioni, così potete farvi un giro per cercarmi) da venerdì alle 14 a domenica alle 19.

Vi aspetto!