Modbus + MKR WiFi 1010 + RS485 实现用电监测

组件与物料

必需工具

• 数字万用表（验电必备）
• 电工剪、小一字螺丝刀（MKR485 接线端子）、中十字螺丝刀

应用与在线服务

• Home Assistant
• Arduino Web Editor
• MQTT

项目简介

想让家庭更智能，先从月度账单（电、气）入手。“利国、利民、利己”。开源硬件助力家庭可持续！本方案简单安全，通过 MQTT 集成任意家庭自动化软件（以 Home Assistant 为例）。

概览

选用 Finder 能量计（导轨安装，适配家庭配电箱），自带 RS485 Modbus 接口——工业标准协议，Arduino 官方 MKR485 Shield 配合两个库轻松解析。主控选 MKR WiFi 1010，同款 MKR 外形且自带 WiFi。

硬件安装

警告！ 遵守当地电气规范，极度小心，高压致命！不懂请找电工。

1. 断开总开关，万用表双重确认无电压。
2. 能量计进线端接主开关出线（欧标：蓝=零线，棕/黑/灰=火线），出线端接后续回路。
3. RS485 接线：A、B、COM。MKR485 支持全双工，额外有 Y、Z 端子。半双工通讯仅用 Y、Z。COM 接 ISOGND。
4. 拨码开关设置：HALF (2→OFF)、Y-Z 终端电阻 (3→ON)；第 1 位无影响。终端电阻抑制干扰。
5. 合上配电箱，转软件开发。

软件设计

代码需处理三大任务：Modbus 通讯、WiFi 管理、MQTT 协议。使用 ArduinoModbus 库简化 Modbus 交互。读取寄存器需依据仪表数据手册获取功能码、寄存器地址、字长。

Modbus 报文结构示例：01 03 04 00 16 00 02 25 C7

• 0x01：设备地址
• 0x03：功能码（读保持寄存器）
• 0x04：字节数
• 00 16：寄存器地址
• 00 02：寄存器长度（字，1 字=2 字节）
• 后 4 字节：CRC 校验

Arduino 中封装在 if 条件中：

float readCurrent(){
  float ampere = 0;
  if(!ModbusRTUClient.requestFrom(0x01, HOLDING_REGISTERS, 0x0016, 2)){
    Serial.print("failed to read voltage! "); Serial.println(ModbusRTUClient.lastError());
  }else{
    uint16_t word1 = ModbusRTUClient.read(); // 高字
    uint16_t word2 = ModbusRTUClient.read(); // 低字
    int32_t milliamp = (word1 << 16) | word2; // 合成 32 位有符号整数
    ampere = milliamp / 1000.0; // 转安培
  }
  return ampere;
}

其余电压、功率、电能等同理。剩余代码处理 MQTT 发布和 WiFi 重连。

Home Assistant 集成

配置 MQTT Broker 后，在 configuration.yaml 添加传感器定义：

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

保存、检查配置、重载 Home Assistant，主页即显示实时测量值及历史图表，可触发自动化。

教程结束，后续可自行扩展功能！

代码

完整桥接代码（Modbus RTU → MQTT）见 GitHub 仓库，专为 Casa Jasmina 监测电费用量开发。