3-х фазный регулятор мощности на ESP32

Всем привет!

В общем, очередной велосипед под Ардуино, а теперь еще и 3-х фазный:
- последовательное измерение напряжения и тока, расчет мощности
- фазовое регулирование, для стабилизации заданной мощности
- "датчик тока" на трансформаторе тока https://learn.openenergymonitor.org/...ce-with-arduino (наверное с ASC712 тоже можно)
- "датчик напряжения" без диодного моста https://learn.openenergymonitor.org/...c-power-adapter (можно и с мостом)
- WEB-морда совсем примитивная - несколько фиксированных мощностей, или задавать мощность параметром в строке адреса
- энкодер, для установки мощности локально
- Modbus для установки мощности удаленно - от SCADA
- таже возможно управление и мониторинг по Serial или Telnet - (передать SPxxxx, где xxxx - необходимая мощность)
- OLED, OTA, DS18B20

Будьте осторожны! Высокое напряжение опасно для жизни.

Плату использовал Wemos Lolin32, полагаю что любая ESP32 подойдет.
Схема - https://easyeda.com/...be04617ad27e1fc (печатную плату отсюда брать не надо!)
Скетч - https://github.com/Tomat7/mb-AC-Power
В папках AC-power_YYYYMMDD также есть libraries_ESP32_YYYYMMDD.zip в котором все необходимые библиотеки для каждой версии.

Код полностью "Ардуино-совместим".
Установить необходимые библиотеки, открыть в Arduino IDE и всё должно скомпилироваться. Все "настройки" в файлах config*.h
В коде много отладочной информации, для отключения лишнего закоментировать #define SERIAL_DEBUG и #define DEV_DEBUG.

Кому интересно, проект VisualStudio со всеми промежуточными версиями

https://tomat.visualstudio.com/ESP32-AC-power
Сейчас ветка "7-TESTED-OK" соответствуют _20190604 на GitHub, "7-LIBRARY-OK" *_20190615 на GitHub, остальное - промежуточные варианты. В "dev" идет разработка, в "master" обычно крайняя проверенная версия. Архив с библиотеками только на GitHub.

Настройка такая же как у регулятора Sebra:
1. подключаем нагрузку
2. задаем максимальную мощность - SP3500 в Serial
3. меряем напряжение RMS вольтметром и ток клещами или подходящим амперметром
4. смотрим в Serial монитор (или Telnet) что намеряла ESP32 (коротким нажатием на кнопку энкодера можно перевести дисплей в режим показа напряжение и тока отдельно по каждой фазе)
5. крутим подстроечники так, чтобы показания ESP32 были как можно ближе к показаниям вольтметра/амперметра
6. проверяем на малых мощностях
Для 3-х фазного регулятора настраиваем каждую фазу отдельно, оставляя две других фазы не нагруженными.

На регуляторе выполнено две полных ректификации - общая оценка 5 с минусом.

За что минус

Минус за непонятное поведение OLED дисплеев - без реальной нагрузки они работают замечательно и долго, при управлении ТЭНом начинают весело глючить - у первого экземпляра пропали четные строки пикселов при первом включении с чайником. Второй дожил до конца первой ректификации, а потом за сутки вырубился насовсем. Третий экземпляр в середине второго перегона стал показывать картинку в зеркально-перевернутом виде. До сих пор не могу понять чьи это проблемы - дисплеев, скетча или схемотехники прибора.

Обновление от 23.06.2019:
Весь фукционал измерения и регулировки мощности перенесен в библитеку ACpower https://github.com/Tomat7/ACpower
Код основного скетча переписан под эту библиотеку.
Обновление от 14.11.2021:
22.7.2019 разработка 3-х фазного регулятора вынесена в отдельную библиотеку https://github.com/Tomat7/ACpower3
Основной код совместим с обоими библиотеками, но ACpower обычно отстает от ACpower3, так как приоритет у 3х-фазника.
Это исправляется как только я понимаю что библиотека однофазника несовмесима с 3х-фазником. (но это бывает не сильно часто)
За пару лет работы суммарное количество затираний солода, дистилляций и ректификаций близко к полусотне.
Минус описанный выше "исчез" на четвертом OLED дисплее - он проработал почти два года!
Пару месяцев как перешёл на LCD2004 - были свои глюки, но пока он мне нравится больше.
Обновление от 22.05.2022:
ВАЖНО! С версиями Arduino core for the ESP32 от 2.0.0 и выше наблюдаются очень веселые глюки с прерываниями.
Поэтому при компиляции использовать Arduino core for the ESP32 только версии 1.0.6
UPDATE: В Arduino core for the ESP32 версии 2.0.3 уже все исправили!

