Elektronische schakelingen maak je doorgaans op een breadboard of soldeer je op een printplaatje. Maar ook op papier kun je aan elektronica doen. Het enige wat je nodig hebt, is wat zelfklevende kopertape of geleidende inkt om elektronische componenten op elkaar aan te sluiten met papier als ondergrond.

Een elektronische schakeling bestaat uit verschillende componenten, zoals een led, weerstand, drukknop, sensor en nog veel meer. Die componenten zijn verbonden door geleidend materiaal en krijgen stroom via bijvoorbeeld een batterij of voedingsadapter. Dit alles moet ook ergens op worden bevestigd. In afgewerkte producten gebeurt dat op een printplaatje, voor experimenten volstaat een breadboard. Beide zijn uit kunststof gemaakt en geleiden niet.

Op een printplaatje zijn de geleidende sporen in de vorm van dunne koperen lijntjes geëtst tussen de componenten die op het kunststof worden geplaatst. Als je een breadboard gebruikt, prik je zogenoemde jumper wires in gaatjes, die onderliggend contact met elkaar maken op dezelfde lijn. Componenten als weerstanden en leds hebben metalen pootjes die je in de gaatjes prikt, en microcontrollerbordjes of sensorbordjes hebben een pinheader die je op dezelfde manier in het breadboard steekt.

Voor het experimenteren met elektronica gebruik je meestal een kunststof breadboard.

1 Papieren ondergrond

Kunststof is niet de enige mogelijke ondergrond voor een elektronische schakeling. In principe kun je er elk niet-geleidend materiaal voor gebruiken. Papier of karton zijn ook mogelijk en bieden talloze creatieve mogelijkheden om elektronica in knutselwerkjes op te nemen. Je moet je componenten dan natuurlijk wel stevig kunnen bevestigen op het papier, bijvoorbeeld met lijm.

Uiteraard moeten er elektrische verbindingen tussen die componenten mogelijk zijn. Daarvoor bestaan verschillende oplossingen. Zo is er geleidende verf, die je met een borstel tussen de componenten op het papier aanbrengt. Dit vraagt wel geduld, want de verf geleidt alleen wanneer het helemaal droog is. Bovendien is dit niet zo eenvoudig aan te brengen en kunnen er na een tijdje barsten in de geverfde verbindingen komen. Twee andere oplossingen, waar we in dit artikel dieper op ingaan, zijn geleidende inkt en zelfklevende kopertape.

2 Geleidende inkt

Geleidende inkt komt in de vorm van een pen. Een bekend merk is Circuit Scribe, waarvan je de pen voor een tientje koopt. Je tekent ermee op elk oppervlak waarmee je met een gewone balpen ook zou kunnen schrijven, zoals papier, karton en zelfs servetten. Op meer absorberende materialen, zoals servetten, kun je met één vulling van de pen zo’n 60 meter tekenen; op minder absorberende materialen, zoals fotopapier, maar liefst 200 meter.

Een voordeel van geleidende inkt is dat het snel droogt en dat je er heel precies sporen mee kunt tekenen, maar het verbinden van componenten is wat lastig. Componenten op de inkt solderen gaat moeilijk, en daarom kun je dat beter anders aanpakken. Plak met tape, geleidende lijm (duur en met lange droogtijd) of stickers de componenten vast op de inktsporen. Op de plaatsen waar je componenten dan met de sporen wilt verbinden, kun je het best met de geleidende inkt een grotere cirkel tekenen voor een betere verbinding.

Met een pen van Circuit Scribe teken je sporen in geleidende inkt.

3 Experimenteren met Circuit Scribe

Omdat het verbinden van componenten met geleidende inkt wat lastig is, heeft Circuit Scribe een oplossing gemaakt in de vorm van kleine printplaatjes met magnetische contacten onderop. Je legt dan het papier op een stalen plaat en tekent je verbindingen op het papier. Vervolgens plaats je op de verbindingspunten je Circuit Scribe-modules. Die blijven via hun magnetische contacten op de juiste plaats, waardoor je een betrouwbare verbinding hebt.

Het spreekt voor zich dat dit geen oplossing is voor een definitieve elektronische schakeling. Je hoeft immers maar lichtjes tegen een module te duwen om ’m te verschuiven. Bovendien zijn de modules nogal log. Maar voor het experimenteren met papieren elektronica is dit een laagdrempelige aanpak. Je kunt zo ook een papieren schakeling op je koelkast of magnetron hangen, of er interactieve kunst van maken die je aan je muur hangt. Je kunt je schakeling ook altijd nog eenvoudig afbreken en met de modules een nieuwe schakeling maken. Eigenlijk is de aanpak van Circuit Scribe te vergelijken met een breadboard-schakeling, die gebruik je ook alleen maar voor experimentele, tijdelijke schakelingen.

