通过 Modbus、MKR WiFi 1010 和 RS485 监控您的能源账单

必要的工具和机器

	Digilent Mastech MS8217 自动量程数字万用表
	电工剪刀
	小一字螺丝刀 对于 MKR485 终端
	中号飞利浦螺丝刀

应用和在线服务

	家庭助理
	Arduino 网页编辑器
	MQTT

关于这个项目

如果您真的想让您的家更智能，您可能需要从每月的账单（即能源、天然气等）开始。正如某些人所说，对地球、钱包和底线都有好处 .开源硬件是我们在家庭环境中实现可持续性的方式！这个想法让我们构建了一个简单而安全的解决方案，易于与任何家庭自动化软件集成，因为它通过 MQTT 公开数据（在我们的例子中，我们将向您展示如何将其集成到家庭助理中）。

概览

为了测量电能消耗，我们选择使用 Finder Energy Meter，因为它专为 DIN 导轨使用而设计，并且非常适合我们房屋的主柜。这个产品很酷的一点是它有一个RS485 Modbus 接口，一种工业标准通信协议，它使与 Arduino 通信变得非常容易。事实上，Arduino 已经发布了一个官方盾牌，MKR485 和两个用于解码协议的库。作为主板，我们选择了Arduino MKR WiFi 1010， 因为它共享 MKR 外形并具有 WiFi 连接。

设置

警告！ 检查您所在国家/地区有关处理房屋电气系统的法规，并要格外小心，因为它可能是致命的！如果你不知道 如何，请致电电工。 第一步是将仪表安装在您的电气柜中。为确保您在安全的环境中工作，关闭系统前电气端子的电源 用万用表仔细检查端子之间没有电压 .

然后将电表放在机柜内，并将主断路器的火线和零线连接到电表的输入端，记住使用颜色约定（蓝色代表零线，棕色/黑色/灰色代表欧盟带电）。输出必须连接到系统的其余部分。

完毕？是时候拧入 RS485 连接了！我们将使用双绞线接地，通常用于电话线。使用此电缆，您可以远距离传输（1.2 公里）。然而，我们只是使用一根足够长的电缆从机柜中取出并将 arduino 放在一个容易接近的地方。

RS485 接口将其端子命名为 A、B 和 COM。

由于 MKR 屏蔽也支持全双工，您会看到另外两个端子 Y 和 Z。在这里我们将拧紧电缆的另一端，因为我们从数据表中知道半双工通信仅发生在 Y 和 Z 上终端。 COM 端子必须连接到 ISOGND。由于我们使用半双工连接并且由于布线是对等的，我们必须在 MKR485 屏蔽上设置开关以匹配我们的设置：我们设置 HALF（2 为 OFF）并在 YZ 上终止（3开）；第一个无关紧要。 终端是连接两个数据终端的电阻，用于抑制干扰。

就是这个。现在你可以关上柜子，专注于软件方面！

软件

启动您的计算机并打开您的 IDE。您可以使用 Arduino IDE 或 Arduino Create Editor。代码满足以下要求：

• Modbus 通讯，
• 无线网络管理
• MQTT 协议

Modbus 是工业传感器和机器的开源协议。为了让 Arduino 使用 Modbus，我们将使用 Arduino Modbus 库。这个库包含了所有的处理程序，并且可以非常快速地连接任何 Modbus 设备。由于我们要读取寄存器，按照电表的数据表，我们可以找到所有需要的信息，如功能代码、寄存器地址和寄存器大小（以字为单位）。但为了更清楚，让我们解释一下 Modbus 的工作原理：

Modbus 消息遵循一个简单的结构：

01 03 04 00 16 00 02 25 C7

0x01 是设备地址

0x03 是功能代码 告诉设备我们是要读取还是写入数据 *在这种情况下读取保持寄存器

0x04 对于 Byte Count00 16 - 我们发送 4 个字节的寄存器地址 (00 16) 告诉设备我们想读什么

00 02 - t那么寄存器的大小 (00 02) 文字 （每个字长2个字节）

最后 4 个字节是 CRC 码 .这段代码是由一个数学函数在前面的字节上生成的，这确保了消息被正确接收。

在 Arduino 中，所有这些东西都在 if 中处理 条件：

// Created by Alberto Perro - Officine Innesto//// 从保存寄存器的 modbus 设备读取整数float readCurrent(){ float ampere =0.; //next 命令格式化请求并通过 RS485 发送 if (!ModbusRTUClient.requestFrom(0x01, HOLDING_REGISTERS, 0x0016, 2)) { //Error Handling Serial.print("failed to read voltage!"); Serial.println(ModbusRTUClient.lastError()); } else { uint16_t word1 =ModbusRTUClient.read(); //从缓冲区读取MSW uint16_t word2 =ModbusRTUClient.read(); //从缓冲区读取LSW int32_t milliamp =word1 <<16 |字2; //加入单词来检索 int ampere =milliamp/1000.0; //转换为安培}返回安培；} 

在 else 部分我们有响应处理程序。

由于这个寄存器是两个字长，我们必须用二进制数学将它们连接起来。我们从缓冲区读取字并将它们存储在一个 16 位长（2 个字节或一个字）的无符号整数中，然后我们将它们连接到一个 32 位长的有符号整数中，将第一个字向左移动并应用 或 过了第二个字。通过这种方式，我们以 mA 为单位检索电流测量值，将其除以 1000，我们得到了以安培为单位的电流。

同样的过程适用于我们想要阅读的所有内容。

其余代码专门用于处理 MQTT 和 WiFi 网络。

家庭助理集成

将仪表添加到 Home Assistant 非常简单。假设您配置了一个 MQTT 代理（这是指南），您需要做的就是在 configuration.yaml 文件下添加新定义。

sensor:- platform:mqtt name:"Main Voltage" state_topic:"energy/main/voltage" unit_of_measurement:"V" 

在这里，您必须输入度量的名称、要读取的 MQTT 主题和数量的度量单位。保存文件，检查配置并重新加载 Home Assistant，现在测量值将出现在主页上。

Home Assistant 将负责创建图表并自动化由您的读数触发的过程。本教程已完成，现在由您来添加功能并根据自己的目的进行自定义！