Monitor energii elektrycznej bazujący na wyjściu optycznym licznika energii

Od dziecka intrygowało mnie to "dziwne kółeczko" z czarnym paskiem w liczniku, które kręciło się szybciej wtedy, gdy wzrastał w domu pobór energii elektrycznej. Wraz ze zwiększaniem się mojej świadomości technicznej, tajemnica "kółeczka" (a później czerwonej diody) stawała się bardziej oczywista i mniej tajemnicza, by wreszcie wraz z nastaniem epoki IoT, posłużyć mi do przygotowania zabawki, która skutecznie pomoże zwizualizować pobór energii w moim domu.

Przedstawiony przeze mnie projekt ma charakter 'proof of concept'. Chciałem dzięki niemu zweryfikować, czy z wykorzystaniem łatwo dostępnych podzespołów, można stworzyć urządzenie, które będzie w sposób stabilny zliczało impulsy, i wykorzystując dobrodziejstwa SoC wysyłało je w świat w celu dalszej obróbki.

Zasada działania
Większość liczników energii elektrycznej (i nie tylko), posiada element pozwalający na łatwe zliczanie zużytego medium. I tak:
- w elektromechanicznych licznikach energii elektrycznej jest to zazwyczaj ruchome kółko z czarnym paskiem
- w elektronicznych licznikach energii elektrycznej jest to najczęściej czerwona dioda
- w licznikach gazu sprawa ma się podobnie
- w licznikach wody, również jest kółko, choć zainstalowane w innej płaszczyźnie, niż ma to miejsce w pozostałych przypadkach.

Bez względu na formę "kontrolki", każdy z liczników określa ile obrotów/impulsów odpowiada ilości zużytej energii. W przypadku mojego licznika energii elektrycznej, 6400 impulsów diody sygnalizacyjnej odpowiada zużyciu 1kWh. Informacja na ten temat jest zazwyczaj w dokumentacji licznika, i/lub na obudowie samego urządzenia.

Konstrukcja
Sercem urządzenia jest, a jakże, ESP8266. Tym razem w wersji ESP01 (bo akurat taki miałem pod ręką). W samym module wgrany firmware z NodeMCU, i prosty skrypt napisany w lua, odpowiedzialny za zliczanie impulsów, oraz wysyłanie ich przez MQTT do Cayenne (cayenne.mydevices.com).
Na jakiś czas, na potrzeby tej prezentacji udostępniłem na Cayenne dashboard, na którym można obserwować aktualne zużycie energii w moim miekszaniu: https://cayenne.mydevices.com/shared/59d9f247.../project/aac0daeb-cd30-416a-93b5-436d718e9416.

Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, by wysyłać dane do dowolnego innego storage'a (w pierwszej wersji, dane pompowałem w domowy serwer HTTP postawiony na RPi)
Układ zasilany jest małym zasilaczem impulsowym 5V wydobytym z niepotrzebnej ładowarki. Za obniżenie napięcia do 3,3V odpowiada AMS1117.

Dlaczego LUA, a nie C++? Podoba mi się pomysł przełożenia rozwiązań znanych choćby z NodeJS na warunki uC. Jest to dla mnie nowość i postanowiłem dać LUA szansę. Jeśli okaże się, że nie jest to stabilne rozwiązanie, rozważę zmianę platformy. Ponadto, w skrypcie zaimplementowałem prosty mechanizm umożliwiający aktualizację oprogramowania OTA, dzięki czemu wszelkie zmiany w firmware mogę wprowadzać bez konieczności wyjmowania układu ze skrzynki licznikowej

Ze względu na banalność samego układu, darowałem sobie udostępnianie schematów i kodu źródłowego. Niemniej, jeśli będzie ktoś zainteresowany, mogę udostępnić link do repozytorium.

