スマートメータを自作した話

12/24 この記事はおうちハック Advent Calendar 2015 の24日目の記事です。

3日連続で鍵の話題が続いているのを中断するのは心苦しいのですがスマートメーターの話です。

はじめに

昨年、3人でシェアハウスしていたのですが電気代が3万円を超え、24時間1000W位上の電気を使っている状態になっていました。漏電、盗電、メータの故障、電気代が折半なのをいいことにビットコインを掘ってる人がいる等の可能性が出てきたので、スマートメータを設置し電気使用量を可視化しました。

結果的に理由はわからずじまいのままシェアハウスは解散し、パーツだけ手元にあった状態で放置されてましたが、調度良い機会だったので再設置し記事にしました。

用意するもの

マイコン子機 TWE-Lite DIP
マイコン親機 ToCoStick
クランプ型電流センサCTL-10-CLS
ダイオードとか抵抗とかコンデンサとか

作成

スマートメーター仕組みとしては配電盤に電流センサを設置しマイコンで取得、サーバに送信し蓄積・可視化するだけです。

配電盤の近くにはコンセントは無いため、長期間電池駆動可能な無線マイコンのTWE-Liteを選択しました。 TWE-LITEは、

省電力: 間欠1秒モードの場合単3電池2本で1年以上保つ
プログラム不要: 親機子機で通信する分には電源を入れるだけでOK

等と今回の案件にぴったりでした。

ただし、クランプ型電流センサの出力は交流なので、間欠動作では1秒間に何度もサンプリングして実効値を算出する方法が使えないません。そこで平均値整流型電流変換回路を使います。

適当にブレッドボードに回路を組んで完成。 ADコンバータが余ってもったいないのでLM61を挿してます。 f:id:YarmUI:20151223210526j:plain

配電盤に設置します。 f:id:YarmUI:20151224205827j:plain

PCに親機であるToCoStickを接続し、こんな感じのルビースクリプトを書いてデータを取得します。

require 'serialport'
dev = '/dev/tty.usbserial-AHXKQMRT'

sp = SerialPort.new(dev, 115200, 8, 1, SerialPort::NONE)
loop do
  l = sp.gets.chomp
  next if l[0] != ":" || l.size != 49
  l = l[1, 48]

  chk = l.scan(/.{1,2}/).map{|e| e.hex}.inject(:+) & 0xff
  next unless chk.zero?
  src       = l[0, 2]  # print "  src       = 0x%02x" % l[0]
  src_long  = l[10, 8] # print "  src long  = 0x%08x" % ladr
  command   = l[2, 2]  # print "  command   = 0x%02x (data arrival)" % l[1]
  dst       = l[18,2]  # print "  dst       = 0x%02x" % l[9]
  pktid     = l[4, 2]  # print "  pktid     = 0x%02x" % l[2]
  prtcl_ver = l[6, 2]  # print "  prtcl ver = 0x%02x" % l[3]
  lqi       = l[8, 2]  # print "  LQI       = %d / %.2f [dbm]" % (l[4], (7*l[4]-1970)/20.)
  timestamp = l[20, 4].to_i(16)
  vlt       = l[26, 4].to_i(16)
  dibm      = l[32, 2].to_i(16)
  dibm_chg  = l[34, 2].to_i(16)
  er        = l[44, 2].to_i(16)

  di     = []
  di_chg = []
  4.times do |i|
    di[i]     = dibm     & 0x1
    di_chg[i] = dibm_chg & 0x1
    dibm     >>= 1
    dibm_chg >>= 1
  end
  ad = []
  4.times do |i|
    av = l[i*2 + 36, 2].to_i(16)
    next ad[i] = nil if av == 0xFF
    ad[i] = (av*4 + (er & 0x3))*4
    er >>= 2
  end
  puts "#{Time.now}\t#{(ad[0]+ad[1])*2.7}w\t#{(ad[2]-600)/10}℃"
end