ご家庭消費電力計（デカいの）の作製

こんにちは、ゆうかりです。

今回は、以下の記事で中途半端に使ってみたけど放置していたWi-SUN関連機材を使って。
消費電力計を作ってみた、というお話です。

Bルート契約周りとかは、以下記事をご確認くださいな。

obnizでスマートメーターにちょっかいを出してみる
https://elchika.com/article/142b9500-8c1c-4b7d-8d38-b515c752925b/

消費電力の可視化

まあ、プロダクトベースだとタブレットだの太陽電池コントローラ上に表示する系の「HEMS」機器や。

https://sumai.panasonic.jp/aiseg/hems/index.html
m5stack系オプションに、m5stickCな画面に表示するステキさんとかがあります。

https://booth.pm/ja/items/1650727

・・・まあこのヘン使うのが、気軽でいいですよ、と。

このお話は、そのへんぶっちぎって適当にWi-SUNモジュールをobniz案件だ！っつーて買った挙句に放置してしまって勿体ないので使いましょう、という、かなりこう意識が低いお話です。

買って放置してたWi-SUNモジュール、ROHMのBP35C0という、まあ比較的使い辛いやーつ。

ラズパイでとりあえず制御できるか

ラズパイと、秋月のFT232基板使って、適当に組みました。
通信はUSB変換してUSB経由にする方向で。

注意点としては、FT232はIOをスイッチで3.3Vにすることが出来ますが、3.3V電源は搭載していない為、別途用意する必要があること、くらいです。
適当に組んでる時は、ラズパイから3.3Vを貰ってましたとさ。

で、動作確認。
スクリプトは以下URLなどを参照に。
https://qiita.com/rukihena/items/82266ed3a43e4b652adb

https://github.com/katsumin/python-echonet-lite

なんだけど、、、最近のRaspberry Pi OSはpythonが3系しか搭載しておらず。
まあ結構大胆にスクリプト書き替えが必要でしたとさ、メンディー・・・。

基板作製

ま、動作確認はうまくいったので。
サクッと基板を作りましょう。

秋月のUSBシリアル変換、東芝の3.3V LDO、そして秋月C基板です。

適当に配置検討して。

配線！。

ま、配線は以下を参考に。

こんなかんじで。
RESET端子、制御必要かと思いきや、単純にVCCに吊っちゃっていいみたいです。

組み立て

ま、適当なマトリクスLED板と、接続基板を用意して。

できました。

スクリプト

以下２つを作製。
いずれも、systemdでの自動起動対応、自動リブート用にリセット処理を入れている感じです。

まず、消費電力をメーターから読み取って、「/ramdisk/watt.data」に書き出すスクリプト。

getwatt.py
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys
import serial
import time
import os



# Bルート認証ID
rbid  = 'BルートのID'
# Bルート認証パスワード
rbpwd = 'Bルートのパスワード'
# シリアルポートデバイス名
serialPortDev = '/dev/ttyUSB0'
# リザルトファイル
outputfilename = '/ramdisk/watt.data'

def debugwrite(data):
#    print (data)
    pass

def sendcommand(serialobject,data):
    data = data + '\r\n'
    serialobject.write(data.encode())
    readdata = serialobject.readline()
    readdata = serialobject.readline()
    debugwrite (readdata.decode())

def sendcommandraw(serialobject,data):
    data = data + '\r\n'
    serialobject.write(data.encode())

def sendcommandbinary(serialobject,data):
    serialobject.write(data)
#    serialobject.flush()

def receivecommandraw(serialobject):
    readdata = serialobject.readline()
    return (readdata)


# main loop
while True:
    # シリアルポート初期化
    if not (os.path.exists(serialPortDev)):
        time.sleep(10)
        continue
    debugwrite('[init]')
    ser = serial.Serial(serialPortDev, 115200)

    # とりあえずバージョンを取得してみる（やらなくてもおｋ）
    debugwrite('[version]')
    sendcommand(ser,'SKVER')

    # Bルート認証パスワード設定
    debugwrite('[password]')
    sendcommand(ser,'SKSETPWD C ' + rbpwd)

    # Bルート認証ID設定
    debugwrite('[id]')
    sendcommand(ser,'SKSETRBID ' + rbid)

    scanDuration = 4;   # スキャン時間。サンプルでは6なんだけど、4でも行けるので。（ダメなら増やして再試行）
    scanRes = {} # スキャン結果の入れ物

    debugwrite('[scan]')
    # スキャンのリトライループ（何か見つかるまで）
    while not 'Channel' in scanRes:
        # アクティブスキャン（IE あり）を行う
        # 時間かかります。10秒ぐらい？
        sendcommandraw(ser,'SKSCAN 2 FFFFFFFF ' + str(scanDuration) + ' 0')

