家庭智能电表方案esp8266

bugensui · 发表于 2023-11-4 14:31:41

本帖最后由 bugensui 于 2023-11-8 17:32 编辑

一直想把家里的电力数据做数字化部署，并且接入到ha里，可以方便查看，观望了小半年，终于在10月底动手了，我把步骤分享出来，供大家参考，如果有错误，希望家友指正下，非常感谢！

免责声明：涉及到强电箱接线，一定要请专业的电工师傅操作！涉及到强电箱接线，一定要请专业的电工师傅操作！涉及到强电箱接线，一定要请专业的电工师傅操作！（重要的事情做3遍）

改造最终效果（见末尾图片，见图一、图二）：

备注：我是10月下旬改造的，现在是11月，所以上月的电量和电费数据，以及今年的电量是不准的，上月的电量（比如缺少21天的电量）和今年的电量（比如缺少9个月+21天电量），我是通过国家电网查询到完整数据，计算后，追加到相关传感器里的，这个后面会讲。ui界面用了一个fold-entity-row的卡片，可以实现折叠功能，显示核心数据，隐藏非重要数据，如果有需要就点开，代码如下。

type: entities
title: 家庭电表
entities:
  - entity: sensor.jin_ri_dian_liang
  - entity: sensor.zuo_ri_dian_liang
  - entity: sensor.ben_yue_dian_liang
  - entity: sensor.jin_nian_dian_liang
  - entity: sensor.jin_ri_dian_fei
  - entity: sensor.zuo_ri_dian_fei
  - entity: sensor.ben_yue_dian_fei
  - entity: sensor.esp_current
  - entity: sensor.esp_power
  - type: custom:fold-entity-row
    head:
      type: section
      label: 更多数据
    open: false
    padding: 0
    entities:
      - entity: sensor.esp_voltage
      - entity: sensor.esp_power_factor
      - entity: sensor.shang_yue_dian_liang
      - entity: sensor.shang_yue_dian_fei
      - entity: sensor.qu_nian_dian_liang
      - entity: sensor.dang_qian_jie_ti_qing_kuang
state_color: false
show_header_toggle: true

关于设备：
智能电表我是在海鲜市场买的，卖家也是论坛里的，设备的型号应该是：PZEM-004T，是培正的电表模块，采用开合式电流互感器，这种比较方便安装，直接把互感器套在入户进火线上，然后给设备接零火供电，接线有要求的，具体你们自己可以问卖家，设备刷的是esphome，可以很方便的接入ha，断网可用，长期稳定。我买的是成品，设备是卖家焊接好，刷好固件，我只是负责给设备接好线，给设备配好网，这样就可以直接在ha里发现了。

esphome ota升级代码
代码里有个button按钮，会生成1个清空总电量的按钮，按下后，总电量就清空了，可以做为调试用，前几天可以观察下数据，比如跟国家电网每天的数据差异大不大，后期方便找规律要来修正电表，电表都有误差，我现在每天误差0.1度。

  name: esp_meter
  friendly_name: esp_meter

esp8266:
  board: esp01_1m

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:
  encryption:
    key: "D2*************"

ota:
  password: "123456***"

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

  # Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
  ap:
    ssid: "Esp_meter"
    password: ""

captive_portal:

web_server:
  port: 80

uart:
  rx_pin: GPIO03
  tx_pin: GPIO01
  baud_rate: 9600
  id: mod_uart 

modbus:
  send_wait_time: 50ms
  uart_id: mod_uart
  id: mod_bus

button:
  - platform: template
    name: "kWh reset"
    on_press:
      then:
        - delay: 5s
        - pzemac.reset_energy: pzemac_1

sensor:
  - platform: uptime
    id: uptime_s
    update_interval: 5s 
  - platform: pzemac
    id: pzemac_1
    energy:
      name: "Energy"
      filters:
        - multiply: 0.001
      unit_of_measurement: kWh
      device_class: "energy"
      state_class: "total_increasing"
      accuracy_decimals: 3
    voltage:
      name: "Voltage"
    current:
      name: "Current"
    power:
      name: "Power"
    power_factor:
      name: "power_factor"
    frequency:
      name: "Frequency"
    address: 1
    modbus_id: mod_bus
    update_interval: 5s


