WIFI计量插座 - ESP8266 HLW8110 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# <font color=darkcyan>声明</font>

<font color=red size=5>本文/工程发布于立创开源广场，未经许可，不得转载。请尊重开源。</font>


# <font color=darkcyan>功能介绍</font>
| | | | --- | --- | | 继电器 | 支持按键或者WEB页面控制。支持开机时恢复上一次的状态，若不使能恢复状态，可设定开机时默认导通或是断开 | | 电能数据测量 | 单相电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数、电网频率、有功电能 | | 数据存储 | 支持ESP NVS存储和FRAM存储，频繁变化的数据如用电量存储到FRAM | | 可清零电能 | 总电能/总用电量不支持清零，但有一个可清零电能，方便单次计量用电量 | | 定时 | 倒计时关闭输出。可以单独使用也可以配合充满自动断电一起使用：当二者都开启时，定时任务结束，充满自动断电任务也会结束 | | 充满自动断电 | 适合给电瓶车充电使用，低于一定功率一段时间表示充满，自动关闭输出 | | 过载保护 | 有功功率高于设定值并持续一段时间将自动关闭输出 | | WEB页面交互 | 支持浏览器局域网访问，查看数据或对插座进行配置 | | WEB配网 | 用浏览器配置其要连接的WiFi，方便快捷 | | Hostname | 支持修改Hostname，即其在路由器上显示的名称，同时也显示在WEB主页和OLED上，方便区分多台设备 | | 局域网FOTA | 装机后，可以在不拆机的情况下利用WiFi对其进行升级 | | AD五向按键 | 支持校准 |
# <font color=darkcyan>注意</font>
<font color=red>**该项目把玩的是强电，请谨慎。对强电保持敬畏之心，漏电防护必不可少。**</font>
# <font color=darkcyan>关于精度和本项目</font>
由于采用的是免校准的电能计量芯片，免校准的或许精度就是不够理想吧，又或许是电阻总是存在误差（可能我买的电阻精度虚标），使用出厂前进行校准的电阻才能达到宣传的精度。测试时，1700多瓦的功率比电表高了几十瓦，频率也低得不正常。不清楚其中缘由。
于是尝试以电表（或是市面上的功率计精度也是不错的）作为基准，对K值进行修正，结果令电压、电流、功率、频率都达到一个貌似还不错的精度，但还需要时间去检验。 继续摸索中。。。
PCB已有增加485收发器的版本，如果介意精度的话，我后面更新软件，加入对DLT645-2007电表的支持，花几十块钱买一个支持2007协议的1P电表接上去即可，但是即使1P电表足够小，应该也塞不进这个86盒里。
现时仅作DIY心得和资料分享，具体技术细节会分part发布到CSDN。
对于小白来说，可能配置开发环境和导入工程就够你折腾了，请务必有足够的耐心才去复刻。
该DIY项目于5月发布硬件图纸，10月才实现基本功能，对ESP不太熟悉、事情比较多加上本人做事拖拉，我一度以为这项目要难产。技术水平实在有限，对于ESP和电能计量我也是边学边做，WEB页面也是凭着大学课程的记忆以及百度去做出来的，效果就不能要求太多了。
先放一两张成品图
 <center><font color=blue>局域网下访问WIFI计量插座的主页</font></center>
   <center><font color=blue>暂未对86白板的按键和屏幕部分作开洞处理</font></center>

