PZEM-004T เป็นโมดูลวัดพลังงานไฟฟ้าที่ได้รับความนิยมสูงในหมู่ Maker และ Hobbyist เนื่องจากมีราคาไม่แพง ความแม่นยำสูง และใช้งานง่าย โมดูลนี้สามารถวัดแรงดันไฟฟ้า AC 80-260V กระแสไฟฟ้าได้สูงสุด 100A (ผ่าน CT - Current Transformer) วัดกำลังไฟฟ้า (Power) ค่า Power Factor และพลังงานสะสม (Energy) ที่ใช้ไปในหน่วย kWh การสื่อสารกับ Microcontroller ใช้โปรโตคอล Modbus RTU ผ่าน Serial interface ทำให้สามารถเชื่อมต่อกับ ESP32 หรือ Arduino ได้ง่าย โมดูลมาพร้อมกับ LCD Display แสดงค่าต่างๆ ทำให้สามารถใช้งานแบบ Standalone ได้ด้วย และที่สำคัญคือมีความปลอดภัยสูงเพราะใช้ Current Transformer ในการวัดกระแส จึงไม่ต้องต่อตรงกับสายไฟฟ้าหลัก

PZEM-004T สามารถวัดค่าพลังงานไฟฟ้าได้หลากหลายพารามิเตอร์อย่างแม่นยำ ได้แก่ แรงดันไฟฟ้า (Voltage) ในช่วง 80-260V AC ความแม่นยำ ±1% กระแสไฟฟ้า (Current) 0-100A ความแม่นยำ ±1% กำลังไฟฟ้า (Active Power) 0-22kW ค่า Power Factor (Cos φ) ซึ่งบอกประสิทธิภาพการใช้ไฟ ความถี่ไฟฟ้า (Frequency) 45-65Hz และพลังงานสะสม (Energy) ที่สามารถเก็บค่าได้ถึง 9999.99 kWh โมดูลสามารถอัพเดทข้อมูลได้เร็วถึงวินาทีละครั้ง ทำให้เหมาะสำหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ การสื่อสารผ่าน TTL Serial (5V) หรือ RS485 ทำให้สามารถต่อระยะไกลได้ถึง 1,200 เมตร และสามารถเชื่อมต่อหลายโมดูลในระบบเดียวกันได้ด้วยการตั้งค่า Modbus Address ที่แตกต่างกัน

สำหรับโปรเจกต์นี้คุณจะต้องเตรียมอุปกรณ์ดังนี้ บอร์ด ESP32 Development Board (หรือใช้ Arduino ก็ได้) โมดูล PZEM-004T พร้อม Current Transformer (CT 100A) สายไฟ Jumper wires สำหรับเชื่อมต่อ อะแดปเตอร์ 5V สำหรับจ่ายไฟให้ ESP32 และ PZEM Load ที่ต้องการวัด เช่น หลอดไฟ พัดลม หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ (สำหรับทดสอบ) Optional: โมดูล GSM (SIM800L หรือ SIM900) หากต้องการส่ง SMS Alert โมดูล OLED Display หากต้องการแสดงผลที่ตัวเครื่อง Box กันน้ำสำหรับติดตั้งจริง และ DIN Rail Mount หากต้องการติดตั้งในตู้ไฟ การเลือกใช้ ESP32 แทน Arduino จะได้ประโยชน์จาก Built-in WiFi และ Bluetooth สามารถส่งข้อมูลขึ้น Cloud ได้ง่าย และมี Processing Power สูงกว่า

Block Diagram แสดงให้เห็นสถาปัตยกรรมของระบบทั้งหมด เริ่มจากแหล่งจ่ายไฟ AC 220V ที่เชื่อมต่อกับ Load ผ่าน Current Transformer (CT) ซึ่งคล้องรอบสายเฟสเดียว CT จะส่งสัญญาณกระแสไปยังโมดูล PZEM-004T ในขณะเดียวกัน PZEM ก็วัดแรงดันไฟฟ้าโดยตรงจาก AC Source ผ่านขั้ว Input โมดูล PZEM จะคำนวณค่าต่างๆ และสื่อสารกับ ESP32 ผ่าน TTL Serial (TX/RX) ESP32 ทำหน้าที่เป็น Gateway โดยอ่านข้อมูลจาก PZEM ผ่าน Modbus Protocol แล้วประมวลผล จากนั้นส่งข้อมูลไปยังหลายจุด ได้แก่ Cloud Server (ผ่าน WiFi) สำหรับเก็บข้อมูลและแสดงผลบน Dashboard, Local Display (OLED) สำหรับแสดงผลที่ตัวเครื่อง และ GSM Module (Optional) สำหรับส่ง SMS Alert เมื่อการใช้ไฟเกินกำหนด ระบบนี้ทำงานแบบ Real-time Monitoring ตลอด 24 ชั่วโมง

