Arduino energiakulude elektriarvesti: 13 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Kas maksate elektriarvete eest liiga palju?

Kas soovite teada, kui palju teie veekeetja või kütteseade elektrit tarbib?

Tehke oma kaasaskantav energiakulude elektriarvesti!

Vaadake, kuidas ma leidsin selle seadme kasutamise.

Samm: Ettevalmistus. Tööriistad Kruvid ja kulumaterjalid

Selle projekti tegemiseks vajate mitmeid asju.

• Koduarvuti, kuhu on installitud XOD IDE.
• 3D printer.

Tööriistad:

• Lõikurid.
• Kruvikeeraja.
• Tangid.
• Jootetööriistad.
• Nõelaviil.

Kulumaterjalid:

• Liivapaber.
• Kahanda torusid.
• 14 AWG juhtmed või vähem 220 V vooluahela jaoks.
• 24 või 26 AWG juhtmed 5 V loogikaahela jaoks.

Kruvid:

• Kruvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) pikkus 20 mm.
• Kruvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pikk.
• Kruvi M2 / M2.5 (DIN7981 või muu).
• Kuuskantmutter M3 (DIN 934/ DIN 985).

2. etapp: Ettevalmistus. Elektroonika

Seadme loomiseks vajate mõningaid elektroonilisi komponente. Mõelgem välja, millised.

Kõigepealt vajate vahelduvvooluandurit.

Seade võib töötada suure vooluga, seega peaks andur olema sobiv. Internetist leidsin Allegro toodetud anduri ACS712.

1 x 20A vahemiku vooluandur ACS712 moodul ~ 9 $;

See andur on analoog ja mõõdab voolu Halli efekti abil. See kasutab mõõdetud väärtuse edastamiseks ühte traati. See ei pruugi olla väga täpne, kuid minu arvates piisab sellise seadme jaoks. ACS712 andurit võib olla kolme tüüpi, millel on erinevad maksimaalsed mõõtmispiirid:

• ACS712ELCTR-05B (maksimaalselt 5 amprit);
• ACS712ELCTR-20A (maksimaalselt 20 amprit);
• ACS712ELCTR-30A (maksimaalselt 30 amprit).

Saate valida vajaliku versiooni. Kasutan 20 amprit versiooni. Ma arvan, et minu pistikupesade vool ei ületa seda väärtust.

Andurite andmete lugemiseks ja kõigi muude arvutuste tegemiseks vajate kontrollerit.

Loomulikult valisin Arduino. Ma arvan, et selliste DIY projektide jaoks pole midagi mugavamat. Minu ülesanne ei ole raske, nii et ma ei vaja uhket tahvlit. Ostsin Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino saab toite alalispingest kuni 12 V, samal ajal kui ma mõõtsin vahelduvpinget 220 V. Lisaks peaks ACS -andur saama toite täpselt 5 voltist. Probleemi lahendamiseks ostsin vahelduvvoolu alalisvoolu muunduri 220 kuni 5 volti.

1 x vahelduvvoolu alalisvoolu toite mooduli toite sisend: AC86-265V väljund: 5V 1A ~ 7 $;

Ma kasutan seda muundurit Arduino ja anduri toiteks.

Mõõtmiste visualiseerimiseks kuvan ekraanile kulutatud rahasumma. Kasutan seda 8x2 tähemärgilist LCD -ekraani.

1 x 0802 LCD 8x2 sümboliga LCD -ekraanimoodul 5V ~ 9 $;

See on väike, ühildub Arduino ekraaniga. See kasutab kontrolleriga suhtlemiseks oma andmesiini. Lisaks on sellel ekraanil taustavalgustus, mis võib olla erinevat värvi. Sain oranži.

3. samm: Ettevalmistus. Sonnectorid

Seadmel peaks olema oma toitepistik ja pistikupesa.

Kvaliteetse ja usaldusväärse pistikühenduse loomine kodus on üsna keeruline. Samuti soovisin, et seade oleks kaasaskantav ja kompaktne ilma juhtmete ja juhtmeteta.

