自制低成本的基于ESP8266的mini电能电量监控模块

huguan

纯纯粹粹吃

Awe7

MP150功率能改大点吗，整好正常加三极管和继电器后就带不起来了，拆掉就能正常

depboy

Awe7 发表于 2022-10-2 19:56
MP150功率能改大点吗，整好正常加三极管和继电器后就带不起来了，拆掉就能正常 ...

看数据手册最大输出电流是5V200ma，带个继电器和8266应该没问题吧，是不是输出电感选小了

Awe7

depboy 发表于 2022-10-5 19:58
看数据手册最大输出电流是5V200ma，带个继电器和8266应该没问题吧，是不是输出电感选小了 ...

按你的电感搞的，试试大电感？

隔壁的王叔叔

真牛x，有技术，有能力。佩服，搞几个成品卖啊

tigerzq

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发表于 2022-2-9 11:43:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励
本帖最后由 depboy 于 2022-2-13 14:49 编辑


【低成本-基于ESP8266的mini电能电量监控模块】


----------------Warning----------------
此模块供电为非隔离供电！！！想要制作的小伙伴们需要注意安全！！！
没有接触过强电经验的小伙伴请慎重考虑！！！

自从接触HA以来老早就想把家里大大小小的插座都给监控上了，这样可以清楚的知道家里什么地方什么时候消耗了多少电能。
不过一来市面上带有功率监测的插座成品都太贵了，二来家里的插座基本都装好了，没有必要再去更换。
想要购买模块来改造，电源模块加wifi模块加电能模块的体积简直和一个插座相当了，想着如果能在现有的插座内集成一个电能模块就好了。

入户电能监测已经使用培正模块加8266接入了hass，剩下的就是家里的插座了。
首先要植入插座，体积必须足够的小，esp01自然不能用了，供电，电能取样自然也要集成。
那就只能自己画板子了，不过现在打样这么方便，省了不少。（嘉立创YYDS）

------器件选型------
要画自己的板子，器件当然要先选好啦。
通讯
无线通讯自然是要选择编程烧录都很方便的ESP8266，不过这次不选择模块，选择芯片集成方式。
马云家2元一片就可以。

供电
迷你版供电自然要尽可能缩小，隔离式电源因为有个变压器就放弃，因为是在插座内部，即使是非隔离电源也不会有什么问题。
所以选定了非隔离式电源，方案用比较成熟的MP150非隔离供电。马云家3元左右一片。


电能计量
这个也比较好找，我自己使用esphome平台作为编程，在esphome官网上就有支持的芯片介绍，我选择了HLW8032作为计量芯片。
马云家约3元1片（其实之前才1块多的，后面涨价了。-_-||）



其实还有其他零散的器件买这些的时候都一并购买了。


------原理图------
器件选择好了接下来就是画图了，既然要放到插座里面体积不能太大，板子就定6cmx3cm大小。
原理图先画好
供电部分

直接照抄了官方的电路，加1117-3.3V稳压输出给8266。
通信部分

这里踩了不少坑，之前没画过这种类型的电路，对天线部分不太熟悉，打样回来不是信号不好就是连不上热点。
前后修改了几次才比较完美。
电能采集部分

同样也是照抄了官方的电路，不过用了两套方案，康铜丝检流和互感器检流都可以，应对不同场景。
这是最后一版的图，兼容hlw8012和hlw8032两种芯片
（这里也有坑，后面说）

------电路板------
接下来就是画板了，首先强电和弱电部分肯定是要分开啦，左右布局就可以，左边放8266右边放供电和采集
龙飞凤舞画完后就是这样~

左面是8266通讯，右上面是供电，右下面是采样，自认为布局还阔以。
3D模拟是这样~

（没错那个电容我XY翻转了一下，忽略掉它吧）
这里也有坑，一开始我输出的电感选小了，带不动8266，发热厉害，查了资料才知道原来是电感问题，后面才加大了

------打样焊接------
这个就略过吧，前前后后设计了几个版本，最后的一个版本比较稳定。

因为是小体积，器件也用了比较小的封装，焊接基本是用风枪加锡膏。


------程序烧录------
使用8266可以使用hass自带的esphome编程和烧录，首次烧录需要串口链接电脑，烧录完成后期就可以直接使用OTA升级了，超方便！！！（破音）



HLW8032集成在esphome里面没有，不过可以使用CSE7761集成替代，底层通讯应该是一样的：
https://www.esphome.io/components/sensor/cse7761.html
HLW8012集成有，直接使用现成的例程就可以了：
https://www.esphome.io/components/sensor/hlw8012.html
两者使用前都需要标定，这样数据才比较准确（没办法这就是不使用模块的代价）

