COME RENDERE SMART UN PUNTO LUCE CON DUE DEVIATORI

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 permettono di convertire in un sistema smart un classico circuito che controlla un punto luce da due posizioni differenti.

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 circuito in grado di comandare uno stesso punto luce da due punti differenti.

La soluzione circuitale classica si basa sull’impiego di una coppia di deviatori ampiamente utilizzati negli impianti elettrici di edifici residenziali.

Abbiamo visto infatti nella lezione teorica del nostro corso sugli impianti elettrici, che commutando uno dei due deviatori è possibile controllare lo stato della lampadina.

Nell’esempio in figura, notiamo che la lampadina è spenta.

Se a questo punto commutiamo il primo deviatore, si stabilisce continuità elettrica tra il conduttore di fase ed il terminale della lampadina e pertanto quest’ultima si accende.

Se ora ad esempio commutiamo il secondo deviatore, allora la continuità elettrica del conduttore di fase sarà interrotta e quindi avremo lo spegnimento della lampadina.

Se procediamo commutando ad esempio il primo deviatore allora la continuità elettrica del conduttore di fase verrà ripristinata e quindi la lampadina si riaccenderà.

Facciamo un ultimo esempio andando a commutare il secondo deviatore e come si può notare questo provoca l’interruzione del conduttore di fase e dunque lo spegnimento della lampadina.

Pur non avendo considerato tutte le possibili combinazioni è facile rendersi conto che con questo schema circuitale è possibile accendere e spegnere la lampadina da uno dei due deviatori partendo da una qualunque loro configurazione iniziale.

Questo tipo di circuito si trova spesso installato nei corridoi e in corrispondenza di due entrate di una medesima stanza o in generale in tutte quelle situazioni dove si vuole comandare un punto luce da due posizioni differenti.

Stiamo parlando genericamente di deviatore, ma per essere più precisi dovremmo parlare di interruttore “single-pole, double-throw“ che possiamo tradurre in italiano con “interruttore unipolare a due vie”. Spesso questo componente viene anche indicato con il relativo acronimo, ossia SPDT.

È bene comunque tenere presente che frequentemente nel linguaggio comune ci si riferisce a questo particolare dispositivo parlando semplicemente di deviatore.

Come anticipato, l’obiettivo di questa lezione è quello di trasformare il circuito appena analizzato in un circuito smart, dove accanto alla funzionalità manuale ci sia la possibilità di controllare l’accensione della lampadina 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 un circuito basato su deviatori e già installato in un impianto ordinario.

Anzitutto occorre fornire alimentazione al Sonoff Mini e pertanto dobbiamo derivare dall’impianto elettrico una coppia di conduttori di 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 permanentemente 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.

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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 comandarlo 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 all’uso 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 la coppia di deviatori 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 la coppia di deviatori già presenti nell’impianto elettrico.

Facciamo notare che il collegamento ai morsetti S1 ed S2 va effettuato in modo tale che il terminale comune di un deviatore sia collegato al morsetto S1 ed il terminale comune dell’altro deviatore sia collegato al morsetto S2. Facciamo notare inoltre che i morsetti S1 ed S2 possono essere scambiati tra di loro ossia non c’è alcun verso da rispettare nel collegamento dei deviatori a tali morsetti. Per questo collegamento possiamo usare cavi di colore differente in modo da agevolare l’identificazione dei cavi e dei collegamenti quando ci troveremo ad operare in condizioni reali. Nello specifico abbiamo impiegato il colore grigio.

Il collegamento tra i due deviatori avviene invece con due cavi di colore nero che vanno a collegare la coppia di terminali di un deviatore con la coppia di terminali dell’altro deviatore secondo lo schema illustrato in figura.

Mediante il circuito appena realizzato saremo dunque in grado di accendere

e spegnere la lampadina manovrando i due deviatori.

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 figura seguente.

Questo schema di collegamento è altrettanto valido e in particolari circostanze può essere preferito alla versione precedente.

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Notiamo due aspetti importanti:

Osserviamo anzitutto che il secondo morsetto del Sonoff Mini non viene utilizzato. 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 due deviatori che permettono di comandare l’accensione di una lampadina. Nella stanza o nelle immediate vicinanze abbiamo anche una scatola di derivazione che consente di derivare la coppia di conduttori di fase e neutro per alimentare il circuito in questione.

I collegamenti vengono effettuati mediante cavi elettrici che corrono lungo tubi generalmente incassati attraverso apposite tracce ricavate nei muri e nei pavimenti.

In figura stiamo rappresentando una configurazione tipica di distribuzione delle tracce che useremo nel corso di questa lezione, ma come è facile immaginare si possono avere diverse altre configurazioni del tutto equivalenti.

L’obiettivo di questa lezione è quello di modificare il circuito esistente nella stanza introducendo la funzionalità smart per mezzo di un Sonoff Mini da inserire nella scatola di derivazione. Ricordiamo che l’installazione del Sonoff non è ammessa in scatole di derivazione metalliche in quanto il corretto funzionamento non è garantito. In Italia questo non è un problema dal momento che generalmente le scatole di derivazione usate negli impianti elettrici ad uso residenziale sono realizzate in materiale plastico.

Come primo passo andiamo ad aprire le scatole di derivazione e le scatole portafrutto per renderci conto dello stato iniziale dei collegamenti presenti.

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 il terminale comune del deviatore di sinistra. I due terminali restanti di questo deviatore vengono collegati ai rispettivi terminali del deviatore di destra utilizzando una coppia di cavi di colore nero. Non è necessario utilizzare colori differenti ma è buona pratica usare colori differenti al fine di agevolare la loro identificazione.

Infine il terminale comune del deviatore di destra viene collegato al terminale libero della lampadina.

E’ facile constatare che il circuito appena analizzato realizza a tutti gli effetti il circuito a due deviatori introdotto all’inizio di questa lezione.

Vogliamo a questo punto modificare questo circuito per renderlo smart per mezzo di un Sonoff Mini. In tal caso abbiamo visto che il circuito da realizzare è quello illustrato in figura. Anticipiamo che l’unica differenza rispetto a questo schema consisterà nel colore dei cavi collegati ai terminali S1 ed S2 che non saranno di colore grigio,

ma saranno di colore marrone.

Vedremo infatti che questi cavi di colore marrone sono già presenti nell’impianto ed eviteremo quindi di sostituirli con cavi di colore grigio di uguale lunghezza e sezione.

Procediamo tagliando i conduttori di fase e neutro presenti nella scatola di derivazione.

Otteniamo dunque quattro estremi di conduttore che per maggiore chiarezza sono stati numerati. Questi conduttori saranno usati per realizzare i collegamenti con il Sonoff Mini.

In particolare i due conduttori del neutro (conduttori 3 e 4) sono collegati ai terminali «N In» del Sonoff Mini, il conduttore 1 viene collegato al terminale «L In» del Sonoff Mini mentre il conduttore 2 sarà collegato al terminale S1 (o S2) del Sonoff Mini.

Una volta realizzati i collegamenti appena descritti la situazione è quella illustrata nella presente figura.

Procediamo tagliando il conduttore marrone (conduttore di fase) collegato alla lampadina.

Otteniamo in tal modo i conduttori 5 e 6. Il conduttore 5 va collegato al terminale «L Out» del Sonoff Mini, mentre il conduttore 6 va collegato al terminale S2 del Sonoff Mini.

Con questi ultimi collegamenti si completa la realizzazione del circuito. 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 dal centralino, 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 al terminale comune dei due deviatori senza alcuna necessità di rispettare una disposizione specifica.

Possiamo a questo punto richiudere la scatola di derivazione e le scatole portafrutto e noteremo che l’aspetto finale del circuito sarà dunque identico a quello tradizionale ma ora lo avremo reso smart grazie alla presenza del Sonoff Mini.

Oltre alla configurazione appena analizzata possono presentarsi diverse altre configurazioni.

Tuttavia sarà sufficiente avere a portata di mano lo schema circuitale per effettuare i collegamenti desiderati senza commettere errori.

Ad esempio una delle situazioni più scomode potrebbe presentarsi nel momento in cui per qualche motivo il Sonoff Mini debba essere installato all’interno della scatola portafrutto. Questa esigenza potrebbe presentarsi se ad esempio la scatola di derivazione non ha spazio sufficiente per inserivi il Sonoff Mini.

In tali condizioni, la installazione del Sonoff Mini all’interno della scatola portafrutto è ammessa tuttavia questa operazione richiede qualche passaggio in più.

In particolare l’aspetto più importante riguarda la necessità di disporre all’interno di tale scatola sia del cavo del neutro sia del cavo collegato al terminale comune dell’altro deviatore. Una volta che questi cavi vengono fatti arrivare nella scatola portafrutto si può procedere con i collegamenti al Sonoff Mini secondo lo schema elettrico analizzato in questa lezione.

Bene, siamo giunti al termine di questa lezione. Se avrete seguito con attenzione le nostre istruzioni, vi ritroverete con la vostra coppia di deviatori convertita in una soluzione smart.

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Il libro di questo corso è disponibile al seguente link:

ELEMENTI DI DOMOTICA – ESERCITAZIONI CON GLI SMART SWITCHES