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ESP8266MOD_1を作る　2024/7/2

本文目次

本文以外目次

１．回路
２．Arduinoプログラム
３．動作時のUSBモニター信号

　1-1.Arduinoとは
　1-2.ArduinoIDEでESP12Fを使う
　1-3.Arduino日本語リファレンス。
　2-1.KWS-AC301
　2-2.ModBus
　3-1.XAMPPとは

本　　　文

１．回路
　(1)構成

ESP8266MOD_1はESP12Fを使用してマルチメータの値をModBusを使用して取出し、データベースのMySQLサーバーへ情報を転送します。
マルチメータとの接続には絶縁化したRS232Cを使用し、MySQLデータベースとの接続はWiFiを使用します。

これはESP-12F開発ボードです。

　(2)回路図　　　　

・KWS-AC310
・RS232絶縁回路
・AS-11KW　

　　(3)ESP8266MOD_1のR1,R2,C1の値

項目		値		備考
条件	入力電圧	3.3	V
条件	電流	1	mA
測定値	PC817抵抗	488	Ω
計算値	R1+R2	2812	Ω
選択	R1	560	Ω
	C1	0.1	uF
	R2	2000	Ω
計算値	時定数	0.1	ms	目安　実際はこの値より早い
	電流値	1.08	mA
	R2両端電圧	2.16	V

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２．Arduinoプログラム

//KWS-AC301 100A power meter read database write program. 
// by ESP8266 E12F
//Created by T.Hirabayashi version 0.1

//###########################
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>
//#include <Wire.h>
//#include <Adafruit_BME280.h>
//#include <WiFi.h>
#include <MySQL_Connection.h>
#include <MySQL_Cursor.h>
//WiFi
const char* SSID = "FF";
const char* PASS = "0B4F9F411D429";
WiFiClient client;
//MySQL
MySQL_Connection conn(&client);
MySQL_Cursor* cursor;
IPAddress server_addr(192, 168, 10, 133);
//uint16_t server_port = 3306;   //PORT;
char user[] = "************";　　//MySQLで設定したユーザ名******を記入して下さい。
char password[] = "***********"; //MySQLで設定したパスワード******を記入して下さい。
char database[] = "solarpowerdb";//MySQLで設定したデータベース名*****を記入して下さい。
char table[]    = "opm";　　　　　 //MySQLで設定したテーブル名*******を記入して下さい。
//#########################
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial Serial_AC301(4,5); //rxPin=D2, txPin=D1 別名設定

const byte flame_vr = 20;//受信するフレームの最大数の定義
uint8_t flame_cr[flame_vr]; // 受信フレームデータを格納する配列
uint8_t Txflame_dt[8] =  {0x02, 0x03, 0x00, 0x0E, 0x00, 0x01}; //transmit data to meter, element 3 is swapped with get_data[z].command_HEX
byte    result[8]; //結果はこの配列に格納されます
uint8_t size;//size of Txflame_dt to meter
//受信データ
const uint8_t  gdv=10;  //受信データの数              1        4        1       4        3       0        0       2        1 
uint8_t  gdchh[gdv] ={0x00    ,0x00   ,0x00    ,0x00   ,0x00    ,0x00   ,0x00    ,0x00   ,0x00    ,0x00};   //ｱﾄﾞﾚｽHi
uint8_t  gdchl[gdv] ={0x0E    ,0x0F   ,0x10    ,0x11   ,0x12    ,0x17   ,0x18    ,0x1A   ,0x1D    ,0x1E};   //ｱﾄﾞﾚｽLo
uint8_t  gdd10[gdv] ={1       ,3      ,0       ,1      ,0       ,3       ,0       ,0      ,2      ,1};      //小数点桁
String   gdct[gdv]  ={"電圧　","電流Lo","電流Hi","有効Lo","有効Hi","電量Lo","電量Hi","外温　","力率　","周波数"};//計測名
String   gdu[gdv]   ={"V"    ,"A"     ,"A"    ,"W"     ,"W"     ,"kWH"   ,"KWH"   ,"℃"   ,"PF"    ,"Hz"};   //計測単位
float    gdrd[gdv]  ={0       ,0      ,0       ,0      ,0       ,0       ,0      ,0       ,0       ,0};      //計測値
uint32_t gdrt[gdv];
//値の表示
const uint8_t dav=7;  //受信数値の数 
float   da[dav]  ={0    ,0     ,0     ,0     ,0    ,0     , 0} ;//データベース送信用配列
String  dat[dav] ={"電圧","電流","有効","電量","外温","力率","周波"};
String  dau[dav] ={"V"  ,"A"   ,"W"   ,"KWH" ,"℃" ,"PF"  ,"Hz"};
uint8_t da10[dav]={1    ,3     ,1     ,3     ,0    ,2     ,1};      //小数点桁
boolean data_found;//looking for reply to a Txflame_dt
boolean newData;//looking for reply to a Txflame_dt
uint32_t time_to_reply;//what is Txflame_dt to reply time?
//######################   異常値対策　変数を全て固定する
//void receive_Data(int Dsp)
uint8_t RxFrCr = 0;//受信フレーム数 index for read characters

void setup()
{
  Serial.begin(115200); //ESP8266 Serial TX=GPIO 1  RX=GPIO 3
  Serial_AC301.begin(9600); //RS485 to AC301L-100A power meter on MOD BUS type interface
  Serial.println("KWS-AC301 100A power meter read database write program");
  delay(5000);//シリアル表示待ち
  Serial.println("================================================");
  Serial.println("遠隔監視プログラムVe0.1 by Takeshi.H");
}

int j;

// ソフトシリアル異常処理　setupへ
void(* resetFunc) (void) = 0; //declare reset function @ address 0

void loop()
{
  //WiFi接続確認 
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
   {
     Serial.println("WiFiに再接続します");
     WIFI_CON();
   }

//データ取得
  for (j = 0; j < gdv; j++)
  {
    Txflame_dt[2] =gdchh[j];//メッセージは送信データの配列で　2,3番目にはコマンド番号が入る
    Txflame_dt[3] =gdchl[j];
    size = 8;                              ////メッセージは送信データの配列数
    crc_Master_ModRTU(Txflame_dt, size);  //マスター　ModBus　データ　に　CRC　追加
    delay(85);//send new request every 85ms as response time is ~80ms from request to send
    serial_flush_buffer();//clear out buffer
   //■　CRC_check_ModRTU(Txflame_dt,result); //returns byte array
    Serial_AC301.write(Txflame_dt, sizeof(Txflame_dt)); //送信データの配列分を送信
    receive_Data(1);   //受信データ記録およびシリアル表示
      //　送信データ、受信データ、変数データの表示
      //0:表示なし　1:表示
    //void showNewData();
    //delay(650);//send new request every half second minimum is ~85ms as response time is ~80ms from request to send
  }
 
  Serial.print(WiFi.localIP());
  Serial.print(": ");

//データベースデータの計算
  da[0]=gdrd[0];         //電圧
  da[1]=gdrd[1]+gdrd[2]; //電流
  da[2]=gdrd[3]+gdrd[4]; //有効電力
  da[3]=gdrd[5]+gdrd[6]; //エネルギー
  da[4]=gdrd[7];         //外温
  da[5]=gdrd[8];         //力率
  da[6]=gdrd[9];         //周波数

//データ表示
  for (int i = 0; i < dav; i++)
  {
   // Serial.print(dat[i]);
   // Serial.print(" = ");

Serial.print(da[i],da10[i]);
    Serial.print("(");
    Serial.print(dau[i]);
    Serial.print(")  ");
  }
  Serial.println("");
  delay(1000);//delay 1 seconds between sending the requests

//####### データベースアクセス
   if (conn.connect(server_addr, 3306, user, password))
  {
    Serial.println("Connection OK!");
    delay (1000);
    cursor = new MySQL_Cursor(&conn);
    char statementChar[256];
 
    //INSERT [INTO] (テーブル名) [(col_name [, col_name] ...)]  {VALUES | VALUE} (value_list) [, (value_list)] ...
    // テーブルに含まれる特定のカラムを指定してデータを追加する場合は次のように記述します。(指定しなかったカラムにはデフォルトの値が格納されます)。カラム名の数と値の数は同じでなくてはなりません。
    // INSERT INTO tbl_name (col_name1, col_name2, ...) VALUES (value1, value2, ...)
    // テーブルに含まれるすべてのカラムに値を指定してデータを追加する場合はカラム名の指定を省略して次のように記述することができます。
    // INSERT INTO tbl_name VALUES (value1, value2, ...)                                                                                           v                       a                      w               wh                  ℃                   力率　　　　　　　　　周波数
    String statementStr = String("INSERT INTO ") + database + "." + table + " (opm_v,opm_a,opm_w,opm_j,opm_t,opm_pf,opm_f,opm_b1) VALUES  ("+String(da[0], 1)+","+String(da[1], 3)+","+String(da[2], 1)+","+String(da[3], 3)+","+String(da[4], 1)+","+String(da[5], 2)+","+String(da[6], 1)+",1);";

statementStr.toCharArray (statementChar, statementStr.length());
    cursor->execute(statementChar);
    conn.close();
    Serial.println(statementStr);
  }
  else{
    Serial.println("No Connection to MariaDB (MySql)");
  }
 Serial.println("# Process END #");
 // 処理時間 約04.242(s)
 delay(5758);  //10秒に1回
  //######
 // WiFi.disconnect();
}+

//######### サブルーチン ###########
void WIFI_CON()
{
  bool chk1 = WiFi.begin(SSID, PASS);
  if(!chk1)
  {
    Serial.print("WiFi Connection Preparation Error");
  }
  Serial.println("Start WiFi Connection ..");

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    Serial.print('.');
    delay(1000);
  }
  Serial.println("!");
  Serial.println(" WiFi Connection Completed!");
}

//Function for CRC insertion
//byte ModRTU_CRC(uint8_t Txflame_dt[], uint8_t size) //, uint8_t result[]) //returns byte array
void crc_Master_ModRTU(uint8_t Txflame_dt[], uint8_t size)
{
  uint16_t crc = 0xFFFF;//initialize
  for (int pos = 0; pos < size - 2; pos++) //size is data array length so pos ranges 0 to size-2 as array index
  {
    //result[pos] = Txflame_dt[pos];
    crc ^= (uint16_t)Txflame_dt[pos];       // XOR byte into least sig. byte of crc
    for (int i = 8; i != 0; i--)
    { // Loop over each bit
      if ((crc & 0x0001) != 0)        // If the LSB is set
      {
        crc >>= 1;                    // Shift right and XOR 0xA001
        crc ^= 0xA001;                // this is reflection of 0x8005
      }
      else                            // Else LSB is not set
        crc >>= 1;                    // Just shift right
    }
  }
  Txflame_dt[size - 2] = lowByte(crc);
  Txflame_dt[size - 1] = highByte(crc);
}

void serial_flush_buffer()
{
  while (Serial.read() >= 0)
    ; // do nothing
}

void receive_Data(int Dsp)
{ //need to time out after some 8 bit no response after bytes start coming in
  data_found = false;//メッセージへの返信を探しています
  uint32_t zero_timer = millis();//want to know how long from send Txflame_dt to receive
  boolean no_reply_timeout = false;
  boolean no_data = false; //受信データが無いとき　true
  uint8_t rc;
  uint32_t last_rx;
  float Data=0;  //受信値
//  uint8_t RxFrCr = 0;//受信フレーム数 index for read characters

//Serial.println("in read data routine");
  while (no_reply_timeout == false && data_found == false)  //( )内がfalseになるまで繰り返される。
  {
    if (Serial_AC301.available())  //ソフトウェアシリアルポートのバッファに何バイトのデータが到着しているかを返します。
    {
      time_to_reply = millis() - zero_timer;//メッセージの返信時間
      data_found = true;
      last_rx = millis();//read the timer to see when the meter stops sending
    }
    else
    {
      uint32_t time_since_Txflame_dt = millis() - zero_timer;
      if  (time_since_Txflame_dt > 1450)
      {
        no_reply_timeout = true;
      }
    }
  }
  //Serial.print("no reply timeout=");
  //Serial.print(no_reply_timeout, DEC);
  //Serial.print("  data found=");
  //Serial.println(data_found, DEC);

RxFrCr = 0;
  if (data_found == true)
  { //read in response
    while (millis() - last_rx < 4)  //the bytes are close together, bit time of 9600 baud is .104 millsecond
    {
      if (Serial_AC301.available())
      {
        // rc = Serial1.read();
        rc = Serial_AC301.read();  //受信データを変数へ
        flame_cr[RxFrCr] = rc;
        RxFrCr++;
        last_rx = millis();//read the timer to see when the meter stops sending
      }
    }
    float A = (flame_cr[3] << 8 | flame_cr[4]); //受信データ　値
    gdrd[j] = A / pow(10, gdd10[j]);            //桁計算

}
  else {
    no_data = 1;
    gdrd[j] = 0; //受信データが無いので 前の値も含め初期化
  }
  gdrt[j] = millis() - zero_timer; //ここまでの処理を配列へ記録;
 