在板子上，如果使用HLW8032，则HLW8032TX口对应8266的GPIO4，所以编程时需要定义RX为4，波特率为4800，串口缓冲区为24字节。
uart:
  rx_pin: 4
  baud_rate: 4800
  rx_buffer_size: 24
  id: rx8032
复制代码

如果使用HLW8012，则需要定义SEL脚为GPIO13,CF脚为GPIO4，CF1脚为GPIO12
  - platform: hlw8012
    sel_pin: 13
    cf_pin: 4
    cf1_pin: 12
复制代码

下面是我自己HLW8012的程序：
sensor:
  - platform: hlw8012
    sel_pin: 13
    cf_pin: 4
    cf1_pin: 12
    current:
      name: "HLW8012-1 Current"
    voltage:
      name: "HLW8012-1 Voltage"
    power:
      id: pwr_sensor
      name: "HLW8012-1 Power"
    voltage_divider: 2074.6
    current_resistor: 0.001
    update_interval: 1s
   
  - platform: total_daily_energy
    name: "HLW8012-1 Energy"
    power_id: pwr_sensor
   
time:
  - platform: sntp
    id: my_time
复制代码


下面是HLW8032的程序：
uart:
  rx_pin: 4
  baud_rate: 4800
  rx_buffer_size: 24
  id: rx8032

sensor:
  - platform: total_daily_energy
    name: "HLW8032 Daily Energy"
    power_id: my_power
   
  - platform: cse7766
    uart_id: rx8032
    current:
      name: "HLW8032 Current"
      accuracy_decimals: 3
    voltage:
      name: "HLW8032 Voltage"
      accuracy_decimals: 2
      filters:
        # Map from sensor -> measured value
        - calibrate_linear:
            - 0.0 -> 0.0
            - 500.0 -> 1085.0
    power:
      name: "HLW8032 Power"
      accuracy_decimals: 2
      filters:      
              # Map from sensor -> measured value
        - calibrate_linear:
            - 0.0 -> 0.0
            - 5000.0 -> 10968.0
      id: my_power
    update_interval: 2s

time:
  - platform: sntp
    id: my_time
复制代码
能够读取电压，电流，功率，每日用电数。

------接入HASS------
一般来说烧录完成重启后在HASS通知内会直接提示发现新设备，添加后就可以在集成里面看到添加的模块了。

把目前接入的插座都汇聚到一个面板上就是这样：

没错只有四个，有两个是这个模块配上培正模块，放在入户电箱里面，有两个实装了。
其实还可以拓展显示模块，加个TM1637就可以实时显示用电功率了


我处方的插座上就加了个显示模块，直接透过面板显示，效果还不错，没有功率时可以息屏。


内部是这样的，使用互感器检测电流

------后记------
这个模块从有想法到最后完成经历了好几个月，一是工作太忙了，二是懒（不是，最后完成了还是有那么点成就感的。
不过毕竟是自制的东西，有几点缺点还是要说说的。
第一是由于使用的是非隔离的供电，在使用和调试的时候都要加倍小心，一旦接入220V市电，整个板子都会带电！！此时千万不能用手摸板子的任何部位，也不能使用电缆连接电脑调试！！
第二在使用过程中发现使用HLW8032的模块会随机性的重启，表现为死机，然后看门狗重置，这个可能是esphome没有优化好的原因，使用8012就没问题。
第三是模块的测量精度与最大功率有关系，板载的康铜丝实测最大可用功率为1300W左右，超过了这个功率显示的就不准确了，可能是超过芯片的差分输入量程了。

这是我第一次自己做智能家居，有什么问题大家可以互相交流，我看到了也会回复的

最后祝大家新春快乐！！

wison

这东西能搞个3d打印的外壳吗

kffnqtd

这个可以有，准备抄作业。想问问大佬，如果要增加功率的统计，要改动哪里？我是一个新手，想把这个接入到家里的集成灶，有3500W，还是一个风管机空调，功率也比较高。

depboy

kffnqtd 发表于 2022-10-11 12:57
这个可以有，准备抄作业。想问问大佬，如果要增加功率的统计，要改动哪里？我是一个新手，想把这个接入到家 ...

增加功率的统计是什么意思，是计算每天的耗电量吗？这个esphome有自带的统计，可以直接计算每天的耗电量，0时自动清零。另外挂两天应该会发另一篇新的模块帖子，比这个更好些，可以关注下

depboy

wison 发表于 2022-10-11 11:13
这东西能搞个3d打印的外壳吗

不会建模，我是直接用热缩管套起来的