DIY 智慧排插，支持遠端控制，自訂排程以及耗電監控

[LittleWhiteBear]

週日人在外，收到訊息顯示目前智慧排插盒連線狀態斷斷續續(MQTT連線)，原本不以為意，想說網路壅塞而已。
晚上十一點才回到家，看到主燈還亮著，摸著排插盒發覺不妙，裡頭溫度很高，那麼 ESP32 熱當機的可能也非常高。
從新上電後 ESP32 沒有上線，想想不妥，就把盒子打開，這才發現繼電器第一孔的 COM 端燒焦了

第一孔接的是 150W 的 HQI, 而繼電器的耐受是 250V 10A, 可能是因為瞬間電流超過 10A 而燒毀，但這是為什麼？
150W 了不起就 1.4 A 而已啊，我再看看電流圖

在故障之前，發現因為冷水機的壓縮機的啟動，總電流已經超過 10A，雖然不知道為何燒毀在第一孔的 COM, 但這也夠嚇人了！

改良方案：
1. 冷水機不再接入智慧排插盒，改獨立接電
2. 15A 的無熔絲開關，要改為 10A
3. HQI 線路，單獨加上保險絲
4. 加強散熱
--> 4.1 盒子打孔
--> 4.2 加上風扇
--> 4.3 變壓器要外置
5. Server 改至於家庭區域網路內，減少網路塞車的影響

我覺得可能是當初接點沒有處理得很好
有可能因為導線伸的不夠進去
雖然有接到, 但因為接觸面積太小, 造成接點的高阻抗
時間久了高阻抗接點的較高溫度又引起氧化
進而造成接點阻值又更上升的循環 (溫度上升>阻抗上升)
最終就造成過熱, 溫度上升又導致 ESP32熱當.

<問題接點>

 

[samuel0318]

我覺得可能是當初接點沒有處理得很好
有可能因為導線伸的不夠進去
雖然有接到, 但因為接觸面積太小, 造成接點的高阻抗
時間久了高阻抗接點的較高溫度又引起氧化
進而造成接點阻值又更上升的循環 (溫度上升>阻抗上升)
最終就造成過熱, 溫度上升又導致 ESP32熱當.

<問題接點>

謝謝指正，新的板子我會多注意接點的問題

 

[samuel0318]

智慧排插 2.0

之前因為燒掉了繼電器板，換了一片，發現其中一個繼電器無法工作，直到最近拿到第二片之後才換好。
在這之間，我稍微修改了設計

1. 無熔絲開關由 15A 改為 10A
2. 每個插座獨立保險絲，目前使用 8A 快斷型的，應該夠用
3. 帶燈的保險絲高度超過盒子，關不起來，索性開孔出盒，如果保險絲燒斷，可直接由盒外觀察到燈亮
4. 5V 變壓器會產生熱，改外置供電
5. 改麵包板為洞洞板，並且使用排母直接連接繼電板和洞洞板，不使用杜邦線，增加可靠度，視覺上也比較清爽
6. Auto Tank Server 已經由 AWS EC2 遷移至 Raspberry Pi 4 4GB ，跟排插盒放在同一個內網，但我有想法要修改，日後再發表

 

[samuel0318]

等待新的繼電器板的過程，還是有些插座可以使用，所以我拿來測量一直想要了解的家電用電量
分享給大家

1. 冰箱和冷凍櫃篇
2. 洗脫烘洗衣機篇
3. 熱水瓶篇
4. 洗碗機篇
5. 冷氣篇 (天氣變冷，明年夏天再來測)

 

[samuel0318]

1. 冰箱和冷凍櫃篇

A. 冰箱 Toshiba GR-H40TBA

2010搬新家購入使用至今，當時有預算及空間考量，購入這個較淺只有 623mm，並且有製冰功能的 345公升冰箱
變不變頻的，都還沒去想太多

測量的這一天，白天家裡沒人，晚上也沒做菜開開關關，一天的耗電量是一條平穩的線性，總共是三度！

再來看看耗電瓦數，幾乎是穩定消耗 120W，然後每六個小時壓縮機會重啟一次，原來這就是非變頻的用電量！等於一個二尺魚缸的主燈 24 小時開著．．．．

B. 直立式冷凍櫃 SAMPO 聲寶冷凍櫃 SRF171F 170L

Toshiba 的冷凍空間不太夠用，尤其是去了魚市場還是 Costco 之後，冷凍的空間都不太足夠，由於之前用過的臥式冷凍櫃壞了，就買了直立式的，空間使用上更方便了。OK, 來看看耗電量吧