Plak een elektronische schakeling bijvoorbeeld op je magnetron.

4 Handigheidjes met geleidende inkt

De modules van Circuit Scribe komen in twee vormen: langwerpig of driehoekig. De batterijhouder (voor een meegeleverde 9V-batterij, met ingebouwde converter naar 3,3 V), dimmer, schuifschakelaar, led en piëzo-elektrische zoemer komen op een langwerpig printplaatje. De transistor, lichtsensor, rgb-led en potentiometer komen op een driehoekig printplaatje, omdat ze meer dan twee contactpunten hebben.

Als je een starterkit van Circuit Scribe aanschaft, komt die met enkele handigheidjes. Degene die je het meest zult gebruiken, is het sjabloon van de verschillende vormen van modules, dat gaten bevat op de plaatsen van de contactpunten. Door met je pen deze gaten volledig te vullen met geleidende inkt, weet je zeker dat de modules op het papier voldoende contact maken en de verschillende contactpunten op de juiste afstand van elkaar staan.

Een tweede handigheidje zijn de kleine stickers die je over een spoor plakt, zodat je er daarna een overlappend spoor over kunt tekenen. Dit heb je nodig voor de complexere schakelingen waarbij je echt niet kunt vermijden dat sporen elkaar kruisen. Overigens levert de starterkit naast deze modules, de pen, het sjabloon en de stickers ook een metalen plaatje mee om het papier op te plaatsen en een boekje met uitleg over basisschakelingen.

Met het sjabloon van Circuit Scribe zorg je voor een goede verbinding met de contactpunten van de modules.

5 Nachtlampje

Laten we de werking van Circuit Scribe eens illustreren met een eenvoudige schakeling van een batterij, lichtsensor en led. De lichtsensor is een fototransistor die stroom geleidt wanneer de sensor voldoende wordt belicht. Het printplaatje heeft drie contacten: VCC sluit je aan op de pluspool van de batterij en GND op de minpool. OUTPUT krijgt een spanning die evenredig is met het gedetecteerde licht. Als er nu geen licht op de sensor valt, is er tussen GND en OUTPUT geen spanning. Als we dan de led tussen VCC en OUTPUT aansluiten, vloeit er tussen die twee contacten een stroom wanneer het donker is en gaat de led aan.

Teken dus met het sjabloon de contactpunten voor de drie modules. Houd de pen daarbij zo verticaal mogelijk en vul de volledige cirkels. Als er geen inkt uit komt, schud dan even flink met de pen. Teken de verbindingen tussen de contactpunten, en zorg ervoor dat de lijnen dik genoeg zijn en ononderbroken. Als je schakeling niet lijkt te werken, meet dan met een multimeter de spanning tussen twee contactpunten van een module, of zelfs tussen twee met geleidende inkt getekende lijnen. Zo kun je ontdekken waar een lijn onderbroken is of niet dik genoeg is voor een betrouwbaar contact.

Met Circuit Scribe maak je eenvoudig een nachtlampje.

6 Zelfklevende kopertape

Voor definitieve schakelingen kun je beter gebruikmaken van zelfklevende kopertape, die je per rol kunt kopen, bijvoorbeeld van 5 mm breed. Hier kun je heel eenvoudig mee werken, omdat je simpelweg alleen het stukje afknipt dat je nodig hebt. Pel het papierlaagje eraf en druk de klevende kant op het papier, zodat je een koperspoor krijgt.

Zorg er wel voor dat je voldoende plaats tussen de verschillende kopersporen laat, zodat je de uiteindes van de componenten daarop kunt solderen. Voor through-hole-componenten zul je meer ruimte moeten houden dan voor de kleinere smd-componenten. Bij een throug-hole-led met lange pootjes kun je de pootjes buigen of oprollen voor meer contact met de oppervlakte als je ze op het koperspoor soldeert, zodat de verbinding zo sterk mogelijk is.

Soldeer je leds op de zelfklevende kopertape.

7 Batterijhouder

Om een batterij aan te sluiten, is er wat creativiteit nodig. Soldeer nooit een batterij rechtstreeks aan de kopertape, want daarmee kun je de batterij beschadigen. Gebruik liever een batterijhouder voor CR2032 of een dunnere knoopcel. Die bevat contactpunten die je op de kopertape kunt solderen.

Een andere variant is dat je zelf een batterijhouder vouwt van papier of karton. Of je gebruikt helemaal geen batterijhouder. Dan moet je in een papieren creatie de batterij zo plaatsen dat die contact maakt met een koperspoor wanneer je erop duwt. De schakeling staat dan onder spanning zolang je op de batterij duwt.

Duw op het papier voor contact met de CR2016-knoopcel.

