Monitoramento Energético Residencial com ESP32 e IoT

Por que Monitorar o Consumo de Energia?🔗

Antes de mergulharmos na parte técnica, é importante entender os benefícios de monitorar o consumo de energiaDual-Core do ESP32: Como Funciona e BenefíciosDescubra como a arquitetura dual-core do ESP32 otimiza a performance em IoT e automação, distribuindo tarefas e gerenciando recursos com eficiência.:

• Economia Financeira: Identificar aparelhos que consomem muita energia permite tomar medidas para reduzir o consumo e, consequentemente, a conta de luz.
• Sustentabilidade: Reduzir o consumo de energiaDual-Core do ESP32: Como Funciona e BenefíciosDescubra como a arquitetura dual-core do ESP32 otimiza a performance em IoT e automação, distribuindo tarefas e gerenciando recursos com eficiência. contribui para a diminuição da pegada de carbono e preservação do meio ambiente.
• Manutenção Preventiva💧 Sistema de Reúso de Água CinzaDescubra como implementar um sistema inteligente de reúso de água cinza com ESP32, monitoramento via sensores e integração IoT para sustentabilidade.: Equipamentos com consumo anormal podem indicar falhas ou necessidade de manutenção.

Introdução ao ESP32🔗

O ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia! é um microcontrolador com conectividade Wi-FiControle de LEDs e Relés através do Web Server do ESP32Aprenda a controlar LEDs e relés usando um Web Server no ESP32. Este tutorial completo ensina montagem, configuração e programação para automação IoT. e Bluetooth integrada, tornando-o ideal para projetos de Internet das Coisas (IoTSegurança na Rede: Protegendo a Conexão Wi-Fi do ESP32Proteja a conexão Wi-Fi do ESP32 com dicas de criptografia, senhas fortes e monitoramento, garantindo segurança e integridade dos dados.). Suas características principais incluem:

• Processador Dual-CoreDual-Core do ESP32: Como Funciona e BenefíciosDescubra como a arquitetura dual-core do ESP32 otimiza a performance em IoT e automação, distribuindo tarefas e gerenciando recursos com eficiência.: Permite executar múltiplas tarefasEntendendo o Gerenciamento de Tarefas no ESP32Descubra como otimizar o gerenciamento de tarefas no ESP32 usando FreeRTOS, com exemplos de código, sincronização e dicas para automação IoT. simultaneamente.
• Conectividade: Wi-Fi 802.11 b/g/n e BluetoothControle de Dispositivos com ESP32 via BluetoothDescubra como controlar dispositivos com ESP32 via Bluetooth em projetos IoT. Aprenda a configurar circuitos e programar funcionalidades de automação. 4.2.
• Baixo Consumo de EnergiaProtocolos Nativos: Wi-Fi (2.4 GHz), Bluetooth Classic e BLEDescubra como utilizar os protocolos Wi-Fi, Bluetooth Classic e BLE no ESP32, com exemplos práticos e dicas para projetos IoT inovadores.: Ideal para aplicações que exigem eficiência energéticaDual-Core do ESP32: Como Funciona e BenefíciosDescubra como a arquitetura dual-core do ESP32 otimiza a performance em IoT e automação, distribuindo tarefas e gerenciando recursos com eficiência..
• Suporte a Várias Interfaces: GPIOsInteração com GPIOs via Interface Web no ESP32Aprenda a configurar e controlar os GPIOs do ESP32 por meio de uma interface web dinâmica realizando automação, monitoramento e interação remota com facilidade., ADCs, DACs, interfaces SPI, I2C, UART, entre outras.

Componentes Necessários🔗

Para montar o sistema de monitoramentoSegurança e Autenticação em APPsDescubra estratégias essenciais para implementar HTTPS, autenticação JWT e segurança robusta em APPs conectados ao ESP32 para IoT., você precisará dos seguintes componentes:

• ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia!: O cérebro do sistema.
• Sensor de CorrenteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! Não Invasivo (CT): Como o SCT-013-000, capaz de medir correntes até 100A.
• Divisor de TensãoLeitura de Potenciômetros e Sensores de TemperaturaConfigure o ESP32 para ler potenciômetros e sensores de temperatura com alta precisão, aplicando calibração e filtragem para medições confiáveis.: ResistoresDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! para adequar a tensão de saída do sensor ao nível máximo de entrada do ADC do ESP32.
• Resistor de Burden: Converte a correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! medida pelo CT em uma tensão mensurável.
• ProtoboardDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! e Jumpers: Para montar o circuito.
• Fonte de AlimentaçãoSelecionando Componentes de Hardware para o Sistema de Alarme com ESP32Descubra como selecionar os melhores componentes de hardware para criar um sistema de alarme com ESP32. Tutorial prático com dicas de segurança e eficiência.: Para energizar o ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia!.