Otsustasin osta ehituspoest mõned universaalsed pistikupesad ja pistikud, et need osadeks lahti võtta. Pistikud, mille ostsin, on F tüüpi või nagu neid nimetatakse Shuko. Seda ühendust kasutatakse kogu Euroopa Liidus. Pistikutüüpe on erinevaid, näiteks A- või B -tüübid on pisut väiksemad kui F ja neid kasutatakse Põhja -Ameerikas. Pistikupesade sisemõõtmed ja pistikute välismõõtmed on standarditud kõigi seda tüüpi pistikute jaoks.

Lisateabe saamiseks lugege erinevat tüüpi pistikupesade kohta siit.

Mõned pistikupesad lahti võttes leidsin, et nende sisemisi osi saab kergesti eemaldada. Nendel osadel on peaaegu samad mehaanilised mõõtmed. Otsustasin neid kasutada.

Niisiis, oma seadme loomiseks vajate:

• Valige ühenduse tüüp;
• Leidke pistikud ja pistikupesad, mida saate kasutada ja mida saab kergesti lahti võtta;
• Eemaldage nende sisemised osad.

Ma kasutasin seda pistikupesa:

1 x maandatud pistik 16A 250V ~ 1 $;

Ja see pistik:

1 x isane pistik 16A 250V ~ 0, 50 $;

4. samm: Ettevalmistus. 3D printimine

Trükkisin seadme kereosad 3D -printeriga. Kasutasin erinevat värvi ABS -plastikut.

Siin on osade loend:

• Põhikorpus (lilla) - 1 tk;
• Tagakaas (kollane) - 1 tk;
• Pistikupesa (roosa) - 1 tk;
• Pistikukarp (punane) - 1 tk;

Põhikorpusel on vooluanduri ja tagakaane kinnitamiseks keermestamisavad.

Tagakaanel on keermestatud augud vahelduvvoolu muunduri kinnitamiseks ja kinnitusühendus Arduino Micro kinnitamiseks.

Kõigil osadel on augud M3 kruvide jaoks ekraani, pistiku ja pistikupesade kinnitamiseks.

Pöörake tähelepanu pistikupesa korpusele ja pistiku korpuse osadele.

Nende osade sisepinnad on spetsiaalselt minu pistikute jaoks eelnevalt modelleeritud. Nende eelmise etapi lahtivõetud pistikute jaoks.

Seega, kui soovite teha oma seadme ja teie pistiku- ja pistikupesaühendused erinevad minu omast, peate pesaümbrise ja pistikupesa 3D -mudelid parandama või muutma.

STL -mudelid on manuses. Kui see on vajalik, võin kinnitada lähte -CAD -mudelid.

5. samm: kokkupanek. Pesaümbris

Materjalide loend:

1. 3D trükitud pistikupesa - 1 tk;
2. Pistikupesa - 1 tk;
3. Kõrgepinge juhtmed (kuni 14 AWG).

Kokkupanemise protsess:

Vaata visandit. Pilt aitab teil kokkupanekul.

• Valmistage pistikupesa ette (pos. 2). Pistikupesa peaks tihedalt korpuse külge sobima, kuni peatuspiir. Vajadusel töödelge pistikupesa kontuuri liivapaberi või nõelaviiliga.
• Ühendage kõrgepinge juhtmed pistikupessa. Kasutage klemmliistu või jootmist.
• Sisestage pistikupesa (pos. 2) korpusesse (pos. 1).

Valikuline:

Kinnitage pistikupesa korpusesse kruviga läbi korpuse platvormi

6. samm: kokkupanek. Põhikeha

Materjalide loend:

1. 3D trükitud põhikorpus - 1 tk;
2. Kokkupandud pistikupesa - 1 tk;
3. ACS 712 vooluandur - 1 tk;
4. 8x2 LCD -ekraan - 1 tk;
5. Kruvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm pikkus- 4 tk.
6. Kruvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pikkus- 4 tk.
7. Kruvi M2 / M2.5 (DIN7981 või muu) - 2 tk.
8. Kuuskantmutter M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 tk.
9. 24 või 26 AWG juhtmed.
10. Kõrgepinge juhtmed (kuni 14 AWG).