  - platform: wifi_signal # Reports the WiFi signal strength/RSSI in dB
    name: "WiFi Signal dB"
    id: wifi_signal_db
    update_interval: 60s
    entity_category: "diagnostic"

  - platform: copy # Reports the WiFi signal strength in %
    source_id: wifi_signal_db
    name: "WiFi Signal"
    filters:
      - lambda: return min(max(2 * (x + 100.0), 0.0), 100.0);
    unit_of_measurement: "Signal %"
    entity_category: "diagnostic"


text_sensor:
  - platform: version
    name: version
  - platform: wifi_info
    ip_address:
      name: "esp_meter ip"
    ssid:
      name: ssid
  - platform: template
    name: "Uptime"
    lambda: |-
      int seconds = (id(uptime_s).state);
      int days = seconds / (24 * 3600);
      seconds = seconds % (24 * 3600); 
      int hours = seconds / 3600;
      seconds = seconds % 3600;
      int minutes = seconds /  60;
      seconds = seconds % 60;
      return { (String(days) +"d " + String(hours) +"h " + String(minutes) +"m "+ String(seconds) +"s").c_str() };
    icon: mdi:clock-start
    update_interval: 5s 
    
binary_sensor:   
  - platform: status
    name: "esp_meter Status"

接入ha（见图3）

电表配网后，ha会自动发现该设备，设备里会有这几个传感器，（总电量、电流、电压、功率、功率因素、开启时长、频率），其他的传感器是没有的（如：本月电量、今日电量等），需要我们自己配置，设备只会递增式的呈现总电量，截取昨日，今日，本月，上月等这些，需要辅助元素，对我们最重要的，就是这个总电量实体。

分隔电量（呈现今日电量，昨日电量、本月电量、上月电量、今年电量、去年电量等）
这个需要借助（创建辅助元素-仪表统计），举例：今日电量，填入如下信息，名称：今日电量、输入传感器：选择总电量实体，计量复位时间：每日。其他的不填默认就好，记住定期重置要选中，另外本月电量和今年电量也是按照这种方法，复位时间选每月、每年。按照此方法，就可以生成3个实体，今日电量、本月电量、今年电量，并且这3个实体会出现在电表的传感器列表实体里。

刚刚获得的今日、本月、今年电量实体属性里，有个last_period值，代表着上一期的值，即昨天、上月、去年电量，我们用辅助元素就可以直接创建这3个实体。（创建辅助元素-Template—Template sensor），举例创建昨日电量，name：昨日电量，State template填模板数据{{ state_attr('sensor.jin_ri_dian_liang','last_period')}}，Unit of measurement填kWh，Device class填Energy，State class填Total increasing，然后提交就行了，其中sensor.jin_ri_dian_liang是代表刚刚上面创建的今日电量实体名称，其他2个上月和今年也是用这个方法，这样就得到了昨天电量，上月电量，去年电量。
追加数据（主要是今年电量和本月电量）
比如我是10月22日开始接入电表的，这样本月电量就缺少了21天，今年电量就缺少了9个月+21天，我们自己去国家电网，把这部分数据算出来+加上当前电表的电量，比如本月国家电网上，21天的总电量是100度，今天电表走了3度，那本月电量就是103度，我们需要把103追加到辅助元素创建的实体（本月电量里），需要用到（开发者工具-服务-仪表统计: 校准），目标选中：本月电量实体，下面的值填103。今年电量的修正，也是这样。

当前阶梯
这个是我用辅助元素里创建的(今年电量)实体的数字做判断的,判断现在处于第几阶梯电量,每个地方可能阶梯不一样,大家根据自己的实际情况修改。用（创建辅助元素-Template—Template sensor）创建1个当前阶梯的实体，平时也可以知道处于第几电价，后面的计算，也会用到这个值，代码如下。

{% if states("sensor.jin_nian_dian_liang") | float <= 2760 %}
           1  
           {% elif states("sensor.jin_nian_dian_liang") | float >2760  and states("sensor.jin_nian_dian_liang") | float <= 4800 %}
           2   
           {% elif states("sensor.jin_nian_dian_liang") | float > 4800 %}
           3
           {% endif %}