Princípios de Funcionamento🔗

O sensor de correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! não invasivo (CT) funciona através do princípio de indução eletromagnética. Quando a corrente alternada passa pelo condutor, um campo magnético variável é criado ao redor dele. O CT capta esse campo magnético e induz uma correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! proporcional no seu secundário.

Como o ESP32 trabalha com tensões, precisamos converter essa correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! em uma tensão proporcional. Isso é feito através do resistor de burden.

Montando o Circuito🔗

Resistor de Burden

Para determinar o valor do resistor de burden adequado, precisamos considerar:

• CorrenteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! Máxima do Sensor (Imax_sensor): Para o SCT-013-000, é 100A.
• CorrenteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! de Saída do Sensor (Imax_saida): Geralmente, 50mA.
• Tensão Máxima do ADC do ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia! (Vmax_ADC): 3.3V.
• Margem de SegurançaSegurança em MQTT: Autenticação e Criptografia no ESP32Descubra como proteger conexões MQTT em aplicações IoT com ESP32, implementando autenticação e criptografia TLS para segurança máxima.: Para evitar saturação.

Cálculo do Resistor de Burden

R_{burden} = \frac{V_{max\_ADC}}{I_{max\_saida}}

Substituindo os valores:

R_{burden} = \frac{3.3V}{0.05A} = 66\Omega

Utilize o valor comercial mais próximo, que pode ser 68Ω.

Divisor de Tensão e Polarização

Como o sinal de saída do CT é alternado (AC), precisamos polarizar o sinal para que ele fique dentro da faixa 0V a 3.3V do ADC do ESP32. Isso é feito usando um divisor de tensãoLeitura de Potenciômetros e Sensores de TemperaturaConfigure o ESP32 para ler potenciômetros e sensores de temperatura com alta precisão, aplicando calibração e filtragem para medições confiáveis. com dois resistores de mesmo valor (ex: 10kΩ), conectados entre 3.3V e GNDConectando Sensores de Movimento PIR ao ESP32Aprenda a integrar sensores PIR com ESP32 neste tutorial completo, explorando montagem, ajustes e programação na Arduino IDE., com o ponto central conectado ao ADC📱 Controlador Universal para Experimentos FísicosDescubra o controlador ESP32 que revoluciona experimentos físicos integrando sensores, comunicação BLE e processamento em tempo real para educação STEM..

Diagrama de Ligação

Sensor CT ----- Resistor de Burden -----|
                                          |
                           Divisor de Tensão (Polarização)
                                          |
                               Entrada ADC do ESP32

Conexões no ESP32

• Resistor de Burden: Conectado entre as saídas do sensor CT.
• Ponto Médio do Divisor de TensãoLeitura de Potenciômetros e Sensores de TemperaturaConfigure o ESP32 para ler potenciômetros e sensores de temperatura com alta precisão, aplicando calibração e filtragem para medições confiáveis.: Conectado ao GNDConectando Sensores de Movimento PIR ao ESP32Aprenda a integrar sensores PIR com ESP32 neste tutorial completo, explorando montagem, ajustes e programação na Arduino IDE. do CT.
• Entrada ADC📱 Controlador Universal para Experimentos FísicosDescubra o controlador ESP32 que revoluciona experimentos físicos integrando sensores, comunicação BLE e processamento em tempo real para educação STEM.: Conectada ao ponto entre o resistor de burden e o divisor de tensãoLeitura de Potenciômetros e Sensores de TemperaturaConfigure o ESP32 para ler potenciômetros e sensores de temperatura com alta precisão, aplicando calibração e filtragem para medições confiáveis..

Programando o ESP32🔗

Bibliotecas Necessárias

Usaremos a biblioteca EmonLib adaptada para o ESP32, que facilita a medição de correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! e potência.

