DIY 智慧排插，支持遠端控制，自訂排程以及耗電監控

[samuel0318]

這是我 DIY 路上最期待的一個作品，可以自動化控制我的設備，或是加以排程，以完成餵食連動開關，換水連動開關，還可以監控耗電歷史數據，喊了一年多，從收集零件，修修改改，測試再測試，總算完成了，呈現給大家。

這是8個插座的排插盒

電源線和無熔絲斷路器，耐 15A 電流 (實測最大電流在 8A 以下，應該夠用)

配線規劃，黑：火線，白：地線，綠：接地線

配線規劃，加上繼電器控制板，紅色也是火線，下面三個繼電器設定為定時器類電器（燈具類），規劃為常開 (NO)，以避免上電後就直接通電
上面五個繼電器設定為通常通電設備，如主馬造浪蛋白冷水機，規劃為常閉 (NC)，這樣即使控制器失效，還是可以通電，只有在特定情況才會配合開關

完工圖
火線輸入後，先通過耐15A的無熔絲斷路器，分別供電給繼電器板 COM 端，繼電器板另一端接上插座，最後再走白色地線回去。
內部交流電線採用1.6mm 單芯線，直流部分是用杜邦線，但是擔心鬆脫，混合使用排針，熱縮套，束線帶，熱熔膠以及耐熱膠帶固定並絕緣。

內部其他組件

1. MW RS-15-5：左上角這個 110V AC 轉 5V DC, 拉到麵包板上的供電排，給繼電器板，EPS32板以及 PZEM 板提供5V 3A供電 (原本只想用上圖較便宜只有 700mA 的變壓器，但因為一些誤解，所以加高規格為明緯的電供
2. EPS32板：這是自帶 WIFI, 藍芽 的 Arduino 板，我把我在排插相關的程式寫在這裡，主要是雲端 Server透過 MQTT 接口，控制各個繼電器來開關，並且將 PZEM 所採集的電力數據上傳至雲端 Server
3. PZEM: pzem-004t-100a, 透過 CT 電流表，以及並聯 AC 電源來量電壓電流，並且會計算瓦數和耗電度數， EPS32 再透過 TTL (Modbus-RTU) 向它讀取資料，或者是將耗電度數重設。由於 CT 只有一個，我把它勾在無熔絲斷路器之後，測量到的會是這八個電源插座的所有耗電量。

雲端 Server，採用 Auto Tank: 透過自建雲端服務來監控魚缸 pH 及溫度 這篇中的雲端架構

控制面板

1. Timer Switch: 可以看(1)主燈，(2)藻缸燈，以及(3)10吋排風扇的開關狀態
2. Manual Switch: 可以開關 (4)造浪, (5) 主馬 (6) 蛋白 (7) 冷水機 (8) 保留
3. Marcos: 巨集指令，可以執行餵食, 換水, 以及暫停蛋白兩小時復電的動作 (投藥用，避免蛋白暴衝）

電力監控 Dashboard

可以看電壓V, 電流A, 功耗W, 累積耗電量 kWh, 以及各個開關的開啟或關閉的狀態
下圖，我將 Power, Current 和 temperature 擺在一起，可以看到每當 Power 和 Current 突起一根針的時候（持續約八分鐘），也就是冷水機壓縮機的工作時間，冷水機是海利-300A, 1/4HP, 對應 150L，運作的時候又吵，又熱 (這下可以量出是 300W )，所以我接下來會判斷這個時間，配合將排風扇打開，因為我不想排風扇整天開著，34W 的功耗一個月也要一百元的電費啊！配合開關，可以省下 1/5 的電費。

Node-Red (Server Backend 邏輯)

這是用 Node-Red 來拉定時器的流程圖，幾點開，幾點關，都是在這裡設定。timer 3 則是每半小時開，再關半小時，這樣循環。
是的，你發現了嗎？我的開關指令是由雲端 Server 下發給家裡的電器進行開關喔，那麼一定會想到這樣安全嗎？或是網路斷線了怎麼辦呢？這個問題我問自己很久，其實可以的，在量子電腦普及前，做好網路安全就可以。但是...這個 ESP32 對於 TLS 加密解密的支持不夠，記憶體和計算能力都有限，我沒辦法用 TLS 來加密。所以以後 Server 會搬家到 Rasperberry Pi 4 小盒子, 跟排插放在同一個內網，這樣會比較安全，遠端連線的話就用 SSH Tunneling 打通，即可在世界各地連回家監控。

下圖則是各個手動開關的流程圖，status/xxx 是由排插發出，Server 接收，cmd/xxx 則是反過來Server發出， 排插接收。這樣可以同步開關的狀態。