Kokkupanemise protsess:

Vaata visandit. Pilt aitab teil kokkupanekul.

• Valmistage põhikorpuse juures ette suur auk (pos. 1). Kokkupandud pistikupesa peaks sellesse tihedalt sobima. Vajadusel töödelge augu kontuuri liivapaberi või nõelaviiliga.
• Sisestage pistikupesa korpus (pos. 2) põhikorpuse (pos. 1) külge ja kinnitage see kruvide (pos. 6) ja mutrite (pos. 8) abil.
• Ühendage kõrgepinge juhtmed vooluanduriga (pos. 3). Kasutage klemmliistud.
• Kinnitage vooluandur (pos. 3) kruvidega (pos. 7) põhikorpusega (pos. 1).
• Ühendage või jootke juhtmed ekraaniga (pos. 4) ja vooluanduriga (pos. 3)
• Kinnitage ekraan (pos. 4) põhikorpusega (pos. 1) kruvide (pos. 5) ja mutritega (pos. 8).

Samm 7: kokkupanek. Pistikuümbris

Materjalide loend:

1. 3D trükitud pistikukarp - 1 tk;
2. Pistik - 1 tk;
3. Kõrgepinge juhtmed (kuni 14 AWG).

Kokkupanemise protsess:

Vaata visandit. Pilt aitab teil kokkupanekul.

• Valmistage pistik ette (pos. 2). Pistik peaks tihedalt korpusesse sobima kuni lõpuni. Vajadusel töödelge pistikupesa kontuuri liivapaberi või nõelaviiliga.
• Ühendage kõrgepinge juhtmed pistikuga (pos. 2). Kasutage klemmliistu või jootmist.
• Sisestage pistik (pos. 2) korpusesse (pos. 1).

Valikuline:

Kinnitage pistik korpusesse kruviga. Kruvimise koht on näidatud visandil

8. samm: kokkupanek. Tagakaas

Materjalide loend:

1. 3D trükitud tagakaas - 1 tk;
2. Kokkupandud pistikukarp - 1 tk;
3. AC -DC pingemuundur - 1 tk;
4. Arduino Micro - 1 tk;
5. Kruvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pikkus- 4 tk.
6. Kruvi M2 / M2.5 (DIN7981 või muu) - 4 tükki.
7. Kuuskantmutter M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 tk.

Kokkupanemise protsess:

Vaata visandit. Pilt aitab teil kokkupanekul.

• Valmistage tagakaane suur auk (pos. 1) ette. Kokkupandud pistikukarp (pos. 2) peaks sellesse tihedalt sobima. Vajadusel töödelge augu kontuuri liivapaberi või nõelaviiliga.
• Asetage pistikukarp (pos. 2) tagakaanele (pos. 1) ja kinnitage see kruvide (pos. 5) ja mutritega (pos. 7).
• Kinnitage Arduino (pos. 4) tagakaanele (pos. 1), kasutades kinnitusühendust.
• Kinnitage vahelduvpinge muundur (pos. 3) kruvidega (pos. 6) tagakaane (pos. 1) külge.

9. samm: kokkupanek. Jootmine

Materjalide loend:

1. Kõrgepinge juhtmed (kuni 14 AWG).
2. 24 või 26 AWG juhtmed.

Kokkupanek:

Jootke kõik komponendid kokku, nagu on näidatud joonisel.

Pistikust pärinevad kõrgepinge juhtmed on joodetud vahelduvvoolu-alalisvoolu muundurisse ja pistikupesast kaablitesse.

ACS712 on analoogvooluandur ja selle toiteallikaks on 5 V. Andurit saate toita Arduino kaudu või otse vahelduvvoolu muundurist.

• Vcc pin - 5V Arduino pin / 5V AC -DC pin;
• GND - GND Arduino pin / GND AC -DC pin;
• OUT - analoog A0 Arduino pin;

LCD 8x2 sümboliga LCD-ekraan töötab 3,3–5 V toitel ja sellel on oma andmesiin. Ekraan saab suhelda 8-bitises (DB0-DB7) või 4-bitises režiimis (DB4-DB7). Kasutasin 4-bitist. Ekraani saate toita Arduino või AC-DC muunduri kaudu.