# <font color=darkcyan>材料与硬件</font>
从上图可知，该项目成品的外观没什么美感可言，要塞入这些东西，找不到合适的公模外壳。
## 结构件、工具、线材、辅材等如下
| 部位 | | | --- | --- | | 外壳 | 常见的86两位明盒 | | 86面板 | 五孔面板，自己根据需求选择 | | PCB遮羞布 | 86空白板 | | 接插端子 | 带2固定孔的品字插座，带3根短线 | | 供电线 | 品字线，俗称电饭锅线 | | M4塑料螺丝螺母 | 将品字插座固定住，货还没到齐，图中的是临时固定的 | | 低压供电模块 | 从手机充电头上拆的，5V1A的即可，或者tb优信电子买一个迷你开关电源，5V700mA。用过，没有炸机 | | 热缩套管 | 将低压供电模块包住防止短路 | | 小型手持切割机 | 切割底盒以将品字插座塞进去、给空白面板开孔 | | 按键键帽 | 延长按键塑料部分，也有绝缘的作用 | | 绝缘材料 | 将底盒的孔以及空白面板的孔封住，避免触电，其中空白面板的还要兼顾透明以及美观，还没找到合适材料 | | 烙铁 | 零火线的焊接起码要用60W的电烙铁，最好是内热式的，30W的搞不定那大面积的铜皮 |
## PCB设计
<font color=darkorange>**注意：低压供电模块的负极需要和PCB上的GND接到一起的，不管是以火线还是零线作为GND，都不要去触碰低压供电模块！！！**</font>
以火线还是零线作为GND，对测量精度不会有很大影响。
为什么电表火线作GND呢？我想应该是计费的需要，这样电流采样就在火线上，一定程度上能避免窃电。这里就没这个需求了，用零线作GND或许还能保你在不小心碰到PCB的时候是安全的。
这里用火线作GND的好处是显而易见的，和PCB相接的零线只作电压采样了，线径就没要求了，焊接也容易了一些。
CH340C和C口不是必需的，找一个CH340C或CH340G模块，将上面的TXD RXD RTS DTR这4根信号线与8266右上方的排针连接即可下载程序。后面的升级都用FOTA去完成。不差钱的话全部焊上去那就更方便美观了。
## 接线图
---  ---  ---
## 物料补充说明
| | | | --- | --- | | 排针 | 我这里连接上下层PCB的排针金属长度是25mm，再长2mm左右会更容易焊接 | | 塑料柱子 | 连接两块板的是M3x20的双通，下板底下的是M3x6+6一头是母另一头是公，上板的螺丝是M3x10 | | ESP8266 | 用的是ESP8266-12E/12F，4Mflash，用更小闪存的版本不保证能正常烧录和工作 | | 品字插座固定螺丝 | 可以是M3也可以是M4，取决于你买的品字座固定孔孔径，螺丝长度可以买10mm以上，宁长勿短，长了还能剪短。最好用塑料的 |
# <font color=darkcyan>软件</font>
## 获取项目代码
[\[项目代码地址\]](https://gitee.com/catbabys/tyrion-wifi-socket.git)，或附件处获取。
## 安装开发环境以及烧录
> 按照[文章](https://blog.csdn.net/Stack_/article/details/128509864)去操作。 > > 我在这文章底部放了工具的下载链接，按教程安装好IDE和工具链，然后导入附件的SDK以及工程。 > > 执行一次编译和有线烧写之后，并按后续步骤配网成功以及配置好本地服务器和IP、端口后，ESP8266便支持FOTA。 > > 本工程和文章中的不一样了，如果看不懂不会操作，我再演示一次导入如下图
 <center><font color=blue>依次点击File>Import > C/C++ > Existing Code as Makefile Project > Next > Browse，选择解压出来的ESP8266_RTOS_SDK路径，并按照图中配置，点finish</font></center>
 <center><font color=blue>左侧Project Explorer的ESP8266_RTOS_SDK上右键选择Properties，点击C/C++ Build，Build directory填入本工程的路径。这里是相对路径，你也可以像文章里的那样用绝对路径</font></center>
 <center><font color=blue>点击Environment，添加一项IDF_PATH，路径为ESP8266_RTOS_SDK的路径。这里是声明IDF/SDK的路径，一般不需要改变的，如果要更改编译的工程，上一张图片的工程路径需要更改</font></center>

## 配网
> 1. 初次烧入固件/使用，如果默认的wifi ssid和你家的不同肯定是连接不上wifi的，稍等片刻会自动切换到AP模式，**关掉手机数据网络**，选取名为TyrionMon的WIFI进行连接，密码如下图 > > 2. 连接上之后，浏览器（测试使用的浏览器是Via）输入192.168.4.1，登入内置WEB页面。 > > 3. 进入设置页进行WIFI配置即输入要连接的2.4G WIFI的名称和密码，完成之后点击重启。 > > 4. 复位之后，WIFI计量插座尝试连接WIFI，连接成功将会在OLED屏上显示192.xxx的IP地址，这时手机便可以在局域网下通过这个IP地址访问插座。 > > 5. 有些路由器有IP租期的，需要将租期设置大一些，不然插座的IP经常变化就烦人。 
## FOTA
> 1. 先按照[文章](https://blog.csdn.net/Stack_/article/details/130448713)第三步安装本地服务器。 > > 2. 将工程build目录下的**wifi_socket.bin**文件拷贝到本地服务器（nginx的html目录）并重命名为**ota.bin**。 > > 3. 强烈建议电脑边一直放置一块ESP8266核心板，每次OTA前先烧录到核心板里确定这个版本的固件不会导致芯片不断复位，否则不断复位会导致下一次OTA无法进行。 > > 4. 进入“其它配置”页面，如下图。输入你安装了本地服务器的电脑的IP和服务器端口，随后返回上一页，点击FOTA，将依次显示FOTA准备中、FOTA进度百分比、FOTA完成，随后点击重启。
 
## 校正K值
> 上面提到，对K值进行修正可以提高各计量值精度。 > > 如果按照官方给出的电路参数去设计，理论上K值为1，但是电阻始终是存在误差的。 > > ~~电压K值计算：先确保电压K值配置为1，插座显示值÷电表显示值，例如WIFI插座显示224.856V，电表显示221.1V，相除得1.016987788;~~ > > ~~电流K值计算：先确保电流K值配置为1，接一个较稳定的负载，例如烧水壶。插座显示值÷电表显示值，例如WIFI插座显示8.271A，电表显示7.938A，相除得1.014195;~~ > > 23年11月已更新为直接输入标准电压电流值（电表的数值），由ESP8266执行计算K值。
## 校正按键
> 采用五向按键，根据AD值判断按下的按键 > > 校准方法：按下上键，看见当前值有变化，点击图中上键，当前值将更新到上键处，即完成上键校正 > > 暂未使用按键
## 一些参数
> 调试时用到
## WEB页面图标获取
> [网站链接](https://igoutu.cn/)

<font color=orange size=5>to be continue</font>