Умный счетчик на ESP32 и PZEM-004T для Алисы: энергомониторинг

В современных домах количество мощных электроприборов постоянно растет: индукционные плиты, электрические котлы, теплые полы и зарядные станции. При одновременном включении нескольких приборов суммарная нагрузка легко превышает выделенный лимит (5 кВт или 15 кВт), что приводит к срабатыванию вводного автомата и отключению света.

Сборка DIY умного счетчика электроэнергии на ESP32 и PZEM-004T для Алисы позволяет в реальном времени отслеживать текущую потребляемую мощность, напряжение в сети и расход энергии в кВт·ч. При приближении к предельной нагрузке система умного дома автоматически отключит неприоритетные линии, а Алиса предупредит голосом о перегрузке.

---

Архитектура системы энергомониторинга

Комплекс объединяет измерительный модуль, микроконтроллер ESP32 с передачей данных по Wi-Fi и исполнительные силовые реле Zigbee.

+-----------------------+
| Сеть 220В (Фаза L)    | ---> Трансформатор CT (100A)
+-----------+-----------+
            |
            v
+-----------------------+
| Модуль PZEM-004T v3.0 | ---> Измерение V, A, W, kWh
+-----------+-----------+
            | (UART **Modbus**)
            v
+-----------------------+
| Микроконтроллер ESP32 | ---> Прошивка ESPHome
+-----------+-----------+
            | (**Wi-Fi**)
            v
+-----------------------+
| «Дом с Алисой»        | ---> Голосовые отчеты
| (Яндекс Хаб/Станция)  |      + Сценарии реле **Zigbee**
+-----------------------+

Измеряемые параметры сети:

1. Напряжение (Voltage): Диапазон 80–260 В, точность 0.5%.
2. Сила тока (Current): Диапазон 0–100 А, точность 0.5%.
3. Активная мощность (Active Power): Диапазон 0–23 000 Вт, точность 1.0%.
4. Потребленная энергия (Energy): Накопительный счетчик 0–9999.99 кВт·ч.
5. Частота сети (Frequency): 45–65 Гц.
6. Коэффициент мощности (Power Factor): 0.00–1.00 PF.

---

Необходимые компоненты и схема соединений

Для сборки одного измерительного канала понадобятся:

• ESP32 NodeMCU / ESP32-WROOM-32: Отладочная плата с встроенным Wi-Fi-модулем.
• Модуль PZEM-004T v3.0 с разъемным трансформатором тока (CT 100A): Позволяет смонтировать датчик без разрыва фазного провода.
• Блок питания на DIN-рейку 5V 1A (Mean Well HDR-15-5): Источник питания микроконтроллера.
• Корпус на DIN-рейку (2 модуля): Для безопасного размещения в щите.

[ PZEM-004T v3.0 ]              [ ESP32 NodeMCU ]
  VCC (5V)   ────────────────────>  VIN (5V)
  GND        ────────────────────>  GND
  TX         ────────────────────>  GPIO16 (RX2)
  RX         ────────────────────>  GPIO17 (TX2)

---

Конфигурация прошивки ESPHome

Для быстрой интеграции без написания сложного C++ кода используйте открытую прошивку ESPHome.

esphome:
  name: energy-meter-main
  friendly_name: "Главный счетчик электроэнергии"

esp32:
  board: esp32dev
  framework:
    type: esp-idf

wifi:
  ssid: "Home_IoT_2.4G"
  password: "YourStrongPassword"

uart:
  id: uart_pzem
  tx_pin: GPIO17
  rx_pin: GPIO16
  baud_rate: 9600
  stop_bits: 1

sensor:
  - platform: pzemac
    uart_id: uart_pzem
    voltage:
      name: "Напряжение сети"
      unit_of_measurement: "V"
      accuracy_decimals: 1
    current:
      name: "Ток нагрузки"
      unit_of_measurement: "A"
      accuracy_decimals: 2
    power:
      name: "Текущая мощность"
      unit_of_measurement: "W"
      accuracy_decimals: 0
      id: pzem_power
    energy:
      name: "Расход энергии"
      unit_of_measurement: "kWh"
      accuracy_decimals: 2
    frequency:
      name: "Частота сети"
      unit_of_measurement: "Hz"
      accuracy_decimals: 1
    power_factor:
      name: "Коэффициент мощности PF"
      accuracy_decimals: 2
    update_interval: 2s

button:
  - platform: template
    name: "Сброс счетчика энергии"
    icon: "mdi:restore"
    on_press:
      - pzemac.reset_energy: pzem_power

---

Монтаж в распределительном электрощите

1. Установите корпус с ESP32 и блок питания 5В на свободное место DIN-рейки.
2. Подключите сетевые клеммы L и N измерителя PZEM через отдельный двухполюсный автомат 2–6А.
3. Монтаж трансформатора тока (CT): Разомкните защелку токовых клещей и защелкните их строго вокруг одного вводного фазного провода.