การต่อวงจรทำได้ง่ายมาก เริ่มจากเชื่อมต่อ ESP32 กับ PZEM-004T ต่อ VCC ของ PZEM เข้า 5V, GND เข้า GND, TX ของ PZEM เข้า RX2 (GPIO16) ของ ESP32, RX ของ PZEM เข้า TX2 (GPIO17) ของ ESP32 สำหรับการวัดไฟฟ้า ให้ต่อ AC Source เข้าขั้ว Input ของ PZEM (L และ N) และนำสายเฟส (L) ผ่าน Current Transformer โดยสาย L ต้องเดินผ่านตรงกลางของ CT แล้วต่อไปยัง Load สายนิวทรัล (N) ต่อตรงไปยัง Load โดยไม่ผ่าน CT ปลั๊ก CT เข้ากับขั้วบน PZEM ที่มีเครื่องหมาย CT ⚠️ คำเตือน: การต่อวงจรไฟฟ้า AC 220V มีความเสี่ยงสูง ควรให้ผู้ที่มีความรู้และประสบการณ์เท่านั้นที่ทำ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัดไฟก่อนทำการต่อวงจรทุกครั้ง ใช้สายไฟที่มีขนาดเหมาะสมกับกระแสที่ใช้ และติดตั้งในตู้ที่ปลอดภัย

เริ่มต้นการประกอบด้วยการเตรียม ESP32 และ PZEM-004T วางบนบอร์ดทดสอบหรือ PCB ใช้สายจัมเปอร์ต่อตาม Circuit Diagram ที่อธิบายไว้ เมื่อต่อสาย Signal เสร็จแล้ว ให้ทดสอบด้วยการจ่ายไฟ 5V ให้ ESP32 และตรวจสอบว่าไฟ LED บน PZEM ติดหรือไม่ จากนั้นอัพโหลดโค้ดทดสอบเพื่อดูว่า ESP32 สื่อสารกับ PZEM ได้หรือไม่ผ่าน Serial Monitor หลังจากนั้นจึงทำการต่อส่วน AC Power ในขั้นตอนนี้ตัดไฟทุกอย่างก่อน นำ Current Transformer คล้องรอบสายเฟส (L) เพียงสายเดียว ห้ามคล้องทั้งสายเฟสและนิวทรัล อาจทำให้การวัดไม่ถูกต้อง ต่อ AC Input เข้า PZEM ตรวจสอบขั้วต่อว่าแน่นหนาดี จากนั้นจึงเปิดไฟ AC ทดสอบการทำงานด้วย Load เล็กๆ ก่อน เช่น หลอดไฟ 60W สังเกตค่าที่วัดได้บน LCD ของ PZEM และบน Serial Monitor

โค้ดสำหรับโปรเจกต์นี้เขียนด้วย Arduino IDE โดยใช้ Library PZEM004Tv30 สำหรับสื่อสารกับโมดูล PZEM ผ่าน Modbus โค้ดเริ่มต้นด้วยการกำหนด Serial Port ที่ใช้สื่อสาร (Serial2 สำหรับ ESP32) และสร้าง Object ของ PZEM ในฟังก์ชัน setup() จะทำการเชื่อมต่อ WiFi และเริ่มต้นการสื่อสารกับ PZEM ใน loop() จะอ่านค่าต่างๆ จาก PZEM เช่น Voltage = pzem.voltage(), Current = pzem.current(), Power = pzem.power(), Energy = pzem.energy(), Frequency = pzem.frequency(), Power Factor = pzem.pf() จากนั้นส่งข้อมูลขึ้น Cloud ผ่าน HTTP POST หรือ MQTT Protocol และตรวจสอบเงื่อนไข Alert เช่น ถ้า Power > 2000W ให้ส่ง SMS เตือน การส่ง SMS ทำได้ผ่าน GSM Module หรือใช้บริการ Cloud SMS API เช่น Twilio โค้ดมีการจัดการ Error Handling กรณีที่อ่านค่าจาก PZEM ไม่ได้ และมีการ Retry เพื่อความเสถียร ทั้งหมดนี้ทำงานใน Real-time Loop ที่อัพเดททุกๆ 1-5 วินาที

เมื่อระบบทำงานจริง คุณจะเห็นข้อมูลแบบเรียลไทม์บน Dashboard แสดงค่าแรงดันไฟฟ้า (Voltage) ประมาณ 220V, กระแสไฟฟ้า (Current) ขึ้นอยู่กับ Load ที่ใช้, กำลังไฟฟ้า (Power) ในหน่วย Watts, ค่า Power Factor ซึ่งควรอยู่ใกล้ 1.0 สำหรับ Load แบบ Resistive, และพลังงานสะสม (Energy) ที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามการใช้งาน ระบบจะส่งข้อมูลขึ้น Cloud ทุกๆ 5 วินาที และเมื่อการใช้ไฟเกินค่าที่กำหนด (เช่น เกิน 2,000W) ระบบจะส่ง SMS Alert ไปยังมือถือที่ตั้งค่าไว้ทันที ข้อความจะบอกรายละเอียด เช่น "Warning: Power consumption is 2,500W (Exceeded threshold)" คุณสามารถดูประวัติการใช้ไฟย้อนหลังได้จากกราฟบน Dashboard และคำนวณค่าไฟโดยเอาพลังงานสะสม (kWh) คูณกับอัตราค่าไฟต่อหน่วย