В проекте использованы библиотеки (все есть в файле libraries_ESP32_YYYYMMDD.zip на GitHub'е):
- ReadDigKey [сообщение #13000957] Спасибо Chatterbox
- ASOLED (пришлось модифицировать для ESP32) http://arduino.ru/...rillitsei-utf-8 Cпасибо Andriano
- OneWire (эта уже модифицирована для ESP32) https://github.com/stickbreaker/OneWire Thanks to Chuck Todd
- OneWireNg - (Onewire написанная с нуля) https://github.com/pstolarz/OneWireNg Thanks to Piotr Stolarz
- modbus-esp8266 https://github.com/emelianov/modbus-esp8266 Спасибо Alexander Emelianov и Thanks to André Sarmento Barbosa
- DStemp https://github.com/Tomat7/DStemp обёртка для OneWire

Имеется косяк, куда ж без него

У меня ESP32 начинает занижать напряжение от 180 вольт и выше.
То есть, от 100 до 180 вольт достаточно точно сходится с RMS вольтметром, а дальше еле растет.
Избавился от этого введя U_CORRECTION. В скетче числа подобранные под мой "измеритель" напряжения.
На другом железе всё может быть по-другому.

Удачи!

Такое совпадение, только утром скачал и разбирался с примером в библиотеке ASOLED.
И вдруг помощь от автора этой темы Tomat7. Спасибо коллега!
Вот ещё бы включил в скетч процесс "Термостат". Но это предполагаю актуально не для всех.
И вопрос без ехидства - Почему не ESP IDF?

И вопрос без ехидства - Почему не ESP IDF?AlexDol, 05 Июня 19, 19:06

Не вижу причин тратить время на разбирательсва с новой средой разработки - "Ардуино" вполне хватило для решения задачи.
"Ардуино" кавычках, потому разработка идет в VisualStudio c плагином VisualMicro с помощью которого можно писать Ардуино-совместимый код при этом используя все ништяки VisualStudio. Arduino IDE используется только для проверки этой самой совместимости.

А термостат добавить не сложно, но кто тестировать этот режим будет?
У меня поддержанием температуры занимается СКАДА, которая и подсказывает РМ какую мощность и когда держать.
 

Не совсем понял, это регулятор тока или регулятор напряжения?
Было дело - переписал регулятор напряжения из соседней темы на esp32, управление со смартфона через блютуз, в общем то работает но все не доходят руки собрать все в корпус
https://github.com/saniaxxx/u-regulator

И вопрос без ехидства - Почему не ESP IDF?AlexDol, 05 Июня 19, 19:06

Не вижу причин тратить время на разбирательсва с новой средой разработки - "Ардуино" вполне хватило для решения задачи.
"Ардуино" кавычках, потому разработка идет в VisualStudio c плагином VisualMicro с помощью которого можно писать Ардуино-совместимый код при этом используя все ништяки VisualStudio. Arduino IDE используется только для проверки этой самой совместимости.Tomat7, 05 Июня 19, 21:27

Боже, почему вам так Arduino IDE, всем не нравится? Какие такие ништяки, скрыты в ваших разнообразных средах разработки? Или это вопрос привычки/знания конкретного ПО? Я, увидел тему - обрадовался. И тут снова, один тянет в ESP IDF, другой в VisualStudio.

Добавлено через 21мин.:

- OLED, OTA, DS18B20Tomat7, 05 Июня 19, 11:48

Утлый телевизор у девайса (посмотрел видюхи на Ютубе). Почему не взять сразу модуль ESP32 со встроенным телевизором?

