Maker's blog

Т.е. дома ставится коробочка – Raspberry PI, которая собирает данные со счетчика, со специальных датчиков и по желанию можно подключить экран, чтобы сразу все было видно :) или заходить удаленно, как на локальный вебсервер.

Мейкерский подход, тем и хорош, что можно на коленке собрать, пусть топорный, но дающие результат девайс. Мне нужно было простое и эффективное устройство, хотя бы отчасти отвечающее на эти вопросы и главное - за пару дней и в продакшен. Перелопатив интернет, наткнулся на информацию, что многие электросчетчики имеют светодиод для отображение кол-ва прошедшей энергии. Очевидное прямо перед глазами! Так родился энергомонитор, который, в базовой версии собирает показания потребленных квт*ч за единицу времени.

Стоит сказать, что это не ноу-хау, есть несколько украинских решений, к примеру ecoisme. Есть opensource решения в том числе достаточно известные emoncms. Но одно - не доступно и дорого, другое - чересчур сложное в настройке. Многие подключают подобные решения к системам умных домов (openHAB или MajorDoMo). Но тут оказалось, что визуализация страдает, периодическая агрегация данных за месяц, год делается как-то очень сложно. Добавить расчет стоимости превращается в проблему.

Поэтому за основы были взяты крайне популярные и гибкие средства для визуализации графиков и работы с метриками, часто используемые для мониторинга высоконагруженных систем.

Краткий принцип работы: esp8266 собирает кол-во импульсов за единицу времени, производит первоначальные расчеты и отправляет через wifi по MQTT на сервер, где mosquitto mqtt broker принимает эти данные, mqttwarn фильтрует и перенаправляет необходимы сообщения с данными в базу influxdb(time-series database), и финальное отображение происходит с помощью grafana (платформа для аналитики и мониторинга).

Более подробно работа устройства, код и схемотехника будут описаны в следующих постах.

В итоге: получилось полезное устройство, выявившее интересные закономерности в потреблении электричества. К примеру, насколько затратно мыть посуду руками, при наличии электробойлера и т.д.

Данную штуку можно использовать для мониторинга обесточенности объектов (дом, офис, склад и т.д.), планировать и оценивать результаты разных энергоэфективных подходов, обнаруживать неучтенные источники потребления и т.д.

В планах - добавить несколько разных способов съема данных: через токовый трансформатор, с умных розеток и т.д.

Корпус

В качества корпуса я использовал готовый, который можно купить на http://kosmodrom.com.ua/el.php?name=UNI-M-BOX-050-01BE Состоит из двух алюминиевых профилей и двух пластмассовых щечек. В разобраном виде это выглядит, вот так:

Схемотехника

Здесь все достаточно просто: из интересного - я обнаружил, что при загрузке esp8266 имеет высокий уровень на GPIO и только потом устанавливается в заданный уровень. Чтобы избежать “мигания” при включении, я использовал логический инвертер 74HC04. (Подозреваю, что это пушкой по воробьям и можно было использовать MOSFET. А что вы используете для таких целей?) Таким образом, логическая единица на GPIO 5 у меня инвертируется и далее нужно использовать в коде LOW для включения и HIGH для выключения.

Для отрисовки схемы я использовал KiCad. А что вы используете? В качестве управляющего реле используется реле SSR-40DA. Никто не мешает использовать любую другую которую вытянет 74HC04.

Дополнительную проблему составила дальность действия устройства. Мне необходимо было, чтобы он мог работать на расстоянии порядка 40 метров и сигнал мог проходить через разнообразные перекрытия из дома на улицу. Эксперименты с esp-12 показали, что он не вытягивает это расстояние и пришлось использовать esp-07, у которого есть возможность подключить внешнюю антенну. Интересной особенностью esp-07, является то, что для работы внешней антенны нужно отпаять конденсатор идущий к внутренней - керамической антенне.  Вот тут подробное обсуждение.

Плата

Не мудрствуя долго, я собрал все схему на макетной платне 4x6см.

Практически в собранном виде это выглядит вот так

По плану предполагалось что блок питания будет внутри корпуса, но пока я его подключал, он умер смертью храбрых и я решил подключить внешний, чтобы не тратить время на поиск нового. 

Кроме того я не припаивал MCU для того, чтобы иметь возможность ее просто перепрограммировать. К сожалению в esp-07 всего 1M памяти и удаленное обновление OTA мне недоступно.

Home Automation Server

С програмной частью оказалось все сложнее. У меня был ряд требований:

Работа по mqtt протоколу

Включение/выключение возможно как удаленно, так и выключателем

Необходимо постоянно знать статус выключателя

И самое главное, работа выключателя без сети или без mqtt брокера. С этим оказалось все сложнее

Совместная работа с home-automation сервером

Работа по доменным именам, а не ip

Так как я планирую сделать несколько устройств и все они должны дополнять друг друга и работать совместно. Мне нужно было использовать, какой-то общий сервер для визуализации и отслеживания всей информации от этих устройств. В качестве него я выбрал home-assistant.io, опенсорсное решение на питоне, которое поддерживает много полезных протоколов. Все это было установленно на Raspberry PI 2, там же стоит mqtt брокер, DHСP и DNS сервисы, через которые я управляю IP адресами всех устройств.

Программа

Исходники доступны на GitHub. Код более менее очевиден (disclaimer: нуждается в рефакторинге и вылизывании, но он рабочий :)

Из интересных моментов:   Я использовал библиотеку  PubSubClient для работы с MQTT и отталкивался от примера с неблокирующим реконектом к брокеру. Но в действительности реконект блокирует loop и если вы в этот момент, нажмете кнопку, с большой вероятностью, что это событие будет пропущено. По этому поводу я создал тикет и автор подтвердил, что это действительно так. (Как бы это обойти?) Чтобы оптимизировать работу, я увеличил время между попытками реконекта, таким образом вероятность попасть на реконект уменьшается,  а также использую вместо кнопки именно выключатель - это увеличивает время подачи необходимого сигнал для обнаружения его в loop()

Инсталяция

Инсталяция состоит из двух частей:

Установка окружения

Необходимо установит home-assistan.io (HA)

Поставить MQTT брокер, сконфигурировать его и подключить к HA. Я использую mosqutto broker

Добавить в конфиг секцию HA, конфигурацию для этого выключателя 

Заливка скетча

Необходимо поправить credentials, согласно настроек вашей сети

Скомпилировать и залить на esp8266 c помощью Arduino IDE или PlatformIO, ну или еще как-то :)

Ссылки

Вся техническая документация на github https://github.com/glebv/esp8266-wifi-relay-2way-switch

Программирование с пом. Arduino

Подробное описание процесса

http://highlowtech.org/?p=1695

http://highlowtech.org/?p=1706

http://www.creativeapplications.net/tutorials/small-programmable-wearable-and-cheap-enjoying-the-attiny85-tutorial/

Работа с fuses

Fuse калькулятор

Оригинальный подход без доп источника 12в

Сброс fuse-ов