In dem Beitrag mit dem Titel: "EVU Smartmeter mit ESP32 auslesen und Daten per MQTT senden" (link) habe ich beschrieben, wie sich die Smartmeter der EVUs über die Kundenschnittstelle auslesen lassen. Die Messdaten stehen dann als Topics über den mqtt Broker zur Verfügung und können in diversen Homeautomationen (HomeMatic, Homeassistant, etc.) weiterverarbeitet werden. Dazu benötigt man lediglich eine ESP32-Platine und ein paar wenige Kleinteile, um die Verbindung zum Smartmeter herstellen zu können. Als kleines Update habe ich den Aufbau (damals mit Stiftleisten auf Lochrasterplatine) mittlerweile ein wenig geschönt und eine Platine gefertigt.
Layout im Designtool
Der zugehörige Schaltplan entspricht im Wesentlichen auch der Skizze im damaligen Beitrag. Um ein wenig Komfort mit der neuen Platine zu erhalten, ist die Verbindung zur Kundenschnittstelle des Smartmeters über eine RJ-Buchse steckbar. Und auch die Spannungsversorgung habe ich über eine USB-Buchse realisiert.
Nach dem Bestücken und Aufstecken der ESP32 Platine bekam das Gerät noch ein kleines Gehäuse spendiert und verrichtet nun im E-Verteilerschrank seinen Dienst.
Die Hardware ist somit fertig und funktionstüchtig. Zum Thema Software habe ich mir auch überlegt, etwas zu ändern. Bis jetzt lief auf dem ESP ein Programm, das die Daten des Smartmeters entschlüsselt und dann per MQTT an die IP Adresse des Brokers gesendet hat. Da ich mittlerweile jedoch auch ein Anwender der ESPHome Integration in meiner HomeAssistant Umgebung bin, habe ich den ESP mit einem ESPHome Basisimage geflasht. Auf GitHub gibt es das Repository von Andre-Schuiki, auf dem er eine Version für ISKRA und SIEMENS Smartmeter für die Verwendung mit ESPHome veröffentlicht. Unter folgendem Link ist die Anleitung zur Installation zu finden: https://github.com/Andre-Schuiki/esphome_im350/tree/main/esp_home
Das Script für das ESPHome Graät sieht bei mir folgendermassen aus:
esphome:
name: kelagsmartmeter
friendly_name: KelagSmartmeter
libraries:
- "Crypto" # !IMPORTANT! we need this library for decryption!
esp32:
board: esp32dev
framework:
type: arduino
# Enable logging
logger:
# Enable Home Assistant API
api:
encryption:
key: "da kommt der key rein des neu angelegten ESPHome Gerätes rein"
ota:
password: "das automatisch generierte ota passwort"
wifi:
ssid: !secret wifi_ssid
password: !secret wifi_password
# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
ap:
ssid: "Kelagsmartmeter Fallback Hotspot"
password: "das automatisch generierte password"
captive_portal:
external_components:
- source:
type: local
path: custom_esphome
sensor:
- platform: siemens_im350
update_interval: 5s
trigger_pin: 26 # this pin goes to pin 2 of the customer interface and will be set to high before we try to read the data from the rx pin
rx_pin: 16 # this pin goes to pin 5 of the customer interface
tx_pin: 17 # not connected at the moment, i added it just in case we need it in the future..
decryption_key: "00AA01BB02CC03DD04EE05FF06AA07BB" # you get the key from your provider!
use_test_data: false # that was just for debugging, if you set it to true data are not read from serial and the test_data string is used
test_data: "7EA077CF022313BB45E6E700DB0849534B697460B6FA5F200005C8606F536D06C32A190761E80A97E895CECA358D0A0EFD7E9C47A005C0F65B810D37FB0DA2AD6AB95F7F372F2AB11560E2971B914A5F8BFF5E06D3AEFBCD95B244A373C5DBDA78592ED2C1731488D50C0EC295E9056B306F4394CDA7D0FC7E0000"
delay_before_reading_data: 1000 # this is needed because we have to wait for the interface to power up, you can try to lower this value but 1 sec was ok for me
max_wait_time_for_reading_data: 1100 # maximum time to read the 123 Bytes (just in case we get no data)
ntp_server: "pool.ntp.org" #if no ntp is specified pool.ntp.org is used
ntp_gmt_offset: 3600
ntp_daylight_offset: 3600
counter_reading_p_in:
name: reading_p_in
filters:
- lambda: return x / 1000;
unit_of_measurement: kWh
accuracy_decimals: 3
device_class: energy
counter_reading_p_out:
name: reading_p_out
filters:
- lambda: return x / 1000;
unit_of_measurement: kWh
accuracy_decimals: 3
device_class: energy
counter_reading_q_in:
name: reading_q_in
filters:
- lambda: return x / 1000;
unit_of_measurement: kvarh
device_class: energy
counter_reading_q_out:
name: reading_q_out
filters:
- lambda: return x / 1000;
unit_of_measurement: kvarh
device_class: energy
current_power_usage_in:
name: power_usage_in
filters:
- lambda: return x / 1000;
unit_of_measurement: kW
accuracy_decimals: 3
device_class: energy
current_power_usage_out:
name: power_usage_out
filters:
- lambda: return x / 1000;
unit_of_measurement: kW
accuracy_decimals: 3
device_class: energy
# Extra sensor to keep track of uptime
- platform: uptime
name: IM350_Uptime Sensor
switch:
- platform: restart
name: IM350_Restart
Seit ich mich mit Home Automatisierungen
beschäftige soll natürlich so viel wie möglich optimiert, vereinfacht
und unter den Aspekten der neuen Schlagworte „Green Electronics“,
„Nachhaltigkeit“, „Energiesparend“ … usw. angepasst und realisiert
werden. So schalten bei mir Geräte bei Nichtbenutzung oder
Nichtbeachtung ab, Stand-by Energieverbrauch wird weitgehend vermieden
und auch die menschliche Vergesslichkeit (Fenster offen gelassen im
Winter, oder vergessen Licht aus zu schalten) verhindert die IOT –
Technologie. Wie die Leser des Blogs mittlerweile schon wissen habe ich
hier Systeme wie HomeMatic, NodeRed und seit einiger Zeit Homeassistant
mit ESPHome, Zigbee2Mqtt usw. in Verwendung. Das Ziel ist natürlich
auch, alles Systeme Cloudfrei zu halten. Ich will nicht, dass die Daten
den Umweg über irgendwelche Server in Fernost nehmen um bei mir ein
Licht ein und aus zu schalten. Also soll möglichst alles im Kreis meines
eigenen Netzwerks stattfinden und nicht nach außen „telefonieren“ und
auch funktionieren wenn ich die Datenleitung kappe.
Bei diversen Lieferanten gibts es seit
langem, ein, für die Bequemlichkeit im elterlichen Ruheraum, äußert
praktisches Gerät. Ich spreche da von einer platzsparenden Möglichkeit,
die Flimmerkiste (heute auch Flat-TV genannt) im Raum unterzubringen.