8 Brandende kaars

Laten we dit eens in de praktijk brengen met een eenvoudig voorbeeld. We maken een verjaardagskaart en tekenen er een taart met een kaars op. Aan de binnenkant plaatsen we met zelfklevende kopertape een gele led (het lange pootje aan de pluspool van de batterij) en een dunne CR2016-knoopcel in een elektronische schakeling. Als je op de juiste plaats duwt, maakt de batterij contact met de rest van de schakeling en gaat de led aan, waardoor het lijkt of de kaars brandt.

Zorg dat je de batterij met de juiste kant naar beneden op het papier duwt. De bovenkant (waar het typenummer en andere informatie staat) is de pluspool. Geef eventueel op het papier met pen aan welke kant van het spoor met de plus-kant is verbonden. De onderkant van de batterij is de minpool. Geef bij het spoor dat daarmee in contact staat ook de min-kant aan, zodat je altijd weet hoe je de batterij in je creatie moet zetten.

Als bij het uitrollen de kopertape per ongeluk scheurt, is dat overigens geen ramp. Je kunt gewoon het afgescheurde stuk ertegenaan plakken en daarna de twee strookjes aan elkaar solderen met een dun laagje soldeertin.

Met deze schakeling aan de binnenkant van een verjaardagskaart laat je een kaars branden.

 9 LilyPad

Als je niet zo vertrouwd bent met smd-componenten en de through-hole-leds, en andere componenten je wat te groot zijn, is de productlijn LilyPad van Sparkfun Electronics interessant. LilyPad is eigenlijk ontwikkeld om elektronische componenten in stoffen te naaien, zoals kleding. Dat gebeurt met geleidend naaigaren. Maar door hun kleine afmetingen en lichte gewicht zijn de componenten ook ideaal om in papieren creaties te gebruiken.

De kleinste modules van LilyPad zijn mini-printplaatjes, niet veel groter dan de component die erop zit, met twee contactpunten met gaten erin om geleidende draad aan te bevestigen. Deze gaatjes kun je ook eenvoudig op kopertape op papier plaatsen en er zo aan vast solderen. Een kleine led, drukknop of schuifschakelaar is zo eenvoudig toegevoegd.

In de LilyPad-serie bestaat er ook een CR2032-batterijhouder (met handige aan-uitknop) en zelfs een microcontrollerbordje dat compatibel is met Arduino. Met dat bordje kun je je papieren elektronicaschakelingen zelf programmeren zodat ze complex gedrag vertonen en reageren op knoppen of sensoren. Het LilyPad-gamma bevat onder meer een temperatuur- en een lichtsensor.

Deze LilyPad-kit komt met geleidend naaigaren, maar is ook prima op kopertape te solderen.

10 Verjaardagskaart met kaarsen

Laten we eens dezelfde schakeling van onze verjaardagskaart uit stap 8 uitvoeren, maar nu met LilyPad-componenten. Plak weer een schakeling met kopertape en laat een uitsparing voor een led en een batterij. De led is nu geen through-hole-led met pootjes, maar een klein printplaatje met twee gaatjes. Deze soldeer je elk aan een kant van de kopertape. Let op de plus-zijde aan de ene kant van het printplaatje: soldeer deze aan de kant waar je de pluspool van de batterij mee verbindt.

Voor de verbinding met de batterij maken we gebruik van de CR2032-batterijhouder van LilyPad. Hierop staan plus en min aangeduid. Wees voorzichtig: steek de batterij er niet in wanneer je de houder eraan soldeert, want koper geleidt warmte heel goed en kan ervoor zorgen dat de batterij opwarmt. Deze batterijhouder heeft ook een schuifschakelaar, zodat je de truc met de omgevouwen hoek van de verjaardagskaart niet meer nodig hebt. Je zet de schakelaar simpelweg op ON om de led aan te zetten en OFF om de led weer uit te doen. Let op: de batterijhouder van LilyPad is vrij gevoelig voor plaatsing van de batterij. Als er geen stroom uit lijkt te komen, duw de batterij dan wat minder ver in de houder, tot je de led ziet branden.

Je hebt nu een verjaardagskaart die je kunt laten branden met een schakelaar. Meer kaarsjes voeg je eenvoudig toe door leds in parallel te schakelen.

Met enkele leds van LilyPad parallel geschakeld maak je een verjaardagskaart.

11 Schakeling in origami

Voor nog wat creatievere uitspattingen kun je iets van origami vouwen en daarin een schakeling met LilyPad-componenten maken. Wat te denken van een hartje van origami waarin je ledjes laat knipperen? Dat vereist wel wat planning, want na het vouwen moet je het papier deels weer uit elkaar vouwen, de schakeling plakken en solderen, en dan het geheel weer opnieuw dichtvouwen. Dat lukt niet met alle origamimodellen. Zoek dus een model dat gemakkelijk weer uit elkaar te vouwen is én groot genoeg is om je componenten in te verbergen.

