如何可视化水表数据并在用水过量时获得警报

在我居住的村庄，水表每五年更换一次，今年正好是第五年。我借机与市政办公室沟通，询问是否能够安装带脉冲模块的水表以便接入家庭网络。他们同意了——再次感谢！

上周他们来安装了新水表（我不在家），回家后我发现了以下设备：

他们还留下了包装，使我能够推测模块型号。看起来像是Wehrle公司的“Ringkolben-Patronenzähler MODULARISRTK-OPX”（如数据手册所示）。虽然不确定是S0还是M-Bus版本，但朋友告知M-Bus版本昂贵得多，因此我推断这是S0版本。

连接S0模块

水表配备光耦器（光电耦合器），由内置电池供电。每流过一升水，上图所示的两根线缆会短暂连接（例如100毫秒）。最简单的方法是使用5V上拉电阻，但这可能引发问题。更好的方案是使用2个电阻和2个电容来稳定脉冲并防止电磁干扰等不良影响。由于学校所学知识已久远，我请教了经常设计电路的朋友，得到了以下电路图：

他建议使用以下电阻和电容：

R1 – 4.7kΩ
R2 – 470Ω
C1 – 100nF
C2 – 10nF

我在家搭建了这个电路（图中未完全展示）：

我使用了旧PC电源连接器连接水表，便于断开。硬件成本至今不足1欧元——当然家里已有一些工具（如焊铁）。

现在回到我更熟悉的领域……

将信号接入网络

我家有几个树莓派，最初考虑使用一个，但过于大材小用，因为我打算在家庭服务器的容器中进行可视化和警报。我选择了类似Arduino但更便宜的方案：NodeMCU，它具备项目所需全部功能：

支持中断触发的数字输入→无需轮询，避免丢失脉冲
WiFi支持，可连接IoT网络
与Arduino IDE集成成本不足5欧元。

来看看我的代码（可从此处下载）。代码第一部分导入所需库并定义变量：

WiFi SSID和密码
每升水通知的主机和端口——使用InfluxDB，后续展示其简便性
连接水表的引脚——确保支持中断

以下是启动时执行的代码，连接WiFi并附加中断：

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#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h>

const char* ssid = "your_SSID";
const char* password = "your_PASSWORD";
const char* host = "influxdb_server_ip";
const int port = 8086;
const int meterPin = D1; // 中断支持引脚

WiFiUDP Udp;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("Connected to WiFi");
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(meterPin), waterPulse, RISING);
}

void waterPulse() {
  String data = "water,device=meter value=1";
  Udp.beginPacket(host, port);
  Udp.write(data.c_str());
  Udp.endPacket();
}

中断调用代码仅为每升水发送UDP消息（格式为InfluxDB），其余由InfluxDB时间序列数据库处理。

如您所见，代码非常简单——复杂部分由InfluxDB完成。

可视化与警报

当然，我可以自己编写可视化和警报程序（过去做过），但时代变了。InfluxDB及其同团队的其他项目为此类家庭项目提供了比我所能做的更好、更全面的解决方案。您将看到它是多么简单。我在Linux家庭服务器上以空LXC容器开始。容器中使用Debian 9，但InfluxDB支持所有主流发行版。

首先安装curl和apt的https支持——我的容器尽可能小：

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# apt install curl apt-transport-https

下载InfluxDB仓库的签名密钥：

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# curl -sL https://repos.influxdata.com/influxdb.key | apt-key add -

添加仓库到列表：

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# cat >> /etc/apt/sources.list
deb https://repos.influxdata.com/debian stretch stable

安装软件：

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# apt update
# apt-get install influxdb chronograf kapacitor

默认情况下，InfluxDB的UDP接口禁用。需修改配置文件/etc/influxdb/influxdb.conf，类似如下：

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[[udp]]
enabled = true
bind-address = ":8888"
database = "db_iot"

启用各项服务：

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# systemctl enable influxdb
# systemctl start influxdb
# systemctl enable kapacitor
# systemctl start kapacitor

若一切正常，您应看到：

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# netstat -lpn | grep 8888
tcp6 0 0 :::8888 :::* LISTEN 1505/chronograf
udp6 0 0 :::8888 :::* 1539/influxd

创建UDP配置的数据库：

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# influx
Connected to http://localhost:8086 version 1.7.6
InfluxDB shell version: 1.7.6
Enter an InfluxQL query
> CREATE DATABASE db_iot
> exit

之后在浏览器中打开http://<服务器IP>:8888，填写表单：

连接字符串：输入运行InfluxDB的主机名或IP，包含默认端口8086（本例为localhost/127.0.0.1）
连接名称：为连接字符串命名
用户名和密码：若未在InfluxDB启用授权，可留空
Telegraf数据库名称：可选，默认为Telegraf

其余均可通过浏览器完成——查看我的仪表板元素配置之一（SQL代码通过点击生成）。

我的水表仪表板目前如下：

您还可以定义警报。例如，如果一小时内用水超过100升，则发送警报消息——我应知晓是否发生及是否正常。

希望您看到可视化与警报水表是多么简单。成本也非常低——如果您已有服务器，一切约5欧元；否则可在树莓派（约30欧元）、月租1-2欧元的虚拟服务器或NAS的容器功能上运行。

发布于HowTo、Linux、Networking | 1条评论

1条评论

David Simmons 2019年5月1日
这太酷了！如果您迁移到InfluxDB 2.0 Alpha，可以使用我的Arduino InfluxDB库（https://github.com/davidgs/ESP8266_Influx_DB）直接写入数据库。另请关注我的新2.0 MQTT输出！
— dg

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