看到這個 Power 曲線，有沒有覺得很熟悉？這就是魚缸冷水機常用的溫控方式，溫度高於 A 啟動壓縮機、溫度低於 B 關閉壓縮機 (For A > B )
再來看一天的耗電量：一度! 跟旁邊的冰箱比起來....令人感動的一度...

你說，三度的冰箱要不要換呢？
三度和一度的冰箱，概略算一下電費差多少呢？
一天差兩度，一年差 365 x 2 = 730 度，一度電算 5 元，總共是多花了 3650 元電費
是我會覺得沒壞就繼續用，畢竟買新的變頻省電冰箱也是一筆預算

 

[samuel0318]

2. 洗脫烘洗衣機篇

台北冬天溼冷，能夠直接洗脫烘的洗衣機可以省下很多時間，但能不能省錢一直是我內心的疑問，
趁這個機會好好量清楚

型號：HITACHI日立12公斤滾筒式洗脫烘洗衣機(SFBD2900W)

A. 洗＋烘毛毯

1. 洗衣階段，大約是 200W, 45 分鐘
2. 烘衣階段，前期30分鐘工作狀況不明，中期一個小時以800W烘衣，後期10分鐘用 240W 做低溫烘衣，讓衣服蓬鬆
3. 整個過程歷時 2.5小時，總耗電量 1.25 度，電費 6.25 元

B. 洗衣物
滿滿的一整籃衣服，耗時約一小時，耗電量 0.08 度 ＝ 0.4 元，最大瞬間電流 7A
純粹洗衣服，是耗不了多少電的

C. 洗＋烘衣物
上面的滿滿的一整籃衣服，再按一次洗脫烘
整個過程歷時 3.5小時，總耗電量 1.87 度，電費 9.35 元，跟上面洗烘毛毯相比，量較大，花比較多時間在烘乾
烘衣原理是用內置濕度計，到一定程度的乾操才會停止

下圖則是 ABC 的比較

D. 測試槽洗淨功能
最後測試這個槽洗淨功能，按下去之後，洗衣機會宣告要花11小時的時間，這讓我對這個功能的耗電量感到害怕
所以我真的很好奇，到底會花多少電？
整個過程如機器宣告，歷時 11 小時，但總耗電量僅 0.44 度，電費 2.2 元，比想像中的省很多電
這什麼道理？看了 Power 圖才明白，搭配洗衣機清潔劑 (我都是拿小蘇打來用，各位也都有很多吧！）洗衣機轉一下，泡一下，
拿時間換取效率，最後再脫水，烘乾，最後得到一個滿滿濾網的棉渣，以及清潔過後的洗衣機
這功能不錯，需要記得定時清潔來延長洗衣機的壽命

 

[samuel0318]

3. 熱水瓶篇

有了小孩就有泡奶粉的需求，所以需要三不五時能取用的熱水
但熱水瓶也是耗電大魔王，當時就挑選能省電的款式

這一款象印熱水瓶 CV-DYF 用了十年，好奇現在的用電量是否如機身貼紙上宣告的 17W

「待機耗電量測試」
測量條件：水量 1.5L，溫度設定 90 度待機，不加水，不取水，測量 24 小時
測量結果：總耗電量 0.43 度，換算電費 2.2 元，平均 17.9W，接近機身貼紙上宣告的 17W。僅待機的話，一個月電費是 66 元

熱水瓶維持溫度的方式，每分鐘用 66W 加熱 20 秒

「煮水耗電量測試」
原以為不過就是把電能換為熱能，效率應該很高，沒什麼好講的

測量條件：水量 2L，水溫由 30度加熱到100度
測量結果：耗電量 0.24度 = 1.2 元

煮水效率計算

1. 耗電量 0.24度 = 864,000 焦耳 (1度 = 3,600,000焦耳)
2. 2000g 水，水溫由 30度加熱到100度：1克水在一大氣壓下，提升1度需要1卡，所以總共是 2000 x (100-30) = 140000 卡 = 585,480 焦耳 (1卡=4.184焦耳)
3. 效率為 585,480 焦耳 / 864,000 焦耳 = 68%