Sensor
Jako sensor wykorzystałem gotowy moduł fotorezystora z komparatorem, oraz regulowanym napięciem odniesienia. Dzięki regulacji udało mi się ustawić czułość układu na poziomie, który rejestruje rozbłyski diody, a zarazem nie jest zakłócany przez światło zewnętrzne spoza licznika. Sygnał podawany jest na GPIO0 w ESP8266.

Instalacja
Zasilacz, ESP, oraz moduł komparatora, są zamknięte w obudowie starego zasilacza do laptopa. Sensor osadzony jest w plastikowej obudowie, którą z kolei przymocowałem do obudowy licznika energii na samoprzylepnym rzepie.

Rozwój
Jak wspomniałem na początku - układ jest obecnie w fazie testów. Docelowo planuję wprowadzić kilka usprawnień.
- przygotowanie dedykowanego PCB,
- zamknięcie wszystkiego w obudowie umożliwiającej montaż na szynie DIN w skrzynce licznika
- przygotowanie sensora, który mógłby współpracować z innymi rodzajami liczników (zintegrowanie nadajnika, oraz ew. odpowiednia obróbka sygnału sensora, by był on "zjadalny" dla wejścia cyfrowego)

Calkiem ciekawy projekt
Na twoim miejscu dodalbym jeszcze dzienne zuzycie,wczorajsze, od poczatku miesiaca i w danym roku.
Aktualne zuzycie pradu to chyba jednak za malo.

razorxx100 napisał:

Calkiem ciekawy projekt
Na twoim miejscu dodalbym jeszcze dzienne zuzycie,wczorajsze, od poczatku miesiaca i w danym roku.
Aktualne zuzycie pradu to chyba jednak za malo.

Zużycie energii to już bardziej kwestia prezentacji zgromadzonych danych. Akurat Cayenne jest trochę upośledzone jeśli chodzi o widgety. Idealnie by było, gdybym mógł wysyłać z samego urządzenia liczbę zliczonych impulsów, a przeliczanie tego na aktualne obciążenie i zużycie energii pozostawić już warstwie prezentacji tych danych.
Niestety Cayenne nie udostępnia opcji przeliczania danych z sensorów, więc na MQTT muszą być wystawione już wstępnie obrobione dane, co generuje pewne problemy. Docelowo pewnie będę to wpinał w OpenHAB - tam takie rzeczy już prędzej da się zrobić.

Swoją drogą, mam pytanie do obecnych tutaj kolegów: czy rejon energetyczny, może mieć do mnie pretensje, o to że przyczepiłem im do licznika jakieś podejrzane ustrojstwo z kabelkami? Jeśli chodzi o zasilanie modułu, to jest już po mojej stronie licznika. De facto, nie ingeruję fizycznie w licznik (poza tym, że coś na nim nakleiłem). Nie wydaje mi się również by moje urządzenie mogło zakłócać działanie licznika.

Bardzo fajny projekcik, aż prosi się o napisanie własnego "dashboard" do wyświetlania zgromadzonych danych. Też robię pomiary zużycia energii ale poszedłem na łatwiznę i użyłem wskaźnika orno or-we504 z portem rs485. Ale za to zrobiłem sobie własny panel do podglądu i alarmów.
Przykładowy wykres poboru mocy z ostatnich dwóch dni.

Jeśli licznik masz w zamykanej szafce, to mogłeś umieścić czujnik na drzwiczkach na przeciwko licznika.
Inkasent nie będzie wnikał w to jakie ustrojstwo jest przyczepione do licznika, tylko zgłosi ten fakt do ZE.

Są dwa apety tego zagadnienia
1.Licznik ma znak CE. Musi więc być odporny na zakłócenia o określonym poziomie. Umieszczenie obok niego innego urządzenia również spełniającego CE nie może więc zakłócić jego pracy. Na tym właśnie polega idea CE. Z formalnego punktu nie powinieneś używać żadnych urządzeń, których zgodność z odpowiednimi wymaganiami nie została potwierdzona w deklaracji CE. Jeśli jej nie masz to już na samym początku jesteś na straconej pozycji.