Добавлено через 5мин.:

Я, после 40 лет, начал плоховато видеть. Решил побольше себе телевизоры теперь делать. Надоело щуриться в эти мелкие мониторчики. Сейчас такие себе дисплеи ставлю.

Добавлено через 8мин.:

https://ru.aliexpress.com/...76-a172186b661b
Порядка 1200 руб матрица RGB P5 64/32 стоит. Матрицей рулит ESP32 Devkit v1.

Какие такие ништяки, скрыты в ваших разнообразных средах разработки?IvanAltay, 19 Июня 19, 22:04

По мне дак ESP IDF (platformio) оптимальный вариант для esp. Другой уровень абстракции, нормально реализована многозадачность. А на ардуино иде ИМХО только моргалки всякие писать, как начинаешь что то сложное делать - такие макароны получаются...

почему вам так Arduino IDE, всем не нравитсяIvanAltay, 19 Июня 19, 22:04

Она очень примитивная. Чтобы это понять нужно иметь опыт работы с нормальной IDE.

почему вам так Arduino IDE, всем не нравится? Какие такие ништяки, скрыты в ваших разнообразных средах разработки? Или это вопрос привычки/знания конкретного ПО? Я, увидел тему - обрадовался. И тут снова, один тянет в ESP IDF, другой в VisualStudio.IvanAltay, 19 Июня 19, 22:04

Код регулятора полностью "Ардуино-совместим", его можно нужно открыть в Arduino IDE и он корректно там скомпилируется.

Так что в сторону VisualStudio никто никого не тянет, хотя я и полностью согласен с Mnz.  ;)
Arduino IDE как редактор кода действительно очень примитивна, но ее вполне хватает для написания простых программ и компиляции чужих проектов если в них не нужно разбираться. VisualStudio использует тот же набор софта и библиотек для сборки проекта. Грубо говоря, это просто более удобный редактор со множеством приятных фишек.  

Тему "Arduino-против-ESP IDF" обсуждать можно до бесконечности, так же как и "Windows-Linux" или "дистиллят-ректификат".
Даже широко известный в узких кругах Колбан высказался на эту тему - https://www.esp32.com/viewtopic.php?t=5669
Если следовать его подходу, то в моём случае ответ "да" на оба вопроса и рыпаться в сторону IDF мне не стоило.  :-\

Утлый телевизор у девайса (посмотрел видюхи на Ютубе). Почему не взять сразу модуль ESP32 со встроенным телевизором?IvanAltay, 19 Июня 19, 22:04

Встроенный OLED видел только очень маленький. Можно и с ним потому как в моём устройстве экран так, на всякий случай, мощность я смотрю на любом близлежащем девайсе - хоть комп, хоть смартфон, а на них размеры циферок можно под себя сделать.
Про твой экран вопрос - какой у него интерфейс управления?

Не совсем понял, это регулятор тока или регулятор напряжения?saniaxxx, 14 Июня 19, 12:26

Этот прибор измеряет последовательно и напряжение и ток, перемножает их и получает МОЩНОСТЬ.
Изменяя угол открытия триака "погдоняет" мощность на выходе к заданной мощности.
Таким образом, считаю что его можно называть регулятор мощности.

PS Поправил первое сообщение для ясности.

Про твой экран вопрос - какой у него интерфейс управления?Tomat7, 23 Июня 19, 12:21

Тут бралось всё.
https://github.com/NeoCat/ESP32-P3RGB64x32MatrixPanel
Матрица моя P5, оказалась абсолютным аналогом P3(по управлению).
Сложнее было, скрипты русифицировать.

Добавлено через 23мин.:

мощность я смотрю на любом близлежащем девайсе - хоть комп, хоть смартфон, а на них размеры циферок можно под себя сделать.Tomat7, 23 Июня 19, 12:21

Согласен, на хорошем дисплее, всегда всё лучше видно. Последний мой девайс - управлялка светом дома. Не стал мудрить с дисплеями и мощными микропроцессорами. Взял дешманский  ESP 8266/ESP-12F/Witty cloud(150 руб) и даже не стал запариваться с телевизором. Сделал локальный сервер и управление с пульта ИК(дополнительно).

