Rozběhal jsem si doma měření energií (vody a elektřiny) pomocí Raspberry Pi serveru a několika Arduino senzorů a protože se zdá, že by to mohlo zajímat více lidí, tak se o tom pokusím vytvořit několikadílný seriál.

Energie se samozřejmě měří i bez toho abyste si museli něco bastlit. Odečtou vám elektroměr, vodoměr, plynoměr, ale dělá se to jednou za rok, navíc tam máte všechny údaje sečtené do jednoho chumlu. Pokud chcete znát údaje v čase nebo snad dokonce v reálném čase, je potřeba k tomu trochu úsilí.

Disclaimer: nejsem profík, spoustu věcí dělám metodou pokus / omyl, lepim kód, bastlim to všecko dohromady. Berte mě s rezervou a klidně mě poučte. Jestli budete chtít prudit, tak běžte raději jinam.

Proč vůbec měřit energie?

Bez správných dat a informací se dneska při správném rozhodování neobejdeme (a ono ani dřív to nebylo jinak). Když pomineme environmentální stránku věci (tu nepovažuji za nedůležitou naopak za samozřejmou), tak si můžeme uvést několik příkladů, kdy se nám taková data o spotřebě energií v čase mohou hodit:

• Kontrola úniku vody – jednorázový velký, postupný malý
• Kontrola zda nezůstaly zapnuté nějaké spotřebiče
• Plánování fotovoltaiky – správné dimenzování
• Možnost měřit efektivitu topení / zateplení
• Kontrola efektivity dalších elektro spotřebičů
• Šetření, změny návyků a zhodnocení jejich dopadu atp.

Já mám v domě aktuálně zprovozněno měření spotřeby elektřiny (rozděleno na topení a zbytek) a měření spotřeby vody. Aby se dalo ale vyčíst něco zajímavého, potřebujete sbírat i nějaká ta další data. Například venkovní teplotu. Víte, že jste letos v lednu méně protopili, ale bylo to tím, že byl u vás teplejší leden a nebo těmi opravenými okny? Pro mě třeba byla jedna z hlavních motivací kontrola, že je v domě správně provedena vodovodní instalace a nikde nic neteče (o tom jak jsem v bytě zaplatil 20 tisíc za vodu vám povím někdy jindy).

To celé mi pak přijde mnohem víc „smart“, než nastavování automatických atmosfér RGB žárovek, což je to, co je vidět nejvíc když se řekne smart home. Asi proto, že stačí jen našroubovat žárovku, zapnout si aplikaci a rázem jste smart.

Z dalších věcí pak do budoucna plánuji například měření srážek a stavu vody v nádrži na dešťovou vodu. Aby to dávalo i nějaký praktický smysl, tak ideálně propojené s předpovědí počasí.

Plyn neřeším, protože ho nemám, ale v principu to je to samé, jen budete shánět další jiný modulek na odečet.

Neumim a nechci bastlit, co teď?

Rozhodnout se, že si něco takového budete dělat sami samozřejmě vyžaduje nějakou investici. Budete se muset naučit hromadu nových věcí. Nečekejte, že vám tu naservíruju návod jak za dva večery spíchnete funkční věc. Má smysl se do toho pouštět pokud to berete zároveň jako příležitost se něco novýho naučit. Mě třeba to spojení fyzického a virtuálního světa v tomhle ohledu hodně baví. A proto to bastlim. A jestli aspoň trochu bastlíte, tak to dáte.

Dobře, dočetli jste až sem, bastlit nechcete ale stejně by vás zajímala spotřeba energií. Samozřejmě že to dneska dělá i kdejaká firma. A ono to nakonec jednou dospěje třeba i k tomu, že dodavatelé energií budou muset dělat dálkové odečty a průběžné reporty povinně. Nakonec i oni sami by tím vydělali, kdyby věděli, kde se jim kolik a co ztrácí. Co jsem letmo našel, že je možné pořídit:

• https://www.vodapodkontrolou.cz/ – dálkové měření vody, notifikace v případě havárie. Cena za aktivaci služby je v zásadě cena za odečítací zařízení, která tak jako tak pravděpodobně budete muset pořídit. Horší to je s průběžným placením. Já bych se nespokojil s týdenním reportem po dnech (89 Kč/měsíc) takže bych skončil na 199 Kč / měsíc abych měl report po hodinách. To už mi nepřipadá, že by byl takový no-brainer. Jinak mě můj systém reportuje každých 15s.
• https://www.energomonitor.com/cz/ – moc jsem to nezkoumal, ale určitě mají nějaké produkty pro měření elektřiny, fotovoltaiku, snad i vodu? Ty moduly nejsou úplně levné, takže jakmile si vymyslíte něco komplikovanějšího, rázem to může stát desítky tisíc korun.
• https://www.jablotron.com/cz/ – mají nějaký modul na odečítání elektroměru, pak vidíte spotřebu v aplikaci. Když nám dělali EZS tak jsem si u montážní firmy nechal nacenit i právě měření elektroměru a vycházelo to na necelých 4.500 Kč za jeden elektroměr (cena bez elektroměru, jen jeho samotné odečítání). Já chtěl dva (jak už jsem psal – topení a zbytek zvlášť). Výhodou je, že pak už neplatíte nic, protože to máte součástí té aplikace co si beztak asi platíte. Dá se tím pravděpodobně měřit i ta voda, protože princip odečítání je stejný.