下圖是耗電的紀錄，以及重設累積耗電量

下圖是各種巨集

1. 餵食
   1. 關主馬 5, 造流 4, 蛋白6, 10 分鐘復電
2. 換水
   1. 關主馬 5, 造流 4, 蛋白6, 20 分鐘復電
3. 關蛋白6, 2小時
   1. 投入西肯傷口癒合劑使用

耗電數據分享

最後，附上我的二尺底濾缸150L，每個電器耗電數據
冷水機 壓縮機運作時 327W（待機僅耗電0.7W）
HQI 主燈 148W
藻燈 16W
排風扇 36W
造浪 3W
蛋白 14W
主馬 21W

24 小時耗電: 4.47 度 (5/28的數據，陰雨天) ，以一度五元電費計算，一個月大約是 670 元電費。

重要補充：開放原始碼

 

[hepatus]

真的是好棒棒
我可以說是魚缸耽誤了你嗎?

 

[samuel0318]

真的是好棒棒
我可以說是魚缸耽誤了你嗎?

這不算耽誤，平台軟體部分算是我的本業，只是家裡有魚缸可以讓我實作。

 

[poseidon]

真的是太屌了！

 

[samuel0318]

由於魚友私下問些問題，有些補充說明可分享給大家

「成本」
這個排插因為屬於研發性質，成本不好估算，應該就是幾千元。原因在於試驗性質，所以很多料都多備了一些。

「需要 Server」
排插是屬於被動控制的，需要搭配我部署在亞馬遜的 Server 才能完成定時控制，制動控制等智慧功能。等亞馬遜一年免費試用到期，我會把 Server 移植到樹莓派4上面，跟排插一起放在家裡就好。

「需要焊接?」
這裡面幾乎沒焊接，我大多採用麵包板，和一些連接器。

有些網路上的教學文，可參考看看

• Arduilay
  • 最大的收穫是面板的設計以及外盒(台灣買不到...)
• Reef Pi Episode 2 8 Channel Relay Build
  • 跟上面幾乎一樣的做法，但是是影片
• Raspberry Pi 電源心得
  • 如果想用明緯的5V電源供應器來驅動一堆 Arduino, 可參考此篇
• Pi Day Update - Reefberry Pi DIY Aquarium Controller
  • 壓克力的外殼，很美
• 麵包板可以用在實際作品，只是要有技巧
  • 少用杜邦線，主要是用雙面和單面插針

有興趣研究的話，歡迎討論

 

[pchome1948]

真的十分精彩，版主本業是自動控制嗎？

 

[samuel0318]

真的十分精彩，版主本業是自動控制嗎？

雲端設備管理、物聯網，最近對自動控制相關的著魔了

 

[samuel0318]

「更正啟示」
內文原本是明緯的 RS-35-5，修正為 RS-15-5，小巧迷你( 62.5*51*28 mm)，可塞進75mm高的排插盒，3A 也剛好夠用

 

[max099521]

是否可以使用
用 NAS
看是要把NAS 推一個 Web 出去
Web 可以加入魚缸的監控等
還可以監看控制等

 

[samuel0318]

是否可以使用
用 NAS
看是要把NAS 推一個 Web 出去
Web 可以加入魚缸的監控等
還可以監看控制等

我的理解是把 Server 裝在 NAS 上是這樣嗎？
我是打算裝在 Pi4 上，數據庫放在64G SD 感覺還夠用。
而且我手邊也沒有 NAS 可用

 

[Sau428]

感謝樓主 samuel0318 技術支援

 

[samuel0318]

週日人在外，收到訊息顯示目前智慧排插盒連線狀態斷斷續續(MQTT連線)，原本不以為意，想說網路壅塞而已。
晚上十一點才回到家，看到主燈還亮著，摸著排插盒發覺不妙，裡頭溫度很高，那麼 ESP32 熱當機的可能也非常高。
從新上電後 ESP32 沒有上線，想想不妥，就把盒子打開，這才發現繼電器第一孔的 COM 端燒焦了

第一孔接的是 150W 的 HQI, 而繼電器的耐受是 250V 10A, 可能是因為瞬間電流超過 10A 而燒毀，但這是為什麼？
150W 了不起就 1.4 A 而已啊，我再看看電流圖

在故障之前，發現因為冷水機的壓縮機的啟動，總電流已經超過 10A，雖然不知道為何燒毀在第一孔的 COM, 但這也夠嚇人了！

改良方案：
1. 冷水機不再接入智慧排插盒，改獨立接電
2. 15A 的無熔絲開關，要改為 10A
3. HQI 線路，單獨加上保險絲
4. 加強散熱
--> 4.1 盒子打孔
--> 4.2 加上風扇
--> 4.3 變壓器要外置
5. Server 改至於家庭區域網路內，減少網路塞車的影響