Кстати по поводу IDF, дак там вообще нет редактора. Я люблю VIM, поэтому мне тупо удобней в IDF.
Хотя собрал и для Arduino IDE пакет для ESP32, да вполне работает на простых задачах.

Еще один кактус, который в этом проекте может возникнуть и который я самолично прожевал:
В некоторых случаях у детектора нуля наблюдается дикий дребезг при переходе из одного логического состояния
в другое. Т.к. у синусоиды слишком пологие фронты роста и спадания напряжения, оптопара тоже выдает
на выходе затянутый фронт.
И в некоторых случаях, зависит от положения и длины проводов, номера gpio ESP32,
работающих рядом приборов и фазы луны. Вместо одного прерывания детектора нуля можем получить около
сотни или тысячи прерываний вместо одного.
У себя я этот косяк заткнул используя один из портов ULN2003, как формирователь фронтов.

По мне дак ESP IDF (platformio) оптимальный вариант для esp. Другой уровень абстракции, нормально реализована многозадачность. А на ардуино иде ИМХО только моргалки всякие писать, как начинаешь что то сложное делать - такие макароны получаются...saniaxxx, 20 Июня 19, 10:07

Согласен, кОсячищей с Arduino IDE/библиотек, лезет море. Однако! Это быстро всё поправляется и регулярно. Сообщество Arduino IDE - ОГРОМНОЕ. Косяки, быстро вылавливаются.

Добавлено через 4мин.:

Она очень примитивная. Чтобы это понять нужно иметь опыт работы с нормальной IDE.Mnz, 20 Июня 19, 22:27

Мой первый опыт удачный, был именно с Arduino IDE. Меньше года с ней работаю(и изучаю С++). Уже начал - нечто понимать.

Добавлено через 4мин.:

Так что в сторону VisualStudio никто никого не тянет, хотя я и полностью согласен с Mnz.  
Arduino IDE как редактор кода действительно очень примитивна, но ее вполне хватает для написания простых программ и компиляции чужих проектов если в них не нужно разбираться. VisualStudio использует тот же набор софта и библиотек для сборки проекта. Грубо говоря, это просто более удобный редактор со множеством приятных фишек.  

Тему "Arduino-против-ESP IDF" обсуждать можно до бесконечности, так же как и "Windows-Linux" или "дистиллят-ректификат".
Даже широко известный в узких кругах Колбан высказался на эту тему - https://www.esp32.com/viewtopic.php?t=5669
Если следовать его подходу, то в моём случае ответ "да" на оба вопроса и рыпаться в сторону IDF мне не стоило.Tomat7, 23 Июня 19, 12:21

Спасибо, за дельные советы! Буду пока сидеть на Arduino IDE. Может, в будущем просветлЮсь и меня потянет в другие среды обитания...

Добавлено через 1ч. 23мин.:

мощность я смотрю на любом близлежащем девайсе - хоть комп, хоть смартфонTomat7, 23 Июня 19, 12:21

Пищалку примитивную, тоже стоит в девайс встроить(для аварийных ситуаций). Если в пределах слышимости находятся мозги.
У меня, такие пищалки работают хорошо с ESP.

https://ru.aliexpress.com/....f6f333edOaZZoO
Пищалки на 5В, даже последовательно с резистором 51 Ом, орут хорошо(и ток не большой потребляют).

Мой первый опыт удачный, был именно с Arduino IDE. Меньше года с ней работаю(и изучаю С++). Уже начал - нечто понимать.IvanAltay, 23 Июня 19, 19:58

Значит со временем поймете насколько проста Arduino IDE, как я понял в свое время.

Тут бралось всё.
https://github.com/NeoCat/ESP32-P3RGB64x32MatrixPanel
Матрица моя P5, оказалась абсолютным аналогом P3(по управлению).IvanAltay, 23 Июня 19, 19:12

Блин, я сбился со счета пока считал количество необходимых пинов для этого "экрана" - там их нужно больше ДЕСЯТИ!
Этож на всё остальное пинов не останется.