实时电价
根据上面创建的当前阶梯，结合时间，可以创建1个实时电价的的实体，可以后期接入能源面板显示电费和后面计算使用，其中sensor.dang_qian_jie_ti_2是上面创建的当前阶梯的实体名称，创建实时电价的步骤，用（创建辅助元素-Template—Template sensor）创建1个实时电价的实体，模板代码如下，单位填CNY/kWh，这样就创建了1个实时电价的传感器实体。注意写准确；阶梯1，阶梯2，阶梯3分别对应的峰电和谷电单价。

{% if now().strftime("%H")| int >= 8 and now().strftime("%H")|int < 22 and states("sensor.dang_qian_jie_ti_2")=="1" %}
0.568
          {%elif now().strftime("%H")| int >= 8 and now().strftime("%H")|int < 22  and states("sensor.dang_qian_jie_ti_2")=="2" %}
0.618
          {%elif now().strftime("%H")| int >= 8 and now().strftime("%H")|int < 22  and states("sensor.dang_qian_jie_ti_2")=="3" %}
0.868
          {% elif states("sensor.dang_qian_jie_ti_2")=="1"%}
0.288
          {% elif states("sensor.dang_qian_jie_ti_2")=="2" %}
0.338
          {% elif states("sensor.dang_qian_jie_ti_2")=="3" %}
0.588
          {% endif %}

接入能源（见图4）：

消耗电能：选择总电量实体。选择实时电价实体：在下拉框里选择上面创建的实时电价实体，保存，数据会延后显示，可能会延后2个小时，这样就会实时计算电费了。

注意：有的时候，接入的电表不能在能源面板里找到这个总电量实体，可能是总电量实体的某些参数不符合ha规范，我的就不行，后面找了个简单的办法，用辅助元素转换下就行，（创建辅助元素-Template—Template sensor）名称：智能电表总电量，模板函数填：{{ states('总电量实体名')}}，单位：kWh，设备类别：Energy，状态类别：Total increasing，提交保存。这样就复刻了1个标准规范的总电量的替身，用这个新实体，就可以接入能源了。

计算电费：
其实电费计算，还是比较复杂的，并不简单，有6种可能性，阶梯1峰电*对应电价，阶梯1谷电*对应电价，阶梯2峰电*对应电价，阶梯2谷电*对应电价，阶梯3峰电*对应电价，阶梯3谷电*对应电价，要想算的准确，就必须把这些属性，全部暴露出来，计算，才能用模板工具，创建传感器实体，这样才能在ha的前端ui卡片上显示。不然只能在能源面板里看，接下来，我们需要暴露（阶梯1峰电量、阶梯1谷电量、阶梯2峰电量、阶梯2谷电量、阶梯3峰电量、阶梯3谷电量），并且是需要，按天，月，年，甚至周，季度，规律性生成数据，这个需要用到ha的仪表统计代码和自动化代码，这个后面讲，获得对应数据后，就可以计算出电费。

电费计算思路：比如计算今日电费，今日电费=(今日阶梯1峰电量*阶梯1峰电价)+(今日阶梯1谷电量*阶梯1谷电价)+(今日阶梯2峰电量*阶梯2峰电价)+(今日阶梯2谷电量*阶梯2谷电价)+(今日阶梯3峰电量*阶梯3峰电价)+(今日阶梯3谷电量*阶梯3谷电价)。本月电费和今年电费也是用这个思路，另外昨日电费，上月电费，去年电费，在（今日、本月、去年电量）的实体属性里提取last_period值，last_period代表上一期的值，就可以生成（昨日，上月，去年的电费），用模板创建传感器实体即可。

分隔电量（阶梯1峰电量、阶梯1谷电量、阶梯2峰电量、阶梯2谷电量、阶梯3峰电量、阶梯3谷电量，按天，月，年）
configuration.yaml加入以下代码，source:填总电量实体，tariffs对应的会按照今日、本月、今年，分别会生成6个实体属性（阶梯1峰电量、阶梯1谷电量、阶梯2峰电量、阶梯2谷电量、阶梯3峰电量、阶梯3谷电量），这样ha就可以按照规则统计细分电量。