Ich nenne hier nur Bezeichnungen wie:
Speaka Professional TV-Deckenhalterung
elektrisch motorisiert (1439178) oder MyWall HL46ML … etc. Manche von
diesen Gräten sind mit einer Funkfernbedienung steuerbar, andere
wiederum über die CloudApp von Tuya. Man kann die Tuya App zwar über die
Tuya IOT Entwicklungsumgebung umgehen und diese Geräte über die
Integration „TuyaLocal“ in seinen Homeassistant bringen – geht zwar –
ist aber eher eine „NUR“- Lösung. Die ideale Lösung ist aus meiner
Sicht, die Integration dieser Geräte ins ESPHome System. Am Beispiel
der Speaka Professional TV Deckenhalterung zeige ich, wie diese mit
einer kleinen Erweiterung ins ESPHome Netz und somit im Homeassistant
integriert werden kann. Diese Ausführung des SpeaKa Teils hat keine
Internet Anbindung und wird nur über eine Funkfernbedienung gesteuert.
TV Deckenhalter mit geöffneter Abdeckung
Systemübersicht
Das Systemdiagramm oben zeigt wie die Platine aufgebaut ist. Die
Stromversorgung kommt von einem Steckernetzteil mit DC 24V Ausgang bei
1,5A. Auf der Platine erkennt man noch einen unbestückten Bereich,
dessen Lötpads mit +3V3, GND und RX, TX Leitungen passend für einen
ESP8266 beschaltet sind. Ebenso ist eine USB Buchse zu erkennen. Diese
beiden Schnittstellen sind im Diagramm nicht berücksichtigt. Untersucht
haben wir die RX/TX Leitungen, die von den unbestückten Lötpads
(ESP8266) zum Microcontroller (1301 X 016B) geroutet sind. Doch hier
waren keinerlei Signale zu messen. (Vermutlich ist die Schnittstelle in
der geflashten Programmversion nicht aktiviert).
„Debug“ Drähte an den RX/TX und am RF-Chip
Dieser Weg bringt uns also nicht weiter.
Im nächsten Schritt haben wir uns angesehen wo die Steuersignale der
Funkfernbedienung herkommen, bzw. wie sie in weiterer Folge umgesetzt
werden. Der RF-Empfänger Chip hat 16 Pins und leider keinerlei
Beschriftung. Oder wurde sie entfernt. Die Versorgungsspannung des
RF-Chips liegt an Pin1 und Pin16 an, Pin2 und Pin3 ist mit einem Quarz
beschaltet und von Pin9 ist eine Leitung zum Microcontroller geroutet.
Das muss also der Datenausgang sein. Mit Hilfe der Software „PulseView“
von Sigrok und einem Fernost Logicanalyzer haben wir diesen Ausgang
mitgesnifft. Und siehe da, hier offenbarten sich Datenpakete mit einer
Dauer von 10.3ms. Die Software PulseView konnte das Protokoll nach
einigen Versuchen mit unterschiedlichen analysierten Datenraten als
RS232 Protokoll erkennen. So war es dann ein leichtes die empfangenen
und dekodierten Steuerbefehle zum Microcontroller zu protokollieren.
RF-Chip mit angeschlossener „Sniffer“ Leitung
Die Baudrate des RS232 Ports am RF-Chip Ausgangs beträgt 9600 bei
8N1. Es werden bei jedem gesendeten Befehl 10 Bytes in HEX empfangen.
Hier die Liste der Kommandos: (fehlende Byte folgen…)
Befehl
Byte0
Byte1
Byte2
Byte3
Byte4
Byte5
Byte6
Byte7
Byte8
Byte9
UP
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x01
0x00
0x02
0x55
DOWN
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x00
0x10
0x11
0x55
LEFT
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x55
RIGHT
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x55
BUTTON1
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x55
BUTTON2
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x00
0x08
0x09
0x55
MEM1
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x55
MEM2
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x55
OK
0xAA
0x06
0x04
0x25
0x03
0xD5
0x00
0x40
0x41
0x55
SET
xx
xx
xx
xx
xx
xx
xx
xx
xx
xx
Nachdem mit dem Logikanalyzer das Datenprotokoll gefunden war, versuchten wir über ein Terminalprogramm und einen USB zu TTL232 Converter die Daten an den Microcontroller zu senden. Dazu wurde der RF-Chip entfernt. Er zog den Pegel im Ruhezustand auf VCC und verhinderte ein paralleles Betreiben der "RS232 Transmitter".
Board ohne Chip mit Debugleitung
USB UART zum Senden der Befehle
Die Steuerbefehle aus oben dargestellter Tabelle konnten per Terminal Programm erfolgreich gesendet werden. Jetzt musste nur noch ein ESP32 Board diese Aufgabe übernehmen. Ein ESP32 NodeMCU Board aus dem Fundus wurde mit einem Basis ESPHome-Image bestückt und ins Homeassistant Netzwerk integriert. Dem ESPHome Knoten war jetzt nur noch beizubringen, über den TX Pin des ESP32 die Bytefolge bei entsprechendem Trigger im Homeassistant zu senden. Dazu wurde das ESP32 Board in auf der Platine befestigt und die VCC3V3, GND und TX Leitung zum PIN9 des ehemaligen RF Chip gelötet.
ESP32 am Board des Speaka Deckenhalters
Wieder im Deckenhalter eingebaut
In der ESPHome Webumgebung ist nun das folgende yaml Script hinzuzufügen.
esphome:
name: tvhalterung
friendly_name: TVHalterung
esp32:
board: esp32dev
framework:
type: arduino
# Enable logging
logger:
# Enable Home Assistant API
api:
encryption:
key: "hier dein key beim Anlegen des device"
ota:
password: "hier dein ota password"
wifi:
ssid: !secret wifi_ssid
password: !secret wifi_password
# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
ap:
ssid: "Tvhalterung Fallback Hotspot"
password: "hier wieder deins"
captive_portal:
uart:
tx_pin: 4
rx_pin: 5
baud_rate: 9600
# Example button configuration
button:
- platform: template
name: TV Halterung UP
id: tv_up
icon: "mdi:arrow-up-bold-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV Up"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x01,0x00,0x02,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung OK
id: tv_ok
icon: "mdi:stop-circle-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV OK"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x40,0x41,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung DOWN
id: tv_down
icon: "mdi:arrow-down-bold-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV Down"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x10,0x11,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung Button1
id: tv_button1
icon: "mdi:numeric-1-circle-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV Button1"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x20,0x21,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung Button2
id: tv_button2
icon: "mdi:numeric-2-circle-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV Button2"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x08,0x09,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung Left
id: tv_left
icon: "mdi:arrow-left-bold-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV Left"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x20,0x21,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung Right
id: tv_right
icon: "mdi:arrow-right-bold-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV Right"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x20,0x21,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung MEM1
id: tv_mem1
icon: "mdi:alpha-m-circle-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV MEM1"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x01,0x02,0x55]
- platform: template
name: TV Halterung MEM2
id: tv_mem2
icon: "mdi:alpha-m-circle-outline"
on_press:
- logger.log: "Button pressed TV MEM2"
- uart.write: [0xAA,0x06,0x04,0x25,0x03,0xD5,0x00,0x01,0x02,0x55]
Ist das yaml Script dann kompiliert und zum ESP hochgeladen, gibt es ein neues ESPHome Device mit dem Namen TV-Halter in der Homeassistant Umgebung. Hier sind nun die Tasten für die Steuerung als Entitäten gelistet. Hat alles gekplappt, sollte sich die TV-Halterung über den Homeassistant jetzt steuern lassen.
