engZafer35/IEC62056-MeterSim

# ⚡ IEC 62056 TCP 电能表模拟器 这是一个基于 Python、受 **IEC 62056-21**（原 IEC 1107）启发、**支持 TCP** 的电能表模拟器。 它不执行真实的测量；相反，它会以固定的时间间隔（默认 **15 分钟**）生成随机但**正向且一致的**能源消耗，并更新： - **总输入电能 (OBIS 1.8.0)** - **瞬时功率 (1.7.0)** - **电压 (32.7.0)** - **负荷曲线 (P.01 记录)** 这些数值可以通过 **TCP 读取**以及通过**本地数据文件**展示。 ## 🛠 功能特性 - **分层架构**： - **传输层**：TCP 服务器 (`tcp_server.py`) - **协议/消息解析**：类似 IEC 62056 的状态机 (`iec62056_protocol.py`) - **电表核心与负荷曲线**：仿真与数据文件管理 (`meter_model.py`) - **短/默认读取**支持： - `/?!` 握手 → 电表标识 - `ACK050` → 完整的 OBIS 读取 - **负荷曲线 (P.01)** 查询： - `P.01(YYMMDDhhmm)(YYMMDDhhmm)` → 返回给定范围内的所有记录 - **负荷曲线数据文件**： - 默认文件：`meter_data.txt` — 每个间隔占一行，采用 6 字段格式（日期、时间、总电能、电压、电流、功率因数）。 - 快照文件：`meter_data_total_endex.txt` — 包含上次的时间戳和总输入；**内容派生自**最后一条记录的**总电能字段**（或在关闭时写入）。 - 在启动时，应用程序会从 `meter_data.txt` 的**最后一行**（或快照文件）加载状态，因此 OBIS 1.8.0 与负荷曲线保持一致。 - **更快的测试周期**： - 实际应用的间隔为 15 分钟，但为了测试，您可以将其设置为例如 10 秒。 - **🖥 TCP 客户端应用程序** (`Meter_Client_Test.py`)： - 通过 TCP 连接并执行协议请求 - 主机和端口可通过 CLI 配置 - 包含超时和基本错误处理的安全连接 - OBIS 读取： - `/?!` → 获取电表 ID - `ACK050` → 接收短/完整读取结果 - 负荷曲线 (P.01) 查询： - 获取给定开始/结束时间范围内的数据 - 支持较大的响应（缓冲区 ≥ 4 KB） - **参数** --host, --port → 目标服务器 --interval → 查询间隔（以秒为单位） --start, --end → 负荷曲线时间窗口 - **持续监控** - 按照指定的间隔自动重新查询 - 可以通过按 Ctrl+C 安全停止 ## ⚙ 安装说明 ### 📦 环境要求 - Python **3.9+**（推荐 3.10 或更高版本） - Windows、Linux 或 macOS（以下示例使用 Windows/PowerShell） ### 🚀 运行 克隆项目后，进入该文件夹： ``` cd ElectricityMeter ``` 使用默认设置启动模拟器： ``` python run_simulator.py ``` 默认配置： - 主机：`0.0.0.0` - 端口：`5000` - 负荷曲线文件：`meter_data.txt` - 间隔：`900` 秒（**15 分钟**） 为了进行测试，您可以加快间隔速度（例如，每 10 秒创建一条新记录）： ``` python run_simulator.py --interval-seconds 10 ``` 自定义主机/端口和 meterID 的示例： ``` python run_simulator.py --host 127.0.0.1 --port 5000 --meter-id ZD5ME666-667 ``` 连接 TCP 客户端并获取数据： ``` python Meter_Client_Test.py --host 127.0.0.1 --port 5000 --interval 10 ``` ## 🧱 针对 Windows 编译 新增了 `build_windows_exe.ps1` 脚本，用于将 Python 代码转换为单个可执行文件。 ``` cd c:\Users\zafer\OneDrive\Desktop\ElectricityMeter\IEC62056-MeterSim .\build_windows_exe.ps1 -Mode nuitka ``` 如果您想使用 `pyinstaller` 作为替代方案： ``` .\build_windows_exe.ps1 -Mode pyinstaller ``` ## 🧱 针对 Linux 编译 新增了 `build_linux_exe.sh` 脚本，用于在 Linux 上创建可执行包。 ``` cd /path/to/ElectricityMeter/IEC62056-MeterSim chmod +x ./build_linux_exe.sh ./build_linux_exe.sh nuitka ``` 使用 PyInstaller： ``` ./build_linux_exe.sh pyinstaller ```

