En efecto es posible crear un contador de consumo de energía inteligente usando un mínimo hardware ( en nuestro caso un node MCU con un modulo PZEM y el software de Home Assistant (que en nuestro caso correra en una Raspberry Pi). Para ello vamos a utilizar una pequeño solución que es muy utilizado para hacer este tipo de mediciones por lo que vamos a integrar con un modulo PZEM004 ( del que hemos hablado en numerosas ocasiones en este blog ) y como controlador un chip para redes inalámbricas basado en el chip ESP8266 y luego haremos la integración mediante el software de Home Assistant.
Esta solución nos ofrecerá un medidor de corriente y de consumo muy útil ya que podemos medir no sólo el consumo general que tenemos de la red eléctrica, sino que también por ejemplo para poder medir la producción de fotovoltaica.
TASMOTA
Tasmota es un firmware de código abierto para dispositivos ESP desarrollado por Theo Arends (de los Países Bajos). También es el webmaster de un blog de tecnología con buenos tutoriales. Tasmota no está escrito en "lenguaje Arduino", sin embargo, no necesitará codificar con Tasmota. Se trata principalmente de cargar el código, apenas cambiando 1-2 líneas para una configuración personalizada. Su arduo trabajo le dará un sistema listo para producción para controlar los relés que está listo para IoT (es un tema aparte sobre cómo configurarlo) y se puede configurar desde un dispositivo móvil como cualquier "enchufe inteligente" comercial. Como hemos dicho, Tasmota es un firmware preescrito para placas ESP. Muchos de los lectores suelen usar ESP32 con Arduino IDE y pueden temer usar Tasmota. En esta guía, explicaremos qué herramientas necesitará para cargar el firmware de Tasmota.
Desde el repositorio de GitHub de Theo Arends ( https://github.com/arendst/Tasmota/tree/firmware/firmware/tasmota32 ) , obtendrá el archivo tasmota32.bin:
Necesita descargar ese archivo tasmota32.bin
Desde techiesms.com ha creado un repositorio con todos los archivos necesarios (incluido el archivo anterior tasmota32.bin) que necesitará cargar. Lo podemos encontrar también en el repositorio de GitHub (aún no se he editado ningún archivo) de AbhishekGhosh ( https://github.com/AbhishekGhosh/TASMOTA-on-ESP32 )
Necesitará la herramienta flasher oficial del sitio web de Espressif https://www.espressif.com/en/support/download/other-tools
Termite ayudará a agregar SSID y contraseña a la placa ESP: https://termite.software.informer.com/3.2/
Las anteriores son las herramientas que necesitaremos. Sin embargo, puedes usar Tasmotizer en su lugar: https://github.com/tasmota/tasmotizer
Inicie la herramienta intermitente de Espressif. Seleccione "Modo desarrollador". Luego haga clic en "Herramienta de descarga ESP32". Cuando se inicie el software flasher, deberá cargar:
BootLoader.bin Parttion_Table.bin SPIFFS.bin tasmota32.binSeleccione el puerto COM correcto, la tasa de baudios correcta y haga clic para comenzar. Una vez que se complete el flasheo, se detendrá y saldrá de la aplicación. Abra la herramienta Termitas. Seleccione el puerto COM correcto, la tasa de baudios correcta.
Ingrese estos comandos uno por uno:
SSID1 <name-of-hotspot># hit enter/command Password1 <password-here># hit enter/command ## do not use < >En el resultado, obtendrá la dirección IP local del dispositivo.
Puede abrir la dirección IP en un navegador y jugar con la configuración de GPIO (Configuración> Configurar módulo).
HOME ASSSITANT
Home Assistant es un software de código abierto que le permite monitorear dispositivos IoT en su hogar. Además, puede crear automatización fácilmente. Por ejemplo, cuando la temperatura es inferior a 21 grados, puede enviar una notificación a su dispositivo móvil. Además, puede hacer funcionar su calentador si tiene un calentador conectado.
En la mayoría de los casos, Home Assistant se instala en raspberry pi como se muestra en el documento oficial . Sin embargo, en este post explicará cómo instalar en su ordenador usando docker compose, lo cual hace la instalación muy sencilla.
Comencemos por crear el directorio myproject. En este directorio, cree un subdirectorio llamado config. Debería tener un árbol que se parezca a:
| myproject | -- docker-compose.yaml | -- config Ahora agregue el archivo docker-compose.yam a la carpeta myproject.