(Es sind noch nicht alles Steuerkommandos richtig implementiert - die korrekten Codes werden in der Tabelle noch ergänzt)
Wer eine Photovoltaik Anlage in seinem Eigenheim aufgebaut hat, verwendet vielleicht sogar einen Energiespeicher. In diesem Beispiel handelt es sich um eine Offgrid Anlage, die mit zwei Modulen des Herstellers Pylontech ausgestattet ist. Die Pylontech Akkus der Type US3000C haben eine Ausgangs Spannung von 48V. Die Nennkapazität beträgt 3500Wh. Die verbauten Zellen sind LiFePO4 Zellen und die nutzbare Kapazität ist lt. Datenblatt mit 3374Wh.angegeben. Die Akkus sind so gebaut, dass sie mit weiteren Pylontech-Akkus parallelgeschaltet werden können. Das intern verbaute BMS (BatterieManagementSystem) kommuniziert über eine sogenannte "Link" Schnittstelle mit den anderen Pylontech Batteriemodulen. Ein als "Master" konfigurierter Akku erledigt den Datenaustausch zum Wechselrichter. Hier stellt Pylontech den CAN- oder RS485 Bus als Schnittstelle zur Verfügung. Will man jedoch Informationen über die einzelnen Zellen (Spannungen, Ströme, Ladungen, Temperaturen etc.) haben, so gibt es an jedem Modul noch eine Schnittstelle mit der Bezeichnung "Console". Das ist eine RS232 Schnittstelle über die man direkt mit dem BMS des Akkus kommunizieren kann. Dieser Port wird auch genutzt, um die Firmware des BMS zu aktualisieren. Ich rate aber DRINGEND davon ab, mit Firmwareupdates und Flashsoftware daran herum zu spielen. Das ist dem Hersteller oder dem Haftungsträger vorbehalten.
Da man über diese Schnittstelle aber auch einiges an Informationen über die im Akku verbauten Zellen erfährt, ist das ein interessanter Zugang. So hatte ich anfangs einen Laptop mit einem Terminal angeschlossen und konnte so die einzelnen Zellenspannungen und vor allem den evtl. unterschiedlichen Ladezustand der parallel geschalteten Module entdecken und monitoren. So dachte ich mir, wäre es doch eine gute Idee, wenn man diese Infos in seiner Hausautomatisierung zur Verfügung hat und dort visualisieren und für Steuerungszwecke nutzen kann.
Da für uns Freaks und Technikinteressierte Begriffe wie Homeassistant, Docker, Proxmox, HomeMatic, NodeRed usw. durchaus bekannt sind, dachte ich mir, diese Daten sollen auch im Homeassistant zu Entitäten werden. So war schnell wieder ein kleines neues Projekt geschaffen. Mein Plan: die Daten der Serien Schnittstelle auslesen und per MQTT an den Homeassistant senden.
Bevor ich mich nun aber mit dem Zerlegen der Datenstrings, die über den seriellen Port herauspurzeln beschäftige, bemühte ich zuerst einmal die Suchmaschinen. Vielleicht hat sich ja schon jemand anderes mit diesem Thema beschäftigt. Und genau so war es auch. Auf GitHub wurde ich unter dem Begriff "pylontec2mqtt" fündig. Unter https://github.com/irekzielinski/Pylontech-Battery-Monitoring ist ein Projekt gehostet, das mittels ESP8266 die seriellen Daten vom Port abholt und per MQTT und Wifi zum Homeassistant Server sendet. Ein Fork mit einer Weiterentwicklung dieses Projektes ist unter https://github.com/hidaba/PylontechMonitoring zu finden.
Warum ich das Projekt trotz des einfachen Nachbaus hier im Blog veröffentliche? Ich habe die Schaltung ein wenig optimiert und in ein Layout gepackt und den Code etwas angepasst. Das Ergebnis möchte ich hier teilen. Mir war es in wichtig, einen vernünftigen Aufbau auf einer Platine zu haben, die mit einem USB A-B Kabel für die Spannungsversorgung und einem LAN-RJ45 Kabel für die Datenverbindung angesteckt wird. Dabei wollte ich eine "solide" USB Steckverbindung verwenden (nicht die Fragilen Mini- oder Mikro USB Steckverbindungen)
Auf einer Lochrasterplatine und mit den üblichen Entwicklungsplatinen habe ich mir auf die Schnelle ein Funktionsmuster "zusammen gestrickt" um darauf die Software anpassen zu können.
Funktionsmuster auf Lochraster
So habe ich zuerst aus den Skizzen im Git-Projekt einen Schaltplan erstellt. An der "Console" Schnittstelle liegt ein "echter" RS232 Pegel an, der über den MAX3232 IC auf eine 5V TTL umgesetzt wird. Mit dem BSS123 FET wird für die Signale RX und TX je ein Pegelwandler auf 3.3V realisiert.
pylontec2mqtt schematic
Diese 3.3V TTL Pegel verarbeitet der ESP8266 in Form des Wemos D1Mini oder WemosD1Pro Entwicklungsboard, das auf die Platine aufgesteckt wird. Die gesamte Konstruktion habe ich dann in ein kleines Kunststoffgehäuse gepackt, das bequem über die Lan und USB Kabel mit dem Pylontec und einer USB Spannungsquelle zu verbinden ist.
Layout im Designtool
Im Bild oben ist der Layout Entwurf dargestellt. Die Platine und die Lage der Bauteile wurden vor der Fertigung nochmals mit der Vorschau überprüft und dann beim Hersteller des Vertrauens bestellt.
Vorschau der Platine vor der Fertigung
Nach kaum zwei Wochen Wartezeit hielt ich dann die Leeren Platinen in Händen und konnte sie mit den Bauteilen bestücken.
fertig bestückte Platine
Im Bild oben ist die fertig bestückte Platine zu sehen. Hier fehlt nur mehr das Wemosboard mit dem ESP.
Vergleich zwischen Funktionsmuster und erstem "Fertigungsmodell"
Schlussendlich habe ich einen WemosD1 Pro aufgesteckt, da dieser die Möglichkeit bietet, eine externe WiFi Antenne anzuschließen und somit eine vernünftige Funkreichweite zu erhalten.
Nach dem Aufspielen der Software und der Inbetriebnahme ist der Webserver des Wemos unter der im Code angegebenen IP Adresse erreichbar. Hier kann auch gleich geprüft werden, ob der Pylontech Akku mit dem Wemos kommuniziert. Das Ergebnis sieht dann wie folgt aus.
Webseite des WEMOS
Hier ist zu erkennen, dass beide Akkumodule korrekt erkannt werden. Im nächsten Schritt wird überprüft, ob über das MQTT Protokol Nachrichten versandt werden. Die IP Adresse des MQTT Brokers ist auch im Code des Wemos festzulegen. Ich habe in meinem Aufbau den MQTT-Explorer im Homeassistant eingerichtet, um schnell und einfach die MQTT Funktionen prüfen zu können.
MQTT Explorer
Im Bild oben ist zu erkennen, dass auch die Daten über MQTT korrekt ankommen. Jetzt ist es nur mehr notwendig, im Homeassistant ein Sensor yaml file anzulegen, um die topics im als Entitäten zur Verfügung zu stellen. Dazu habe ich im configuration.yaml folgenden code hinzugefügt:
Auf der Homeassistant Website könnte die Visualisierung dann beispielsweise so aussehen:
Zu guter Letzt poste ich unten noch den angepassten Code. Die zum Kompilieren notwendigen Libraries und weiteren Infos sind den oben angeführten GitHub Links zu entnehmen.
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266mDNS.h>
#include <ArduinoOTA.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <circular_log.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <NTPClient.h>
#include <ESP8266TimerInterrupt.h>
//+++ START CONFIGURATION +++
//IMPORTANT: Specify your WIFI settings:
#define WIFI_SSID "wifiname"
#define WIFI_PASS deinpasswort1234"
#define WIFI_HOSTNAME "mppsolar-pylontec"
//Uncomment for static ip configuration
#define STATIC_IP
IPAddress local_IP(192, 168, xxx, yyy);
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);
IPAddress gateway(192, 168, xxx, zzz);
IPAddress primaryDNS(192, 168, xxx, zzz);
//Uncomment for authentication page
//#define AUTHENTICATION
//set http Authentication
const char* www_username = "admin";
const char* www_password = "password";
//IMPORTANT: Uncomment this line if you want to enable MQTT (and fill correct MQTT_ values below):
#define ENABLE_MQTT
// Set offset time in seconds to adjust for your timezone, for example:
// GMT +1 = 3600
// GMT +1 = 7200
// GMT +8 = 28800
// GMT -1 = -3600
// GMT 0 = 0
#define GMT 3600
//NOTE 1: if you want to change what is pushed via MQTT - edit function: pushBatteryDataToMqtt.
//NOTE 2: MQTT_TOPIC_ROOT is where battery will push MQTT topics. For example "soc" will be pushed to: "home/grid_battery/soc"
#define MQTT_SERVER "192.168.xx.broker"
#define MQTT_PORT 1883
#define MQTT_USER ""
#define MQTT_PASSWORD ""
#define MQTT_TOPIC_ROOT "ingmarsretro/pylontec/" //this is where mqtt data will be pushed
#define MQTT_PUSH_FREQ_SEC 2 //maximum mqtt update frequency in seconds
//+++ END CONFIGURATION +++
#ifdef ENABLE_MQTT
#include <PubSubClient.h>
WiFiClient espClient;
PubSubClient mqttClient(espClient);
#endif //ENABLE_MQTT
//text response
char g_szRecvBuff[7000];
const long utcOffsetInSeconds = GMT;
char daysOfTheWeek[7][12] = {"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"};
// Define NTP Client to get time
WiFiUDP ntpUDP;
NTPClient timeClient(ntpUDP, "pool.ntp.org", utcOffsetInSeconds);
ESP8266WebServer server(80);
circular_log<7000> g_log;
bool ntpTimeReceived = false;
int g_baudRate = 0;
void Log(const char* msg)
{
g_log.Log(msg);
}
//Define Interrupt Timer to Calculate Power meter every second (kWh)
#define USING_TIM_DIV1 true // for shortest and most accurate timer
ESP8266Timer ITimer;
bool setInterval(unsigned long interval, timer_callback callback); // interval (in microseconds)
#define TIMER_INTERVAL_MS 1000
//Global Variables for the Power Meter - accessible from the calculating interrupt und from main
unsigned long powerIN = 0; //WS gone in to the BAttery
unsigned long powerOUT = 0; //WS gone out of the Battery
//Global Variables for the Power Meter - Überlauf
unsigned long powerINWh = 0; //WS gone in to the BAttery
unsigned long powerOUTWh = 0; //WS gone out of the Battery
void setup() {
memset(g_szRecvBuff, 0, sizeof(g_szRecvBuff)); //clean variable
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);//high is off
// put your setup code here, to run once:
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.persistent(false); //our credentialss are hardcoded, so we don't need ESP saving those each boot (will save on flash wear)
WiFi.hostname(WIFI_HOSTNAME);
#ifdef STATIC_IP
WiFi.config(local_IP, gateway, subnet, primaryDNS);
#endif
WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
for(int ix=0; ix<10; ix++)
{
Log("Wait for WIFI Connection");
if(WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
break;
}
delay(1000);
}
ArduinoOTA.setHostname(WIFI_HOSTNAME);
ArduinoOTA.begin();
server.on("/", handleRoot);
server.on("/log", handleLog);
server.on("/req", handleReq);
server.on("/jsonOut", handleJsonOut);
server.on("/reboot", [](){
#ifdef AUTHENTICATION
if (!server.authenticate(www_username, www_password)) {
return server.requestAuthentication();
}
#endif
ESP.restart();
});
server.begin();
timeClient.begin();
#ifdef ENABLE_MQTT
mqttClient.setServer(MQTT_SERVER, MQTT_PORT);
#endif
Log("Boot event");
}
void handleLog()
{
#ifdef AUTHENTICATION
if (!server.authenticate(www_username, www_password)) {
return server.requestAuthentication();
}
#endif
server.send(200, "text/html", g_log.c_str());
}
void switchBaud(int newRate)
{
if(g_baudRate == newRate)
{
return;
}
if(g_baudRate != 0)
{
Serial.flush();
delay(20);
Serial.end();
delay(20);
}
char szMsg[50];
snprintf(szMsg, sizeof(szMsg)-1, "New baud: %d", newRate);
Log(szMsg);
Serial.begin(newRate);
g_baudRate = newRate;
delay(20);
}
void waitForSerial()
{
for(int ix=0; ix<150;ix++)
{
if(Serial.available()) break;
delay(10);
}
}
int readFromSerial()
{
memset(g_szRecvBuff, 0, sizeof(g_szRecvBuff));
int recvBuffLen = 0;
bool foundTerminator = true;
waitForSerial();
while(Serial.available())
{
char szResponse[256] = "";
const int readNow = Serial.readBytesUntil('>', szResponse, sizeof(szResponse)-1); //all commands terminate with "$$\r\n\rpylon>" (no new line at the end)
if(readNow > 0 &&
szResponse[0] != '\0')
{
if(readNow + recvBuffLen + 1 >= (int)(sizeof(g_szRecvBuff)))
{
Log("WARNING: Read too much data on the console!");
break;
}
strcat(g_szRecvBuff, szResponse);
recvBuffLen += readNow;
if(strstr(g_szRecvBuff, "$$\r\n\rpylon"))
{
strcat(g_szRecvBuff, ">"); //readBytesUntil will skip this, so re-add
foundTerminator = true;
break; //found end of the string
}
if(strstr(g_szRecvBuff, "Press [Enter] to be continued,other key to exit"))
{
//we need to send new line character so battery continues the output
Serial.write("\r");
}
waitForSerial();
}
}
if(recvBuffLen > 0 )
{
if(foundTerminator == false)
{
Log("Failed to find pylon> terminator");
}
}
return recvBuffLen;
}
bool readFromSerialAndSendResponse()
{
const int recvBuffLen = readFromSerial();
if(recvBuffLen > 0)
{
server.sendContent(g_szRecvBuff);
return true;
}
return false;
}
bool sendCommandAndReadSerialResponse(const char* pszCommand)
{
switchBaud(115200);
if(pszCommand[0] != '\0')
{
Serial.write(pszCommand);
}
Serial.write("\n");
const int recvBuffLen = readFromSerial();
if(recvBuffLen > 0)
{
return true;
}
//wake up console and try again:
wakeUpConsole();
if(pszCommand[0] != '\0')
{
Serial.write(pszCommand);
}
Serial.write("\n");
return readFromSerial() > 0;
}
void handleReq()
{
#ifdef AUTHENTICATION
if (!server.authenticate(www_username, www_password)) {
return server.requestAuthentication();
}
#endif
bool respOK;
if(server.hasArg("code") == false)
{
respOK = sendCommandAndReadSerialResponse("");
}
else
{
respOK = sendCommandAndReadSerialResponse(server.arg("code").c_str());
}
handleRoot();
}
void handleJsonOut()
{
#ifdef AUTHENTICATION
if (!server.authenticate(www_username, www_password)) {
return server.requestAuthentication();
}
#endif
if(sendCommandAndReadSerialResponse("pwr") == false)
{
server.send(500, "text/plain", "Failed to get response to 'pwr' command");
return;
}
parsePwrResponse(g_szRecvBuff);
prepareJsonOutput(g_szRecvBuff, sizeof(g_szRecvBuff));
server.send(200, "application/json", g_szRecvBuff);
}
void handleRoot() {
#ifdef AUTHENTICATION
if (!server.authenticate(www_username, www_password)) {
return server.requestAuthentication();
}
#endif
timeClient.update(); //get ntp datetime
unsigned long days = 0, hours = 0, minutes = 0;
unsigned long val = os_getCurrentTimeSec();
days = val / (3600*24);
val -= days * (3600*24);
hours = val / 3600;
val -= hours * 3600;
minutes = val / 60;
val -= minutes*60;
time_t epochTime = timeClient.getEpochTime();
String formattedTime = timeClient.getFormattedTime();
//Get a time structure
struct tm *ptm = gmtime ((time_t *)&epochTime);
int currentMonth = ptm->tm_mon+1;
static char szTmp[9500] = "";
long timezone= GMT / 3600;
snprintf(szTmp, sizeof(szTmp)-1, "<html><b>Pylontech Battery</b><br>Time GMT: %s (%s %d)<br>Uptime: %02d:%02d:%02d.%02d<br><br>free heap: %u<br>Wifi RSSI: %d<BR>Wifi SSID: %s",
formattedTime, "GMT ", timezone,
(int)days, (int)hours, (int)minutes, (int)val,
ESP.getFreeHeap(), WiFi.RSSI(), WiFi.SSID().c_str());
strncat(szTmp, "<BR><a href='/log'>Runtime log</a><HR>", sizeof(szTmp)-1);
strncat(szTmp, "<form action='/req' method='get'>Command:<input type='text' name='code'/><input type='submit'> <a href='/req?code=pwr'>PWR</a> | <a href='/req?code=pwr%201'>Power 1</a> | <a href='/req?code=pwr%202'>Power 2</a> | <a href='/req?code=pwr%203'>Power 3</a> | <a href='/req?code=pwr%204'>Power 4</a> | <a href='/req?code=help'>Help</a> | <a href='/req?code=log'>Event Log</a> | <a href='/req?code=time'>Time</a><br>", sizeof(szTmp)-1);
//strncat(szTmp, "<form action='/req' method='get'>Command:<input type='text' name='code'/><input type='submit'><a href='/req?code=pwr'>Power</a> | <a href='/req?code=help'>Help</a> | <a href='/req?code=log'>Event Log</a> | <a href='/req?code=time'>Time</a><br>", sizeof(szTmp)-1);
strncat(szTmp, "<textarea rows='80' cols='180'>", sizeof(szTmp)-1);
//strncat(szTmp, "<textarea rows='45' cols='180'>", sizeof(szTmp)-1);
strncat(szTmp, g_szRecvBuff, sizeof(szTmp)-1);
strncat(szTmp, "</textarea></form>", sizeof(szTmp)-1);
strncat(szTmp, "</html>", sizeof(szTmp)-1);
//send page
server.send(200, "text/html", szTmp);
}
unsigned long os_getCurrentTimeSec()
{
static unsigned int wrapCnt = 0;
static unsigned long lastVal = 0;
unsigned long currentVal = millis();
if(currentVal < lastVal)
{
wrapCnt++;
}
lastVal = currentVal;
unsigned long seconds = currentVal/1000;
//millis will wrap each 50 days, as we are interested only in seconds, let's keep the wrap counter
return (wrapCnt*4294967) + seconds;
}
void wakeUpConsole()
{
switchBaud(1200);
//byte wakeUpBuff[] = {0x7E, 0x32, 0x30, 0x30, 0x31, 0x34, 0x36, 0x38, 0x32, 0x43, 0x30, 0x30, 0x34, 0x38, 0x35, 0x32, 0x30, 0x46, 0x43, 0x43, 0x33, 0x0D};
//Serial.write(wakeUpBuff, sizeof(wakeUpBuff));
Serial.write("~20014682C0048520FCC3\r");
delay(1000);
byte newLineBuff[] = {0x0E, 0x0A};
switchBaud(115200);
for(int ix=0; ix<10; ix++)
{
Serial.write(newLineBuff, sizeof(newLineBuff));
delay(1000);
if(Serial.available())
{
while(Serial.available())
{
Serial.read();
}
break;
}
}
}
#define MAX_PYLON_BATTERIES 8
struct pylonBattery
{
bool isPresent;
long soc; //Coulomb in %
long voltage; //in mW
long current; //in mA, negative value is discharge
long tempr; //temp of case or BMS?
long cellTempLow;
long cellTempHigh;
long cellVoltLow;
long cellVoltHigh;
char baseState[9]; //Charge | Dischg | Idle
char voltageState[9]; //Normal
char currentState[9]; //Normal
char tempState[9]; //Normal
char time[20]; //2019-06-08 04:00:29
char b_v_st[9]; //Normal (battery voltage?)
char b_t_st[9]; //Normal (battery temperature?)
bool isCharging() const { return strcmp(baseState, "Charge") == 0; }
bool isDischarging() const { return strcmp(baseState, "Dischg") == 0; }
bool isIdle() const { return strcmp(baseState, "Idle") == 0; }
bool isBalancing() const { return strcmp(baseState, "Balance") == 0; }
bool isNormal() const
{
if(isCharging() == false &&
isDischarging() == false &&
isIdle() == false &&
isBalancing() == false)
{
return false; //base state looks wrong!
}
return strcmp(voltageState, "Normal") == 0 &&
strcmp(currentState, "Normal") == 0 &&
strcmp(tempState, "Normal") == 0 &&
strcmp(b_v_st, "Normal") == 0 &&
strcmp(b_t_st, "Normal") == 0 ;
}
};
struct batteryStack
{
int batteryCount;
int soc; //in %, if charging: average SOC, otherwise: lowest SOC
int temp; //in mC, if highest temp is > 15C, this will show the highest temp, otherwise the lowest
long currentDC; //mAh current going in or out of the battery
long avgVoltage; //in mV
char baseState[9]; //Charge | Dischg | Idle | Balance | Alarm!
pylonBattery batts[MAX_PYLON_BATTERIES];
bool isNormal() const
{
for(int ix=0; ix<MAX_PYLON_BATTERIES; ix++)
{
if(batts[ix].isPresent &&
batts[ix].isNormal() == false)
{
return false;
}
}
return true;
}
//in Wh
long getPowerDC() const
{
return (long)(((double)currentDC/1000.0)*((double)avgVoltage/1000.0));
}
// power in Wh in charge
float powerIN() const
{
if (currentDC > 0) {
return (float)(((double)currentDC/1000.0)*((double)avgVoltage/1000.0));
} else {
return (float)(0);
}
}
// power in Wh in discharge
float powerOUT() const
{
if (currentDC < 0) {
return (float)(((double)currentDC/1000.0)*((double)avgVoltage/1000.0)*-1);
} else {
return (float)(0);
}
}
//Wh estimated current on AC side (taking into account Sofar ME3000SP losses)
long getEstPowerAc() const
{
double powerDC = (double)getPowerDC();
if(powerDC == 0)
{
return 0;
}
else if(powerDC < 0)
{
//we are discharging, on AC side we will see less power due to losses
if(powerDC < -1000)
{
return (long)(powerDC*0.94);
}
else if(powerDC < -600)
{
return (long)(powerDC*0.90);
}
else
{
return (long)(powerDC*0.87);
}
}
else
{
//we are charging, on AC side we will have more power due to losses
if(powerDC > 1000)
{
return (long)(powerDC*1.06);
}
else if(powerDC > 600)
{
return (long)(powerDC*1.1);
}
else
{
return (long)(powerDC*1.13);
}
}
}
};
batteryStack g_stack;
long extractInt(const char* pStr, int pos)
{
return atol(pStr+pos);
}
void extractStr(const char* pStr, int pos, char* strOut, int strOutSize)
{
strOut[strOutSize-1] = '\0';
strncpy(strOut, pStr+pos, strOutSize-1);
strOutSize--;
//trim right
while(strOutSize > 0)
{
if(isspace(strOut[strOutSize-1]))
{
strOut[strOutSize-1] = '\0';
}
else
{
break;
}
strOutSize--;
}
}
/* Output has mixed \r and \r\n
pwr
@
Power Volt Curr Tempr Tlow Thigh Vlow Vhigh Base.St Volt.St Curr.St Temp.St Coulomb Time B.V.St B.T.St
1 49735 -1440 22000 19000 19000 3315 3317 Dischg Normal Normal Normal 93% 2019-06-08 04:00:30 Normal Normal
....