 // ソフトシリアル異常時処理　
 if(RxFrCr!=7) 
 {
  Serial.println("");
  Serial.print("##Err RXFeCr = "); 
  Serial.println(RxFrCr);
  Serial.println("### ");
  Serial.println(""); 
  Serial.println("");
  WiFi.disconnect();
  resetFunc();
 } 
 //
 // データモニター
 //
  if(Dsp==1) //データモニター
  {
    print_Master_ModRTU(0);   //チェックモニタ マスター ModoBus RTU データ
      // 常時コメントアウト
      //  Serial　
      //0:0x付き　
      //1:0xなし
    if(no_data == 0 )
    {
      Serial.print("got data RX t=");
      Serial.print(time_to_reply); //受信までの時間
      Serial.print(" arrayV=");
      Serial.print(RxFrCr);        //受信データ配列数
      Serial.print(" data=0x");

for (uint8_t i = 0; i < RxFrCr; i++)//
      {
        if (flame_cr[i] < 16 ) Serial.print("0");
        Serial.print(flame_cr[i], HEX);
        if (i != RxFrCr - 1 )   Serial.print(", 0x");
      }

Serial.print(" data=");
      Serial.print(gdct[j]);
      Serial.print(" time=");
      Serial.print(gdrt[j]);
      Serial.print(" No=");
      Serial.print(j);
      Serial.print(" 桁=");
      Serial.print(gdd10[j]);
      Serial.print(" Data=");
      Serial.print(gdrd[j],gdd10[j]);
      Serial.print("(");
      Serial.print(gdu[j]);
      Serial.print(")");

for (uint8_t i = 0; i < sizeof(flame_cr); i++)//
      {
       flame_cr[i] = 0x00;
      }

}else{
    Serial.print("No data");
    }

Serial.println("");
  }else
  {
  /*
   //最低限の表示
    Serial.print("Rxdata=");
    Serial.print(gdct[j]);
    Serial.print(" time=");
    Serial.print(gdrt[j]);
    Serial.print(" No=");
    Serial.print(j);
    Serial.print(" Data=");
    Serial.print(gdrd[j],gdd10[j]);
    Serial.print("(");
    Serial.print(gdu[j]);
    Serial.println(")");
  */
  }
}

void print_Master_ModRTU(int Dsp)  //Hx=1 0x表示追加
{
   Serial.print("Data sent  ->");//print the bytes of the data sent
   if (Dsp==0) Serial.print("0x");
   for (uint8_t i = 0; i < sizeof(Txflame_dt); i++)//
   {
     if (Txflame_dt[i] < 16) Serial.print("0");
     Serial.print(Txflame_dt[i], HEX);
     if (Dsp==0)
     {
       if (i != size - 1) Serial.print(", 0x");
     } else   Serial.print(" ");//space between hex bytes
   }
   Serial.print(" -->");
}

void showNewData()
{
  if (newData == true) {
    Serial.print("data ");
    for (uint8_t i = 0; i < sizeof(flame_cr); i++)//Is there a CR-LF sent, I hope not.
    {
      if (flame_cr[i] < 16) Serial.print("0");
      Serial.print(flame_cr[i], HEX);
    }
    Serial.println("");
  }
}

//Function for CRC
byte CRC_check_ModRTU(byte Txflame_dt[], byte result[]) //returns byte array
{
  uint16_t crc = 0xFFFF;//initialize
  for (int pos = 0; pos < 8; pos++)
  { //8 is data array length so pos ranges 0 to 7 as array index
    result[pos] = Txflame_dt[pos];
    crc ^= (uint16_t)Txflame_dt[pos];       // XOR byte into least sig. byte of crc
    for (int i = 8; i != 0; i--)
    { // Loop over each bit
      if ((crc & 0x0001) != 0)
      { // If the LSB is set
        crc >>= 1;                    // Shift right and XOR 0xA001
        crc ^= 0xA001;                // this is reflection of 0x8005
      }
      else                            // Else LSB is not set
        crc >>= 1;                    // Just shift right
    }
  }
  Serial.print("CRC-");
  Serial.print(lowByte(crc), HEX);
  Serial.println(highByte(crc), HEX);
  //エラーメッセージが表示されたので、下記を追加した
  return result[8];
}

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３．動作時のUSBモニター信号
プログラム内でモニター表示させた場合には通常では下記の表示がある。

20:58:48.396 -> ================================================
20:58:48.396 -> 遠隔監視プログラムVe0.1 by Takeshi.H
20:58:48.396 -> WiFiに再接続します
20:58:48.489 -> Start WiFi Connection ..
20:58:48.489 -> ....!
20:58:53.216 ->  WiFi Connection Completed!
20:58:53.385 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x0E, 0x00, 0x01, 0xE5, 0xFA -->got data RX t=71 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x04, 0x0F, 0xBE, 0x80 data=電圧　 time=82 No=0 桁=1 Data=103.9(V)
20:58:53.562 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x0F, 0x00, 0x01, 0xB4, 0x3A -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x0D, 0x94, 0xF9, 0x7B data=電流Lo time=92 No=1 桁=3 Data=3.476(A)
20:58:53.785 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x10, 0x00, 0x01, 0x85, 0xFC -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x00, 0xFC, 0x44 data=電流Hi time=92 No=2 桁=0 Data=0(A)
20:58:53.941 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x11, 0x00, 0x01, 0xD4, 0x3C -->got data RX t=72 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x0C, 0x91, 0x38, 0xE8 data=有効Lo time=83 No=3 桁=1 Data=321.7(W)
20:58:54.121 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x12, 0x00, 0x01, 0x24, 0x3C -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x00, 0xFC, 0x44 data=有効Hi time=92 No=4 桁=0 Data=0(W)
20:58:54.344 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x17, 0x00, 0x01, 0x34, 0x3D -->got data RX t=72 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x35, 0xDF, 0xAA, 0x8C data=電量Lo time=82 No=5 桁=3 Data=13.791(kWH)
20:58:54.530 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x18, 0x00, 0x01, 0x04, 0x3E -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x00, 0xFC, 0x44 data=電量Hi time=93 No=6 桁=0 Data=0(KWH)
20:58:54.681 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x1A, 0x00, 0x01, 0xA5, 0xFE -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x19, 0x3D, 0x8E data=外温　 time=92 No=7 桁=0 Data=25(℃)
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20:58:56.068 -> ...trying...
20:58:56.392 -> Connected to server version 5.5.5-10.4.32-MariaDB
20:58:56.392 -> Connection OK!
20:58:57.385 -> Disconnected.
20:58:57.385 -> INSERT INTO solarpowerdb.opm (opm_v,opm_a,opm_w,opm_j,opm_t,opm_pf,opm_f,opm_b1) VALUES  (103.9,3.476,321.7,13.791,25.0,0.87,59.9,1);
20:58:57.385 -> # Process END #
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20:59:03.509 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x0F, 0x00, 0x01, 0xB4, 0x3A -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x0D, 0x62, 0x79, 0x3D data=電流Lo time=93 No=1 桁=3 Data=3.426(A)
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20:59:03.876 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x11, 0x00, 0x01, 0xD4, 0x3C -->got data RX t=72 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x0C, 0xA9, 0x39, 0x3A data=有効Lo time=82 No=3 桁=1 Data=324.1(W)
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20:59:04.301 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x17, 0x00, 0x01, 0x34, 0x3D -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x35, 0xE0, 0xEA, 0x9C data=電量Lo time=92 No=5 桁=3 Data=13.792(kWH)
20:59:04.484 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x18, 0x00, 0x01, 0x04, 0x3E -->got data RX t=81 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x00, 0xFC, 0x44 data=電量Hi time=91 No=6 桁=0 Data=0(KWH)
20:59:04.671 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x1A, 0x00, 0x01, 0xA5, 0xFE -->got data RX t=71 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x19, 0x3D, 0x8E data=外温　 time=82 No=7 桁=0 Data=25(℃)
20:59:04.857 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x1D, 0x00, 0x01, 0x14, 0x3F -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x00, 0x57, 0xBD, 0xBA data=力率　 time=92 No=8 桁=2 Data=0.87(PF)
20:59:05.013 -> Data sent  ->0x02, 0x03, 0x00, 0x1E, 0x00, 0x01, 0xE4, 0x3F -->got data RX t=82 arrayV=7 data=0x02, 0x03, 0x02, 0x02, 0x57, 0xBC, 0xDA data=周波数 time=92 No=9 桁=1 Data=59.9(Hz)
20:59:05.058 -> 192.168.10.112: 103.9(V)  3.426(A)  324.1(W)  13.792(KWH)  25(℃)  0.87(PF)  59.9(Hz)  
20:59:06.037 -> ...trying...
20:59:06.336 -> Connected to server version 5.5.5-10.4.32-MariaDB
20:59:06.380 -> Connection OK!
20:59:07.353 -> Disconnected.
20:59:07.353 -> INSERT INTO solarpowerdb.opm (opm_v,opm_a,opm_w,opm_j,opm_t,opm_pf,opm_f,opm_b1) VALUES  (103.9,3.426,324.1,13.792,25.0,0.87,59.9,1);
20:59:07.393 -> # Process END #

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