什麼! 效率沒有想像中的好，據觀察水滾了還會讓它滾一陣子，而把液態水變成水蒸氣，則消耗了更多的電能

那麼再問，如果設定定時器，定時啟動和關閉熱水瓶，會比較省電嗎？

1. 一整天都插著電，保持溫度不加水的話，耗電量是 0.43 度
2. 一整天只煮沸一次就斷電，耗電量 0.24 度
3. 一整天早晚各煮沸一次就斷電，耗電量 0.48 度，跟開整天0.43 度是差不多電費

結論是，只有一天只煮沸一次，設定定時器有比較省電，一天省一元電費，而且不需要買很強調省電的熱水瓶即可。
但若是一天需要兩次以上熱水，建議就還是以省電的款式為主要考量。

 

[samuel0318]

4. 洗碗機篇

俗話說「三機救婚姻」（洗脫烘洗衣機、洗碗機、掃地機器人），就是希望能夠從煩雜的家庭事務中減少重複性的工作，增加生活品質。套用在魚缸上的道理也是一樣，自動補換水、滴定機、自動餵食器...不外乎就是希望機器能夠處理邏輯簡單且固定性的事務。
但洗碗機是用電加熱水來洗碗，多少還是會擔心電費啊，那就來量看看電壓電流，看看會花多少錢，也得以一窺機器的運作原理。

BOSCH獨立式洗碗機13人份SMS53E12TC

[加強模式] 洗兩小時，總耗電量1.34度，最大功率1千瓦，最大電流10A，洗一次碗要 6.7 元電費

[ECO 模式] 洗兩小時，總耗電量0.91度，最大功率1千瓦，最大電流10A，洗一次碗要 4.5 元電費
跟 [加強模式]比較起來，就是加熱的時間比較短 （51分鐘對比77分鐘，這比例跟耗電量的比例差不多）

[快洗模式] 洗一小時，總耗電量0.65度，最大功率1千瓦，最大電流10A，洗一次碗要 3.2 元電費
跟 [加強模式]比較起來，就是洗一半的意思，但若是太硬太髒的餐盤，容易洗不乾淨

心得

1. [加強模式] 用於比較難洗的餐盤
2. [ECO 模式] 用於好洗的餐盤，不趕時間
3. [快洗模式] 用於好洗的餐盤，趕時間

 

[samuel0318]

關於電力監控的家電部分，目前就這樣囉，智慧排插目前也回歸給魚缸使用。
如果大家還有什麼想看的電器耗電分析，請在下方留言，我再做一台電力測量儀來測試了

 

[kbod95]

，厲害厲害

 

[samuel0318]

重要補充：開放原始碼

雖然沒有特意提及，但的確是在 Github 上的 Auto Tank 已經開源，有人問我就會給
但既然有人繼續在問，那就直接公布位置

1. 用 ESP32 來控制 Relay 的 Arduino 代碼
2. 用 Node-Red 來做控制介面以及控制邏輯，Node-Red Flow

線路圖
(感謝網友 Saudade 的繪製)

底部 AC 插座線路圖

上部線路圖

ESP32 PIN 腳線路圖

如果你對DIY有興趣，歡迎一起留言並討論

 

[samuel0318]

這一年半來的使用心得，八插座的智慧排插仍然正常運作中。
但是有個小缺點，就是 ESP32 有時候會當機，原因不明，但是我會透過 Line 收到通知，插拔電源重新啟動就好。
還好當初設計主馬、造浪、蛋白、冷水機、加熱棒等主要維生功能的開關為 NC (Normally Closed), 所以即使繼電器沒有電源，這些維生設備還會正常運作。
而藻燈和停電打氣機的開關用 NO (Normally Open) , 所以一但智慧排插當機了，從藻燈不開，打氣機啟動運作也能夠察覺到問題。
下一代的設計應該會加入液晶螢幕做狀態顯示，Debug會比較容易 .