2. Jako konsument masz prawo kontrolować i weryfikować zużycie energii. ZE jednak łączy trzy w jednym: wykrywa, osądza i egzekwuje karę. Może więc uznać, że jest inaczej i co mu zrobisz.

dktr napisał:

Bardzo fajny projekcik, aż prosi się o napisanie własnego "dashboard" do wyświetlania zgromadzonych danych. Też robię pomiary zużycia energii ale poszedłem na łatwiznę i użyłem wskaźnika orno or-we504 z portem rs485. Ale za to zrobiłem sobie własny panel do podglądu i alarmów.
Przykładowy wykres poboru mocy z ostatnich dwóch dni.

Nie wiem czy poszedłeś na łatwiznę, za to wiem tylko, że Twój dashboard robi wrażenie Ja nie mam póki co w swoim ekosystemie aż tylu sensorów. Jak wspomniałem, docelowo będę to wszystko chciał migrować na OpenHAB. W zanadrzu mam jeszcze kilka pomysłów, którymi chętnie się podzielę, jak znajdę chwilę na realizację.

komatssu napisał:

Jeśli licznik masz w zamykanej szafce, to mogłeś umieścić czujnik na drzwiczkach na przeciwko licznika.
Inkasent nie będzie wnikał w to jakie ustrojstwo jest przyczepione do licznika, tylko zgłosi ten fakt do ZE.

No właśnie mam na klatce starą szafkę licznikową, której cały front jest przeszklony, więc nie bardzo mam szanse na dyskretną instalację sensoru. Mogę pomyśleć o fizycznym odsunięciu sensora od obudowy licznika, by ewentualnie uniknąć zarzutów ingerencji w sam licznik.

TvWidget napisał:

Są dwa apety tego zagadnienia
1.Licznik ma znak CE. Musi więc być odporny na zakłócenia o określonym poziomie. Umieszczenie obok niego innego urządzenia również spełniającego CE nie może więc zakłócić jego pracy. Na tym właśnie polega idea CE. Z formalnego punktu nie powinieneś używać żadnych urządzeń, których zgodność z odpowiednimi wymaganiami nie została potwierdzona w deklaracji CE. Jeśli jej nie masz to już na samym początku jesteś na straconej pozycji.

2. Jako konsument masz prawo kontrolować i weryfikować zużycie energii. ZE jednak łączy trzy w jednym: wykrywa, osądza i egzekwuje karę. Może więc uznać, że jest inaczej i co mu zrobisz.

Dzięki za jasne nakreślenie sprawy. Tak jak wspomniałem, spróbuję coś pokombinować, żeby zainstalować sensor w sposób bardziej dyskretny - "czego oko nie widzi"... Ostatecznie jestem gotów zaryzykować przepychankę z ZE, choćby i po to, żeby zobaczyć jak to się skończy. Domyślam się, że dopóki mi nie udowodnią winy, to do więzienia mnie nie wsadzą

Infrat napisał:

Domyślam się, że dopóki mi nie udowodnią winy, to do więzienia mnie nie wsadzą

Błąd w rozumowaniu. Udowodnić, że ktoś jest winny to musi prokurator przed sądem. ZE natomiast uznaje, że ktoś jest winny.

W przypadku fabrycznego urządzenia iNode przeznaczonego do podobnego celu ZE zabrał licznik i czujnik nie będący jego własnością (!!!) do tzw. ekspertyzy. Postraszył klienta, że będzie musiał za nią zapłacić.
W trakcie procedury pracownik ZE pokazał maila od swoich zwierzchników z poleceniem informowania i reagowania na wszelkie pojawiające się na rynku obce urządzenia w szczególności do monitoringu zużycia.

TvWidget napisał:

Błąd w rozumowaniu. Udowodnić, że ktoś jest winny to musi prokurator przed sądem. ZE natomiast uznaje, że ktoś jest winny.

