COME RENDERE SMART UN INTERRUTTORE
Benvenuti al corso di elementi di domotica di NPR Online Technologies.
Il libro di questo corso è disponibile al seguente link:
ELEMENTI DI DOMOTICA – ESERCITAZIONI CON GLI SMART SWITCHES
In questa lezione affronteremo i concetti che riguardano la conversione di un interruttore tradizionale in un interruttore smart.
A tale scopo faremo uso del Sonoff Mini ed in particolare useremo la versione R2.
Cominciamo questa lezione ricapitolando brevemente il principio di funzionamento di un interruttore unipolare.
Partiamo dunque da una lampadina alimentata con i conduttori di neutro e fase dell’impianto elettrico.
Abbiamo visto nella lezione teorica del nostro corso sugli impianti elettrici, che è possibile controllare lo stato della lampadina per mezzo di un interruttore. In particolare, quando l’interruttore è chiuso, si stabilisce continuità elettrica tra il conduttore di fase ed il terminale della lampadina e pertanto quest’ultima si accende.
Al contrario, quando l’interruttore è aperto, viene interrotta la continuità elettrica del conduttore di fase e quindi la lampadina risulta spenta.
Stiamo parlando genericamente di interruttore o “switch” in inglese, ma per essere più precisi dovremmo parlare di interruttore “single-pole, single-throw“ che possiamo tradurre in italiano con “interruttore unipolare ad una via”.
È bene comunque tenere presente che non è raro che ci si riferisca a questo particolare dispositivo parlando semplicemente di interruttore o switch.
Come anticipato, l’obiettivo di questa lezione è trasformare l’interruttore unipolare appena analizzato in un interruttore smart, ossia in un interruttore programmabile e controllabile mediante smartphone utilizzando una semplice connessione Wi-Fi.
A tale scopo useremo un dispositivo Sonoff Mini nella versione R2.
Osserviamo che tale dispositivo è munito di un pulsante che viene usato per l’accoppiamento Wi-Fi del dispositivo. Come vedremo tra poco tale pulsante può essere usato anche per commutare lo stato del Sonoff.
Il Sonoff Mini è inoltre corredato di sei morsetti a vite
Due di essi sono contrassegnati con la lettera «N» con la quale si indica il termine inglese «Neutral» ossia «neutro» in italiano.
Abbiamo poi due morsetti contrassegnati con la lettera «L» che indica il termine inglese «Live» ossia «Fase» in italiano
Ed infine abbiamo due morsetti contrassegnati con la lettera «S» che indica il termine inglese «Switch» ossia «interruttore» in italiano.
Vediamo ora come vanno eseguiti i collegamenti con il circuito interruttore-lampadina presente in un impianto tradizionale.
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Anzitutto occorre fornire alimentazione al Sonoff Mini e pertanto dobbiamo derivare dall’impianto elettrico una coppia di conduttori neutro e fase da collegare ai terminali N In e L In. Notiamo che abbiamo due ingressi N In e a tal proposito osserviamo che questi due ingressi sono internamente collegati tra di loro, ciò significa che possiamo collegare il neutro dell’impianto elettrico indifferentemente ad uno dei due ingressi N In. Per quel che riguarda la fase notiamo invece che il Sonoff Mini è corredato di un solo terminale L In e pertanto la fase dell’impianto elettrico va necessariamente collegata a tale terminale. Il collegamento della fase ad un altro terminale può portare a malfunzionamenti temporanei o addirittura al danneggiamento irreversibile del Sonoff Mini.
Procediamo ora collegando la lampadina al Sonoff Mini. Sappiamo che la lampadina va alimentata con neutro e fase e dunque effettuiamo i collegamenti ai terminali N In e L Out. In tal modo la lampadina sarà permanentemente connessa al neutro mentre il collegamento alla fase avverrà solo quando il Sonoff Mini commuterà nello stato ON.
Chiariamo meglio questo punto osservando che nello stato ON il terminale L In viene collegato internamente al terminale L Out e dunque la tensione di fase raggiungerà la lampadina. L’altro terminale della lampadina è collegato al neutro e dunque la lampadina si accenderà.