8 - - - - - - - Absent - - - - - - -
Command completed successfully
$$
pylon
*/
bool parsePwrResponse(const char* pStr)
{
if(strstr(pStr, "Command completed successfully") == NULL)
{
return false;
}
int chargeCnt = 0;
int dischargeCnt = 0;
int idleCnt = 0;
int alarmCnt = 0;
int socAvg = 0;
int socLow = 0;
int tempHigh = 0;
int tempLow = 0;
memset(&g_stack, 0, sizeof(g_stack));
for(int ix=0; ix<MAX_PYLON_BATTERIES; ix++)
{
char szToFind[32] = "";
snprintf(szToFind, sizeof(szToFind)-1, "\r\r\n%d ", ix+1);
const char* pLineStart = strstr(pStr, szToFind);
if(pLineStart == NULL)
{
return false;
}
pLineStart += 3; //move past \r\r\n
extractStr(pLineStart, 55, g_stack.batts[ix].baseState, sizeof(g_stack.batts[ix].baseState));
if(strcmp(g_stack.batts[ix].baseState, "Absent") == 0)
{
g_stack.batts[ix].isPresent = false;
}
else
{
g_stack.batts[ix].isPresent = true;
extractStr(pLineStart, 64, g_stack.batts[ix].voltageState, sizeof(g_stack.batts[ix].voltageState));
extractStr(pLineStart, 73, g_stack.batts[ix].currentState, sizeof(g_stack.batts[ix].currentState));
extractStr(pLineStart, 82, g_stack.batts[ix].tempState, sizeof(g_stack.batts[ix].tempState));
extractStr(pLineStart, 100, g_stack.batts[ix].time, sizeof(g_stack.batts[ix].time));
extractStr(pLineStart, 121, g_stack.batts[ix].b_v_st, sizeof(g_stack.batts[ix].b_v_st));
extractStr(pLineStart, 130, g_stack.batts[ix].b_t_st, sizeof(g_stack.batts[ix].b_t_st));
g_stack.batts[ix].voltage = extractInt(pLineStart, 6);
g_stack.batts[ix].current = extractInt(pLineStart, 13);
g_stack.batts[ix].tempr = extractInt(pLineStart, 20);
g_stack.batts[ix].cellTempLow = extractInt(pLineStart, 27);
g_stack.batts[ix].cellTempHigh = extractInt(pLineStart, 34);
g_stack.batts[ix].cellVoltLow = extractInt(pLineStart, 41);
g_stack.batts[ix].cellVoltHigh = extractInt(pLineStart, 48);
g_stack.batts[ix].soc = extractInt(pLineStart, 91);
//////////////////////////////// Post-process ////////////////////////
g_stack.batteryCount++;
g_stack.currentDC += g_stack.batts[ix].current;
g_stack.avgVoltage += g_stack.batts[ix].voltage;
socAvg += g_stack.batts[ix].soc;
if(g_stack.batts[ix].isNormal() == false){ alarmCnt++; }
else if(g_stack.batts[ix].isCharging()){chargeCnt++;}
else if(g_stack.batts[ix].isDischarging()){dischargeCnt++;}
else if(g_stack.batts[ix].isIdle()){idleCnt++;}
else{ alarmCnt++; } //should not really happen!
if(g_stack.batteryCount == 1)
{
socLow = g_stack.batts[ix].soc;
tempLow = g_stack.batts[ix].cellTempLow;
tempHigh = g_stack.batts[ix].cellTempHigh;
}
else
{
if(socLow > g_stack.batts[ix].soc){socLow = g_stack.batts[ix].soc;}
if(tempHigh < g_stack.batts[ix].cellTempHigh){tempHigh = g_stack.batts[ix].cellTempHigh;}
if(tempLow > g_stack.batts[ix].cellTempLow){tempLow = g_stack.batts[ix].cellTempLow;}
}
}
}
//now update stack state:
g_stack.avgVoltage /= g_stack.batteryCount;
g_stack.soc = socLow;
if(tempHigh > 15000) //15C
{
g_stack.temp = tempHigh; //in the summer we highlight the warmest cell
}
else
{
g_stack.temp = tempLow; //in the winter we focus on coldest cell
}
if(alarmCnt > 0)
{
strcpy(g_stack.baseState, "Alarm!");
}
else if(chargeCnt == g_stack.batteryCount)
{
strcpy(g_stack.baseState, "Charge");
g_stack.soc = (int)(socAvg / g_stack.batteryCount);
}
else if(dischargeCnt == g_stack.batteryCount)
{
strcpy(g_stack.baseState, "Dischg");
}
else if(idleCnt == g_stack.batteryCount)
{
strcpy(g_stack.baseState, "Idle");
}
else
{
strcpy(g_stack.baseState, "Balance");
}
return true;
}
void prepareJsonOutput(char* pBuff, int buffSize)
{
memset(pBuff, 0, buffSize);
snprintf(pBuff, buffSize-1, "{\"soc\": %d, \"temp\": %d, \"currentDC\": %ld, \"avgVoltage\": %ld, \"baseState\": \"%s\", \"batteryCount\": %d, \"powerDC\": %ld, \"estPowerAC\": %ld, \"isNormal\": %s}", g_stack.soc,
g_stack.temp,
g_stack.currentDC,
g_stack.avgVoltage,
g_stack.baseState,
g_stack.batteryCount,
g_stack.getPowerDC(),
g_stack.getEstPowerAc(),
g_stack.isNormal() ? "true" : "false");
}
void loop() {
#ifdef ENABLE_MQTT
mqttLoop();
#endif
ArduinoOTA.handle();
server.handleClient();
//if there are bytes availbe on serial here - it's unexpected
//when we send a command to battery, we read whole response
//if we get anything here anyways - we will log it
int bytesAv = Serial.available();
if(bytesAv > 0)
{
if(bytesAv > 63)
{
bytesAv = 63;
}
char buff[64+4] = "RCV:";
if(Serial.readBytes(buff+4, bytesAv) > 0)
{
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(5);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);//high is off
Log(buff);
}
}
}
#ifdef ENABLE_MQTT
#define ABS_DIFF(a, b) (a > b ? a-b : b-a)
void mqtt_publish_f(const char* topic, float newValue, float oldValue, float minDiff, bool force)
{
char szTmp[16] = "";
snprintf(szTmp, 15, "%.2f", newValue);
if(force || ABS_DIFF(newValue, oldValue) > minDiff)
{
mqttClient.publish(topic, szTmp, false);
}
}
void mqtt_publish_i(const char* topic, int newValue, int oldValue, int minDiff, bool force)
{
char szTmp[16] = "";
snprintf(szTmp, 15, "%d", newValue);
if(force || ABS_DIFF(newValue, oldValue) > minDiff)
{
mqttClient.publish(topic, szTmp, false);
}
}
void mqtt_publish_s(const char* topic, const char* newValue, const char* oldValue, bool force)
{
if(force || strcmp(newValue, oldValue) != 0)
{
mqttClient.publish(topic, newValue, false);
}
}
void pushBatteryDataToMqtt(const batteryStack& lastSentData, bool forceUpdate /* if true - we will send all data regardless if it's the same */)
{
mqtt_publish_f(MQTT_TOPIC_ROOT "soc", g_stack.soc, lastSentData.soc, 0, forceUpdate);
mqtt_publish_f(MQTT_TOPIC_ROOT "temp", (float)g_stack.temp/1000.0, (float)lastSentData.temp/1000.0, 0.1, forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "currentDC", g_stack.currentDC, lastSentData.currentDC, 1, forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "estPowerAC", g_stack.getEstPowerAc(), lastSentData.getEstPowerAc(), 10, forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "battery_count",g_stack.batteryCount, lastSentData.batteryCount, 0, forceUpdate);
mqtt_publish_s(MQTT_TOPIC_ROOT "base_state", g_stack.baseState, lastSentData.baseState , forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "is_normal", g_stack.isNormal() ? 1:0, lastSentData.isNormal() ? 1:0, 0, forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "getPowerDC", g_stack.getPowerDC(), lastSentData.getPowerDC(), 1, forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "powerIN", g_stack.powerIN(), lastSentData.powerIN(), 1, forceUpdate);
mqtt_publish_i(MQTT_TOPIC_ROOT "powerOUT", g_stack.powerOUT(), lastSentData.powerOUT(), 1, forceUpdate);
// publishing details
for (int ix = 0; ix < g_stack.batteryCount; ix++) {
char ixBuff[50];
String ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/voltage";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_f(ixBuff, g_stack.batts[ix].voltage / 1000.0, lastSentData.batts[ix].voltage / 1000.0, 0, forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/current";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_f(ixBuff, g_stack.batts[ix].current / 1000.0, lastSentData.batts[ix].current / 1000.0, 0, forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/soc";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_i(ixBuff, g_stack.batts[ix].soc, lastSentData.batts[ix].soc, 0, forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/charging";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_i(ixBuff, g_stack.batts[ix].isCharging()?1:0, lastSentData.batts[ix].isCharging()?1:0, 0, forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/discharging";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_i(ixBuff, g_stack.batts[ix].isDischarging()?1:0, lastSentData.batts[ix].isDischarging()?1:0, 0, forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/idle";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_i(ixBuff, g_stack.batts[ix].isIdle()?1:0, lastSentData.batts[ix].isIdle()?1:0, 0, forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/state";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_s(ixBuff, g_stack.batts[ix].isIdle()?"Idle":g_stack.batts[ix].isCharging()?"Charging":g_stack.batts[ix].isDischarging()?"Discharging":"", lastSentData.batts[ix].isIdle()?"Idle":lastSentData.batts[ix].isCharging()?"Charging":lastSentData.batts[ix].isDischarging()?"Discharging":"", forceUpdate);
ixBattStr = MQTT_TOPIC_ROOT + String(ix) + "/temp";
ixBattStr.toCharArray(ixBuff, 50);
mqtt_publish_f(ixBuff, (float)g_stack.batts[ix].tempr/1000.0, (float)lastSentData.batts[ix].tempr/1000.0, 0.1, forceUpdate);
}
}
void mqttLoop()
{
//if we have problems with connecting to mqtt server, we will attempt to re-estabish connection each 1minute (not more than that)
static unsigned long g_lastConnectionAttempt = 0;
//first: let's make sure we are connected to mqtt
const char* topicLastWill = MQTT_TOPIC_ROOT "availability";
if (!mqttClient.connected() && (g_lastConnectionAttempt == 0 || os_getCurrentTimeSec() - g_lastConnectionAttempt > 60)) {
if(mqttClient.connect(WIFI_HOSTNAME, MQTT_USER, MQTT_PASSWORD, topicLastWill, 1, true, "offline"))
{
Log("Connected to MQTT server: " MQTT_SERVER);
mqttClient.publish(topicLastWill, "online", true);
}
else
{
Log("Failed to connect to MQTT server.");
}
g_lastConnectionAttempt = os_getCurrentTimeSec();
}
//next: read data from battery and send via MQTT (but only once per MQTT_PUSH_FREQ_SEC seconds)
static unsigned long g_lastDataSent = 0;
if(mqttClient.connected() &&
os_getCurrentTimeSec() - g_lastDataSent > MQTT_PUSH_FREQ_SEC &&
sendCommandAndReadSerialResponse("pwr") == true)
{
static batteryStack lastSentData; //this is the last state we sent to MQTT, used to prevent sending the same data over and over again
static unsigned int callCnt = 0;
parsePwrResponse(g_szRecvBuff);
bool forceUpdate = (callCnt % 20 == 0); //push all the data every 20th call
pushBatteryDataToMqtt(lastSentData, forceUpdate);
callCnt++;
g_lastDataSent = os_getCurrentTimeSec();
memcpy(&lastSentData, &g_stack, sizeof(batteryStack));
}
mqttClient.loop();
}
#endif //ENABLE_MQTT
Immer wieder werde ich angesprochen, mir
fehlerbehaftete, kabellose Staubsauggeräte anzusehen. Dabei sind die modernen
Geräte nach dem Zyklon Prinzip am häufigsten vertreten. Meist sind es die
Akkus, deren BMS (Batterie-Management-System) dem Akku den "Garaus"
macht, indem der im BMS verbaute Microcontroller ein "disabled" Flag
setzt und den Akku unbrauchbar macht. Der Grund dafür ist meist ein defekt einer
oder mehrerer Zellen. Genauer gesagt ist es die Balance der Zellen, die nicht
mehr gegeben ist oder erreicht wird. Bei vielen Akkusystemen moderner
kabelloser Geräte kommen Lithium-Ionen Zellen der Baugröße 18650 zum Einsatz.
(zylindrische Zellen mit 18mm Durchmesser und 65mm Länge, einer Nominalspannung
von 3.7V und einer Kapazität von durchschnittlich zwei Ah) Ein defekter oder
ein, durch das BMS abgeschalteter Akku, lässt sich dann nicht mehr Laden, der
Handstaubsauger schaltet nicht mehr ein, wenn der der Trigger gedrückt wird und
es gibt je nach Bauart und Modell Blinksignale der im Akku verbauten
Leuchtdioden. Zu diesen Fehlerbildern gibt es einige Ansätze, erfolgreiche
Reparaturen durchzuführen. Zum einen können aufgrund des Alters des Gerätes Zellen
defekt sein, die dann eine viel zu geringe oder gar keine Zellspannung mehr
abgeben. Hier ist ein Tausch der einzelnen, betroffenen Zellen dann möglich -
wenn auch nicht sinnvoll. Man kann natürlich auch alle Zellen erneuern - so man
sich die Arbeit und den Umgang mit dem Punktschweißgerät und dem Nickelband
zutraut. Ich hatte aber auch schon einige Geräte am Tisch, dessen Akkus auch
keine Ausgangsspannung mehr freischalteten, obwohl die einzelnen Zellen und
deren Leerlaufspannung absolut in Ordnung und die Balance untereinander gegeben
war. Der einfachste Lösungsansatz war dabei eine genauere Untersuchung
der BMS Platine. Ein einfacher Reset des verbauten Microcontrollers erweckte
den Akku schon häufig wieder zum Leben. (Hier ist natürlich vorausgesetzt, dass
man am Board ein wenig Reverse Engineering betreibt und sich zumindest die Type
des Microcontrollers und dessen Beschaltung herauszeichnet) Bei Recherchen im
Netz bin ich sogar auf ein GitHub Projekt gestoßen, bei dem jemand eine eigene Firmware für das BMS Board
einiger Dyson Akkus entwickelt hat.