---

Сценарии автоматизации и голосовые отчеты Алисы

После проброса сенсоров мощности в приложение «Дом с Алисой» через Home Assistant настраиваются защитные правила:

Сценарий 1: «Аварийный сброс неприоритетной нагрузки»

• Условие (ЕСЛИ): Текущая мощность в щите превышает 6500 Вт дольше 10 секунд.
• Действие (ТОГДА):
  1. Отключить умную розетку Zigbee накопительного бойлера.
  2. Отключить теплые полы в коридоре и санузле.
  3. Яндекс Станция произносит: «Внимание: потребляемая мощность достигла 6.5 киловатт. Нагрев бойлера и полов временно отключен во избежание перегрузки».

Сценарий 2: «Предупреждение о критической просадке напряжения»

• Условие (ЕСЛИ): Напряжение в сети падает ниже 195 В ИЛИ поднимается выше 250 В.
• Действие (ТОГДА):
  1. Отправить экстренное PUSH-уведомление на смартфон владельца.
  2. Включить подсветку Яндекс Станции желтым цветом и предупредить о скачке напряжения.

Сценарий 3: «Вечерний голосовой отчет по расходу энергии»

• Условие (ЕСЛИ): Голосовая команда «Алиса, сколько электричества мы потратили?».
• Действие (ТОГДА):
  • Алиса считывает текущий дневной расход из интеграции и отвечает: «Сегодня израсходовано 14.2 киловатт-часа. По дневному тарифу это составило 92 рубля».

---

Сравнение DIY ваттметра и готовых решений

Параметр	DIY (ESP32 + PZEM-004T)	Готовое Zigbee-реле на DIN-рейку	Заводской трехфазный счетчик
Стоимость	~1 200 – 1 500 руб	~3 500 – 5 000 руб	~12 000 – 18 000 руб
Максимальный ток	100 А (Бесконтактно)	63 А (Через контакты)	60–100 А (Прямой/Трансформаторный)
Частота опроса	1–2 секунды	10–30 секунд	1–5 секунд
Протокол связи	Wi-Fi (ESPHome/MQTT)	Zigbee	Wi-Fi / RS-485 / Matter
Нагрев при 50А	Отсутствует (Трансформатор)	Высокий нагрев клемм	Умеренный нагрев клемм

---

Диагностика и устранение типичных неполадок

1. Модуль PZEM-004T показывает 0 Вт при включенных электроприборах

• Причина 1: Трансформатор тока охватывает одновременно фазу и ноль. Убедитесь, что токовые клещи защелкнуты строго на одном фазном кабеле.
• Причина 2: Перепутана ориентация трансформатора. На корпусе CT есть стрелка направления тока — она должна указывать от ввода (автомата) в сторону нагрузки (приборов).
• Причина 3: Не подан провод нейтрали N на высоковольтные клеммы измерителя. Без опорного напряжения микросхема не может вычислить активную мощность.

2. Ошибка чтения UART (CRC Error / Timeout)

• Проверьте правильность перекрестного подключения: контакт TX на PZEM подключается к RX2 (GPIO16) на ESP32, а контакт RX — к TX2 (GPIO17).
• При длине сигнального шлейфа более 30 см используйте экранированную витую пару и установите подтягивающий резистор 4.7 кОм между линией 5V и RX2.

---

Смежные руководства по DIY и энергосбережению

• DIY раздвижной электрокарниз на ESP32 и TMC2209 с Алисой — бесшумные шторы своими руками.
• Сборка радара присутствия LD2410 на ESP32 — микроволновый датчик движения.
• Оптимизация нагрева бойлера по ночному тарифу — умная экономия электричества.
• Управление теплым полом по ночному тарифу — аккумулирование тепла в стяжке.
• Автозапуск генератора и мониторинг сети 220В на даче — аварийное энергоснабжение.