Пищалку примитивную, тоже стоит в девайс встроить(для аварийных ситуаций).IvanAltay, 23 Июня 19, 19:58

У меня девайс работает в другом помещении, иногда я от этого помещения сильно далеко. Так что по-любому не услышу пищалку, поэтому моя автоматика присылает мне сообщения на смартфон. Иногда не одно, в зависимости от размаха проблемы.

Еще один кактус, который в этом проекте может возникнуть и который я самолично прожевал:
В некоторых случаях у детектора нуля наблюдается дикий дребезг при переходе из одного логического состоянияys1797, 23 Июня 19, 19:39

С этим кактусом пришлось столкнуться в самом начале, а вот это сообщение прочитал слишком поздно [сообщение #13442271]  :(
К тому моменту я решил эту "проблему" совершенно пошлым образом.  :'(

void IRAM_ATTR ZeroCross_int()
{
    if ((millis() - _msZCmillis) > 5)
    {
        _msZCmillis = millis();
        ...

Блин, я сбился со счета пока считал количество необходимых пинов для этого "экрана" - там их нужно больше ДЕСЯТИ!
Этож на всё остальное пинов не останется.Tomat7, 24 Июня 19, 09:09

Так и есть. Сейчас посчитал количество проводов идущих от проца до матрицы. Их - 14! Пара/тройка портов ещё остаётся, на всё/про всё
Даже на бумажке распечатал себе, которые пины уже заняты.

http://tabak.aaa22.ru/viewtopic.php?pid=1706#p1706

Добавлено через 11мин.:

Tomat7, есть ещё метод управления RGB матрицей такой.
https://github.com/2dom/PxMatrix
Мне, не удалось его запустить(возможно, в то время мне знаний не хватало).
Надо, попытаться ещё раз.

Кстати по поводу IDF, дак там вообще нет редактора. Я люблю VIM, поэтому мне тупо удобней в IDF.ys1797, 23 Июня 19, 19:39

Посмотри на https://platformio.org, я юзал - мне понравилось

Tomat7, что думаешь о встроенном датчике Холла в микропроцессор ESP32?IvanAltay, 15 Июля 19, 23:28

Думаю вот что:
1) Это полный off-topic в теме где ты это спросил. 
2) Я игрался с этим в среде Ардуино и оно "работает". 
https://techtutorialsx.com/...r-measurements/
https://randomnerdtutorials.com/esp32-hall-effect-sensor/
3) Считаю, что эту фичу не стоит применять в регуляторе мощности по соображениям безопасности, лучше использовать изолированные пластиковые кнопки. 

2) Я игрался с этим в среде Ардуино и оно "работает".  
https://techtutorialsx.com/...r-measurements/Tomat7, 16 Июля 19, 09:36

Посмотрел твой код. Вбил твой код в свою плату Devkit v1. Там процессор тоже под стальной крышкой стоит. Датчик Холла, частично экранирован. Однако, данные с датчика идут нормально. Есть же без экрана платы 32, там вообще всё отлично будет работать.

Добавлено через 4мин.:

Считаю, что эту фичу не стоит применять в регуляторе мощности по соображениям безопасности, лучше использовать изолированные пластиковые кнопки.Tomat7, 16 Июля 19, 09:36

Покамест, не согласен. Всё зависит от скорости встроенного датчика Холла(вероятно, есть отдельное(скоростной канал) прерывание для встроенных фичей в процессор). Электрическую изоляцию, проще всего сделать...

Добавлено через 5мин.:

Тупо - катушку токовую прилепить над нужной зоной процессора(над датчиком Холла). Катушка, на ферритовом сердечнике, для концентрации магнитного поля у датчика...

Добавлено через 17мин.:

Tomat7, как тебе документация на ESP32-S2? В новом проце, кажись нет датчика Холла?