# docker-compose.yaml version: "3.5" services: homeassistant: container_name: home-assistant image: homeassistant/home-assistant:stable volumes: - ./config:/config environment: - TZ=Europe/Paris restart: always ports: - 8123:8123 network_mode: host Ejecute el asistente de inicio:
$ docker-compose up -d Asistente de configuración del hogar
Enhorabuena, su Home Assistant ya se está ejecutando. Necesita configurarlo de la siguiente manera:
- Vaya a http://localhost:8123
- Cree su cuenta usando un nombre de usuario y contraseña
- Agregue su ubicación si está interesado en ver datos meteorológicos
- Luego haga clic en finalizar
Debería aparecer una página de inicio.
Configuración del asistente doméstico
- Haga clic en
Configuration, en la parte inferior izquierda. - Ir
a Integrations - Haga clic en el
+botón en la parte inferior derecha. - Aparecerá un modal con la lista de dispositivos compatibles, haga clic en
esphome. - Agregue la dirección IP de su ESP32, deje el puerto en
6053. - Haga clic en finalizar.
Ahora tiene un ESPhome configurado correctamente.
Agregar datos a la página de inicio
Una vez que haya configurado un dispositivo ESPhome, ahora puede agregar los datos que proporciona a su página de inicio. Por ejemplo si su dispositivo está conectado al termómetro Xiaomi Mijia, el objetivo sería ver los datos de temperatura y humedad.
- Haga clic en
Configuration, en la parte inferior izquierda. - Ir a
Devices - Haga clic en su dispositivo
- En la parte inferior Entidades, haga clic en
Add to Lovelace.
Finalmente, regrese a la página de inicio y controle la temperatura de su sala de estar desde la página de inicio.
Acceso a la temperatura desde el exterior
Vigilar su casa cuando está adentro es importante, pero también lo es cuando está afuera.
Felicitaciones por instalar Home Assistant con éxito.
Configuración de contador de energia
El Pzem004 es un módulo de prueba de monitorización eléctrica que incluye un transformador de corriente que viene además ya calibrado. El módulo puede usarse para medir la energía, el voltaje y la corriente, y luego mostrarlo en un PC u otros terminales ofreciendo una precisión del 1%. Existe una versión con display que incluye un botón de restablecimiento que puede restablecer los datos de energía simplemente pulsándolo. Además, puede almacenar datos cuando se apaga, y almacenar los datos de energía acumulados antes de apagarse, por lo que es muy conveniente usarlo.
Gracias a que todas las versiones equipan un interfaz de comunicación de datos serie TTL, puede leer y configurar los parámetros relevantes a través del puerto serie que podemos capturar con un microcontrolador como por ejemplo un ESP32.
En efecto usando la Biblioteca Arduino para Peacefair en un ESP32 y un PZEM-004T-100A v3.0 podemos construir un Monitor de energía usando la interfaz ModBUS.
Antes de empezar debemos saber que la versión 3.0 PZEM es una versión mejorada de la anterior PZEM-004T (para la que puede encontrar la biblioteca aquí aunque las bibliotecas son incompatibles entre las dos versiones de hw).
Las principales características de este módulo son las siguientes;
- Mide voltaje, corriente, potencia, energía, factor de potencia y frecuencia (nuevo en la versión 3.0)
- 247 direcciones esclavas programables únicas
- Contador de energía interna hasta 9999.99kWh
- Alarma de sobrealimentación
- Puesta a cero del contador de energía
- Suma de comprobación CRC16
- Mejor, pero no perfecto aislamiento de red
Especificaciones del fabricante
* Uso del transformador de corriente externo en lugar del derivador incorporado
Este módulo es una versión mejorada del PZEM-004T con funciones de medición de frecuencia y factor de potencia, disponible en los lugares habituales. Se comunica mediante una interfaz TTL a través de un protocolo de comunicación similar a Modbus-RTU, pero es incompatible con la biblioteca @olehs anterior que se encuentra aquí: https://github.com/olehs/PZEM004T .