• Vcc pin - 5V Arduino pin / 5V AC -DC pin;
• GND - GND Arduino pin / GND AC -DC pin;
• Vo - GND Arduino pin / GND AC -DC pin;
• R / W - GND Arduino pin / GND AC -DC pin;
• RS - digitaalne 12 Arduino tihvti;
• E - digitaalne 11 Arduino pin;
• DB4 - digitaalne 5 Arduino tihvti;
• DB5 - digitaalne 4 Arduino tihvti;
• DB6 - digitaalne 3 Arduino tihvti;
• DB7 - digitaalne 2 Arduino tihvti;

Teade:

Ärge unustage isoleerida kõik kõrgepinge juhtmed kahandustorudega! Samuti eraldage vahelduvpinge muunduril kõrgepinge joodetud kontaktid. Samuti eraldage vahelduvpinge muunduril kõrgepinge joodetud kontaktid.

Palun olge 220V juures ettevaatlik. Kõrge pinge võib teid tappa!

Ärge puudutage ühtegi elektroonilist komponenti, kui seade on elektrivõrku ühendatud.

Ärge ühendage Arduinot arvutiga, kui seade on elektrivõrku ühendatud.

10. samm: kokkupanek. Lõpetama

Materjalide loend:

1. Kokkupandud põhikorpus - 1 tk;
2. Kokkupandud tagakaas - 1 tk;
3. Kruvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pikkus - 4 tk.

Kokkupanemise protsess:

Vaata visandit. Pilt aitab teil kokkupanekul.

• Pärast jootmise lõpetamist asetage kõik juhtmed kindlalt põhikorpusesse (pos. 1).
• Veenduge, et kuskil pole avatud kontakte. Juhtmed ei tohi ristuda ja nende avatud kohad ei tohi puutuda kokku plastkorpusega.
• Kinnitage tagakaas (pos. 2) kruvidega (pos. 3) põhikorpuse (pos. 1) külge.

11. samm: XOD

Arduino kontrollerite programmeerimiseks kasutan XOD visuaalset programmeerimiskeskkonda. Kui olete elektrotehnikaga uus või äkki soovite lihtsalt kirjutada lihtsaid programme minusugustele Arduino kontrolleritele, proovige XOD -i. See on ideaalne vahend seadme kiireks prototüüpimiseks.

XOD -is saate programme luua otse brauseriaknas. Isiklikult eelistan lauaarvuti versiooni.

Oma ECEM-seadme jaoks lõin XOD-is gabbapeople/elektriarvesti raamatukogu. See teek sisaldab kõiki sama programmi loomiseks vajalikke sõlme. See sisaldab ka ettevalmistatud programmi näidet. Niisiis, lisage see kindlasti oma XOD -i tööruumi.

Protsess:

• Installige arvutisse tarkvara XOD IDE.
• Lisage tööruumile gabbapeople/elektriarvesti raamatukogu.
• Looge uus projekt ja nimetage seda smth.

Järgnevalt kirjeldan, kuidas seda seadet XOD -is programmeerida.

Lisasin ekraanipildi ka programmi laiendatud versiooniga viimasel juhendataval sammul.

12. samm: programmeerimine

Siin on vajalikud sõlmed:

Acs712-20a-vahelduvvoolu anduri sõlm

See on esimene sõlm, mis plaastrile asetatakse. Seda kasutatakse hetkelise voolu mõõtmiseks. Selles raamatukogus on 3 erinevat tüüpi sõlme. Need erinevad voolutugevuse mõõtmise korgi tüübi poolest. Valige see, mis vastab teie anduritüübile. Asetan acs712-20a-vahelduvvoolu-anduri sõlme. See sõlm väljastab praeguse intensiivsuse väärtuse amprites.

Selle sõlme PORT -tihvti juurde peaksin panema selle Arduino Micro pin väärtuse, millega ma oma praeguse anduri ühendasin. Jootsin anduri signaaltihvti A0 Arduino tihvti külge, seega panin A0 väärtuse PORT -tihvtile.