Добавлено через 4мин.:

ESP32-S2 - это высокоинтегрированный микроконтроллер Wi-Fi 2,4 ГГц с низким энергопотреблением, поддерживающий Wi-Fi HT40 и имеющий 43 GPIO. Основанный на одноядерном 32-разрядном процессоре LX7 Xtensa®, ESP32-S2 может работать с тактовой частотой до 240 МГц.
"Характеристики
Процессор и память
Одноядерный 32-битный микроконтроллер LX7 Xtensa®
7-ступенчатый трубопровод
Тактовая частота до 240 МГц
Сверхмалый сопроцессор
SRAM 320 КБ, ПЗУ 128 КБ, память RTC 16 КБ
Поддержка внешнего SPIRAM (всего 128 МБ)
Поддержка до 1 ГБ внешней вспышки
Отдельная инструкция и кеш данных
связь
Wi-Fi 802.11 б / г / н
1x1 передавать и получать
Поддержка HT40 со скоростью передачи данных до 150 Мбит / с
Поддержка сетей TCP / IP, ESP-MESH, TLS 1.0, 1.1 и 1.2 и других сетевых протоколов через Wi-Fi
Поддержка измерений времени полета (TOF) с обычными пакетами Wi-Fi
IO Периферия
43 программируемых GPIO
14 емкостных сенсорных входов
Стандартные периферийные устройства, включая SPI, I2C, I2S, UART, ADC / DAC и PWM
ЖК-интерфейс (8-битная параллельная RGB / 8080/6800), а также поддержка 16/24-битной параллельной
Интерфейс камеры поддерживает 8 или 16-битный датчик изображения DVP с тактовой частотой до 40 МГц
Полная поддержка USB OTG
Безопасность
Загрузка доверенного приложения на основе RSA-3072
Флэш-шифрование на основе AES256-XTS для защиты конфиденциальных данных в состоянии покоя
4096-битная память eFUSE с 2048 битами, доступными для применения
Периферийное устройство цифровой подписи для безопасного хранения личных ключей и генерации подписей RSA
Оптимальное энергопотребление
ESP32-S2 поддерживает точное управление питанием с высоким разрешением за счет выбора тактовой частоты, рабочего цикла, режимов работы Wi-Fi и индивидуального управления мощностью его внутренних компонентов.

Когда Wi-Fi включен, микросхема автоматически включает или выключает РЧ трансивер только при необходимости, тем самым снижая общее энергопотребление системы.
ULP сопроцессор с режимом ожидания менее 5 мкА и 24 мкА при потреблении тока в рабочем цикле 1%. Улучшено энергопотребление в режиме Wi-Fi и в режиме ожидания.
Программного обеспечения
ESP32-S2 поддерживает платформу разработки программного обеспечения Espressif (ESP-IDF), которая является зрелой и готовой к использованию платформой, уже используемой миллионами устройств, развернутых на местах. Наличие общих облачных агентов связи и общих функций продукта сокращает время выхода на рынок.

Приложения
ESP32-S2 предлагает универсальное решение для подключения Wi-Fi для самых разных приложений, от бытовых до промышленных. Кроме того, вычислительная мощность и расширяемость памяти также делают его подходящим решением для простых приложений ML-on-edge.

Хотя он может поддерживать большое количество вариантов использования, основные сценарии использования целевого приложения перечислены ниже:

Умный дом
Диапазон от простых решений, таких как лампочки, умные дверные замки, умные розетки, до бытовой техники и кухонных приборов, сверхплановых (OTT) устройств и устройств потокового видео, таких как камеры безопасности

Поддерживает Mesh Network, которая может быть применена к решениям для крупномасштабного коммерческого освещения и умных домашних сетей.
Позволяет эффективно взаимодействовать с широким спектром датчиков, который подходит для потребностей различных сценариев умного дома.
Устройства с батарейным питанием
Подключенные датчики Wi-Fi, игрушки с поддержкой Wi-Fi, носимые и медицинские устройства

Небольшая упаковка QFN 7 мм ⨉ 7 мм, которая идеально подходит для носимых устройств
Низкое энергопотребление в режиме гибернации менее 5 мкА позволяет использовать его в устройствах с батарейным питанием или в устройствах с длительным временем ожидания
QSPI / OPI поддерживает несколько чипов флэш / SRAM для гибкой настройки NVM и энергозависимого хранения данных"

Посмотрел твой кодIvanAltay, 19 Июля 19, 21:14

ну это не мой код.    я только его "проверил".

Tomat7, согласен, всё с даташита.