ESPHome i ESP32 w praktyce: Własne czujniki środowiskowe bez chmury

ESPHome i ESP32 w praktyce: Własne czujniki środowiskowe bez chmury

ESP32 z czujnikiem SCD40 może przesyłać CO₂, temperaturę i wilgotność względną bezpośrednio do Home Assistant. ESPHome tworzy oprogramowanie z konfiguracji YAML. Ten tor danych nie wymaga konta w chmurze producenta. Jakość pomiaru nadal zależy od czujnika, obudowy i kalibracji; lokalne połączenie nie zapewnia dokładności laboratoryjnej.

1. Wybór pomiaru i podłączenie czujnika

SCD40 mierzy CO₂ metodą fotoakustyczną NDIR. Zakres określonej dokładności wynosi 400–2000 ppm, a nie 5000 ppm; poza tym zakresem nie obowiązuje ta sama deklaracja dokładności. SCD30 to inny, optyczny moduł NDIR z zakresem określonej dokładności 400–10 000 ppm. Zakresy te należy odróżnić od zakresu cyfrowych wartości wyjściowych.

Indeks VOC opisuje zmiany mieszaniny lotnych związków organicznych, a nie bezpośrednie stężenie CO₂. Komponent sgp4x w ESPHome może obliczać indeks VOC na podstawie SGP40. Podstawowy komponent BME680 udostępnia rezystancję gazową; indeks jakości powietrza wymaga dodatkowego przetwarzania, na przykład BSEC. SHT40 mierzy temperaturę i wilgotność. Te opcjonalne moduły wymagają osobnej konfiguracji i nie wchodzą w skład poniższego przykładu.

I²C wymaga SDA i SCL, wspólnej masy oraz odpowiedniego zasilania: dwa przewody sygnałowe nie zasilają całego urządzenia. Przykład wykorzystuje GPIO21 i GPIO22 klasycznej płytki ESP32 opisanej definicją esp32dev. Inne płytki, zwłaszcza warianty C3/S3, wymagają odpowiedniej definicji i przypisania pinów. Dokumentacja modułu czujnika określa napięcie zasilania, rezystory podciągające i połączenia. Linie ESP32 wymagają poziomów 3,3 V; zasilanie modułu napięciem 5 V nie uzasadnia podciągania SDA/SCL do 5 V. Krótkie przewody i kontrola łącznego obciążenia rezystorów z kilku modułów ograniczają problemy magistrali.

2. Konfiguracja i sprawdzenie oprogramowania

Poniższy przykład obejmuje ESP32 i SCD40. Aktualne ESPHome oddziela blok esp32 od esphome. Dane dostępowe należą do prywatnego pliku secrets.yaml obok konfiguracji. api_encryption_key musi zawierać 32 losowe bajty zakodowane w Base64; opisowy tekst zastępczy ani wspólny klucz przykładowy nie są odpowiednie. Hasło OTA jest oddzielne od klucza API. Pierwsza instalacja zwykle odbywa się przez USB; kolejne aktualizacje mogą korzystać z sieci lokalnej.

esphome:
  name: env-monitor-office

esp32:
  board: esp32dev
  framework:
    type: esp-idf

logger:

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

api:
  encryption:
    key: !secret api_encryption_key

ota:
  - platform: esphome
    password: !secret ota_password

i2c:
  sda: GPIO21
  scl: GPIO22
  scan: true
  frequency: 100kHz

sensor:
  - platform: scd4x
    co2:
      name: Biuro CO2
    temperature:
      name: Biuro Temperatura
    humidity:
      name: Biuro Wilgotność
    measurement_mode: periodic
    update_interval: 30s
    automatic_self_calibration: false

Czujnik w trybie periodic wykonuje pomiar co pięć sekund; ta konfiguracja przesyła odczyty co 30 sekund. Fizyczna reakcja na zmianę powietrza trwa dłużej niż transmisja sieciowa. Częstsze odpytywanie nie zapewnia natychmiastowej reakcji czujnika gazu.

3. Kalibracja i umieszczenie czujnika

Automatyczna samokalibracja pozostaje w przykładzie wyłączona do czasu spełnienia warunków producenta. Założenia ASC w SCD4x obejmują regularny kontakt z powietrzem o stężeniu około 400 ppm, według podlinkowanej karty katalogowej przynajmniej raz w tygodniu. Stale zajęte pomieszczenie z podwyższonym CO₂ może nie spełniać tego warunku. Wyłączenie ASC także nie zapobiega dryfowi: nadal potrzebne są pomiar odniesienia i odpowiednia procedura konserwacji.

Wymuszona kalibracja wymaga znanego, stabilnego stężenia odniesienia oraz procedury producenta, w tym przynajmniej trzech minut pracy w stabilnych warunkach przed sekwencją kalibracji. Powietrza na zewnątrz nie należy automatycznie utożsamiać z dokładnie 400 ppm. Spadek minimum dobowego sam w sobie nie dowodzi dryfu kalibracji. Potrzebne jest porównanie z wiarygodnym odniesieniem.

Czujnik wymaga odstępu od ESP32 i stabilizatora napięcia oraz przepływu powietrza w obudowie. Po osiągnięciu równowagi cieplnej następuje porównanie temperatury z przyrządem odniesienia. Domyślna wartość temperature_offset dla SCD4x w ESPHome wynosi 4 °C i wymaga dopasowania do konkretnego montażu. Korekta wpływa na temperaturę i wilgotność względną, ale nie kalibruje CO₂. Kanały temperatury i wilgotności są przydatne do obserwacji pomieszczenia, jednak nagrzewanie obudowy może dominować w błędzie pomiaru.

4. Dostęp lokalny i granice izolacji sieciowej

Osobna sieć IoT VLAN z zaporą może blokować bezpośredni dostęp czujnika do internetu. Home Assistant nadal potrzebuje dostępu do TCP 6053 czujnika dla szyfrowanego API; uprawniony komputer aktualizacyjny potrzebuje TCP 3232 dla ESP32 OTA oraz ruchu zwrotnego tych połączeń. Przykład włącza szyfrowanie API i aktualizacje OTA chronione hasłem.

Wykrywanie mDNS zwykle nie przekracza automatycznie granic VLAN. Rezerwacja DHCP i ręczna integracja przez adres IP zapewniają przewidywalną alternatywę; wykrywanie po nazwie wymaga świadomej konfiguracji sieci. Kompilacja odbywa się na komputerze budującym firmware, który może potrzebować internetu do pobrania zależności. Sam czujnik nie potrzebuje internetu do przedstawionych lokalnych funkcji API i OTA.

Zapora ogranicza bezpośrednie połączenia zewnętrzne. Eksporty, integracje chmurowe i kopie zapasowe Home Assistant nadal mogą przenosić odczyty poza sieć. Dostępność zależy również od Wi-Fi, zasilania, firmware i komputera automatyki; działanie lokalne nie gwarantuje pracy bez przerw.