Análisis Sensor Presencia Batería

Análisis Profundo: Sensor de Presencia a Batería Tuya ZG-204ZH con Radar mmWave y Zigbee

Hace algún tiempo, tuve la oportunidad de probar y analizar un sensor de presencia a batería de la marca Tuya, comercializado bajo la etiqueta blanca del modelo ZG-204ZM. Este dispositivo destacaba por integrar tanto un sensor PIR de movimiento dedicado como un radar mmWave de 24 GHz, utilizando Zigbee como protocolo de comunicación.

Como uno de los primeros sensores mmWave alimentados por batería en llegar al mercado, su rendimiento fue sorprendentemente bueno. Sin embargo, algunos usuarios reportaron que sus dispositivos quedaban atascados en un estado constante de ‘presencia’. Para resolver esto, generalmente se requería retirar las baterías o, según algunos comentarios, limpiar los contactos del chip dentro de la unidad. Personalmente, nunca experimenté estos inconvenientes; mi unidad ha funcionado perfectamente en Zigbee2MQTT desde el primer día.

Presentando el Sensor de Presencia Tuya ZG-204ZH: Evolución y Flexibilidad

En este análisis, me centraré en un dispositivo muy similar: el Sensor de Presencia Tuya Zigbee modelo ZG-204ZH. Al igual que su predecesor, es un sensor de presencia combinado que integra un sensor PIR de movimiento y un radar mmWave de 24 GHz. La principal diferencia y una mejora significativa es que este modelo puede ser alimentado tanto por dos pilas AAA como por un cable USB-C de 5V, ofreciendo una flexibilidad que el modelo anterior no tenía.

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Desmontaje y Primeras Impresiones del ZG-204ZH

El Sensor de Presencia Tuya ZG-204ZH llega en una caja genérica blanca que contiene el dispositivo, un manual de usuario, un soporte de montaje y dos adhesivos para su instalación. La opción de montaje es versátil: puedes utilizar el soporte giratorio para orientarlo a tu gusto o simplemente pegar el dispositivo directamente sobre una superficie plana utilizando el adhesivo incluido.

La opción de alimentación dual es un diseño muy acertado. A pesar de que el dispositivo opera con una lógica condicional (PIR primero, luego mmWave), el protocolo Zigbee puede ser un consumidor significativo de energía. Tener la posibilidad de conectar el sensor directamente por cable es una gran ventaja que elimina la preocupación por el agotamiento rápido de las baterías en ciertas configuraciones.

Para aclarar su funcionamiento, el radar mmWave permanece en estado de reposo hasta que el sensor PIR detecta movimiento. Una vez activado, el radar mmWave toma el relevo y continúa monitorizando la habitación para detectar presencia estática. Si no detecta a nadie y se cumple el tiempo de espera configurado (fading time), vuelve a entrar en modo de reposo. Este ciclo se repite continuamente.

Al abrir el sensor con un destornillador pequeño, pude examinar sus componentes internos. El dispositivo consta de un sensor PIR ubicado en el centro, un radar mmWave de 24 GHz en la parte superior, un sensor de iluminancia en la parte inferior y un módulo de comunicación debajo del sensor PIR. La placa de circuito impreso (PCB) se ve limpia y bien fabricada, sin elementos que generaran desconfianza.

Como es habitual, el sensor PIR está cubierto por una lente Fresnel para optimizar la detección. Por su parte, el radar mmWave utiliza un único conjunto de antenas: una para la transmisión y otra para la recepción de la onda de radar, permitiendo capturar y medir el tiempo de eco para determinar la distancia y el movimiento.

El sensor PIR utilizado es el modelo ZG013S. Como todos los sensores PIR, este es un detector infrarrojo pasivo digital diseñado para identificar movimientos significativos mediante la detección de cambios en las firmas de calor dentro de su campo de visión. Este componente es crucial, ya que es el encargado de despertar y activar el más demandante radar mmWave cuando es necesario.

El módulo de radar mmWave está construido alrededor del chip Skyrelay RC2412 [Hoja de datos], que opera en la banda de frecuencia de 24 GHz para detectar presencia a través de ondas de radio. Este sensor activo emite señales que rebotan en los objetos y regresan al receptor, permitiendo al dispositivo calcular la distancia e identificar incluso los movimientos más sutiles. Los parches dorados visibles en la placa blanca funcionan como las antenas transmisoras y receptoras necesarias para esta operación.

