Ostatnio stały się dość popularne liczniki energii, chyba za sprawą naszego rządu i wprowadzonymi limitami zużycia energii elektrycznej. Na rynku jest dość duży wybór liczników do monitorowania energii, ale niestety wszystkie dość dużo kosztują. Szukając alternatywy, trafiłem na ciekawy moduł PZEM-004T, dzięki któremu można samodzielnie zrobić taki licznik. Sprawa wydaje się dość banalna Wemos D1 Mini i trzy moduły PZEM-004T. Dlaczego trzy? Bo ma zamiar mierzyć zużycie energii na trzech fazach w domu trzykondygnacyjnym (piwnica, parter, piętro). Oprogramowanie oczywiście bez dwóch zdań to ESPHome, zwłaszcza że ESPHome oficjalnie wspiera moduły PZEM-004T. Wszystko oczywiście podpięte pod Home Assistant w calu odczytu pomiarów i tworzeniu historii. Brzmi dobrze? Zapraszam do składania w całość.

UWAGA! Montaż omawianego licznika wymaga wiedzy elektrycznej, jak i elektronicznej. Budowa licznika przeznaczona dla zaawansowanych majsterkowiczów. Pracujemy pod napięciem 230 V. Nie ponoszę odpowiedzialności za szkody lub nawet utratą życia wyrządzone złym podpięciem okablowania.

Potrzebne materiały.

– Wemos D1 Mini
– PZEM-004T v3.0 3 sztuki + przekładniki pomiarowe 100A otwierane
– Obudowa z drukarki 3D LINK
– Trochę przewodów
– Złącze ARK KF301 2P 6 sztuk
– Dużo cierpliwości
– Zasilacz 5V USB (stara ładowarka USB 5V) + przewód USB – Micro USB
– Koszulki termokurczliwe
– Drukarka 3D (opcjonalnie – można komuś zlecić wydruk obudowy)
– Lutownica, cyna – topnik

Schemat licznika energii elektrycznej.

Składanie licznika w całość – elektronicznie.

Jeśli zapoznałeś się z powyższym schematem i skompletowałeś niezbędne materiały, to pora przystąpić do odlutowania oryginalnych złącz w modułach PZEM. Uważaj, ja na jednej z płytek popełniłem błąd i odpadły pady lutownicze.

Następnie łączymy wszystko w całość, warto również mniej więcej zmierzyć długości przewodów. Warto, a nawet trzeba, umieścić złącza ARK w wydrukowanej półce złącz. Zwróć uwagę na wydrukowaną listwę, każda z nich się różni, w każdej jest dłuższy element, który należy wsunąć w dolną cześć obudowy. Musisz to mieć uwadze, lutując odpowiednio przewodu do złącza ARK.
Przekroje przewodów, jakie zastosowałem to:
– transmisja danych (TX, RX) 0,22 mm wykorzystałem przewody ze starego przewodu USB do drukarki.
– zasilanie 5V, GND 0,5 mm.
– napięcie z sieci L, N 0,75 mm.
– pomiar CT 0,5 mm.
– przedłużenie przewodów CT 0,5 mm.
Gdy już wszystko polutujemy w całość, będzie to wyglądało dość przerażająco, szczególnie jak ktoś składa licznik z 3 modułów. Ja ostatecznie zrobiłem (chwilowo) licznik dwufazowy. Modułów PZEM nie adresujemy przed ostatecznym montażem w całość.

Montaż elektroniki w obudowie.

Obudowę, jak i inne element należy rzecz jasna wcześniej wydrukować. Przed upchaniem elektroniki w całość należy się uzbroić w cierpliwość. I to dosłownie, umieszczenie modułów w obudowie nie należy do prostych. Zadbaj również o porządek w przewodach, szczególnie trzeba zwrócić uwagę, aby nie przycisnąć któregoś z przewodów.
Montaż należy zacząć od dolnego modułu PZEM (faza 1). Po umieszczeniu płytki w dolnych rowkach obudowy należy wcisnąć pod lekkim kontem mocowanie ze złączami ARK. Wchodzi na dość mocny wcisk. Moduły PZEM (faza 2 i 3) wkładamy pod lekkim kątem, do rowków listwy złącz ARK, następnie podważamy lekko płaskim śrubokrętem dolną cześć obudowy i moduł, tak aby wskoczył moduł do rowków w dolnej części obudowy. Szczerze to jest najbardziej skomplikowany etap składania. Zachowaj ostrożność, aby nie uszkodzić elektroniki w module PZEM. Czynność powtarzamy dla modułu odpowiedzialnego za fazę 3. Wemos D1 mini wkładamy w wydrukowaną szufladkę i wsuwamy do obudowy. Tu nie da się pomylić, inaczej nie włożymy.

Teraz nic innego nam nie pozostało jak zamknąć całość obudowy. Warto również opisać co gdzie podłączyć. Tak w razie czego na przyszłość.

Programowanie, kod licznika PZEM.

Jak już na wstępie wspomniałem oprogramowanie, jakie zastosowałem to ESPHome. ESPHome będzie zbierało dane i wysyłało do Home Assistant. Cały kod oczywiście poniżej, jeśli zastosowałeś te same elementy i podłączyłeś zgodnie ze schematem, to nic innego Ci nie pozostaje jak skopiować i wkleić kod do twojego Wemos D1 Mini. Na sam początek wystarczy że podłączysz zasilanie przez USB. Nie wiesz jak wgrać oprogramowanie? Zapraszam do postu ESPHome instalacja podstawy konfiguracja.

uart:
  - id: uart_1
    rx_pin: D2
    tx_pin: D1
    baud_rate: 9600
    stop_bits: 1
  - id: uart_2
    rx_pin: D3
    tx_pin: D4
    baud_rate: 9600
    stop_bits: 1
  - id: uart_3
    rx_pin: D5
    tx_pin: D6
    baud_rate: 9600
    stop_bits: 1

modbus:
  - id: mbus_1
    uart_id: uart_1
  - id: mbus_2
    uart_id: uart_2
  - id: mbus_3
    uart_id: uart_3
  
sensor:
  - platform: pzemac
    modbus_id: mbus_1
    current:
      name: "L1 PZEM Current"
    voltage:
      name: "L1 PZEM Voltage"
    energy:
      name: "L1 PZEM Energy"
    power:
      name: "L1 PZEM Power"
    frequency:
      name: "L1 PZEM Frequency"
    power_factor:
      name: "L1 PZEM Power Factor"
    update_interval: 10s
    
  - platform: pzemac
    modbus_id: mbus_2
    current:
      name: "L2 PZEM Current"
    voltage:
      name: "L2 PZEM Voltage"
    energy:
      name: "L2 PZEM Energy"
    power:
      name: "L2 PZEM Power"
    frequency:
      name: "L2 PZEM Frequency"
    power_factor:
      name: "L2 PZEM Power Factor"
    update_interval: 10s
    
  - platform: pzemac
    modbus_id: mbus_3
    current:
      name: "L3 PZEM Current"
    voltage:
      name: "L3 PZEM Voltage"
    energy:
      name: "L3 PZEM Energy"
    power:
      name: "L3 PZEM Power"
    frequency:
      name: "L3 PZEM Frequency"
    power_factor:
      name: "L3 PZEM Power Factor"
    update_interval: 10s

Montaż w rozdzielni elektrycznej.

Powtórzę się kolejny raz. Podłączenie licznika wymaga wiedzy elektrycznej. Nie posiadasz takiej? Wynajmij elektryka! Polecam przed montażem w rozdzieli podłączyć licznik na tak zwanym biurku. Podłącz jakiś odbiornik energii na przykład żarówkę i testuj. Tym sposobem masz pewność że wszystko działa tak jak należy.

Moja instalacja, jak i rozdzielnia to lata 90. Między czasie przeszła modernizację wymiany bezpieczników topikowych na automatyczne. Niestety po otwarciu obudowy bezpieczników mocno się przeraziłem. Trochę zalatuje fuszerką modernizacja, ale osobiście tego nie łączyłem. Warto przed montażem zrobić inspekcję. Już wiem, co mnie czeka w niedalekiej przyszłości – modernizacja rozdzielni. Nie tylko to mnie zdziwiło, a ilość miejsca na licznik okazuje się niewystarczająca.
Na szybkiego i idąc śladami poprzedniego elektryka, musiałem również odstawić fuszerkę. Stwierdziłem, że i tak czeka mnie dołożenie kolejnego modułu PZEM (pomiar z 3 fazy) to i przy okazji zmodernizuję rozdzielnię.

Licznik energii elektrycznej w Home Assistant.

Dodanie licznika energii do Home Assistant to prosta sprawa. Po wykryciu i zatwierdzeniu przez Home Assistant Twojego licznika energii elektrycznej, przejdź do USTAWIENIA -> Dashboardy ->  Energia. W sekcji Zużycie energii z sieci -> dodaj zużycie. Wybierz odpowiedzialną encję za zliczanie danej fazy. Krok powtarzasz tyle ile masz zaprogramowanych modułów PZEM.

Teraz nic innego nie pozostaje jak czekać aż dane spłyną do samego Home Assistant. Poniżej przykładowe zużycie przez mój licznik.

Podsumowanie – Warto przeczytać.

Budując taki licznik, zaoszczędziłem jakieś 400 zł. Popularne liczniki jak choćby nawet Zamel MEW-01 3F kosztuje grubo ponad 550zł. Osobiście wyniosło mnie to jakieś 150zł. Zakup sprowadzał się tylko do modułów PZEM oraz złączy ARK. Drukarkę 3D posiadam a zasilacz i okablowanie to recykling. Jako że jestem amatorem elektronikiem i elektrykiem dałem sam radę wszystko spiąć w całość.
Licznik działa już prawie rok bez żadnych problemów. Zdobyte prawie roczne doświadczenie pokazało, że licznik doczeka się modernizacji. Na pewno zmieni się obudowa, są gotowce, dzięki którym można spokojnie zmieścić omawiany licznik. Mowa o obudowach uniwersalnych na szynę DIN wystarczy wyszukać w google i dobrać odpowiednią wielkość. Kolejną sprawą jest sam moduł Wemos D1Mini, u mnie działa na pograniczu zasięgu WiFi. Umówmy się, większość rozdzielni jest pozamykana i tak jest u mnie, w celu polepszenia zasięgu WiFi musiałem przenieść router w inne miejsce. Teraz już wiem, że zastąpiłbym Wemos D1 Mini Wemos-em D1 Mini PRO z zewnętrzną anteną. Zawsze to szansa na wyciągnięcie anteny na zewnątrz rozdzielni o ile jest zabudowana. Tak czy owak, licznik spełnia moje oczekiwania, czy kupiłbym gotowaca? Odpowiedź jest jednoznaczna, NIE.

Wiem, że są zwolennicy i przeciwnicy robienia takich liczników samemu. Nie dość, że jest to sprawa dość niebezpieczna to i zaufać chińczykowi to już inna sprawa. Jak dla mnie majsterkowicza to nowe doświadczenie i zdobyta wiedza. Czy Ty się zdecydujesz na zakup, czy własnoręczne złożenie licznika to tak naprawdę Twoja decyzja. Być może chcesz przy dziadować i zaoszczędzić tak jak właśnie ja.

Kosztorys.

• Wemos D1 Mini  AliExpress 11,00 zł | Wemos D1 Mini PRO AliExress 17 zł
• PZEM – 004T V3 + CT AliExpress 35zł |
• Ładowarka do telefonu min 0,5A 10zł
• Kable USB Micro(M)->USB-A(M) 5zł
• Obudowa uniwersalna na szynę DIN 20zł

Odwiedzając sklep AliExpress za pośrednictwem powyższych linków, robisz zakupy za pośrednictwem linków partnerskich. Nie wiąże się to z żadnymi dodatkowymi kosztami. Dzięki tej formie wspierasz smartinhome.pl w formie prowizji od sprzedaży.