# #统计每日、月、年用电量。
utility_meter:
  daily_use:
    source: sensor.esp_energy
    cycle: daily
    name: 日用电
    unique_id: daily_use
    tariffs: 
      - peak
      - offpeak
      - peak2
      - offpeak2
      - peak3
      - offpeak3
  monthly_use:
    source: sensor.esp_energy
    cycle: monthly
    name: 月用电
    unique_id: monthly_use
    tariffs:
      - peak
      - offpeak
      - peak2
      - offpeak2
      - peak3
      - offpeak3
  yearly_use:
    source: sensor.esp_energy
    cycle: yearly
    name: 年用电
    unique_id: yearly_use
    tariffs:
      - peak
      - offpeak 
      - peak2
      - offpeak2
      - peak3
      - offpeak3
# #统计每日、月、年用电量。

自动化生成各阶梯的峰电量和谷电量
需要3个自动化，我不知道怎么把3个自动化合成1个，就用3个自动化了。代码如下；自动化的意思是，到8点，到22点，到阶梯2，阶梯3后，相关的操作，为日用的，月用电，年用电写入对应的数据，代码里会用到前面创建的当前阶梯实体，和日用电，月用电，年用电选择器。

alias: 峰谷1
description: ""
trigger:
  - platform: time
    at: "08:00:00"
condition: []
action:
  - choose:
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "2"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: peak2
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "3"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: peak3
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
    default:
      - service: select.select_option
        data:
          option: peak
        target:
          entity_id:
            - select.daily_use
            - select.monthly_use
            - select.yearly_use
mode: single

alias: 峰谷2
description: ""
trigger:
  - platform: time
    at: "22:00:00"
condition: []
action:
  - choose:
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "2"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: offpeak2
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "3"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: offpeak3
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
    default:
      - service: select.select_option
        data:
          option: offpeak
        target:
          entity_id:
            - select.daily_use
            - select.monthly_use
            - select.yearly_use
mode: single

alias: 峰谷
description: ""
trigger:
  - platform: state
    entity_id:
      - sensor.dang_qian_jie_ti_2
    from: "1"
    to: "2"
  - platform: state
    entity_id:
      - sensor.dang_qian_jie_ti_2
    from: "2"
    to: "3"
condition: []
action:
  - choose:
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "2"
          - condition: time
            after: "08:00:00"
            before: "22:00:00"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: peak2
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "3"
          - condition: time
            after: "08:00:00"
            before: "22:00:00"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: peak3
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "2"
          - condition: time
            after: "22:00:00"
            before: "08:00:00"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: offpeak2
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
      - conditions:
          - condition: state
            entity_id: sensor.dang_qian_jie_ti_2
            state: "3"
          - condition: time
            after: "22:00:00"
            before: "08:00:00"
        sequence:
          - service: select.select_option
            data:
              option: offpeak3
            target:
              entity_id:
                - select.daily_use
                - select.monthly_use
                - select.yearly_use
mode: single

计算今日电费/本月电费/今年电费
这里仅举例今日电费计算，这样需要用到辅助元素，创建传感器，（创建辅助元素-Template—Template sensor）名称：今日电费，模板函数代码如下，单位填;RMB,其他留空，按照这个方法，就可以得到今日电费、本月电费、今年电费。

注意：部分数据可能要在经历1个周期后，才能正常，比如月用电细分数据（月用电阶梯1峰电、谷电电量，月用电阶梯2峰电、谷电电量，月用电阶梯3峰电、谷电电量）、年用电细分数据，这里指的是细分数据，不是月总量和年总量，总量不受影响

{% if is_number(states('sensor.daily_use_peak')) and is_number(states('sensor.daily_use_offpeak')) and is_number(states('sensor.daily_use_peak2')) and is_number(states('sensor.daily_use_offpeak2')) and is_number(states('sensor.daily_use_peak3')) and is_number(states('sensor.daily_use_offpeak3'))%}
     {{((states("sensor.daily_use_peak") | float *0.568)+(states("sensor.daily_use_offpeak") | float * 0.288)+(states("sensor.daily_use_peak2") | float * 0.618)+(states("sensor.daily_use_offpeak2") | float * 0.338)+(states("sensor.daily_use_peak3") | float * 0.868)+(states("sensor.daily_use_offpeak3") | float * 0.588))| round(3)}}
        {% else %}
          None
        {% endif %}