Nie jestem prawnikiem, ale wydaje mi się, że nawet przy założeniu, że ZE uzna mnie winnym, to w najgorszym wypadku może odłączyć mi prąd i/lub naliczyć karę. Poza tym wszystkim, prawo konsumenckie też ZE musi dotyczyć, więc całkowitego samosądu to oni praktykować nie mogą.

Dlatego najbezpieczniej zamontować czujnik na drzwiczkach szafy, albo swój własny podlicznik z wyjściem impulsowym albo rs485. Szkoda potem czasu na szarpanie się z dostawcą i udowadnianie swojej racji.

Infrat napisał:

czy rejon energetyczny, może mieć do mnie pretensje, o to że przyczepiłem im do licznika jakieś podejrzane ustrojstwo z kabelkami?

Tak jak napisali koledzy, "może mieć"
Czy u ciebie inkasent odczytuje wynik tradycyjnie - spisując dane z wyświetlacza czy sczytując zawartość pamięci poprzez diodę?
Jeżeli to drugie to przy każdej wizycie inkasenta musisz odpinać swój czytnik.
Jeżeli nie traktujesz monitorowania jako zabawki (po pół roku odstawię do kąta) to lepiej zastosować się do propozycji kolegi dktr.

Dzięki za wszystkie informacje! Z ciekawości, napisałem pismo do ZE z pytaniem o możliwość skorzystania z któregoś z interfejsów licznika w celu przekazywania tych danych do mojego systemu.
Jak dostanę jakieś informacje to nie omieszkam się podzielić nimi tu na forum.

Cytat:

napisałem pismo do ZE z pytaniem o możliwość skorzystania z któregoś z interfejsów licznika w celu przekazywania tych danych do mojego systemu.

Pisałem kiedyś, odpowiedź brzmi: Nie.
Kilka lat temu dostawca zamontował mi licznik jmtronik z portem rs485, i wysłałem im zapytanie czy istnieje możliwość zdalnego odczytu prosto z portu licznika i odpowiedź kategorycznie tego zabraniała. Port i tak jest pod zaplombowaną osłoną, od tamtej pory mam swój podlicznik którego błąd pomiaru to niecałe 1.5kWh/miesiąc i odczyt mnóstwa fajnych danych - moc czynna, bierna, pozorna, cos fi, prąd, napięcie, częstotliwość, energia czynna, bierna. Licznik zwraca dane w 0.4sek więc idzie zrobić 2 odczyty na sek jak ktoś lubi dokładne wykresy "realtime".

Nie jestem pewien, czy ESP-01 ma CE. Ma go ESP-12.

Trochę mnie dziwi podejście ZE i mam wrażenie, że przed sądem byłbym w stanie udowodnić, że chciałem mieć, np. pewność co do prawidłowego naliczania rachunków. Jeśli nie ma fizycznej ingerencji w licznik to jakim prawem mogą coś zabierać do własnej ekspertyzy? W takim razie ja zażądał bym kosmicznej kaucji na urządzenie, które "obserwuje" licznik i jego zatrzymanie przez zakład w asyście policji. Samo urządzenie obserwujące to w końcu tylko fotorezystor i każdy biegły przed sądem to udowodni, a jeśli ZE jednak by poszła o krok dalej sugerując, że wprowadzam zakłócenia to do chol...y jakim prawem coś ma możliwość ingerować w mój licznik?? Idąc tym tokiem to inkasent mógłby mieć jakiś gadżet i np. dobijać mi impulsów na korzyść ZE. Kiedyś od elektryka przy jakiejś rutynowej kontroli dowiedziałem się, że ich nie interesuje NIC co jest podłączone za licznikiem, że w domu jeśli nie robię czegoś co podlega pod jakieś paragrafy (np. stworzenie zagrożenia dla otoczenia) to ja mogę mieć totalnie wolną amerykankę. Dla nich istotne aby nie było haczyka przed licznikiem i licznik (bez zewnętrznej ingerencji) z nienaruszoną plombą. Dlaczego więc miało by ich interesować coś co jest naprzeciw licznika?? Mają coś do ukrycia i nie chcą żeby się wydało

Oczywiście, że ZE nie ma prawa zabierać niczego co nie jest jego własnością. Nie każdy klient jednak chce walczyć. Wielu bezkrytycznie wierzy w to co powie im pracownik ZE.
W większości przypadków czujniki montowane na diodzie LED są jednak ignorowane. Ja usłyszałem od inkasenta, że jeśli nie zakrywa on portu optycznego ani wyświetlacza to sprawa go nie interesuje.

To, że ZE nie godzi się na wykorzystanie portu licznika, oraz na inne ingerencje to normalne i dla mnie zrozumiałe.
Natomiast co za problem dla chcącego zamontować pod-licznik i czytać z niego?

R-MIK napisał:

Natomiast to, że nie można "patrzeć" na ich urządzenie, jest p prostu śmieszne.

Ależ można, trzeba się liczyć z tym, że ZE będzie chciał mieć wiarygodną w 100% informację, że to tylko "patrzenie".
Czy chcemy to udowadniać, za pomocą rzeczoznawcy, sądu itd to nasza sprawa.
ZE nie ma obowiązku wierzyć nikomu na słowo. Dlatego się nie zgadzają bo nie chcą niepotrzebnych, niejasnych sytuacji. Tak profilaktycznie bo pytanie było od indywidualnego konsumenta.
A najważniejsze, jak ktoś pyta ZE o zgodę, to odpowiedzieć "NIE" jest bardzo prosta i szybka. Bo tak i już. Żeby się zgodzić to trzeba choć przez chwilę się zastanowić i zrozumieć pytanie.

Jawi_P napisał:

ZE nie ma obowiązku wierzyć nikomu na słowo.

Obowiązuje chyba zasada domniemania niewinności. To ZE powinien udowodnić, że klient wykonuje jakieś nielegalne działania.
Autor projektu poprosił o zgodę na zainstalowanie czujnika. Uznał więc, że decyduje o tym ZE. Zapewne dostanie odpowiedź odmowną. Taka jest najprostsza i nie wiąże się z żadną odpowiedzialnością. Chcą być formalistą powinien zrobić inaczej. Czyli zamontować sprzęt i i oficjalnie poinformować o tym ZE. W takim przypadku ZE będzie musiał podjąć już jakąś decyzję i ją uzasadnić.

[quote="R-MIK"][quote="Jawi_P"]

R-MIK napisał:

Jakie modele liczników mają RS485?

np orno:
https://www.orno.pl/5,liczniki-energii
sam posiadam ten:
https://www.orno.pl//5,liczniki-energii/t1791...ycia-energii-elektrycznej-80a-z-portem-rs-485

z 3fazowymi podobno są problemy w rs485, dlatego często montują trzy pojedyncze, zmiana portów i po sprawie.

to nie jest reklama

TvWidget napisał:

Obowiązuje chyba zasada domniemania niewinności. To ZE powinien udowodnić, że klient wykonuje jakieś nielegalne działania.

Ale to nie sąd. Na razie ZE może się zgodzić na coś albo nie, i profilaktycznie, jeśli nie jest związany przepisami by w pewnych okolicznościach zgodę wyrażać, to jej nie wyrazi. Proste.
Bo nie musi. Po co sobie brać kłopot na kark? I rozpatrywać setki wniosków, za które nie ma przychodu.

R-MIK napisał:

Komuna rządzi.

Zgadzam się, rządzi. Ale to wynik braku konkurencji na tym rynku. Umowy nie zerwiesz.
Więc, "no nie mam pańskiego płaszcza i co mi Pan zrobi?"
Przykre, ale takie są realia.

dktr napisał:

Ale za to zrobiłem sobie własny panel do podglądu i alarmów.