Compatibilidad con Arduino
A continuación mostramos la compatibilidad con diferentes microcontroladores:
Comunicación en serie
Este módulo está equipado con una interfaz de comunicación de datos en serie TTL, puede leer y configurar los parámetros relevantes a través del puerto en serie; pero si desea comunicarse con un dispositivo que use USB o RS232 (como un ordenador), debe estar equipado con un adaptador TTL diferente (la comunicación USB debe estar equipada con una placa adaptadora de conexiones TTL a USB y la comunicación RS232 debe estar equipada con un adaptador TTL a niveles RS232)
En la siguiente tabla se encuentran los protocolos de comunicación de este módulo:
Veamos ahora un ejemplo de protocolo de comunicación:
1-Configure la dirección de comunicación: 192.168.1.1 (el usuario puede configurar su propia dirección en función de sus preferencias y necesidades).
Enviar comando: B4 C0 A8 01 01 00 1E ->Datos de respuesta: A4 00 00 00 00 00 A4 .Nota: El envío de comandos y la respuesta automática de datos son como se muestra arriba, los datos se expresan en hexadecimal; el último byte de los datos de envío y respuesta son 1E y A4, pertenecen a la suma acumulativa. En el envío de comandos: B4 + C0 + A8 + 01 + 01 + 00 = 21E (utilice la suma hexadecimal), los datos de suma acumulada son 21E, tome los dos últimos bytes 1E para utilizar los datos de suma acumulada en el envío de comandos; datos en respuesta: A4 + 00 + 00 + 00 + 00 + 00 = A4 (use la suma hexadecimal), la suma acumulada de datos es A4, que es la suma acumulada de datos en respuesta.
2-Configure el umbral de alarma de potencia: 20 KW
Comando de envío: B5 C0 A8 01 01 14 33->Datos de respuesta: A5 00 00 00 00 00 A5
Nota : 14 en el comando de envío es el valor de la alarma (14 es una representación de datos hexadecimales, que se convirtió a decimal es 20). Lo que debe tener en cuenta es que el valor de alarma de potencia de este módulo se basa en unidades KW, lo que significa que el valor mínimo de alarma es 1 KW, el valor máximo es 22 KW.
3-Leer el voltaje actual
Enviar comando: B0 C0 A8 01 01 00 1A->Datos de respuesta: A0 00 E6 02 00 00 88
Nota : Los datos de voltaje de respuesta son D1D2D3 = 00 E6 02, 00 E6 representa el bit entero del voltaje, 02 representa el decimal del voltaje, el decimal es un dígito, convierte 00 E6 en decimal es 230; convierte 02 a decimal es 2, por lo que el valor de voltaje actual es 230.2V.
Enviar comando: B1 C0 A8 01 01 00 1B->Datos de respuesta: A1 00 11 20 00 00 D2
Nota : Los datos actuales de respuesta son D2D3 = 11 20, 11 representan el bit entero de la corriente, 20 representan el decimal del actual, el decimal actual es de dos dígitos, convierte 11 en decimal es 17; convierte 20 a decimal es 32, por lo que el valor actual actual es 17,32 A.
Enviar comando:: B2 C0 A8 01 01 00 1C->Datos de respuesta: A2 08 98 00 00 00 42
Nota : Los datos de energía de respuesta son D1D2 = 08 98, convierte 08 98 a decimal es 2200, por lo que el valor de voltaje actual es 2200W .
Enviar comando:B3 C0 A8 01 01 00 1D->Datos de respuesta: A3 01 86 9F 00 00 C9
Nota : los datos de energía de respuesta son D1D2D3 = 01 86 9F, convierte 01 86 9F a decimal es 99999, por lo que la energía acumulada es 99999Wh .
Circuito Básico con ejemplo de código
Gracias a la biblioteca PZEM-004T v3.0 para el monitor de energía Peacefair PZEM-004T-10A y PZEM-004T-100A v3.0 utilizando la interfaz ModBUS y una placa ESP32, podemos monitorizar el consumo eléctrico junto a otras variables eléctricas como la tensión , la frecuencia , el factor de potencia, etc.
