Idee: Wattmeter mit ESP8266 und ADE7953

[Dr. Boris Neubert]

Zusammenfassung: ich habe eine Idee für ein per WLAN steuerbares Wattmeter/Funkschaltsteckdose auf Basis ESP8266 und suche Mitstreiter, die die Hardware des Leistungsmessmoduls entwickeln.

Hallo,

ich habe in den letzten Jahren unterschiedliche Leistungsmessgeräte mit FHEM verwendet. Die FS20-Version (EM) war bald kaputt, die Zählersensorvariante dysfunktional usw. Ich habe mich dann auf Hexabus (IPv6 über 6LoWPAN) fokussiert und auch ein funktionierendes Modul zu FHEM beigetragen. Die Contiki-basierte Firmware hat allerdings Probleme (Reboots, kein Meshing) und die Entwicklung von Hexabus ist praktisch eingestellt.

Ich stelle mir nun vor, ein ESP8266-Modul mit einem Schaltnetzteil (230V AC/3V DC) und einem auf einem Sensor von Analog Devices basierenden Leistungsmessmodul zu kombinieren. Als Firmware soll ESP Easy mit einem individuell dafür entwickelten Plugin herhalten.

Die beiden erstgenannten Module gibt es fertig aus China für kleines Geld. Module für die Leistungsmessung sind sehr rar und ich habe keines gefunden, das meinen Anforderungen genügt: Messung über Shunt, Versorgungsspannung 3,3V, Anbindung an Mikrocontroller. Meine Recherche bei Analog Devices hat den ADE7953 hervorgebracht, der mit SPI, I2C und UART hinsichtlich Anbindung keine Wünsche offen lässt. Platinendesign gibt es im Data Sheet, ein Referenzdesign im Web. Leider bin ich nicht ausgestattet, Platinen zu entwickeln und SMD zu löten, und das Entwicklerboard ist mir mit > 800 EUR dann doch zu teuer. Ich wollte mich daher im Forum umhören, ob sich jemand dafür begeistern kann, so etwas zu entwickeln. Es sind ja hier Forenmitglieder unterwegs, die Kleinstserien bauen und an andere Forenmitglieder verkaufen.

Viele Grüße
Boris

Datasheet: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADE7953.pdf
ADE7953: http://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/integrated-special-purpose-converters/single-phase-metering-ic/ade7953.html#product-documentation
Wattmeter: http://mjkuwp94.tumblr.com/WattMeter2
Hexabus Plug: https://github.com/mysmartgrid/hexabus/tree/master/schematics

[PeMue]

Hallo Boris,

ich hänge mich mal als Mitleser mit rein, allerdings ist bei mir die Queue mit Leiterplatten (Layout, Bestellen, Ausliefern, ...) schon zeimlich voll. Aber bald ist Urlaub, dann kann ich mal schauen ...
Softwaretechnisch müsste das Ganze aber von Dir kommen 
Ich meine, den Baustein hätte ich mir auf der letzten Electronica mal angeschaut.

Gruß Peter

Edit 2016/09/15:
Schaltplan vom Breakout Board eingestellt.

[Dr. Boris Neubert]

Danke Peter, für die Rückmeldung!

Softwaretechnisch müsste das Ganze aber von Dir kommen 

So die Idee

Hier fliegt zwar schon ein ESP8266 vom letzten Jahr in der Grabbelkiste rum aber letzte Woche habe ich mir noch das Spitzenmodell in China bestellt. Dann fange ich mal mit ESPEasy an.

Grüße
Boris

[amithlon]

Hallo,

ich frage mal heute abdend meinen BEkannten, ob es bei ihm schon mehr als nur eine Idee dazu gibt.
Selbst nutze ich vorhandene E3000, die von Preis und Anzeigeverhalten bisher ziemlich unerreicht sind.
Inzwischen sind aber wohl auch die letzten vom Markt weg.

Software für den ESP wäre bei mir nicht das Thema, auch nicht, durch das Datenblatt des ADE7953 durchzusteigen.
Allerdings würde ich da dann erstmal eine eigene Software mit MQTT als Protokoll machen.

Aber: das ist nicht meine IC-Größe...
Leider haben die Chinesen den noch nicht auf ein Arduino-Shield gelötet.

Gruß aus Berlin
Michael

[Pf@nne]

Hallo Boris,

eine günstige UND gute Leistungserfassung sollte bestandteil einer jeden Hausautomatisierung sein.
Von daher wäre ich auch interessiert an so einem Modul.

Aus Sicherheitsgründen würde ich aber eine non-inversive Messmethode für den Strom bevorzugen.
Nach kurzem Überfliegen des Datenblattes werden vom ADE7953 sogar Rogowski-Spulen unterstütz.
Für die erste Ankopplung würde ich auch eine einfache MQTT-Variante favorisieren.
Den ADE selber würde ich per I2C an den ESP ankoppeln.

Wie immer mangelt es an der Zeit, ich könnte aber beim Reflowlöten und Testen unterstützen.
Ich habe Zugriff auf qualifiziertes Messequipment und könnte Vergleichsmessungen durchführen.

Wenn die Grundkommunikation mit dem ADE steht könnte ich diesen auch in mein ESP8266_Basic Template integrieren.


Auf jeden Fall ein sehr nützliches Modul.
Wenn ich es richtig gelesen habe ist sogar das Auslesen der einzelnen Samples zur Darstellung eines transienten Signalverlaufes möglich.


Gruß
Pf@nne

EDIT:
Im ersten Schritt macht es vielleicht Sinn, ein paar ADEs auf Breakoutboards zu löten.
Vielleicht auch einen kleinen Prototypen mit eigenem PCB zu Entwickeln der Software.

[Dr. Boris Neubert]

Hallo Pf@nne,

Aus Sicherheitsgründen würde ich aber eine non-inversive Messmethode für den Strom bevorzugen.
Nach kurzem Überfliegen des Datenblattes werden vom ADE7953 sogar Rogowski-Spulen unterstütz.

Rogowski-Spulen hatte ich mir angesehen, aber nur welche für viel Geld gefunden (ab ca. 60 USD). Ich habe mir vorgestellt, das Gerät in ein Zwischensteckergehäuse (billige Funksteckdosen vom Discounter oder Baumarkt delaborieren) einzubauen, was Restriktionen bzgl. Bauform und Größe bedeutet. 

Wenn ich es richtig gelesen habe ist sogar das Auslesen der einzelnen Samples zur Darstellung eines transienten Signalverlaufes möglich.

Die Messung der Kurvenform bei dem Modell auf Tumblr hat mir auch gut gefallen.

Im ersten Schritt macht es vielleicht Sinn, ein paar ADEs auf Breakoutboards zu löten.
Vielleicht auch einen kleinen Prototypen mit eigenem PCB zu Entwickeln der Software.

Ja, genau so was. ADE mit Hühnerfutter und Klemmen für den Shunt auf einem Breakoutboard.

Viele Grüße
Boris

[amithlon]

Hallo,

Ja, genau so was. ADE mit Hühnerfutter und Klemmen für den Shunt auf einem Breakoutboard.

Zustimmung, da ich dafür auch nicht die Möglichkeiten habe.

Das Forum hat leider meinen längeren Text mit einem "Fehler beim Speicher der Datei" beim Bild beantwortet und den Text gelöscht.
Ich habe im Moment keine Lust, daß nochmal zu probieren, ich habe eine meiner E3000 mal aufgeschraubt und war etwas verwirrt, wie die das gemacht haben.
Das Bild hänge ich trotzdem nochmal an, meine Kommentare gibt es dann bei Interesse nochmal.

Gruß aus Berlin
Michael

[Dr. Boris Neubert]

Bei OSHPark gibt es ein Breakoutboard.

https://oshpark.com/shared_projects/Qt4Gkafz

[Pf@nne]

Bei OSHPark gibt es ein Breakoutboard.

https://oshpark.com/shared_projects/Qt4Gkafz

Hört sich doch gut an.
Ist das die Schaltung der Application-Note vo AD?

[PeMue]

Bei OSHPark gibt es ein Breakoutboard.
https://oshpark.com/shared_projects/Qt4Gkafz

Einen Schaltplan habe ich nicht gefunden, habt ihr den? Jetzt muss ich mal schauen, was Rogowski Spulen sind 

Gruß PeMue

[Pyromane]

Einen Schaltplan habe ich nicht gefunden, habt ihr den?

Findet sich auf Github: https://github.com/themzlab/imp-watt-meter
Hier die dazugehörige Webseite: http://themzlab.tumblr.com/wattmeter

[Pf@nne]

CT´s wären vielleicht auch eine Option.

Variante für die Verteilung:
http://de.aliexpress.com/item/Brand-New-High-Quality-30A-SCT-013-030-Non-invasive-AC-current-sensor-Split-Core-Current/32413024509.html?spm=2114.010208.3.93.hoPlkz&ws_ab_test=searchweb201556_0,searchweb201602_3_10057_10056_10065_10055_10054_10059_10058_10017_107_10060_10061_10052_414_10062_10053_10050_10051,searchweb201603_7&btsid=83fb3d6c-7563-4f30-b24f-930e74010d15

oder für den Einbau in eine Steckdosengehäuse
http://de.aliexpress.com/item/5PCS-lot-20A-20mA-micro-precision-current-transformer-current-sensor/1635548461.html?spm=2114.010208.3.303.zDsrUm&ws_ab_test=searchweb201556_0,searchweb201602_3_10057_10056_10065_10055_10054_10059_10058_10017_107_10060_10061_10052_414_10062_10053_10050_10051,searchweb201603_7&btsid=83fb3d6c-7563-4f30-b24f-930e74010d15

Fürs Erste reicht doch auch ein kleines Breakout-Board nach Datasheet.
Die Eingangsgrößen würde ich zum Testen einfach über ein Poti regelbar machen.
Das sollte doch für den Anfang reichen.

[Dr. Boris Neubert]

Fürs Erste reicht doch auch ein kleines Breakout-Board nach Datasheet.

Ich dachte, dass es das einfachste sei, die Breakout-Boards von Mark Kannel von OSHPark im 10er-Pack zu bestellen und von einem freundlichen FHEM-User mit SMD-Bauteilen bestücken zu lassen.

Ich habe noch nicht die Stückliste vom Breakout-Board gefunden und auch noch keine Möglichkeit, Mark Kannel zu kontaktieren.

[PeMue]

Ich habe noch nicht die Stückliste vom Breakout-Board gefunden und auch noch keine Möglichkeit, Mark Kannel zu kontaktieren.

Das sollte diese hier sein https://github.com/themzlab/imp-watt-meter/blob/master/hardware/imp-watt-meter-bom.csv

Ich würde nur einen Teil bestücken und den Rest dann z.B. mit einem WeMos D1 mini im Steckbrett testen. Der ADI Chip kann m.E. nur im Ofen bestückt werden, entweder mit Dispensen per Hand oder mit Schablone 

Hat jemand schon geschaut, ob der ADE7x irgendwo verfügbar ist?

Mir macht am meisten die 230 V Anbindung Kopfzerbrechen, da in D der Nullleiter nicht definiert ist (zumindes bei der Steckdose nicht  ).

Gruß PeMue

[Dr. Boris Neubert]

Z.B. 18 USD/10 Stück inkl. Versand bei Aliexpress.

Ist der Aufbau bzgl. Phase/Null nicht symmetrisch?

Der Hexaplug nimmt auch einen ADE7xxx und funktioniert so und so herum eingesteckt.