Wejdźcie w ten panel - imponujące.

http://meteo.lipowa.net/temperatury3.php

Trochę trwa, aż się wszystko załaduje.

Mam fototranzystor umieszczony na blaszce (nie dotyka licznika) i podłączony do S7-1200. Przy inkasencie mówię, że sterownik zlicza mrugnięcia bo jest mi to potrzebne.
Inkasent powiedział, że ludzie mają takie rzeczy. Mówił nawet,że smartfony kamerą do diody zwrócone, żeby rejestrować. ZE to nie przeszkadza.

TvWidget napisał:

Oczywiście, że ZE nie ma prawa zabierać niczego co nie jest jego własnością. Nie każdy klient jednak chce walczyć. Wielu bezkrytycznie wierzy w to co powie im pracownik ZE.
W większości przypadków czujniki montowane na diodzie LED są jednak ignorowane. Ja usłyszałem od inkasenta, że jeśli nie zakrywa on portu optycznego ani wyświetlacza to sprawa go nie interesuje.

Witam

Sprawdzam! Sugeruję aby każdy zainteresowany napisał do ZE że takie urządzenie planujecie założyć w pobliżu licznika i zobaczymy co (jeśli w ogóle) odpiszą.

Swoją drogą od Gazowni dostałem pozwolenie na dołożenie impulsatora do licznika. Trwało to 3 tygodnie prośbę ładnie umotywowałem dbałością o środowisko naturalne (hasło klucz!!) , podłączeniem do systemu inteligentnego domu, który zoptymalizuje mi zużycie gazu itp itd. Z racji że musi być ingerencja fizyczna w licznik, wyłamanie blaszki pod wskaźnikiem licznika, instalacja musi być "zgodnie z dokumentacją techniczno-ruchową nadajnika impulsów NI-3 Metrix Apator." a w samej instrukcji czytamy "Instalacji nadajnika impulsów na gazomierzach może dokonywać tylko upoważniona osoba." Koło się zamyka zgoda jest tylko nie ma komu tego zrobić. Grzecznie czekam na odzew na drugie pismo z prośba o wskazanie osoby upoważnionej.

SylwekK napisał:

Dla nich istotne aby nie było haczyka przed licznikiem i licznik (bez zewnętrznej ingerencji) z nienaruszoną plombą

Powiem tak w 3mieście na plombowanie licznika po remoncie czekałam 14 miesięcy. W tym czasie cztery pisma reklamacyjne bo sprawa zaginęła oczywiście z niewyjaśnionych przyczyn. Inkasenta nie interesowała plomba. Co ciekawe licznik po zerwaniu plomby jakby ZŁAPAŁ ZASIĘG.

Pozdrawim

Ciekawostka: dostałem dziś odpowiedź od ZE. ZE twierdzi, że mój licznik nie posiada interfejsu szeregowego, który mógłbym wykorzystać do odczytu danych (instrukcja, którą znalazłem w sieci twierdzi inaczej, ale ok). Nie mniej, nie mają nic przeciwko wykorzystaniu diody impulsowej do moich zabaw. Jedyne warunki jakie zostały postawione, to:
- sensor nie może zasłaniać wyświetlacza
- sensor nie może zasłaniać numeru seryjnego
- sensor nie może naruszać obudowy licznika

Nie zmienia to faktu, że i tak się chyba docelowo będę decydował na podlicznik.

Korzystam z odczytu licznika już od ponad roku. Na początku było to też ESP, teraz jest to AVR + NRF24L01. Fotorezystor mam umieszczony na zewnętrznych drzwiczkach, przyklejony na taśmę. Inkasent pytany przeze mnie czy nie będę miał z tego powodu problemu odpowiedział że jego to nie obchodzi. Jakiś czas od rozpoczęcia pomiarów zakład energetyczny wymienił mi licznik z elektronicznego na elektroniczny. Nie wiem czy to miało związek z moimi pomiarami ale czujnik zostawili tak jak był i żadnych problemów z tym związanych nie miałem.