Es interesante destacar que debemos usar la ultima versión del modulo, pues la versión 3.0 PZEM es una versión mejorada del antiguo PZEM-004T
Respecto a las conexiones eléctricas debemos tener especialmente cuidado en el conexionado de las clemas de BT , las cuales viene claramente especificadas en la hoja de característica del modulo PZEM que usemos, pues una parte es para la medida del voltaje ( la medición se hace en paralelo ) y la parte contigua es la parte de la medida de la Intensidad (la medida se toma en serie en versiones de menos intensidad máxima admisible, pero para la versión de 100A se suele tomar con una bobina toroidal o con un pinza amperimétrica)
¡Asegúrese de que el dispositivo esté conectado a la alimentación de CA! Los 5V solo alimentan los optoacopladores, no el chip real. Además, tenga cuidado, ¡la corriente alterna es peligrosa! ¡Si no sabe lo que estás haciendo, puede morir ! Es usted responsable de su propia estupidez. Así que no sea estúpido
Peor tanto ,debemos extremar el cuidado especialmente en estas conexiones (las que van con tornillo).
Esta versión PZEM tiene una UART Serial que funciona a 5V, por lo que se debe realizar una simple modificación soldando una resistencia de 1K a 1/4W para permitir que la comunicación funcione a 3.3v en los casos de placas como Raspberry Pi, ESP32 y esp8266, con esta modificación la UART funcionará a 5v o 3.3v.
Nota: Esta es la manera más sencilla y económica si no tienen al alcance un convertidor TTL de 5 a 3.3v, pero no se garantiza que funcione en todos los casos y con todos los medidores (en el prototipo probado funciona sin problemas).
Respecto a las conexiones del PZEM004 con una placa ESP32 , estas son las siguientes:
- TX ->GPIO17 (pin 7)
- RX ->GPIO16 (pin 6) (podemos conectar una resistencia de 1K entre este y GND ).
- GND->GND DE SP32 (pin 2)
- VCC->3.3 DE ESP32 (pin 1)
Vamos a seguir un esquema bastante sencillo que puede ser adaptado a distintas necesidades y montajes. Por ahora, y para realizar las pruebas podemos usar el siguiente simple esquema:
Por el interior del anillo tendremos que pasar el cable de Fase (Negro) sobre el que queramos realizar las mediciones, pudiendo ser el mismo, o no, que el que hemos usado para dar corriente al circuito.
Nota: Algunos módulos ESP permiten la salida de corriente 5V por el pin, otros no. Si vas a alimentar el módulo ESP con un cable USB y desde sus pines 5V/VCC y GND alimentar el módulo PZEM-004T comprueba que estos pines ofrezcan la corriente deseada.
Dado que realmente el módulo ESP funciona a 3,3V y si se desea alimentar el módulo PZEM-004T con este voltaje, se recomienda colocar una resistencia de 1K entre 5V y RX del propio PZEM-004T. La Web de Tasmota tiene mucha información al respecto.
Para ciertamente este montaje no conlleve ningún peligro debemos aislar ambas placas (por ejemplo en una caja de conexiones) para asegurarnos de que no recibimos ninguna descarga eléctrica fortuita tal y como podemos ver en el prototipo de abajo donde se usa un Arduino uno en lugar de un ESp32.
Compatibilidad
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
- Mide voltaje, corriente, potencia, energía, factor de potencia y frecuencia (nuevo en la versión 3.0)
- 247 direcciones esclavas programables únicas
- Contador de energía interno hasta 9999,99kWh
OTRAS CARACTERÍSTICAS
- Alarma de sobrecarga
- Reinicio del contador de energía
- Suma de comprobación CRC16
- Aislamiento de red mejor, pero no perfecto
En la configuración que vamos a ver a continuación, usaremos un ESP8266 en el lugar del ESP32, pero los pasos de configuración del menú de Tasmota es idéntico y por supuesto con el Home Assistant.
En el esquema se usan los puertos 5 y 6 eso son s d5 y d6 conectados al modulo PZEM con sus respectivas masas . Entonces necesitamos luego suministrar 5 voltios para alimentar el nodemcu ( sirve por ejemplo un cargador de móvil que no usemos con salida micro-usb) y es tan simple como eso.
Una vez configurado el MQTT y tengamos arrancado el Home Assitanta , ahora puede agregar los datos que proporciona a su página de inicio.
- Haga clic en
Configuration, en la parte inferior izquierda. - Ir a
Devices - Haga clic en su dispositivo
- En la parte inferior Entidades, haga clic en
Add to Lovelace.
Finalmente, regrese a la página de inicio y debería ver las medidas eléctricas que nos envia el PZEM desde el nodeMCU
En el siguiente video podemos ver todo el proceso completo: