PowerRing - PV-Visualisierung mit ESP8266 und LED-Ring für EVCC

Beschreibung

Dieses Arduino-Projekt für den ESP8266-Mikrocontroller visualisiert Energiedaten einer Photovoltaikanlage auf einem 24 Bit NeoPixel LED-Ring. Es nutzt die von EVCC über die REST-API zur Verfügung gestellten Daten und stellt die PV-Leistung, den Hausverbrauch, den Netzbezug und den Ladestatus des Elektrofahrzeugs dar.

Funktionen

• Abruf von Energiedaten via EVCC REST-API
• Visualisierung auf 24-LED NeoPixel Ring
• Darstellung von PV-Produktion, Netzbezug/-einspeisung und Ladestatus anhand der Farbe und Anzahl der LEDs
• Sanftes Dimmen der LEDs bei Zustandsänderungen
• Fehleranzeige bei Verbindungsproblemen / Debug Infos über Serielle Schnittstelle

Farbcodes auf dem LED Ring (analog zu EVCC)

• 🟢 Grün: Hausverbrauch der von der PV-Produktion gedeckt ist.
• 🟡 Gelb: in Netz eingespeiste überschüssige PV-Energie
• 🔴 Rot: Netzbezug (in der EVCC GUI als grau ⚪ dargestellt)
• 🔵 Blau (Nur erste LED): Fahrzeug lädt

Hardware-Anforderungen

• ESP8266 Mikrocontroller (Hier ESP01 aber auch z.B. NodeMCU, Wemos D1 Mini)
• WS2812B RGB LED-Ring (Anzahl der LEDs konfigurierbar)
• Stromversorgung für ESP8266 und LED-Ring:
  • z.B. AMS1117 DC-DC Step Down Buck Converter mit
  • Adafruit 1833 USB MICRO-B BREAKOUT BOARD

Hinweis von Gelegenheitsbastler (Danke!): "Je nach verwendeten LEDs und Kabeln kann es sein, dass die Kommunikation zwischen dem ESP und dem LED-Stripe gar nicht oder nicht korrekt funktioniert. Das liegt dann daran, dass das Ausgangssignal des ESP 3V3 hat, der LED-Stripe aber einen Pegel von 5V erwartet. In solchen Fällen ist der Einsatz eines Pegelwandlers die Lösung. Da die Kommunikation nur in eine Richtung ESP --> LED statt findet, reicht ein BSS 138 völlig aus. Diese Level-Shifter gibt es für schmales Geld überall zu kaufen."

Software-Anforderungen

• Arduino IDE
• ESP8266 Board-Unterstützung für Arduino IDE
• Folgende Bibliotheken:
  • ESP8266WiFi
  • ESP8266HTTPClient
  • ArduinoJson
  • Adafruit_NeoPixel (Achtung: Version 1.8.4)

Installation

1. Laden Sie PowerRing.ino Datei runter.

2. Öffnen Sie die Arduino IDE und installieren Sie die ESP8266 Board-Unterstützung:

   • Fügen Sie http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json zu den zusätzlichen Boardverwalter-URLs in den Arduino-Einstellungen hinzu.
   • Installieren Sie das ESP8266-Paket über den Boardverwalter.

3. Installieren Sie die erforderlichen Bibliotheken über den Bibliotheksverwalter der Arduino IDE:

   • ESP8266WiFi

   • ESP8266HTTPClient

   • ArduinoJson

   • Adafruit_NeoPixel (Version 1.8.4)

     Achtung: Stellen Sie sicher, dass Sie die Adafruit_NeoPixel Bibliothek in der Version 1.8.4 installieren. Neuere Versionen sind nicht kompatibel mit dem ESP01. Um eine spezifische Version zu installieren:

     1. Öffnen Sie den Bibliotheksverwalter in der Arduino IDE (Sketch > Bibliothek einbinden > Bibliotheken verwalten...)
     2. Suchen Sie nach "Adafruit NeoPixel"
     3. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil neben der Versionsnummer
     4. Wählen Sie Version 1.8.4 aus und klicken Sie auf "Installieren"

4. Öffnen Sie die PowerRing.ino Datei in der Arduino IDE.

5. Konfigurieren Sie die folgenden Variablen in der Datei:

   • WLAN-Zugangsdaten (ssid und password)
   • RestAPI-Adresse (api_endpoint)
   • LED-Pin und Anzahl der LEDs (LED_PIN und NUM_LEDS)
   • Die Leistung in Watt welche eine LED darstellt (WATTS_PER_LED)

6. Wählen Sie das korrekte ESP8266-Board und den COM-Port in der Arduino IDE aus.

• Für ESP01s: "Generic ESP8266 Module"
• Flash Size: "1M (no SPIFFS)"

8. Sketch kompilieren und über seriellen Adapter aus den ESP8266 flashen.

EVCC REST-API

Details zur verwendeten API: EVCC REST-API Dokumentation

Verkabelung

• Verbinden Sie den Daten-Pin (DIN) des LED-Rings mit dem in LED_PIN definierten Pin des ESP8266 (z.B. GPIO0 a.k.a. D3 = 0). --> Siehe Schematic weiter unten
• Stellen Sie sicher, dass der LED-Ring und der ESP8266 eine gemeinsame Masse haben.
• Versorgen Sie den LED-Ring und den ESP8266 mit ausreichend Strom. (z.B. passendes USB-Ladegerät)

Bei Verbindungsproblemen blinkt die erste LED orange.

Fehlerbehebung

• Überprüfen Sie die serielle Konsole für Debug-Informationen.
• Orange blinkende LED: API-Verbindungsproblem
• Überprüfen Sie die Verkabelung des LED-Rings.

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Meine Referenz Hardware:

• 24Bit RGB LED Ring WS2812
• ESP-01S
• AMS1117 DC-DC Step Down Buck Converter 3.3 V BREAKOUT Board
• EVCC running on e.g. RaspberryPi or Synology Docker
• Adafruit 1833 USB MICRO-B BREAKOUT BOARD
• IKEA "Bergenes Halter für Mobiltelefon/Tablet" mit zwei Plexiglasscheiben

Schematic:

Board: