如何可视化水表读数并在用水量过高时获得警报

我居住的村庄每五年更换一次水表，今年正好是第五年。我借此机会询问了市政办公室，是否可以换装一个带脉冲模块、能接入我家庭网络的水表。他们同意了——再次感谢！

上周他们来安装了新水表，当时我不在家。回家后我发现了以下物品：

他们还留下了包装，让我得以猜测模块型号。在我看来，这像是 Wehrle 公司的“Ringkolben-Patronenzähler MODULARISRTK-OPX”，如这份数据手册所示。我不完全确定是 S0 版本还是 M-Bus 版本，但一位朋友告诉我，这肯定是 S0 版本，因为 M-Bus 版本要贵得多。于是，我就按此进行。

连接 S0 模块

基本上，水表内部有一个光耦（光电耦合器），在我的案例中由内部电池供电。每流过水表一升水，上面所示的两根电线就会短接一小段时间（例如 100 毫秒）。最简单的情况下，可以只使用一个上拉电阻到 5V，但这可能会带来问题。最好使用 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。由于我学习这些知识的年代太过久远，我请了一位经常设计电路的朋友帮忙，他画出了这个图：

他告诉我使用以下电阻和电容：

R1 – 4.7 kOhm
R2 – 470 Ohm
C1 – 100 nF
C2 – 10 nF

在家里，我搭建了这个电路（下图未完全完成）：

如图所示，我使用了旧的 PC 电源连接器来连接水表，以便轻松断开连接。到目前为止硬件成本不到 1 欧元——当然，家里需要已经有了一些工具（例如电烙铁）。

那么，现在回到我更熟悉的领域……

将信号接入我的网络

家里有几个 Raspberry Pi，起初我考虑使用一个，但这对我的需求来说有点大材小用，因为我本来就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 但更便宜的东西。

我选择了一个 NodeMCU，它拥有这个项目所需的一切：

支持中断触发的数字输入 -> 无需轮询，也不会错过脉冲
支持 WiFi，可连接到我的物联网网络
可与 Arduino IDE 集成
价格低于 5 欧元

来看看我的代码——你可以从这里下载。在代码的第一部分，我们导入所需的库并定义一些变量：

WiFi SSID 和密码
我们将为每一升水通知的主机和端口——我们将使用 InfluxDB，你会看到这有多么简单。
连接水表的引脚——确保它支持中断。

然后是启动时执行一次的代码，我们在这里连接到 WiFi 并附加中断。

最后，我们需要中断调用的代码——它只是为每一升水发送一条 InfluxDB 格式的 UDP 消息，剩下的就交给 InfluxDB 时序数据库处理。

如你所见，代码非常简单——复杂的部分由 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，过去也这样做过，但那已经是过去式了。InfluxDB 及其团队的其他项目为这类家庭项目提供了一切，并且做得比我更好。你会看到这究竟有多简单。我从家庭 Linux 服务器上一个空的 LXC 容器开始。容器里使用 Debian 9，但 InfluxDB 为所有主要发行版都提供了软件包。

首先，我们需要安装 curl 和 apt 的 https 支持——我的容器尽可能精简。

1

# apt install curl apt-transport-https

下载 InfluxDB 仓库的签名密钥。

1

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

然后将仓库添加到源列表。

1
2


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

并安装软件。

1
2


# apt update
# apt-get install influxdb chronograf kapacitor

默认情况下，InfluxDB 的 UDP 接口是禁用的。你需要修改配置文件 /etc/influxdb/influxdb.conf，使其看起来类似这样：

1
2
3
4


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

现在我们只需要启用各项服务。

1
2
3
4


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

如果一切正常，你应该看到类似这样的信息：

1
2
3


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

现在我们只需要创建我们为 UDP 配置的数据库：

1
2
3
4
5
6


# 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

完成这些后，只需打开浏览器并连接到 http://<服务器IP地址>:8888，然后用以下详细信息填写表单：

连接字符串：输入运行 InfluxDB 的机器的主机名或 IP，并确保包含 InfluxDB 的默认端口 8086。在我的/我们的例子中是 localhost / 127.0.0.1
连接名称：为你的连接字符串输入一个名称。
用户名和密码：除非你在 InfluxDB 中启用了授权，否则这些字段可以留空。
Telegraf 数据库名称：可选，为你的 Telegraf 数据库输入一个名称。默认名称是 Telegraf。

其他所有操作都可以通过浏览器完成——只需看看我其中一个仪表板元素的配置——SQL 代码是通过点击来编写的。

我当前的水表仪表板看起来是这样的：

你也可以定义警报。在这个案例中，我想设置一个警报，如果一小时内用水量超过 100 升就发送消息——如果发生这种情况，我应该知道并且判断是否正常。

希望你能看到可视化水表和设置警报是多么容易。这也非常便宜——如果你已经有服务器，一切大约只需 5 欧元，否则可以在 Raspberry PI（约 30 欧元）上运行，每月花 1-2 欧元租用虚拟服务器，或者使用你 NAS 的容器功能。