UPD tihvti väärtuseks tuleks määrata pidev, et mõõta voolu intensiivsust pidevalt pärast seadme sisselülitamist. Ka vahelduvvoolu mõõtmiseks pean täpsustama sageduse. Minu elektrivõrgus on vahelduvvoolu sagedus 50 Hz. Panin 50 väärtuse sageduse FRQ tihvtile.

Korrutussõlm

See arvutab elektrienergia võimsuse. Elektrivõimsus on voolu ja pinge korrutise tulemus.

Pange korrutussõlm ja ühendage üks selle tihvtidest andurisõlmega ning pange vahelduvpinge väärtus teisele tihvtile. Panin väärtuseks 230. See viitab minu elektrivõrgu pingele.

Integreeri-dt sõlm

Kahe eelmise sõlme abil saab seadme voolu ja võimsust koheselt mõõta. Kuid peate arvutama, kuidas energiatarve aja jooksul muutub. Selleks saate hetkevõimsuse integreerida, kasutades sõlme integreeri-dt. See sõlm kogub praeguse võimsuse väärtuse.

UPD tihvt käivitab kogunenud väärtuse värskenduse, samas kui RST tihvt nullib kogunenud väärtuse nulli.

Raha-sõlme

Pärast integreerimist saate integreerida-dt sõlme väljundis elektrienergia tarbimise vattides sekundis. Selleks, et kulutatud raha oleks mugavam kokku lugeda, asetage rahasumma sõlm plaastrile. See sõlm teisendab energiatarbimise vattidest sekundis kilovattideks tunnis ja korrutab kogunenud väärtuse ühe kilovati tunnitasuga.

Pange ühe kilovati hind tunnis Hiina Rahvavabariigi tihvtile.

Rahasummaga teisendatakse elektritarbimise kogunenud väärtus kulutatud rahasummaks. See sõlm väljastab selle dollarites.

Jääb vaid see väärtus ekraanile kuvada.

Tekst-lcd-8x2 sõlm

Kasutasin LCD -ekraani, millel oli 2 rida ja neli 8 tähemärki. Panin selle ekraani jaoks teksti-lcd-8x2 sõlme ja seadistasin kõik pordi pin väärtused. Need pordi tihvtid vastavad Arduino mikroportidele, mille külge ekraan on joodetud.

Ekraani esimesele reale, L1 tihvti juurde, kirjutasin stringi “Kokku:”.

Lingisin rahasõlme väljundnõela L2 tihvtiga, et näidata rahasummat ekraani teisel real.

Plaaster on valmis.

Vajutage nuppu Käivita, valige tahvli tüüp ja laadige see seadmesse üles.

Samm: laiendatud programm

Saate eelmise sammu programmi iseseisvalt pikendada. Näiteks vaadake lisatud ekraanipilti.

Kuidas saab plaastrit muuta?

• Linkige acs712-20a-vahelduvvooluanduri väljund otse kuvasõlmega, et kuvada ekraanil hetkevoolu väärtus ilma muude arvutusteta.
• Ühendage korrutussõlme väljund otse kuvasõlmega, et väljastada praegu tarbitav elektrienergia;
• Ühendage integreeritud-dt-sõlme väljund otse kuvasõlmega, et väljastada kogunenud tarbimisväärtus;
• Lähtestage loendur, vajutades nuppu. See on hea mõte, kuid unustasin seadmele nupule koha lisada =). Pange nööbisõlm plaastrile ja ühendage selle PRS-tihvt integreeritud-dt-sõlme RST-tihvtiga.
• Saate luua seadme, mille ekraan on suurem kui 8x2 ja kuvada kõik parameetrid korraga. Kui kasutate 8x2 ekraani nagu mina, kasutage kõigi väärtuste ridadesse mahutamiseks sõlmi, vormingunumbrit, nullidega padi.

Tehke oma seade ja leidke kodus kõige ahneim tehnika!

Leiate selle seadme majapidamises elektrienergia säästmiseks väga kasulikuks.

Varsti näeme.