Quando il Sonoff Mini commuta nello stato OFF si ha che il conduttore del neutro continuerà ad essere collegato alla lampadina, mentre per quel che riguarda il conduttore di Fase questo sarà interrotto internamente al Sonoff e pertanto non vi sarà continuità elettrica tra i terminali «L In» ed «L Out». Ne consegue che la lampadina non sarà alimentata e dunque sarà spenta.
Abbiamo tre modalità per commutare il Sonoff Mini tra gli stati ON e OFF.
La prima consiste nel premere il pulsante presente in alto a destra sul contenitore in plastica del Sonoff Mini. Vi consigliamo di usare un bastoncino in plastica o in legno per manovrare agevolmente tale pulsante. Appare evidente che questa modalità è utile in fase di test preliminare del dispositivo e del circuito ma non è certamente quella che sarà utilizzata dagli utenti una volta che il circuito sarà operativo nell’impianto elettrico anche perché il Sonoff Mini come vedremo sarà inserito in una scatola portafrutto o di derivazione e pertanto non sarà accessibile se non per interventi di manutenzione.
La seconda modalità per commutare il Sonoff consiste nel comandare il Sonoff tramite un collegamento Wi-Fi usando ad esempio uno smartphone su cui abbiamo preinstallato l’app eWeLink. Questa modalità rappresenta quella principale per cui si ricorre all’uso del Sonoff o in generale di uno smart switch, dal momento che consente di comandare il Sonoff anche a distanze molto elevate mediante l’uso di una connessione ad Internet. L’uso e la configurazione dell’app eWeLink tuttavia non rientrano in questa lezione ma abbiamo preparato una lezione dedicata a tale argomento al fine di approfondirne tutti i dettagli e le potenzialità.
La terza modalità che rappresenta quella su cui ci concentreremo in questa lezione consiste nel collegare un interruttore ai morsetti del Sonoff Mini contrassegnati con le sigle «S1» ed «S2». Ricordiamo che la lettera «S» indica il termine inglese «Switch» mentre i numeri 1 e 2 servono semplicemente per numerare i due morsetti. Possiamo dunque collegare a questi morsetti l’interruttore tradizionale presente nell’impianto elettrico. Facciamo notare che non c’è alcun verso per il collegamento dei due terminali dell’interruttore ai morsetti S1 ed S2 del Sonoff. Per questo collegamento possiamo usare cavi di colore differente in modo da agevolare l’identificazione dei vari cavi e collegamenti quando ci troveremo ad operare in condizioni reali. Nello specifico abbiamo impiegato il colore grigio.
Mediante il circuito appena realizzato saremo dunque in grado di accendere e spegnere la lampadina con l’interruttore.
Osserviamo quindi che mediante il Sonoff Mini collegato come indicato in figura, siamo in grado di mantenere invariate le funzionalità dell’impianto elettrico tradizionale,
ma al contempo abbiamo aggiunto la modalità smart che ci consente di accendere e spegnere la lampadina anche da distanze molto elevate. Come già anticipato non entreremo nel merito della configurazione delle impostazioni del Sonoff ma rimarremo concentrati sui collegamenti da effettuare per rendere operativo il circuito.
Prima di procedere con la realizzazione pratica del circuito appena analizzato facciamo notare che è possibile avere una piccola variante dei collegamenti illustrati.
A tal proposito ricordiamo che i due morsetti «N In» del Sonoff Mini Sono equipotenziali ossia sono permanentemente collegati tra di loro. Ciò implica che il collegamento del neutro alla lampadina può avvenire tramite una derivazione diretta del neutro,
come illustrato nella presente figura.
Questo schema di collegamento continua ad essere valido e in particolari circostante può essere preferito alla versione precedente.
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Notiamo due aspetti importanti.
Notiamo anzitutto che il secondo morsetto del Sonoff Mini non viene impiegato. Ancora più importante è notare che il conduttore del neutro viene comunque collegato al Sonoff Mini. Infatti, per funzionare correttamente il Sonoff Mini ha bisogno di essere alimentato con entrambi i conduttori di neutro e fase altrimenti la scheda elettronica al suo interno non sarebbe in grado di funzionare.