Wij deden dit met de Simple Paper Origami Heart A4Tutorial van het YouTube-kanaal Origamite. Hiermee maak je van een A4’tje een hart dat groot genoeg is om een CR2032-batterijhouder, een LilyTwinkle van LilyPad en vier rode leds erin te bevestigen.

In dit origami-hartje gaan we onze elektronische schakeling plaatsen.

12 Twinkelend hart

De LilyTwinkle is een klein microcontrollerbordje met zes contacten: + en - sluit je op respectievelijk de plus- en minpool van de batterijhouder aan, en de vier genummerde contacten sluit je elk op de plus-kant van een led aan. De min-kant van elke led sluit je weer op de min van de LilyTwinkle aan. Zodra de microcontroller stroom krijgt, laat die de aangesloten leds in een patroon twinkelen. Als je de leds verspreid in het hart aansluit, kun je een mooi effect krijgen.

Let op dat als je de vlakken vouwt, er niet onbedoeld contact wordt gemaakt tussen een koperspoor op beide vlakken. Indien nodig plaats je isolerende elektrische tape rond de vlakken om contact te vermijden. Zorg er ook voor dat je alles nog goed in elkaar gevouwen krijgt na het solderen. En, raak met de soldeerbout het papier niet aan, want dan brand je er onmiddellijk een gat in.

Met de batterijhouder en LilyTwinkle kunnen we vier leds aansturen.

LilyPad heeft zelfs een volwaardig Arduino-bordje in het assortiment.

Houd je van knutselen én automatiseer je alles in en om je huis met Home Assistant? Kijk dan zeker eens naar ESPHome. Je kunt eindeloos variëren met componenten. Dankzij de koppeling met Home Assistant bouw je gemakkelijk en voor weinig geld een lichtschakelaar of sensor, om maar wat te noemen. De LVGL-bibliotheek zorgt ervoor dat je nu ook eenvoudig met een touchscreen en zelfbedachte gebruikersinterface kunt werken. We laten zien hoe dat werkt met tips voor passende projecten.

ESPHome maakt het heel makkelijk om apparaten te maken voor een slim huis, zoals je eigen sensors. Zo bouwden we eerder al eens een luchtkwaliteitsmonitor, een infraroodzender/ontvanger en een controller met drukknoppen en leds, waarmee je apparaten kunt bedienen en de status aflezen. Hoe je dat doet, lees je in dit artikel: Zo maak je met ESPHome apparaten geschikt voor je smarthome.

De basis voor ESPHome is een kleine, voordelige en zuinige microcontroller, meestal de ESP32. ESPHome ondersteunt enorm veel componenten en biedt daardoor haast onbegrensde mogelijkheden. We helpen je kort op weg met ESPHome, maar gaan ook meteen een stapje verder met de toevoeging van een touchscreen en de LVGL-bibliotheek. Daar kun je sinds augustus 2024 officieel gebruik van maken binnen ESPHome.

Met LVGL kun je aan de hand van widgets een grafische gebruikersinterface opbouwen en weergeven (zie kader ‘Grafische interfaces met widgets’). Soms kom je de term HMI (Human Machine Interface) tegen, waarmee een grafische gebruikersinterface voor het bedienen van apparatuur wordt bedoeld.

De kracht van ESPHome is dat je niet alleen lokaal aangesloten apparaten bedienbaar kunt maken, bijvoorbeeld via een relais, maar ook alle apparaten die je binnen Home Assistant gebruikt.

1 Wat gaan we doen?

Met ESPHome kun je relatief eenvoudig apparaatjes voor je slimme huis maken. Een voordeel ten opzichte van bijvoorbeeld Arduino en MicroPython is dat je niet hoeft te programmeren. Je hoeft alleen een configuratiebestand te maken waarin je de gebruikte microcontroller, verbindingsgegevens voor je wifi-netwerk en alle aangesloten componenten aanduidt. Hierna wordt firmware gemaakt en weggeschreven op je microcontroller. Alleen die eerste keer is dit soms wat lastig. Heb je het eenmaal werkend? Alle keren erna kun je heel eenvoudig de configuratie aanpassen en over-the-air (OTA) naar de microcontroller sturen.

In dit artikel gaan we met LVGL werken. Hiermee kun je binnen ESPHome grafische interfaces maken via widgets. Voor veel projecten zul je daarom niet eens componenten hoeven aan te sluiten, maar heb je genoeg aan een touchscreen. Denk bijvoorbeeld aan een lichtknop en helderheidsregeling voor een slimme lamp in Home Assistant, zoals we in dit artikel demonstreren. Je kunt natuurlijk ook geavanceerdere gebruikersinterfaces maken voor vrijwel elk apparaat in Home Assistant.