Wie im Titel des Beitrags beschrieben, muss es
aber nicht immer an einem defekten Akku liegen, dass der kleine Zyklon nicht
mehr tobt. In diesem Fall hat sich folgendes Verhalten gezeigt:
Beim Betätigen des Triggers blinkt die LED am
Dyson DC34 und der Motor dreht nicht. Steckt man das Ladegerät an den
Akku des Saugers an, so leuchtet die LED am Netzteil und es sieht alles nach
einem, wie in der Bedienungsleitung beschriebenen Ladevorgang aus.
Dyson DC34 am Ladegerät - noch ist die LED an
Soweit so gut. Doch schon nach einigen Minuten
erlischt die LED am Ladegerät und man bekommt signalisiert, dass der Akku
vollgeladen ist. Dem ist aber nicht so. Wenn der Trigger betätigt wird, so
passiert nichts außer, dass die LED am Dyson zu blinken beginnt. Der Motor
bleibt still. Also war mein erster Verdacht - wie so oft - der Akku ist defekt.
Also habe ich zuerst einmal den Akku demontiert und die Spannungen der 18650er
Zellen gemessen. Die waren jedoch alle ok – also einem Bereich um die 3.5V und
vor allem gab es auch unter den Zellen keine großen Abweichungen. Sie waren
somit auch gut balanciert, aber eben leer. Im nächsten Schritt habe ich dann
das BMS Board genauer betrachtet und den darauf befindlichen Mikrocontroller
resettet. Ein erneuter Ladeversuch brachte aber keine Änderungen und LED am
Ladegerät erlosch wieder nach einigen Minuten.
So war der nächste Schritt, den Akku mit einem
Labornetzteil zu laden und dann messen wie sich das BMS und die Zellen
verhalten. Das Modell DC34 ist eines der „älteren“ Geräte. Hier wurden auf der
DC Seite noch zwei Spannungen benötigt. 16.75V DC und 24.35V DC werden über den
dreipoligen Ladestecker geliefert. Da der Akku ja schon geöffnet war, war es
ein Leichtes, die beiden Spannungen anzulegen. Und siehe da, das Laden der
Zellen klappte. Nach einigen Minuten am Labornetzteil hatte der Dyson Akku
wieder genug Energie um den Sauger zu betreiben. Somit konnte ich den Akku als
Defekt ausschließen.
Der nächste Ansatz war nun, das Ladegerät zu
untersuchen. Und um das Ergebnis vorweg zu nehmen – genau das war das Problem.
Um hier die Ursache zu finden, entschloss ich mich, das Ladegerät zu öffnen. Aufgrund der Nachhaltigkeit der heutigen Konsumentenprodukte
ist das Teil ganz einfach zu öffnen – lediglich zwei Kreuzschlitzschrauben
halten die Gehäuseschalen zusammen und nach dem Lösen dieser, fallen die Teile
einfach auseinander und die Platine liegt auf dem Tisch… - schön wär´s. Leider
ist kein Hersteller daran interessiert, dass seine defekten Teile einfach zu
reparieren sind. So ist das Gehäuse auch nicht verschraubt. Denn Schrauben sind
ja auch teuer. Die Kunststoffteile sind natürlich verschweißt bzw. verklebt und
nur mit einer Trennscheibe am Dremel zu lösen. Gesagt – getan.
Nach dem Öffnen und Freilegen der Netzteilplatine
habe ich die DC-Ausgänge mit Lasten, die der aufgedruckten Nominalleistung
entsprechen, belastet und gleichzeitig die Spannungen gemessen. Diese fallen
unter Last um ein paar Millivolt ab, aber sind zu Anfang auch vorhanden. Dann passierte
aber folgendes: Nach ein paar Minuten Betrieb fielen die Spannungen auf 0V ab
und die LED leuchtete nicht mehr. Aha! Also kurz von der Netzspannung getrennt
und wieder eingesteckt. Doch die LED blieb dunkel und es gab keine Ausgangsspannung.
Erst nach einigen Minuten ohne AC-Versorgung fuhr das „Schaltnetzteil“ wieder
hoch. Unter Last ließ sich das Verhalten immer nachvollziehen. Zwei bis fünf
Minuten unter Last und das Netzteil schaltet ab. Bei einem Versuch ohne Ausgangsbelastung
passierte lange nichts und die Spannungen standen stabil. Erst geschätzte dreißig
Minuten später war wieder Ende. Nach einer genaueren Untersuchung ist mir dann
aufgefallen, dass die primäre Ansteuerung des Wandlers auf einmal nicht mehr
vorhanden war. Der Enable/Undervoltage Pin des Controller IC wurde aber im
Ausschaltmoment über den Optokoppler Transistor nicht aktiviert und trotzdem war
Schluss.
DC34 Ladegerät mit Lastwiderständen
Ein kurzes Berühren des Controller ICs mit dem
Finger und das darauffolgende Wahrnehmen von unangenehmer Hitze und Schmerz
eröffnete mir eine neue Fehlerursache. Das Teil wird thermisch zu heiß und es könnte
ja eine „thermal-Protection“ geben. Bingo. Bei dem Controller IC handelt es
sich um einen TNY278PN der TinySwitch Family von „power integrations“, einem IC
der den Leistungs Mosfet und die Ansteuerelektronik (den PWM Generator) in
einem Chip vereint hat. Und sieht man sich das Datenblatt an, dann ist
folgendes zu lesen:
Auszug aus dem Datenblatt des TNY
Somit hat es etwas mit der Erwärmung des IC´s, bzw.
dessen thermischer Belastung zu tun, die sich anscheinend nicht mehr im
Sollbereich bewegt. Glücklicherweise schaltet der Chip durch seine eingebaute
Sicherheitstechnik ab und nicht die Sicherung, die auslöst, wenn der Mosfet
stirbt und dauerhaft niederohmig wird. Das Abschalten des Controller ICs auch
bei Nichtbelastung war ein weiteres Indiz, dass der Chip nicht mehr in Ordnung
ist. Also habe ich den IC erneuert und das Board wieder in Betrieb genommen. Die
LED und die Ausgangsspannungen waren sofort wieder da. Nach 20 Minuten
Dauerbetrieb mit angeschlossenen Lastwiderständen war immer noch alles OK. Auch
die Temperatur des Controller IC war durchaus im erträglichen Bereich.
alt vs. neu
Also konnte ich davon ausgehen, dass das Ladegerät
wieder ok war. Vor dem Verkleben der Gehäuseschalen bekam ein Gehäuseteil noch
ein Tuning in Form von vier Lüftungslöchern. So gibt es zumindest die Möglichkeit,
die thermische Abwärme im Netzteil abzuführen.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