Pertanto una soluzione dove entrambi i morsetti «N In» risultano scollegati, non rappresenta una soluzione valida.
Passiamo ora ad una realizzazione pratica dei circuiti analizzati. A tale scopo andiamo ad analizzare una installazione tipica. Abbiamo in particolare una stanza con un interruttore che comanda una lampadina. Nella stanza o nelle immediate vicinanze abbiamo anche una scatola di derivazione che consente di derivare la coppia di conduttori fase e neutro per alimentare il circuito in questione.
I collegamenti vengono effettuati mediante cavi elettrici che corrono lungo tubi generalmente incassati nei muri e nei pavimenti attraverso apposite tracce.
In figura stiamo rappresentando una configurazione tipica di distribuzione delle tracce che chiameremo «Configurazione #1» nel corso di questa lezione.
Vediamo nello specifico i collegamenti realizzati in tale configurazione circuitale. Osserviamo che dalla scatola di derivazione si accede ai conduttori di neutro e fase. Il conduttore del neutro viene direttamente collegato alla lampadina, mentre il conduttore di fase raggiunge uno dei due terminali dell’interruttore. Dall’altro terminale dell’interruttore si fa dunque partire un cavo che raggiunge il terminale libero della lampadina.
Un’altra configurazione tipica di distribuzione delle tracce è illustrata nella presente figura e la chiameremo «Configurazione #2» nel corso di questa lezione. Notiamo che la lampadina viene raggiunta da una traccia che parte dalla scatola di derivazione e non dalla scatola portafrutto dell’interruttore come invece accade nella Configurazione #1.
Anche in questo caso è istruttivo analizzare i collegamenti che richiede questa configurazione. In particolare notiamo che i conduttori di fase e neutro fanno un percorso diverso, mentre nella Configurazione #1 i due conduttori attraversano le stesse tracce. In particolare nella Configurazione #2 notiamo la presenza della derivazione del conduttore del neutro che raggiunge direttamente la lampadina, mentre il conduttore di fase effettua un percorso più lungo dal momento che dalla derivazione deve raggiungere l’interruttore per poi ritornare nella scatola di derivazione e dirigersi dunque verso la lampadina.
Entrambe le configurazioni analizzate fin qui sono valide dal punto di vista del funzionamento del circuito interruttore-lampadina. In generale la scelta di una o dell’altra dipende dalle posizioni di lampadina, interruttore e scatola di derivazione che possono portare a preferire una delle due configurazioni in quanto si potrebbe avere un risparmio di cavo o anche una maggiore comodità nella realizzazione delle tracce.
Andiamo a verificare ora se dal punto di vista della installazione del Sonoff Mini vi sono vantaggi o in genere differenze tra le due configurazioni appena presentate.
A tale scopo, poniamoci l’obiettivo di rendere smart entrambe le configurazioni fin qui analizzate.
Partiamo dalla Configurazione #1 e andiamo a realizzare i collegamenti con il Sonoff Mini.
Il primo passo consiste nello scollegare l’interruttore unipolare.
Occorre poi interrompere il conduttore del neutro presente nella scatola portafrutto in modo da consentirci di alimentare correttamente il Sonoff Mini.
A questo punto sono disponibili tutti gli elementi per eseguire i collegamenti con il Sonoff Mini secondo quanto illustrato nella parte iniziale di questa lezione.
Raccomandiamo in particolare di prestare attenzione al conduttore di fase. Nello specifico, occorre collegare al terminale «L In» del Sonoff Mini il conduttore di fase proveniente dalla scatola di derivazione, mentre al terminale L Out va collegato il conduttore di fase che si dirige verso la lampadina.
Per i due conduttori del neutro non vi sono particolari raccomandazioni e possono essere collegati indifferentemente ai due terminali «N In» del Sonoff Mini senza dover rispettare una disposizione specifica.
