Einführung

So wie jeder Hausbesitzer und Datennerd, möchte ich wissen wie der Stromverbrauch ist. Als ersten Ansatz möchte ich gerne den gesamten Stromverbrauch messen und daher ist die besten Datenquelle der Stromzähler im Schaltschrank.

Problem Statement

Ziel:

• Erfassung des Verbrauchs auf Basis von Daten des Stromzählers
• Empfang der Daten durch den Raspberry im Schaltschrank
• Aufbereitung der Daten durch die Node-RED Instanz auf dem Raspi
• Speicherung der Daten in einer Datenbank (MariaDB oder andere Time-Series Database)
• Erstellen einer HTML Seite für die Anzeige des Verbrauchs

Aufgaben:

1. Vorbereitung:
   • Ermittlung der Daten die der Stromzähler bereitstellen kann und der Schnittstellen.
   • Aussuchen des Sensors in Orientierung an die Schnittstelle und der Verbindung zum Raspi
2. Konfiguration
   • Anbringen des Sensors
   • Node-RED zum Empfang und zur Aufbereitung der Daten konfigurieren
3. Auswahl der Datenbank für die Datenhaltung
4. Auswahl des Reporting-Werzkzeugs zum Erstellen von Reports bzw. HTML Charts über dem Datenbestand.

Vorbereitung

Der Zähler:

Nun ist der erste Blick einer auf den Stromzähler um zu prüfen, ob dieser auch „smart“ genug ist. Mein Zähler ist ein Logarex LK13BD102015 Baujahr 2014 mit SW-Ver.:02. Nun geht es also darum ein paar Informationen über den Zähler zu ermitteln, was sich als recht schwierig herausstellte. Die tschechische Firma ist bgzl. der Produktdokumentation jetzt nicht so Premium, kann aber auch an meinem tendenziell immer schlechter werdenden Tschechisch liegen.

Grundsätzlich, so scheint es, gibt es eine Art Standard für Verbrauchsmessungen. Die OBIS Kennzahlen. Je nach technischer Implementierung, kann ein Zähler eine Vielzahl von OBIS Kennzahlen über verschiedene Schnittstellen (z.B. Verbrauch) berichten. Meiner kann leider nur den Gesamtverbrauch (OBIS-Kennzahl 1.8.0) über die IR (Infrarot) Schnittstelle wiedergeben. SuperDing.

Der Sensor:

Nach der Informationsbeschaffung über den Zähler hätte ich mich normalerweise für einen Eigenbau IR-Sensor entschieden, doch da ich für die Wärmepumpe noch einen zweiten Zähler habe, und der hoffentlich deutlich Smarter ist, habe ich dann einen etwas besseren Sensor bestellt. Es ist das Modell von Weidmann geworden.

Dieser hat zwei IR-Dioden (Daten senden und empfangen), und ist mit einer USB 2.0 Schnittstelle ausgestattet, die über einen FTDI eine serielle Schnittstelle darstellt. Der Sensor wird mit Hilfe eines Ringmagneten am Stromzähler angebracht. Dabei ist etwas darauf zu achten, dass die Dioden an der LED des Zählers ausgerichtet werden. Das hat aber auf Anhieb geklappt. Ich persönlich finde das 3m lange Kabel etwas zu lang, aber wird schon einen Grund haben.

<Bild vom Sensor>

Konfiguration

Vor dem Anschluß des IR-Lesekopfes am Raspberry ist zu empfehlen, das Syslog auf der Konsole zu starten um zu sehen, ob der Lesekopfes als serielles Gerät erkannt wird.

sudo tail -f /var/log/syslog

Hier ist zu erkennen, dass …

<Details einfügen>

Jetzt können wir über ein paar Shell Befehle schauen, ob der IR-Reader Daten vom Stromzähler empfangen kann. Mit stty konfigurieren wir das Interface auf die richtigen Werte. Die Anleitung dazu gibt es hier.

stty -F /dev/ttyUSB0 300 -parodd cs7 -cstopb parenb -ixoff -crtscts -hupcl -ixon -opost -onlcr -isig -icanon -iexten -echo -echoe -echoctl -echoke

Dann kann man über einen cat Befehl schauen, was da so über das serielle Interface hereinkommt und ggf. auch bereits ein paar Daten sehen. Hier der Output meiner Stromzählers. Es ist auch gut zu erkennen, welche OBIS Kennzahlen übermittelt werden. Es ist leider nur die 1.8.0, also der Gesamtstromverbrauch.

xxx@yyy:~ $ cat /dev/ttyUSB0
/?!
/LOG4LK13BD102015
C.1.0(xxxxxxxx)
0.0.0(1LOG000xxxxxxx)
F.F(0000)
1.8.0(018586.454*kWh)
C.7.1(00000003)
C.7.2(00000004)
C.7.3(00000001)
0.2.1(ver.02, 130314, 41BD)
C.2.1(1409111313)
C.2.9(1400013)
!
a/?!
/LOG4LK13BD102015
C.1.0(xxxxxxxx)
0.0.0(1LOG000xxxxxxx)
F.F(0000)
1.8.0(018586.458*kWh)
C.7.1(00000003)
C.7.2(00000004)
C.7.3(00000001)
0.2.1(ver.02, 130314, 41BD)
C.2.1(1409111313)
C.2.9(1409111313)
!
m^C

Oben genannte Befehle auf der Konsole sind nur zum Testen der Funktionsfähigkeit des IR-Lesekopfes und der seriellen Verbindung. Im weiteren Verlauf werden diese Kommandos nicht mehr gebraucht, weil sich Node-RED um die Datenaufnahme kümmern wird.

Nun geht es als nächstes darum die Daten von der seriellen Schnittselle mit Hilfe von Node-RED zu verarbeiten. Nach etwas Suche bin ich dann auch den Node SmartMeter gekommen, welchen ich dann sofort im Node-RED installiert habe. Es steht dann ein neuer Node „SmartMeter“ bereit. Diesen habe ich dann folgendermaßen konfiguriert, so dass der Zählerstand alle 300 Sekunden (5 Minuten) abgefragt wird.

Ich habe dann hinter den Node noch einen Debug-Node gehängt, um zu sehen was der Node ausgibt. Hier kann man dann auch sehen, dass im Object 6-0:1.8.0 die OBIS Kennzahl steckt und ramm bei rawValue der aktuelle Zählerstand.

Als nächstes muss dann aus diesem Objekt der aktuelle Zählerstand ausgelesen werden. Dies habe ich mit einer Funktion umgesetzt, die ich direkt an den SmartMeter Node gehängt habe. So extrahiere ich nur den Zählerstand und gebe nur den Wert zur weiteren Verarbeitung als msg. payload weiter.

return [
    { payload: parseFloat(msg.payload["6-0:1.8.0"].rawValue.replace(/[^\d.-]/, '')) },
];

Nach diesem Node schicke ich die Payload dann über ein MQTT Telegram in das Netz, wo es von der Node-RED Hauptinstanz meines Servers weiterverarbeitet wird. Somit ist die Raspberry Seite erledigt.

Im nächsten Post geht es darum die gesammelten Daten aufzubereiten, in einer geeigneten Datenbank zu speichern und auszuwerten.

Quellen / Verweise

• https://www.photovoltaikforum.com/thread/110178-vz-mit-ir-schreib-lesekopf-usb-von-weidmann-einrichten/?t=110178
• https://knx-user-forum.de/forum/%C3%B6ffentlicher-bereich/geb%C3%A4udetechnik-ohne-knx-eib/42090-digitale-stromz%C3%A4hler-auslesen-logarex-lk13b