©pozitivo - stock.adobe.com

Je kunt bijvoorbeeld zelf een gebruikersinterface voor je slimme lampen bouwen, zodat je ze eenvoudig kunt bedienen.

2 Wat heb je nodig?

Wat hardware betreft, is het vrij eenvoudig. De ESP32-chip heeft snel de voorkeur boven de verouderde ESP8266-versie, zeker als je met een touchscreen gaat werken. De Raspberry Pi Pico W (zie gelijknamig kader) is ook een optie, maar die wordt nog niet volledig ondersteund binnen ESPHome.

Makkelijk om mee te starten is een eenvoudig ontwikkelbordje rondom de ESP32 dat je voor ongeveer 5 euro kunt aanschaffen. Het is wel fijn als je hier goede documentatie bij hebt, zodat je op zijn minst weet waar alle aansluitingen zitten.

Er zijn diverse varianten van de ESP32-module. Bekende opties zijn de ESP-WROOM-32E, ESP32-C3 en ESP32-S3. De ESP32-C3 wordt vaak in extra compacte bordjes gebruikt, die je onder de naam ‘super mini’ tegenkomt – handig als je niet veel aansluitingen nodig hebt of niet veel ruimte hebt.

De ESP32-S3 is een fijne optie vanwege de beschikbaarheid van PSRAM (Pseudo Static RAM), een voordelig type werkgeheugen dat onder meer nuttig is bij grafische toepassingen. Staat een touchscreen centraal in jouw project en wil je snel van start, overweeg dan een model met ingebouwde ESP32-chip (zie volgende paragraaf).

De ESP32-module is in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar.

3 Touchscreen

Als je een touchscreen gaat gebruiken in je ESPHome-project, dan kun je eventueel een los exemplaar op de microcontroller aansluiten en configureren. Maar je kunt ook een touchscreen met ingebouwde ESP32 kiezen. Dat is vaak veel handiger en goedkoper. Je hoeft niet te solderen en kunt direct een gebruikersinterface bouwen in YAML-code. Het scheelt ook wat tijd. Bovendien zijn er zelfs modellen compleet met behuizing.

Kies een scherm dat door ESPHome wordt ondersteund. De website van ESPHome geeft goede suggesties. Je kunt ook afgaan op ervaringen van anderen. Het kan dan een iets grotere uitdaging zijn om de juiste configuratie voor je display in ESPHome te vinden. Je zult daarbij waarschijnlijk wel even moeten experimenteren, niet alleen bij het instellen van je display, maar ook bijvoorbeeld voor het touchgedeelte. Zelfs bij het vrij gangbare touchscreen dat we in dit artikel gebruiken, was dat een beetje prutsen.

Kies een touchscreen dat door ESPHome wordt ondersteund.

4 Scherm met ESP32

Voor dit artikel hebben we een eenvoudige ESP32-2432S028 gebruikt, met een resistief touchscreen van 2,8 inch met 240 × 320 pixels. Dit model wordt ook wel de ‘Cheap Yellow Display’ genoemd, wat vooral met de gele printplaat te maken heeft.

Er zijn meerdere varianten. Zo wordt in de schermpjes vaak de ILI9341-chip als aansturing gebruikt, maar soms ook de ILI9342, zoals in ons exemplaar. Dat vergt dan een heel kleine, maar noodzakelijke aanpassing in je configuratie.

Je kunt het scherm flexibel inzetten voor je IoT-projecten. Zoek je een wat groter touchscreen, dan kun je bijvoorbeeld de CrowPanel van Elecrow overwegen. Die is er in een versie van 5 inch (ca. 32 euro) en 7 inch (ca. 42 euro), inclusief acrylbehuizing en verzending via de fabrikant. Beide versies hebben een touchscreen met hoge resolutie van 800 × 480 pixels en zijn voorzien van de modernere ESP32-S3-chip. Het touchscreen is capacitief, wat zeker voor kleinere bedieningselementen fijner werkt dan het resistieve touchscreen in ons goedkope alternatief.

Tegenwoordig bestaan er ook ronde touchscreens. Een leuke optie (zij het met beperkte schermruimte) is de ESP32-2424S012 met een ESP32-C3-microcontroller, een rond kleuren-touchscreen van 1,28 inch en in een witte of zwarte behuizing. Makerfabs heeft een vergelijk schermpje zonder behuizing. De LilyGo T-RGB heeft een wat groter 2,1inch-scherm (zonder behuizing), maar is ruim twee keer zo duur.

De ESP32-2432S028 is een voordelig scherm (onder), een wat duurder alternatief is het capacitieve 5inch-aanraakscherm met ESP32 van Elecrow (boven).