A nejspíš toho bude existovat mnohem víc. Já jsem po tom pak už víc nepátral, protože sem se rozhodl, že to si to zbastlim sám.

Ještě jednu věc bych zmínil a to propojení systémů. Když si to dělám sám, tak si to všecko sypu do jednoho serveru na jedno místo. Přístup k teplotám, elektřině, vodě můžu mít krásně na jednom dashboardu. Nechtěl sem se dostat do situace, kdy budu mít tři aplikace v mobilu a čtyři na počítači a každá bude dělat něco jiného a mít data v jiném formátu. Mimochodem to je zdá se taky dobrej byznys – jen poskytovat službu, která dokáže posbírat data z mnoha zdrojů a dát je přehledně na jedno místo.

Další zdroje

Protože předpokládám, že sepsání celého seriálu mi nějakou dobu zabere a hlavně nejsem vševědoucí, tak sem hodím nějaké odkazy na zdroje, ze kterých jsem třeba čerpal (případně časem doplním):

• https://www.vodnici.net/ – blog s inspirativníma článkama ohledně chytré domácnosti. Tady třeba přímo o elektroměrech: https://www.vodnici.net/2017/02/elektromerovy-raj/ je tam i fórum, kde naleznete spoustu dalších informací.
• http://joysfera.blogspot.com/2017/11/arduino-elektromer-plynomer-vodomer.html – elektroměr, vodoměr a plynoměr s připojením na Arduino a praktická ukázka.
• https://openenergymonitor.org/forum-archive/node/79.html – a tady třeba něco v angličtině pro počítání impulzů na Arduinu.

Na internetu toho najdete spoustu. Každý samozřejmě používá trochu jiné řešení a má trochu jiné cíle. Já tu zdokumentuji to svoje.

Základní přehled řešení

Pojďme se tedy konečně podívat na takový rámcový přehled mého řešení.

Server. Data je potřeba někam odesílat, zpracovávat a ukládat. Ukazovat je jen na displeji a za týden nevědět co tam bylo je k ničemu. Zároveň jsem chtěl, aby to i trochu vypadalo. Zabýval jsem se i nějakými cloudovými službami, protože se většinou snažím jít tou nejjednodušší cestou, ale nic připraveného v cloudu co by mě uspokojilo jsem nenašel. Navíc je to pak závislé na připojení k internetu. Já jsem zvolil malý počítač Raspberry Pi a na něj nainstaloval Home Assistant. Podrobněji se rozepsat o serveru mám v plánu příště. Na server se budou senzory připojovat pomocí lokální wifi. Tu jsem si natahl po domě kvalitní a i několik desítek metrů od domu je pokrytí signálem výborné, takže i všechny případné venkovní senzory v nádržích apod. budou reportovat přes wifi.

Raspberry Pi se dá koupit okolo 1.500 Kč, plus nějaká krabička a adaptér. Dá se sáhnout i po nějakém čínském klonu. Vzhledem k tomu, že ten server mám jen jeden tak jsem neexperimentoval a koupil originál.

Senzory. Obecně cokoli co bude reportovat data na server bude senzor. Všechny moje jsou založené na Wemos D1 mini, což je prostě malej počítač co můžete programovat přes Arduino IDE. Osobně používám rozšíření PlatformIO pro Visual Studio Code, ale to je celkem fuk. Vybral jsem si to proto, že to je deska co má rovnou v sobě wifi modul ESP8266, dá se v číně koupit za cca 50 Kč a je to dost rozšířené. Každej teploměr, měřák nebo cokoli tak bude mít v sobě jeden tenhle modul, kterej se bude starat o komunikaci se serverem. Co se mi ještě líbí je, že se k tomu dá za pár korun koupit tzv. prototype board (nebo proto board). Do toho si napájíte co potřebujete a pak to jen pěkně nasunete jako shield na mikropočítač a je to. Prodávají se třeba i přímo shieldy s teploměrem apod.

Měřáky. Pak ještě potřebujeme něco co nám bude měřit. U elektřiny, vody i plynu je princip stejný a poměrně jednoduchý – měří se impulzy. Tzn. připojíte nějaký měřák co má impulzní výstup na mikropočítač, ten snímá jak se na daném pinu mění napětí a podle toho počítá impulzy. Ty pak odešle na server a ten si s tím poradí dál. Jeden impulz tak například u mě znamená 1 L vody nebo 0.001 kWh.