Instalação da Biblioteca EmonLib

1. Baixe a biblioteca EmonLib para ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia! do repositório oficial.

2. Adicione a biblioteca à sua IDE ArduinoInstalando o Arduino IDE para ESP32 no macOSAprenda passo a passo a instalar e configurar o Arduino IDE no macOS para programar o ESP32. Siga dicas essenciais para solucionar problemas comuns..

Código Exemplo

#include <EmonLib.h>
EnergyMonitor emon1;
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  emon1.current(pinADC, 111.1);
}
void loop()
{
  double Irms = emon1.calcIrms(1480);
  double power = Irms * 220.0; // Considerando tensão de 220V
  Serial.print("Corrente RMS: ");
  Serial.print(Irms);
  Serial.println(" A");
  Serial.print("Potência Aparente: ");
  Serial.print(power);
  Serial.println(" VA");
  delay(1000);
}

Notas do CódigoDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis!:

• pinADC: Substitua pelo pino ADC que você conectou no ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia!.
• 111.1: Constante de calibração📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. que pode precisar de ajustes para obter leituras precisas.
• 1480: Número de amostras para calcular a correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! RMS.
• 220.0: Tensão da rede elétrica (ajuste conforme necessário).

Calibração do Sistema🔗

Para garantir medições precisas, é fundamental calibrar o sistema:

1. Calibração📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. de Corrente: Ajuste a constante de calibração📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. no código para que a leitura corresponda à corrente real medida com um amperímetro.

2. Verificação com Cargas Conhecidas: Utilize aparelhos cuja potência🚴 Power Meter para Ciclismo de EstradaDescubra neste tutorial completo como construir um power meter com ESP32, abordando física, firmware, calibração e integração com apps para ciclismo. é conhecida para validar as medições.

Enviando Dados para a Nuvem🔗

Monitorar localmente é útil, mas enviar os dados para um servidor ou plataforma IoT permite armazenar históricos🎲 Gerador de Arte Algorítmica com IAExplore a fusão de redes neurais, ESP32 e renderização LED para criar experiências interativas e éticas na arte digital emergente. e visualizar gráficos.

Utilizando o MQTT

O protocolo MQTTIntrodução ao MQTT: Conceitos Básicos e Benefícios para o ESP32Aprenda os fundamentos do MQTT para ESP32, explorando conceitos, benefícios e exemplos práticos para projetos robustos em IoT e automação. é leve e ideal para dispositivos com recursos limitados.

Configurando o Broker MQTT

Você pode utilizar serviços gratuitos como o Adafruit IO, HiveMQCriando um Dashboard em Tempo Real para Dados MQTT do ESP32Aprenda a criar um dashboard interativo que monitora em tempo real dados de sensores via MQTT com ESP32 e Node-RED. Guia passo a passo. ou configurarInstalando o Arduino IDE para ESP32 no macOSAprenda passo a passo a instalar e configurar o Arduino IDE no macOS para programar o ESP32. Siga dicas essenciais para solucionar problemas comuns. um broker local com o MosquittoConfigurando um Broker MQTT para Comunicação com o ESP32Aprenda a configurar o broker MQTT e conectar seu ESP32 com segurança e eficiência para desenvolver robustas aplicações IoT..

Código para Enviar Dados via MQTT

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
// Configurações da rede Wi-Fi
const char* ssid = "SEU_SSID";
const char* password = "SUA_SENHA";
// Configurações do Broker MQTT
const char* mqttServer = "BROKER_IP";
const int mqttPort = 1883;
const char* mqttUser = "USUARIO";
const char* mqttPassword = "SENHA";
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
void setup()
{
  // Conexão Wi-Fi
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
  {
    delay(500);
  }
  // Conexão MQTT
  client.setServer(mqttServer, mqttPort);
  while (!client.connected())
  {
    if (client.connect("ESP32Client", mqttUser, mqttPassword))
    {
      // Conectado
    }
    else
    {
      delay(5000);
    }
  }
}
void loop()
{
  // Código de medição...
  // Convertendo os valores para string
  String correnteStr = String(Irms);
  String potenciaStr = String(power);
  // Publicando no tópico MQTT
  client.publish("casa/energia/corrente", correnteStr.c_str());
  client.publish("casa/energia/potencia", potenciaStr.c_str());
  delay(1000);
}

Visualizando os Dados🔗

Com os dados sendo enviados para a nuvem, você pode utilizar diferentes plataformas para visualizar e analisar o consumo:

• Grafana: Plataforma de visualização que permite criar painéis customizados.
• ThingsBoard: Plataforma IoT open-source para coleta e processamento de dados🤖 Robô Aspirador com Mapeamento a LaserDescubra como construir um robô aspirador autônomo integrando LIDAR, SLAM, sensores e IoT para mapeamento 3D e navegação inteligente..
• Home AssistantIntegração do ESP32 com Plataformas de Automação Residencial (ex: Home Assistant)Aprenda a integrar o ESP32 com Home Assistant de forma prática e segura, configurando Wi-Fi, MQTT, sensores e atuadores para uma casa inteligente.: Sistema de automação residencialIntegração do ESP32 com Plataformas de Automação Residencial (ex: Home Assistant)Aprenda a integrar o ESP32 com Home Assistant de forma prática e segura, configurando Wi-Fi, MQTT, sensores e atuadores para uma casa inteligente. que integra diversos dispositivos.

Dicas de Segurança🔗

Trabalhar com eletricidade requer cuidados especiais:

• Desligue a Energia: Sempre que for instalarInstalando o Arduino IDE para ESP32 no macOSAprenda passo a passo a instalar e configurar o Arduino IDE no macOS para programar o ESP32. Siga dicas essenciais para solucionar problemas comuns. o sensor, certifique-se de que a energia está desligada.
• Use Equipamentos Adequados: Utilize sensores apropriados para a correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! máxima do seu sistema.
• Isolamento: Certifique-se de que todas as conexões estejam bem isoladas para evitar riscos de choque elétrico.

Expandindo o Projeto🔗

Depois de configurar o monitoramentoSegurança e Autenticação em APPsDescubra estratégias essenciais para implementar HTTPS, autenticação JWT e segurança robusta em APPs conectados ao ESP32 para IoT. básico, você pode expandir o sistema:

• Múltiplos SensoresProgramando o ESP32 para Integração de SensoresAprenda a programar o ESP32 e integrar sensores com técnicas de leitura e controle para projetos de IoT, do hardware ao código.: Monitorar circuitos individuais para identificar consumos específicos.
• Controle de Cargas: Integrar relésControle de LEDs e Relés através do Web Server do ESP32Aprenda a controlar LEDs e relés usando um Web Server no ESP32. Este tutorial completo ensina montagem, configuração e programação para automação IoT. para controlar aparelhos remotamente.
• Alertas: ConfigurarInstalando o Arduino IDE para ESP32 no macOSAprenda passo a passo a instalar e configurar o Arduino IDE no macOS para programar o ESP32. Siga dicas essenciais para solucionar problemas comuns. notificações em caso de consumo anormal.

Benefícios em Longo Prazo🔗

Implementar um sistema de monitoramentoSegurança e Autenticação em APPsDescubra estratégias essenciais para implementar HTTPS, autenticação JWT e segurança robusta em APPs conectados ao ESP32 para IoT. com o ESP32 traz diversos benefícios:

• Autonomia: Você tem controle total sobre o sistema, sem depender de soluções🌀 Escultura Cinética Controlada por VozDescubra como integrar hardware, TensorFlow Lite e controle de motores para criar uma escultura cinética interativa e cheia de inovações tecnológicas. proprietárias.
• Economia: Com os dados em mãos, é possível implementar estratégias de economia🌀 Escultura Cinética Controlada por VozDescubra como integrar hardware, TensorFlow Lite e controle de motores para criar uma escultura cinética interativa e cheia de inovações tecnológicas., como uso de aparelhos em horários de tarifa reduzida.
• Aprendizado: Além de economizar, você desenvolve conhecimentos em eletrônica e programação.

Conclusão🔗

O ESP32 se mostra uma ferramenta poderosa e versátil para projetos de automação residencialIntrodução à Automação Residencial com ESP32Descubra como o ESP32 transforma sua casa em um lar inteligente com dicas práticas de configuração, programação e automação residencial. e IoT. Monitorar o consumo de energia em casa não é apenas uma questão de economia, mas também de consciência ambiental e eficiência. Com passos simples e equipamentos acessíveis, é possível montar um sistema funcional e adaptável às suas necessidades.

Lembre-se sempre de seguir as práticas de segurançaSegurança em MQTT: Autenticação e Criptografia no ESP32Descubra como proteger conexões MQTT em aplicações IoT com ESP32, implementando autenticação e criptografia TLS para segurança máxima. ao lidar com eletricidade e aproveite o processo de aprendizado que esse projeto proporciona.