5 Add-ons voor ESPHome

Hoewel je bijvoorbeeld een pc met Python kunt gebruiken voor het bewerken van je configuratiebestanden en het flashen van de microcontroller met de software voor ESPHome, is het meestal veel makkelijker om de add-on voor ESPHome binnen Home Assistant te gebruiken. Dat geeft ook een ander groot voordeel: je kunt de configuratie voor alle apparaten met ESPHome binnen Home Assistant beheren. Je zult zeker in de testfase veel wijzigingen aan de configuratie moeten maken.

Via de add-on voor ESPHome voeg je eenvoudig microcontrollers toe.

6 Microcontroller toevoegen

We gaan nu een verse microcontroller toevoegen. Je kunt eventueel ESPHome Web gebruiken om de microcontroller voor te bereiden voor gebruik met ESPHome, maar wij geven zoals gezegd de voorkeur aan de ESPHome-add-on, die je binnen Home Assistant kunt openen.

Je kunt voor deze methode de microcontroller gewoon via usb aansluiten op je eigen pc, maar dit vereist wel dat je Home Assistant opent via een beveiligde https-verbinding. Lukt dat niet? Als alternatief kun je de microcontroller ook via usb aansluiten op het systeem met Home Assistant zelf, voordat je verder gaat in ESPHome.

Het dashboard van ESPHome toont alle toegevoegde apparaten.

Ook leuk: Werk met wat je hebt: creëer je eigen alarmsysteem met Home Assistant

7 Configuratie

Klik binnen ESPHome op New device om een nieuwe microcontroller te initialiseren. Vul bij Name een naam in voor het apparaat. Bij Network name vul je de naam (SSID) in van het wifi-netwerk waarmee de microcontroller moet verbinden en bij Password het bijbehorende wachtwoord. Klik dan op Next.

In de volgende stap zal ESPHome een configuratiebestand maken, firmware bouwen en de microcontroller flashen. Klik daarvoor dus eerst op Connect. Als het goed is, kun je nu de com-poort selecteren waarmee de microcontroller is verbonden. Zie je geen com-poort, dan zul je eerst drivers moeten installeren. De instructies krijg je als je het venster sluit zonder een com-poort te selecteren. Als de verbinding is gelukt, zal de installatie verdergaan. Lukt het niet? Dan kun je kiezen voor Skip this step gevolgd door een handmatige configuratie.

Vul een naam in en de details voor het wifi-netwerk.

8 Touchscreen met ESP32

We gebruiken in dit artikel zoals gezegd de ESP32-2432S028 als voorbeeld. Dit is een touchscreen met ingebouwde ESP32-chip. Dit apparaatje kun je direct toevoegen aan ESPHome: precies zoals in paragraaf 7 staat omschreven, al moesten we in dit geval na het aanwijzen van de com-poort wel de boot-knop even indrukken.

Overigens bevat het apparaat meestal een voorgeprogrammeerde demo met een gebruikersinterface op basis van LVGL. Die zie je als je hem zo uit de doos op een voeding aansluit. Je kunt daarmee meteen de werking controleren. Je zult bij een model met resistief aanraakscherm overigens iets harder moeten drukken dan je misschien gewend bent.

We gebruiken dit voordelige 2,8inch-aanraakscherm, dat ook wel ‘Cheap Yellow Display’ wordt genoemd.

9 Schermconfiguratie

Na het toevoegen van je touchscreen heb je direct een basisconfiguratie voor ESPHome. Via Edit kun je deze configuratie aanpassen. Zowel voor het aansturen van het display als de registratie van het aanraken wordt SPI (Serial Peripheral Interface) gebruikt. Voor onze ESP32-2432S028 is dit de configuratie, rekening houdend met de gebruikte interne GPIO-pinnen:

We voegen nu eerst de configuratie van het display toe en in paragraaf 11 het touchgedeelte. Voor het display is de configuratie als volgt:

Merk op dat er ook een (oudere) variant van dit touchscreen is met de ILI9341. In dat geval gebruik je model: ILI9341 en invert_colors: false. Na het maken van de aanpassingen kies je Install. Je kunt nu kiezen hoe je de firmware wilt overbrengen. Meestal kies je Wirelessly voor over-the-air-updates. Het apparaat hoeft daarbij niet meer met jouw pc te zijn verbonden.

Binnen ESPHome kun je eenvoudig de configuratie bewerken.

10 LVGL-bibliotheek

Binnen ESPHome kon je voorheen met displays werken door binnen de component display met lambda bijvoorbeeld teksten met een bepaald lettertype naar je scherm te sturen. Als je LVGL gaat gebruiken, gebruik je geen lambda meer, maar alleen LVGL en widgets. Als eerste voegen we de LVGL-bibliotheek toe aan de YAML-code:

De optie buffer_size is ons geval noodzakelijk, vanwege de afwezigheid van PSRAM. In paragraaf 13 voegen we ook nog widgets toe. Omdat we dat hier nog niet hebben gedaan, zie je na het flashen als het goed is een demo met een knop, checkbox, cirkel met tekst en schuifbalk.