U elektroměrů pořiďte elektroměr s impulzním výstupem. V mém případě se jednalo o dva třífázové elektroměry. Cena za jeden okolo tisícovky. Můžete si samozřejmě navěšet i jednofázové elektroměry (cena v řádu stokorun) na další samostatné okruhy. Mě stačili dva (jak už jsem říkal – jeden pro topení a jeden pro zbytek). Elektroměry sem nechal nainstalovat elektrikáře, když dělali rozvaděče, odečítání pulzů jsem si pak už dělal sám.

U vodoměrů to bude malinko složitější. Dá se opět pořídit vodoměr s impulzním výstupem. Ale – to by znamenalo buď zásah do (pravděpodobně) stávajícího rozvodu vody. Což je jednak komplikované a zbytečné. Vodu je navíc dobré měřit přímo v místě, kde vám jí účtují, abyste měli přehled o jakékoli poruše, která se může zacházet za vodoměrem, tudíž na vaší straně. U elektřiny jsem toto neřešil a elektroměry jsou až v rozvaděči, protože nepředpokládám, že by elektřina někde cestou do domu „vytekla“ z hadice.

Takže pokud to lze nějak ovlivnit, tak si nechat dát vodoměr s impulzním výstupem. A nebo jako v mém případě (který asi bude nejpravděpodobnější) si prostě opět v řádu tisícikoruny koupíte impulzní odečítač, který se nasadí na vodoměr. Podíváte se na vodoměr, kouknete co máte za typ a pogooglíte „impulzní odečítání“ nebo „hri“. Ten modul pak umí odečítat rotaci megnatického kolečka (nebo tak nějak to asi funguje) a převádět na impulzy. Na plynoměry se nejspíš bude dělat něco podobného.

Dá se to samozřejmě i všelijak bastlit a na odečítání impulzů si vyrobit vlastní věcičku a vytisknout si jí na 3d tiskárně. Já se zas až tak hluboko nepouštim a když jsem mohl za tisícovku koupit hotový modul, tak jsem neváhal.

Pokud budete instalovat nějaké měřáky na elektroměry nebo vodoměry dodavatele energií, tak myslete na to, že to je většinou jejich majetek. Je teda fajn se jich na to zeptat. Jak jsem psal – u elektřiny jsem to neřešil, tam to mám až v domě, kde do toho nikomu nic není. U vody jsem napsal na příslušný VAK (vodovody a kanalizace) a zeptal se. Nic proti tomu neměli, ale uvidíme až přijdou odečítat, jestli mi to tam v tý šachtě nechají nebo to najdu urvaný.

Stavební připravenost

Závěrem bych ještě dodal nějaké obecné tipy na stavební připravenost, když byste podobný systém plánovali a co já osobně doporučuji:

• Pokrýt kvalitní wifi dům a blízké okolí. Dají se tahat i kabely, ale ta wifi je spolehlivá a je to prostě strašně moc jednodušší. I cenově – nemusíte dokupovat moduly pro ethernet, tahat ten kabel atp. Ale občas to třeba jinak nejde.
• Do šachty s vodoměrem natáhnout elektřinu. Původně jsem machroval se solárním panelem, ale mám to tak umístěný, že tam slunce nesvítí a nakonec bylo jednodušší vyhodit oknem 15m dvoulinky a dotáhnout tam externí napájení. Mám tam jen 5V z adaptéru, pokles napětí tam na tu vzdálenost není žádný. Můžete si tam i dotáhnout 220V a udělat zásuvku, třeba se bude jednou hodit. Ten modul na odečet impulzů z vodoměru má v sobě baterii a dokáže jet dle manuálu prý až 10 let. Zároveň když už tam ale natáhnete tu elektřinu tak se dá připojit k napájení a je po starostech s baterkou. A nebo si pohrajte se solárním panýlkem, třeba to nebudete mít tak blbě položený jak já.
• Když by vám někdo osazoval vodoměr, tak si zkuste pořídit takový co přímo impulzní výstup má a nebo si alespoň ověřit, že se k tomu pak dá pořídit ten odečítací modul.
• Pro elektroměry pak přirozeně elekřinu tahat nepotřebujete. Při přípravě rozvaděče ale musíte pamatovat na místo. Dva elektroměry jsou většinou prd, ale kdybyste náhodou toho chtěli víc, je potřeba na to myslet. Kdybych si usmyslel, že chci měřit všechny okruhy, tak už to do svého rozvaděče rozhodně nedám. Elektroměry jsem nechal zapojit elektrikáře, v rozvaděči se hrabat nehodlám. Ještě jsem si tam dal 5V zdroj na DIN lištu, abych tím mohl napájet svůj modul. Ten jsem pak šoupnul do rozvaděče přímo vedle něj.
• V případě plynoměru platí v zásadě to samé jako pro vodoměr.

Detaily jednotlivých postupů pak rozepíšu detailněji do dalších článků, takže nebojte. Kdyžtak můžete do komentářů napsat, jestli je nějaká specifická věc, co by vás zajímala, a když budu vědět tak se na to zkusím zaměřit.