Lo stesso dicasi per i due terminali S1 ed S2 che vanno collegati all’interruttore unipolare senza alcuna necessità di rispettare una disposizione specifica.
Una volta completati i collegamenti si può procedere ad inserire nella scatola portafrutto sia l’interruttore unipolare che il Sonoff Mini. Le ridotte dimensioni di quest’ultimo lo rendono infatti idoneo ad essere alloggiato nelle comuni scatole portafrutto in uso nelle abitazioni.
L’aspetto finale del circuito sarà dunque identico a quello tradizionale ma ora lo avremo reso smart grazie alla presenza del Sonoff Mini.
Passiamo ora alla Configurazione #2 per la quale procediamo anzitutto scollegando l’interruttore unipolare.
Notiamo tuttavia che nella scatola portafrutto risulta mancante il conduttore del neutro il quale risulta indispensabile per alimentare correttamente il Sonoff. Occorre dunque adoperarsi per portare tale conduttore nella scatola portafrutto.
Eseguiamo dunque una derivazione partendo dalla scatola di derivazione.
Una volta disponibile anche il neutro nella scatola portafrutto si può procedere ad eseguire i collegamenti al Sonoff Mini. Notiamo in particolare che abbiamo lasciato scollegato il secondo terminale «N In» dal momento che la lampadina risulta direttamente collegata al conduttore del neutro proveniente dalla scatola di derivazione. Abbiamo già visto che questo tipo di collegamento è ammesso e dunque il circuito funzionerà correttamente.
Siamo dunque pronti ad inserire il Sonoff Mini e l’interruttore unipolare all’interno della scatola portafrutto
e anche in questo caso avremo un aspetto finale del circuito invariato ma con il vantaggio di averlo reso «smart».
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Abbiamo visto dunque che nella Configurazione #2 occorre portare il conduttore del neutro nella scatola portafrutto. Ecco quindi che questa operazione aggiuntiva porterebbe a preferire la Configurazione #1 per il collegamento del Sonoff Mini rispetto alla Configurazione #2 che richiede questa operazione aggiuntiva nonché cavo extra da adoperare.
Ciò è vero se si desidera installare il Sonoff Mini in tale scatola.
La situazione invece cambia se abbiamo sufficiente spazio per installare il Sonoff Mini nella scatola di derivazione. In tal caso, è facile rendersi conto come tutti i conduttori necessari per eseguire i collegamenti con il Sonoff Mini siano disponibili e dunque non avremo bisogno di ulteriori operazioni.
A tale scopo, andiamo a tagliare i due conduttori
diretti verso l’interruttore unipolare.
Predisponiamo poi un conduttore del neutro che ci servirà per alimentare il Sonoff Mini e in tal modo abbiamo i cinque cavi che servono per i collegamenti ai cinque morsetti del Sonoff Mini.
Come illustrato nella presente figura.
Come sempre raccomandiamo massima attenzione al collegamento del cavo di fase al terminale «L In» mentre il conduttore di fase diretto verso la lampadina va collegato al morsetto «L Out» del Sonoff Mini.
Facciamo un ingrandimento della figura per meglio evidenziare i collegamenti in questione. Notiamo inoltre che anche in questa implementazione il secondo terminale «N In» non viene utilizzato dal momento che abbiamo realizzato un collegamento diretto del neutro alla lampadina.
Una volta richiuse le scatole di derivazione e portafrutto l’aspetto del circuito sarà identico a quello dell’impianto tradizionale.
Ricordiamoci che questa volta il Sonoff Mini è alloggiato nella scatola di derivazione e non nella scatola portafrutto.
Prima di concludere ricordiamo che l’installazione del Sonoff è ammesso in scatole portafrutto o di derivazione di plastica mentre è fortemente sconsigliato in quelle metalliche.
Bene, siamo giunti al termine di questa lezione. Se avrete seguito con attenzione le nostre istruzioni, vi ritroverete con i vostri interruttori convertiti in interruttori smart. Per chi desidera approfondire questi temi, suggeriamo di accedere alle nostre playlist youtube.
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