11 Configuratie touchscreen

Bediening via het scherm is nog niet mogelijk. Daarvoor moeten we het touchscreen toevoegen aan de configuratie van ESPHome:

Bewaar de aanpassingen en installeer de nieuwe firmware. Controleer of je de demo goed kunt bedienen. De regels onder on_touch zorgen dat in de logs de geregistreerde coördinaten worden getoond. Er kunnen aanpassingen nodig zijn in de regels onder calibration en transform.

12 Backlight

Het display is voorzien van een achtergrondverlichting (backlight) via pin 21. We definiëren deze output als volgt:

Daarna configureren we de achtergrondverlichting, waarbij we verwijzen naar de hierboven gedefinieerde output.

Na het flashen zal de backlight standaard aanstaan. Eventueel kun je deze vanuit Home Assistant aan- en uitzetten en de helderheid ervan regelen, bijvoorbeeld op basis van afwezigheid. Je kunt ook een script maken om de helderheid bij inactiviteit terug te brengen. Daarvoor verwijzen we je naar het uitgewerkte voorbeeld op GitHub (zie kader ‘Code downloaden’).

Binnen Home Assistant kun je eventueel ook de backlight aan- en uitzetten.

13 Widgets toevoegen

Onder de regel lvgl kun je nu de gewenste LVGL-componenten toevoegen aan je YAML-configuratie. Denk aan bijvoorbeeld knoppen, schuifregelaars, grafieken of labels. In dit voorbeeld voegen we aan de bovenkant alleen twee widgets toe voor een dimbare led, te weten een schakelaar (button) en schuifregelaar (slider).

De meeste opties dienen voor het positioneren van de widget. We geven bijvoorbeeld de breedte (width) en hoogte (height) aan, halen de widgets iets van de rand of met x en y, en regelen de uitlijning met align. Het gedeelte bij on_click zorgt dat de bewuste lamp in Home Assistant wordt omgeschakeld bij het klikken op de button. Voor de slider doen we hetzelfde onder on_release. Die acties zijn overigens om veiligheidsredenen niet direct mogelijk. In paragraaf 16 leggen we uit hoe je dit kunt toestaan.

We voegen in dit voorbeeld alleen twee eenvoudige widgets toe.

14 Interactie met Home Assistant

De entiteit voor de dimbare lamp heeft in Home Assistant de naam light.wledkantoor. De waardes zijn nodig om de widgets de juiste status te kunnen geven. Daarom voegen we hieronder een binary_sensor toe voor de status (aan of uit) en een sensor voor het helderheidsniveau. We werken vervolgens bij on_state en on_value de widgets bij als de status verandert in Home Assistant. Bij id vul je uiteraard de id van de betreffende widget in.

Gebruik de logfunctie om te zien of bijvoorbeeld een status verandert.

15 Toevoegen aan Home Assistant

De add-on voor ESPHome hebben we gebruikt om de microcontroller van firmware te voorzien. Maar je zult het apparaat hierna nog wel moeten toevoegen aan Home Assistant. Dat is heel eenvoudig: het wordt automatisch gevonden. In Home Assistant zie je via Instellingen / Apparaten en diensten het bewuste apparaat direct terug op het tabblad Integraties. Klik op de knop Toevoegen om het aan Home Assistant toe te voegen.

Het apparaat met ESPHome moet je nog toevoegen aan Home Assistant.

16 Acties toestaan

Als je het touchscreen bedient, zal Home Assistant een melding geven dat het ESPHome-apparaat heeft geprobeerd een actie in Home Assistant uit te voeren. Standaard is dit om veiligheidsredenen niet toegestaan, maar dit is eenvoudig op te lossen.

Ga naar Instellingen / Apparaten en klik dan onder het kopje Geconfigureerd op ESPhome. Achter het bewuste apparaat klik je vervolgens op Configureren. Zet een vinkje bij Toestaan dat het apparaat Home Assistant-acties uitvoert. Klik op Verzenden. Hierna zijn alle acties zoals het omschakelen van de lamp en regelen van de helderheid wel toegestaan.

Zorg dat het apparaat acties in Home Assistant mag uitvoeren.

Met slimme stekkers verander je je huis eenvoudig in een smart home: steek ze in een gewoon stopcontact, sluit er lampen of je televisietoestel op aan en regel via een app of met je stem bijvoorbeeld dat ze automatisch worden uitgeschakeld. Zo voorkom je onnodig stroomverbruik doordat apparaten niet meer op stand-by blijven staan. Maar slimme stekkers gebruiken zélf ook stroom. Welke zijn zuinig genoeg om écht geld te besparen?

Ook lezen: Stroomvreters: deze apparaten in huis verbruiken meer energie dan je denkt

Slimme stekker of slim stopcontact?

De termen slimme stekker en slim stopcontact worden door elkaar gebruikt. Dat is een beetje verwarrend, maar wel begrijpelijk: het is een apparaat met aan de ene kant een stekker (voor je 'domme' stopcontact) en aan de andere kant een slim stopcontact. In dit artikel hanteren we de benaming slimme stekker.

Zo bespaart een slimme stekker stroom

Een slimme stekker helpt je stroom besparen door apparaten automatisch uit te schakelen, bijvoorbeeld 's nachts. Zo verbruikt je televisie geen stroom meer in de stand-bymodus. Je kunt instellen dat alle apparatuur op vaste tijden uitschakelt, bijvoorbeeld zodra je gaat slapen. Je kunt ook met één druk op de knop alle lampen en andere apparaten uitschakelen, zodat je niets vergeet. Slimme stekkers uit een hogere prijsklasse bieden bovendien inzicht in je stroomverbruik. Daardoor kun je gerichter energie besparen.

©Proxima Studio - stock.adobe.com

Verbruik van een slimme stekker

Tegenover de besparing staat het eigen stroomverbruik van slimme stekkers. Dat begint bij zo'n 0,3 watt en loopt op tot 2 watt. Niet veel, maar ze staan wel 24 uur per dag en 365 dagen per jaar aan. De zuinigste modellen verbruiken daardoor op jaarbasis 2,6 kWh (0,3 watt × 24 uur × 365 dagen ÷ 1000). Bij een stroomprijs van 0,30 euro per kWh komt dat neer op 0,79 euro per jaar. Een slimme stekker die 2 watt verbruikt kost op jaarbasis 5,26 euro. In een slim huis gebruik je al snel 10 slimme stekkers, waardoor je op jaarbasis aardig wat geld kunt besparen door de zuinigste modellen uit te kiezen.

Denk aan de compatibiliteit

Alleen letten op het stroomverbruik van een slimme stekker is niet genoeg. Het is minstens zo belangrijk dat de stekker goed samenwerkt met jouw slimme netwerk. De meeste modellen werken met Google Home en Amazon Alexa, terwijl Apple HomeKit selectiever is. Check daarom altijd de productbeschrijving om zeker te weten dat de slimme stekker bij jou thuis werkt.

Stroomverbruik en verbindingstype

Waar komt het grote verschil in stroomverbruik tussen slimme stekkers vandaan? Dat heeft alles te maken met de verbinding met je thuisnetwerk. De meeste stekkers gebruiken wifi om bereikbaar te blijven, zodat jij ze op afstand kunt bedienen. Maar wifi verbruikt relatief veel energie – het signaal is eigenlijk krachtiger dan nodig is voor dit soort toepassingen.

Een zuiniger alternatief is een hub die het wifisignaal omzet naar een lichter protocol, zoals Zigbee of Z-Wave. Die vormen een soort schakel tussen je netwerk en de slimme stekkers. Het grote voordeel: dit soort verbindingen verbruiken vaak minder dan 0,5 watt.

©Proxima Studio - stock.adobe.com

Zigbee en Z-Wave

De zuinige protocollen die gebruikt worden zijn Zigbee en Z-Wave en die werken allebei prima. Maar ze zijn niet verenigbaar met elkaar. Je zult dus één systeem moeten kiezen. Daarnaast heb je een centrale hub nodig om alles aan elkaar te koppelen. Dat is een kleine investering die zich, door de lagere stroomkosten, snel terugverdient.

Verbruik van hubs voor Zigbee en Z-Wave

Voor een compleet beeld moeten we ook kijken naar het stroomverbruik van een Zigbee- of Z-Wave-hub. Zigbee-hubs verbruiken doorgaans tussen de 0,5 en 3 watt. Sluit je meerdere slimme stekkers of andere apparaten aan, dan verdien je dat al snel terug ten opzichte van wifi. Z-Wave-hubs verbruiken wat meer, meestal tussen de 2 en 10 watt.

Ook qua veelzijdigheid zijn er verschillen. De Philips Hue Bridge (Zigbee) is bijvoorbeeld erg zuinig, met een verbruik tussen de 0,5 en 1 watt. Maar deze werkt uitsluitend met Philips Hue-apparaten.

Een slimme start is het halve werk

Zoals je ziet, zijn er heel wat factoren om rekening mee te houden. Breng daarom vooraf in kaart wat je nu nodig hebt én wat je in de toekomst verwacht te gebruiken. Zo voorkom je onnodige kosten en bespaar je op de lange termijn, vooral als je ook let op het energieverbruik per apparaat.

Nog meer energie besparen? ⤵️