计算昨日电费/上月电费/去年电费
前面创建的日用的，月用电、年月电的实体属性里有个last_period值，last_period代表上一期的值，通过这个，就可以计算出昨日电费、上月电费、去年电费等，举例昨日电费、（创建辅助元素-Template—Template sensor）名称：昨日电费，模板函数代码如下，单位填RMB。

{% if is_number(state_attr('sensor.daily_use_peak','last_period')) and is_number(state_attr('sensor.daily_use_offpeak','last_period')) and is_number(state_attr('sensor.daily_use_peak2','last_period')) and is_number(state_attr('sensor.daily_use_offpeak2','last_period')) and is_number(state_attr('sensor.daily_use_peak3','last_period')) and is_number(state_attr('sensor.daily_use_offpeak3','last_period'))%}
    {{((state_attr('sensor.daily_use_peak','last_period') | float * 0.568)+(state_attr('sensor.daily_use_offpeak','last_period')| float * 0.288)+(state_attr('sensor.daily_use_peak2','last_period') | float * 0.618+(state_attr('sensor.daily_use_offpeak2','last_period') | float *0.338)+(state_attr('sensor.daily_use_peak3','last_period') | float * 0.868)+(state_attr('sensor.daily_use_offpeak3','last_period')| float * 0.588))| round(3)}}
        {% else %}
          None
        {% endif %}

电表校准：
任何电表都是有误差的，也是很正常的，我刚接入的时候，每天误差0.5度，月电量就会误差15度，年电量可能就会误差近200度，我考虑也好久，也没有想到完美解决方案，后来我想到了1个比较笨的方案，把误差控制在了0.1度1天左右，我还在观望中，不知道能不能长久，现在把方法分享出来。esp固件代码里，暴露总电量的部分，multiply: 0.001，kWh是千瓦时,1度差不多是1000w，所以才乘以0.001，所以我简单的吧multiply: 0.001改成了multiply: 0.00116，观察了几天，发现跟国家电网的误差基本上可以忽略不计了，这个方法肯定也不完美。

    energy:
      name: "Energy"
      filters:
        - multiply: 0.001
      unit_of_measurement: kWh
      device_class: "energy"
      state_class: "total_increasing"
      accuracy_decimals: 3

bugensui · 发表于 2023-11-4 14:34:33

本帖最后由 bugensui 于 2023-11-8 17:33 编辑

方案已经全部写完了。

guoqiang881245 · 发表于 2023-11-4 17:02:42

支持一下怎么接线的

bugensui · 发表于 2023-11-4 17:07:37

guoqiang881245 发表于 2023-11-4 17:02
支持一下怎么接线的

接线到是最简单的，这种只要接3根线，最好找电工接，我不建议你接，毕竟涉及到强电，我这里，主要分享软件层面的，接线你问卖家把。

george65 · 发表于 2023-11-4 18:41:47

比較好奇成品是長什麼樣子

bugensui · 发表于 2023-11-4 18:49:41

本帖最后由 bugensui 于 2023-11-4 19:09 编辑

george65 发表于 2023-11-4 18:41
比較好奇成品是長什麼樣子

接好线，是这样的，你将就的看吧

george65 · 发表于 2023-11-4 21:12:38

bugensui 发表于 2023-11-4 18:49
接好线，是这样的，你将就的看吧

看起來還不錯剛好可以塞在開關箱裡
我自己也又做了一個  還沒找到合適的外接盒
之前的放在開關箱裡  感覺WIFI信號有點差
這次想用外接盒  放在開關箱外面

zsxiaojz · 发表于 2023-11-4 23:10:05

想问一下用带电理功能的智能插座改可以吗

george65 · 发表于 2023-11-5 00:05:42

zsxiaojz 发表于 2023-11-4 23:10
想问一下用带电理功能的智能插座改可以吗

如果是要測單獨迴路
理論上可以但是很麻煩

honry · 发表于 2023-11-5 00:53:47

george65 发表于 2023-11-4 21:12
看起來還不錯剛好可以塞在開關箱裡
我自己也又做了一個  還沒找到合適的外接盒
之前的放在開關箱裡  感 ...

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可以考虑用这个外壳

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