Aunque una configuración con un solo conjunto de antenas podría parecer menos prometedora, no representa un fallo crucial en términos de rendimiento. A modo de referencia, el radar mmWave en el Sensor de Presencia a Batería Xiaomi XMOSB01XS utiliza el mismo chip y configuración de antena, y aun así ofrece un rendimiento notable. Será interesante ver cómo se comporta este dispositivo.

El módulo de comunicación está integrado en la propia placa. La antena principal se extiende por el lado derecho del chip. Este dispositivo emplea el módulo Tuya ZTU [Hoja de datos], que se basa en el microcontrolador propietario Z2. Se trata de un microcontrolador RISC de 32 bits de bajo consumo, con una frecuencia de reloj de 48 MHz, 512 KB de memoria Flash y 64 KB de RAM. Cumple con la comunicación ZigBee 3.0 y posee potencia suficiente para procesar los datos de los sensores.

Integración en Home Assistant con el ZG-204ZH

El sensor de presencia mmWave Tuya ZG-204ZH goza de compatibilidad total con Zigbee2MQTT y una compatibilidad parcial con ZHA. Para emparejarlo, puedes alimentarlo a través del puerto USB-C o insertar un juego de pilas AAA y mantener pulsado el botón de emparejamiento durante aproximadamente 6 segundos, hasta que el LED comience a parpadear.

Experiencia Completa con Zigbee2MQTT

Una vez añadido a Zigbee2MQTT, el dispositivo se identifica como el modelo ZG-204ZM con el fabricante Zigbee _TZE200_tyffvoij. Aunque el nombre del modelo es incorrecto (debería ser ZG-204ZH), esto no afecta la funcionalidad del sensor, ya que los endpoints son los mismos. Es importante destacar que existe una versión “4 en 1” de este mismo dispositivo, que incluye un sensor de temperatura adicional. Si adquieres esa versión, se identificará como HOBEIAN ZG-204ZH y mostrará el sensor de temperatura.

Un punto crucial a tener en cuenta es que, independientemente de si se alimenta por baterías o por USB-C, este dispositivo operará siempre como un “End Device” (dispositivo final) en tu red Zigbee, y no como un router. Al emparejarlo, el sensor expone las siguientes entidades en Zigbee2MQTT:

• Presencia (Presence): Sensor binario On/Off, activado por movimiento o presencia estática.
• Estado de Movimiento (Motion State): Estado del sensor de movimiento con posibles valores: none, small, large, static.
• Batería (Battery): Nivel de batería restante en porcentaje.
• Tiempo de Desvanecimiento (Fading time): Tiempo de permanencia de la presencia en segundos (0-28800s).
• Distancia de detección estática (Static detection distance): Valor en metros (0-10m).
• Sensibilidad de detección estática (Static detection sensitivity): Sensibilidad del sensor mmWave (0-10x).
• Indicador (Indicator): On/Off.
• Modo de detección de movimiento (Motion detection mode): Permite seleccionar entre solo PIR, solo radar, o una combinación.
• Sensibilidad de detección de movimiento (Motion detection sensitivity): Sensibilidad del sensor PIR (0-10x).
• Iluminancia (lux): Nivel de luz medido en lux.
• Calidad de enlace (Linkquality): Intensidad de la señal en LQI.

Limitaciones Severas en ZHA

La integración del sensor ZG-204ZH en ZHA (Zigbee Home Automation) es decepcionante. Solo proporciona una entidad binaria de presencia y un sensor de iluminancia. Carece por completo de las entidades de configuración necesarias para ajustar la distancia, la sensibilidad o el tiempo de espera. Si bien la entidad de presencia binaria funciona correctamente (combinando las lecturas del PIR y el mmWave), la falta de opciones de configuración limita severamente las capacidades del sensor en ZHA.

La única forma de aprovechar al máximo este dispositivo es mediante el desarrollo de una “quirk” personalizada para manejar adecuadamente los endpoints o, lo que es más práctico, utilizando Zigbee2MQTT. Dado que el soporte de dispositivos y la flexibilidad de configuración son puntos débiles de ZHA para mí, no considero la creación de una quirk como una opción viable. Por lo tanto, para una experiencia óptima, ZHA no es la vía recomendada.

Instalación y Pruebas en Uso Real

Siguiendo mi rutina habitual al probar sensores de presencia, instalé el Tuya ZG-204ZH en mi oficina, montado estratégicamente para cubrir el área de trabajo. Con mi fiel “Sauron” (una figura decorativa) sosteniendo el sensor, procedí a experimentar con diversas configuraciones y ajustes para evaluar su rendimiento.

Detección Inicial de Movimiento: Rápida y Confiable

La detección inicial de movimiento es impresionantemente rápida, activándose de forma instantánea al entrar en el campo de visión. Esto lo convierte en un disparador de automatización muy fiable para controlar luces u otros dispositivos que requieran una respuesta inmediata. La entidad binaria de presencia se establece en ‘true’ tan pronto como el estado de movimiento cambia de none a small, large o static, garantizando que ambas entidades se actualicen simultáneamente y funcionen como excelentes disparadores.

Detección de Presencia Estática: Un Equilibrio entre Alcance y Precisión

A pesar de los parámetros disponibles que permiten configurar la distancia de detección hasta 10 metros y una sensibilidad máxima, el radar de 24 GHz de este sensor funciona de manera fiable hasta aproximadamente 3.5-4 metros para la presencia estática y hasta 5-6 metros para la detección de movimiento PIR.

Realicé pruebas orientando el sensor en diversas posiciones, entrando en su campo de visión desde diferentes ángulos y permaneciendo quieto a distintas distancias. Con la sensibilidad configurada en 8, el sensor cumplió con lo prometido, detectándome sentado inmóvil a una distancia de unos 3.5 metros sin generar falsos negativos.

Es importante comprender el comportamiento de la entidad estado de movimiento (motion state), que reporta none, small, large o static. Cuando no hay presencia, la entidad permanece en none. Al detectar movimiento, muestra large o small, en función de la intensidad del movimiento (por ejemplo, caminar frente al sensor versus agitar una mano).

Sin embargo, al permanecer sentado inmóvil, el sensor rara vez cambia a static, manteniendo el estado en small o large. Aunque teóricamente static debería mostrarse cuando uno está quieto, solo lo he visto aparecer como un breve parpadeo antes de volver a cambiar. Esto no afecta la utilidad del sensor en las automatizaciones, pero es una observación importante para tener en cuenta.

Además, descubrí que el tiempo de desvanecimiento (o tiempo de limpieza de presencia) no puede ser inferior a 10 segundos. Aunque Zigbee2MQTT permite configurarlo hasta 0 segundos (limpieza instantánea), en la práctica esto no se aplica. El período de enfriamiento más corto para este dispositivo es de 10 segundos, independientemente de la configuración en Zigbee2MQTT.

Modos de Detección de Movimiento y sus Implicaciones

Como expliqué anteriormente, este dispositivo opera con una lógica de detección de presencia sencilla. El sensor PIR activa el radar mmWave, que se encarga de detectar la presencia estática hasta que la habitación queda vacía, momento en el cual vuelve a entrar en reposo según el tiempo de desvanecimiento configurado. Si se detecta movimiento, el PIR vuelve a activar el radar, reiniciando el ciclo.

No obstante, en Zigbee2MQTT, las etiquetas de los modos de operación no son del todo precisas. En lugar de only_pir, only_radar y pir_and_radar, deberían ser only_radar, pir_and_radar y pir_or_radar. Es crucial destacar que no existe una opción para utilizar únicamente el sensor PIR y convertirlo efectivamente en un sensor de movimiento estándar.

La diferencia entre pir_and_radar y pir_or_radar es significativa. El modo pir_and_radar requiere que ambos sensores confirmen la presencia simultáneamente para activar un cambio de estado, lo cual es excelente para eliminar falsas alarmas (por ejemplo, debidas a un ventilador en movimiento o corrientes de aire en las cortinas). En contraste, pir_or_radar se activará si cualquiera de los sensores detecta actividad, priorizando la máxima sensibilidad y velocidad a costa de posibles activaciones erróneas.

Aunque la lógica de operación condicional sigue siendo la misma (el PIR despierta el dispositivo, el mmWave continúa la detección), este modo requiere que ambas condiciones se cumplan antes de que el estado de presencia cambie. Por lo tanto, el mejor método para utilizar este dispositivo en Zigbee2MQTT es pir_and_radar.

El Sensor de Iluminancia: Un Punto a Mejorar

El sensor de iluminancia funciona correctamente, respondiendo a los cambios de luz, aunque los valores reportados pueden ser inconsistentes. Por ejemplo, al cubrir el sensor, la lectura desciende a 1 lx, pero raramente llega a 0 lx. Incluso dentro de un cajón completamente oscuro, alcanzó brevemente 0 lx antes de volver a 1 lx. Además, la escala parece desajustada: en una habitación bien iluminada, los valores rondan los 2500 lx, pero a plena luz solar, se limita a 3000 lx en lugar de alcanzar los 10.000+ lx esperados.

Si bien el dispositivo puede utilizarse para automatizaciones tal como está, será necesario observar su comportamiento y rangos de reporte específicos para crear activadores fiables adaptados a tu ubicación de instalación. En mi opinión, la automatización basada en iluminancia está sobrevalorada y es poco fiable, independientemente del sensor o dispositivo específico que se utilice.

Vida Útil de la Batería y Análisis de Red: El Talón de Aquiles

Aquí es donde las cosas se complican. Ya sea que alimentes este dispositivo con baterías o a través de USB-C, la frecuencia de actualización de Zigbee se mantiene igual. El dispositivo se actualiza con muchísima frecuencia, lo cual es una mala noticia para su funcionamiento con solo dos pilas AAA.

El culpable indiscutible es el sensor de iluminancia. Cuando no hay presencia, la iluminancia no cambia; solo se actualiza cuando se detecta presencia. Sin embargo, cuando se detecta presencia, e incluso si no has movido el sensor ni un milímetro, el valor se actualiza cada 3 segundos en promedio, a veces más rápido. Esto agota las baterías sin lugar a dudas, y a este ritmo, tendrás que reemplazarlas cada tres meses.

La razón por la que alguien pensó que la iluminancia necesitaba una tasa de actualización tan alta, que además no se puede modificar, es incomprensible. Es una forma muy sencilla de arruinar un sensor de presencia que, por lo demás, es bastante sólido. La solución aquí es o bien cubrir el sensor con cinta adhesiva o desmontar el dispositivo y retirar el sensor de luz por completo. Como mencioné anteriormente, las automatizaciones basadas en iluminancia son, en general, poco fiables.

Reflexiones Finales sobre el Tuya ZG-204ZH: Un Sensor Prometedor con un Defecto Clave

Considerando todos los aspectos, el Tuya ZG-204ZH es sorprendentemente decente por su precio. El hardware es robusto, con un diseño interno limpio y una muy útil opción de doble alimentación. La capacidad de elegir entre pilas AAA estándar o una conexión USB-C permanente es una característica que desearía ver en más fabricantes. La combinación de un sensor PIR para una activación inicial rápida y un radar mmWave para mantener la detección de presencia estática es un sistema fiable y probado que funciona bien, siempre y cuando te mantengas dentro de su rango de detección de presencia.

En el uso diario, el sensor ofrece un excelente rendimiento para la detección de presencia. La velocidad de detección inicial es instantánea gracias al PIR, y el radar mantiene las luces encendidas de forma fiable incluso cuando estás completamente quieto. Aunque el reporte del estado “estático” en la entidad de estado de movimiento es un poco errático (a menudo oscilando entre movimiento “pequeño” y “grande”), la entidad principal de presencia es muy estable. Esto es lo que, en última instancia, importa para tus automatizaciones, por lo que la peculiaridad en el reporte es fácil de pasar por alto.

Evidentemente, tu experiencia dependerá totalmente de tu integración Zigbee. Si utilizas Zigbee2MQTT, tendrás acceso a un conjunto completo de opciones para ajustar la sensibilidad, la distancia y los modos de detección. Si estás en ZHA, actualmente estás de suerte, ya que la integración es muy básica y carece de las entidades de configuración necesarias. Por ahora, solo puedo recomendar este dispositivo si utilizas Zigbee2MQTT.

El mayor inconveniente de este dispositivo es, sin duda, el sensor de iluminancia. Si bien las lecturas esporádicas de lux son molestas, la frecuencia de actualización es el verdadero problema. Reporta cambios en el nivel de luz constantemente, saturando tu red y evitando que el dispositivo entre en modo de reposo cuando hay presencia detectada. Si utilizas este dispositivo con baterías, este comportamiento las agotará en un par de meses. Es un grave descuido que arruina el potencial de funcionamiento a batería de este sensor.

Si planeas alimentar este dispositivo a través de USB-C, puedes ignorar por completo las preocupaciones sobre la batería. Esto, por supuesto, va en contra del propósito original del dispositivo, ya que existen opciones mucho mejores en el mercado. En ese caso, el ZG-204ZH se convierte en un sensor de presencia cableado sólido y asequible. Pero si debes usar baterías, prepárate para reemplazarlas con frecuencia o desactiva físicamente el sensor de luz para detener el drenaje.

Sensor de Presencia Tuya ZG-204ZH

Zigbee 3.0

3.5m estática, 5m movimiento

2x Pilas AAA o USB-C

Zigbee2MQTT, ZHA (Parcial)