        # スキャン1回について、スキャン終了までのループ
        scanEnd = False
        while not scanEnd :
            line = receivecommandraw(ser)
            debugwrite (line)

            if line.startswith(b'EVENT 22') :
                # スキャン終わったよ（見つかったかどうかは関係なく）
                scanEnd = True
            elif line.startswith(b'  ') :
                # スキャンして見つかったらスペース2個あけてデータがやってくる
                # 例
                #  Channel:39
                #  Channel Page:09
                #  Pan ID:FFFF
                #  Addr:FFFFFFFFFFFFFFFF
                #  LQI:A7
                #  PairID:FFFFFFFF
                linedecode =line.decode()
                cols = linedecode.strip().split(':')
                scanRes[cols[0]] = cols[1]
        scanDuration+=1

        if 10 < scanDuration and not 'Channel' in scanRes:
            # 引数としては14まで指定できるが、7で失敗したらそれ以上は無駄っぽい
            continue
    if scanEnd == False:
        ser.close()
        time.sleep(10)
        continue

    # スキャン結果からChannelを設定。
    debugwrite('[set channnel]')
    sendcommand(ser,'SKSREG S2 ' + scanRes['Channel'])

    # スキャン結果からPan IDを設定
    debugwrite('[set panid]')
    sendcommand(ser,'SKSREG S3 ' + scanRes['Pan ID'])

    # MACアドレス(64bit)をIPV6リンクローカルアドレスに変換。
    # (BP35A1の機能を使って変換しているけど、単に文字列変換すればいいのではという話も？？)
    debugwrite('[set localaddress]')
    sendcommandraw(ser,'SKLL64 ' + scanRes['Addr'])
    readdata = receivecommandraw(ser)
    ipv6Addr = receivecommandraw(ser).decode().strip()
#    print(ipv6Addr)

    # PANA 接続シーケンスを開始します。
    debugwrite('[join]')
    sendcommand(ser,'SKJOIN ' + ipv6Addr)

    # PANA 接続完了待ち（10行ぐらいなんか返してくる）
    debugwrite('[wait panaconnect]')

    bConnected = False
    bCount = 0
    while not bConnected :
        line = receivecommandraw(ser)
        debugwrite(line)
        if line.startswith(b'EVENT 24') :
            continue
        elif line.startswith(b'EVENT 25') :
            # 接続完了！
            bConnected = True
        bCount = bCount + 1
        if bCount > 30:
            continue
    if bConnected == False:
        ser.close()
        time.sleep(10)
        continue

    # これ以降、シリアル通信のタイムアウトを設定
    ser.timeout = 2

    # スマートメーターがインスタンスリスト通知を投げてくる
    # (ECHONET-Lite_Ver.1.12_02.pdf p.4-16)
    readdata = receivecommandraw(ser) # 無視
    readdata = receivecommandraw(ser) # 無視

    time.sleep(2)

    debugwrite('[start]')
    protime = time.time() 
    while True:
        ntime = time.time()
        ptime = ntime - protime
        if ptime > 120:
            break
        # ECHONET Lite フレーム作成
        # 　参考資料
        # 　・ECHONET-Lite_Ver.1.12_02.pdf (以下 EL)
        # 　・Appendix_H.pdf (以下 AppH)
        echonetLiteFrame = b''
        echonetLiteFrame += b'\x10\x81'      # EHD (参考:EL p.3-2)
        echonetLiteFrame += b'\x00\x01'      # TID (参考:EL p.3-3)
        # ここから EDATA
        echonetLiteFrame += b'\x05\xFF\x01'  # SEOJ (参考:EL p.3-3 AppH p.3-408～)
        echonetLiteFrame += b'\x02\x88\x01'  # DEOJ (参考:EL p.3-3 AppH p.3-274～)
        echonetLiteFrame += b'\x62'          # ESV(62:プロパティ値読み出し要求) (参考:EL p.3-5)
        echonetLiteFrame += b'\x01'          # OPC(1個)(参考:EL p.3-7)
        echonetLiteFrame += b'\xE7'          # EPC(参考:EL p.3-7 AppH p.3-275)
        echonetLiteFrame += b'\x00'          # PDC(参考:EL p.3-9)

        # コマンド送信
        command = 'SKSENDTO 1 {0} 0E1A 1 0 {1:04X} '.format(ipv6Addr, len(echonetLiteFrame))
        command = command.encode() + echonetLiteFrame + b'\r\n'
        sendcommandbinary(ser,command)

        for loopi in range(10):
            line = receivecommandraw(ser)

            # 受信データはたまに違うデータが来たり、
            # 取りこぼしたりして変なデータを拾うことがあるので
            # チェックを厳しめにしてます。
            if line.startswith(b'ERXUDP') :
                cols = line.strip().split(b' ')
                res = cols[9]   # UDP受信データ部分
                seoj = res[4:7]
                ESV = res[10:11]
                if seoj == b'\x02\x88\x01' and ESV == b'\x72' :
                    # スマートメーター(028801)から来た応答(72)なら
                    EPC = res[12:13]
                    if EPC == b'\xe7' :
                        # 内容が瞬時電力計測値(E7)だったら
                        hexPower = res[14:18]     # 最後の4バイト（16進数で8文字）が瞬時電力計測値
                        intPower = int.from_bytes(hexPower, 'big')
                        strPower = str(intPower)
                        if len(strPower) > 0:
                            f = open(outputfilename,'w')
                            f.write (str(intPower))
                            f.close()
                            protime = time.time()
                            time.sleep(5)
                            break
    ser.close()

rpi-rgb-led-matrixライブラリを使って、「/ramdisk/watt.data」の内容を表示するスクリプト。

ledoutput.py
from PIL import Image, ImageDraw, ImageOps, ImageFont, ImageFilter, ImageChops, ImageColor
from rgbmatrix import RGBMatrix, RGBMatrixOptions
import time

outputfilename = '/ramdisk/watt.data'

class ledworker(object):
    def ledinit(self):
        self.options = RGBMatrixOptions()
        self.options.hardware_mapping = "regular"
        self.options.led_rgb_sequence = "RGB"
        self.options.rows = 32
        self.options.chain_length = 2
        self.options.parallel = 1
        self.options.pwm_bits = 11
        self.options.brightness = 70
        self.options.pwm_lsb_nanoseconds = 130
        self.options.gpio_slowdown = 3
        self.matrix = RGBMatrix(options = self.options)
        self.fontdata = ImageFont.truetype('/data/Envy Code R Bold.ttf', 32)
        self.fontdatasmall = ImageFont.truetype('/data/Envy Code R Bold.ttf', 12)

    def ledoutput(self,data):
        image = Image.new('RGB', (64, 32), (0, 0, 0))
        draw = ImageDraw.Draw(image)

        outputdata = float(data) / 1000
        outputdata = '{:.04f}'.format(outputdata)

        draw.text((8,-5), '.', (192, 192, 192),font=self.fontdata)
        draw.text((52,20), 'kw', (192, 192, 192),font=self.fontdatasmall)

        draw.text((0,-5), outputdata[0], (255, 255, 255),font=self.fontdata)
        draw.text((17,-5), outputdata[2], (255, 255, 255),font=self.fontdata)
        draw.text((33,-5), outputdata[3], (255, 255, 255),font=self.fontdata)
        draw.text((49,-5), outputdata[4], (255, 255, 255),font=self.fontdata)

        self.matrix.SetImage(image)

led = ledworker()
led.ledinit()

while True:
    try:
        f = open(outputfilename, 'r')
        data = f.read()
        f.close()
        led.ledoutput(data)
        time.sleep(1)
    except:
        pass

フォントは、「Envy Code」を使っています。
https://damieng.com/blog/2008/05/26/envy-code-r-preview-7-coding-font-released/

アンテナの選定

さて、今回使用しているWi-SUNモジュールには。
アンテナが付属しておりません。
で、Wi-SUNの物理層には、「LQI（Link Quality Indication)」という、リンク品質を確認する項目が定義されており、まあそれを使ってアンテナの簡易的な評価をすることができます。
手持ちのアンテナや、そのへんに売っているアンテナを使って、比較してみました。

比較ラインアップは、以下の通り。

適当な2.4GHz用アンテナ

NUC的なパソコンについてきたやーつ。
多分WiFiだのBTだの用。

適当なリグ用の標準アンテナ

八重洲のVX-8だそうです。

900MHz帯受信にも対応しているホイップアンテナ

ダイヤモンドアンテナの、SRHF10、アキバの富士無線さんで購入。

秋月のラバーダックアンテナ

広帯域で、お安い！。

アンテナは、秋月最強でした

ほぼ同一条件で、アンテナだけ変更して。
ま、サクッと測ってみたら。

うむ、高くないし、秋月アンテナ使いましょう！。
　＊アンテナ感度とか確認してないので、よいこはまねしないでくださいね・・・。

というわけで、出来ました！

おおきいことはいいことだ！。

いやあ、消費電力がバーンと出てるので、エアコンつけっぱなしとか一発で分かっていい感じです！。
ま、消費電力自体はファイルに書き出しているので、FirebaseだのZabbixだの連携も組もうと思えば組めますが。
とりあえず「その場でパッと分かって節電」的な用途は、満たせた感じ！。
分かりやすいって大事よね！。

ま、つーわけで。
なかなかに満足のいけるものができましたとさ！。

以上です。