## 🧩 工作原理（逐步说明） ### 1️⃣ 电表核心 (`MeterSimulator`) `meter_model.py` 中的 `MeterSimulator` 类： - 启动一个后台**线程**。 - 在每个间隔（例如测试中的 15 分钟 / 10 秒）： - 在 0.1–0.6 kWh 范围内生成**随机正向消耗**。 - 根据此间隔电能，计算平均功率并将**瞬时功率 (1.7.0)** 设定在该值附近。 - 在 230 V 附近生成带有微小随机变化的**电压 (32.7.0)**。 - 对于每个间隔： - 计算**电压**（≈210–240 V）、**功率因数**（≈0.85–1.0）以及根据功率得出的**电流**（I = P/(V×PF)）。 - 追加一条带有累积总电能、电压、电流和功率因数的**负荷曲线记录**。 - 将间隔消耗加到**总输入 1.8.0** 中。 - 以 **6 字段格式**写入每条记录： ``` (YYYY-MM-DD)(HH:MM)(000000.000*kWh)(229*V)(000.0*A)(1.00) ``` | 字段 | 含义 | |-------|--------| | 1 | 日期 (YYYY-MM-DD) | | 2 | 时间 (HH:MM) | | 3 | 总能耗 (kWh，累积值) | | 4 | 单相电压 (V) | | 5 | 单相电流 (A) | | 6 | 功率因数 | - 在启动时： - 读取 `meter_data.txt` 的**最后一行**（如果缺少数据文件，则读取 `meter_data_total_endex.txt`）以设置 **OBIS 1.8.0 总输入**和上次的时间戳。 ### 2️⃣ 协议流程（类似 IEC 62056） `iec62056_protocol.py` 中的 `ConnectionState` 类处理基本的 IEC 62056-21 风格的流程： 1. **握手**： - 客户端发送： - `/?!` + CRLF - 电表响应： - `/ZD5ME666-1003` + CRLF 2. **波特率选择 (ACK050)**： - 客户端发送： - `ACK050` + CRLF - 由于这是 TCP，物理波特率并未改变，但该命令被**接受以保证协议兼容性**。 - 电表立即发送**短/默认读取结果**： ``` 0.0.0(12345678) 1.8.0(0012345.67*kWh) 2.8.0(0000123.45*kWh) 1.7.0(0001.42*kW) 32.7.0(230.4*V) 0.9.1(HH:MM:SS) 0.9.2(YY-MM-DD) ! ``` 3. **负荷曲线查询 (P.01)**： - 客户端发送开始和结束时间戳： ``` P.01(YYMMDDhhmm)(YYMMDDhhmm) Example: `P.01(2401010000)(2401012359)` ``` - 电表返回给定范围内的所有记录（与数据文件相同的 6 字段格式），或者在范围为空或无效时（例如 start > end）返回 **No-Data** + `!`： ``` (2026-03-17)(14:10)(000030.960*kWh)(230*V)(008.5*A)(0.92) (2026-03-17)(14:25)(000031.520*kWh)(228*V)(007.2*A)(0.89) ... ! ``` 这种设计确保了： - 随着时间的推移，**总输入 (1.8.0)** ≈ **日/周负荷曲线的总和**，从而提供一致的仿真。 ### 3️⃣ TCP 服务器 `tcp_server.py` 中的 `MeterTCPServer` 类： - 充当电表设备并**自行打开 TCP 监听套接字**： - `bind(host, port)` + `listen()` - 为每个新客户端生成一个专用线程。 - 将传入的字节转换为 ASCII，并将其**逐行**发送到 `ConnectionState`： - 使用 **CRLF**（或 LF）作为行终止符。 - 如果 `ConnectionState.handle_line()` 返回响应字符串，则会将其发送回客户端。 ## 终端会话示例 假设模拟器正在后台运行： ``` python run_simulator.py --host 127.0.0.1 --port 5000 --interval-seconds 10 ``` 您可以在另一个终端中使用简单的 TCP 客户端（例如 `telnet`）进行连接： ``` telnet 127.0.0.1 5000 ``` 1. **握手**： ``` Client: /?! Meter : /ISK5ME382-1003 ``` 2. **ACK + 短读取**： ``` Client: ACK050 Meter : 0.0.0(12345678) 1.8.0(0000005.23*kWh) 2.8.0(0000000.00*kWh) 1.7.0(0001.42*kW) 32.7.0(230.4*V) 0.9.1(14:22:31) 0.9.2(24-01-01) ! ``` 3. **负荷曲线查询**（示例日期范围）： ``` Client: P.01(2401010000)(2401012359) Meter : (2026-01-01)(00:00)(000012.340*kWh)(229*V)(005.2*A)(0.91) (2026-01-01)(00:15)(000012.720*kWh)(231*V)(004.8*A)(0.93) ... ! ``` 如果请求的范围没有数据（例如，未来日期）或者 start > end，电表将响应： ``` No-Data ! ``` ## 🔗 客户端-服务器交互 ## 简单的基于文本的每日消耗图表 以下是基于文本的图表示例，展示了约一天的总电能为 **~12.34 kWh**（15 分钟间隔）的情况： ``` Saat Tüketim (kWh) Grafik ----- -------------- ---------------------------- 00:00 0.42 ################ 00:15 0.38 ############### 00:30 0.35 ############# 00:45 0.40 ############### 01:00 0.50 #################### ... 23:45 0.41 ############### Total ≈ 12.34 kWh (OBIS 1.8.0 ≈ 12.34 kWh) ``` 这个想法以后可以在 **GUI 或 Web 仪表板**中转化为真实的日/周图表。 ## 💡 扩展建议 - **新的 OBIS 代码**（例如：电流、功率因数、单相测量） - **可选的配置集**： - 居民用电户 - 工业电价 - PV / 太阳能发电场景（使用 2.8.0 表示输出） - **真实的 TCP/串口桥接**： - TCP → 串口 → 真实的物理电表 (代理) - **UI 集成**： - Tkinter / PyQt / 基于 Web 的仪表板： - 瞬时功率、电压、总电能 - 负荷曲线图表 - 简单的报警/限值通知 ## 贡献与许可 本存储库是一个用于测试和教学目的的模拟器。 非常欢迎提交 Pull Request、新增 OBIS 支持以及改进建议。

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