Arduino energiaarvesti - V2.0: 12 sammu (piltidega)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Tere sõber, tere tulemast tagasi pärast pikka pausi. Varem olen postitanud Arduino energiaarvestile Instructables, mis oli mõeldud peamiselt minu küla päikesepaneeli (DC Power) toite jälgimiseks. See sai Internetis väga populaarseks, paljud inimesed üle kogu maailma on loonud oma. Nii mõnigi üliõpilane on oma kolledžiprojekti heaks teinud, võttes minult abi. Siiski saan nüüd inimestelt e -kirju ja sõnumeid, milles on küsimusi riistvara ja tarkvara muutmise kohta vahelduvvoolu tarbimise jälgimiseks.

Nii et selles juhendis näitan teile, kuidas teha Arduino/Wemose tahvli abil lihtne WiFi -toega vahelduvvoolu energiaarvesti. Selle energiamõõturi abil saate mõõta mis tahes kodumasinate energiatarvet. Projekti lõpus tegin selle projekti jaoks kena 3D trükitud ümbrise.

Eesmärk suurendada teadlikkust energiatarbimisest oleks kasutaja optimeerimine ja energiakasutuse vähendamine. See vähendaks nende energiakulusid ja säästaks energiat.

Loomulikult on energia jälgimiseks juba palju kommertsseadmeid, kuid tahtsin luua oma versiooni, mis oleks lihtne ja odav.

Kõik minu projektid leiate siit:

Samm: vajalikud osad ja tööriistad

Nõutavad komponendid:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Praegune andur -ACS712 (Amazon)

3. OLED -ekraan (Amazon / Banggood)

4. 5 V toiteallikas (Aliexpress)

5. Prototüüplaud - 4 x 6 cm (Amazon / Banggood)

6. 24 AWG traat (Amazon)

7. Päisepoldid (Amazon / Banggood)

8. Meeste ja naiste džemprijuhtmed (Amazon)

9. Kruviterminal (Amazon)

10. Seisak (Banggood)

11. Vahelduvvoolu pistikupesa

12. Vahelduvvoolu pistik

13. Vedruühendusega pistik (Banggood)

14. Kiiklüliti (Banggood)

15. PLA hõõgniit-hõbe (GearBest)

16. PLA hõõgniit-punane (GearBest)

Vajalikud tööriistad:

1. Jootekolb (Amazon)

2. Liimipüstol (Amazon)

3. Traadi lõikur/eemaldaja (Amazon)

4.3D printer (Creality CR10S)

Samm: kuidas see toimib?

Kogu projekti plokkskeem on näidatud ülal.

Toide vooluvõrgust tõmmatakse ja juhitakse läbi kaitsme, et vältida trükkplaadi kahjustamist juhusliku lühise ajal.

Seejärel jaotatakse vahelduvvoolu toiteliin kaheks osaks:

1. Koormusele läbi vooluanduri (ACS712)

2. 230V vahelduvvoolu/5V alalisvoolu toiteallikas

5V toiteplokk annab voolu mikrokontrollerile (Arduino/Wemos), vooluandurile (ACS712) ja OLED -ekraanile.

Koormust läbivat vahelduvvoolu tunneb vooluandurimoodul (ACS712) ja see suunatakse Arduino/Wemos plaadi analoogpistikusse (A0). Kui analoogsisend on Arduinole antud, mõõdetakse võimsus/energia Arduino visandiga.

Arduino/Wemose arvutatud võimsus ja energia kuvatakse 0,96 -tollise OLED -ekraanimooduliga.

Wemose sisseehitatud WiFi -kiip on ühendatud Home Routeriga ja ühendatud rakendusega Blynk. Nii saate OTA kaudu oma nutitelefonist parameetreid jälgida, kalibreerida ja muuta.

3. samm: vahelduvvoolu põhitõdede mõistmine

Vahelduvvooluahela analüüsis varieeruvad nii pinge kui ka vool aja jooksul sinusoidaalselt.

Tegelik võimsus (P):

See on võimsus, mida seade kasutab kasuliku töö tegemiseks. Seda väljendatakse kilovattides.

Tegelik võimsus = pinge (V) x vool (I) x cosΦ

Reaktiivvõimsus (Q):

Seda nimetatakse sageli kujuteldavaks võimsuseks, mis on võimsuse mõõt allika ja koormuse vahel, mis ei tee kasulikku tööd. Seda väljendatakse kVAr

Reaktiivvõimsus = pinge (V) x vool (I) x sinΦ

Näiline võimsus (S):

See on määratletud kui ruutkeskmise (RMS) pinge ja RMS-voolu korrutis. Seda võib määratleda ka reaalse ja reaktiivvõimsuse tulemusena. Seda väljendatakse kVA -s

Näiline võimsus = pinge (V) x vool (I)

Reaalse, reaktiivse ja näilise jõu suhe:

Tegelik võimsus = näiv võimsus x cosΦ

Reaktiivvõimsus = näivvõimsus x sinΦ

(kVA) ² = (kW) ² + (kVAr) ²

Võimsustegur (pf):

Reaalse võimsuse ja näivvõimsuse suhet ahelas nimetatakse võimsusteguriks.

Võimsustegur = tegelik võimsus/näiv võimsus

Ülaltoodu põhjal on selge, et pinget ja voolu mõõtes saame mõõta igasugust võimsust ja võimsustegurit.

Pildikrediit: openenergymonitor.org

Samm: vooluandur

Vahelduvvoolu mõõdetakse tavapäraselt voolutrafo abil, kuid selle projekti jaoks valiti vooluanduriks ACS712 selle odavuse ja väiksuse tõttu. Vooluandur ACS712 on Hall -efekti vooluandur, mis mõõdab indutseerimisel täpselt voolu. Avastatakse vahelduvvoolu juhtme ümber olev magnetväli, mis annab samaväärse analoogväljundpinge. Seejärel töötleb mikrokontroller analoogpinge väljundit, et mõõta koormust läbivat voolu.

ACS712 anduri kohta lisateabe saamiseks külastage seda saiti. Saaliefekti anduri töö paremaks selgitamiseks olen kasutanud ülaltoodud Embedded-lab pilti.

5. samm: voolu mõõtmine ACS712 abil

ACS712 vooluanduri väljund on vahelduvpinge laine. Peame arvutama efektiivväärtuse, seda saab teha järgmisel viisil

1. Piigi ja tipppinge (Vpp) mõõtmine

2. Tipppinge (Vp) saamiseks jagage tipp -tipppinge (Vpp) kahega

3. Korrutage see 0,707 -ga, et saada efektiivpinge (Vrms)

Seejärel korrutage vooluanduri tundlikkus (ACS712), et saada efektiivväärtus.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0,707

Irms = Vrms x tundlikkus

ACS712 5A mooduli tundlikkus on 185mV/A, 20A moodul on 100mV/A ja 30A moodul on 66mV/A.

Vooluanduri ühendus on selline nagu allpool

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5V

VÄLJA ----- A0

GND ----- GND

6. samm: võimsuse ja energia arvutamine

Varem olen kirjeldanud vahelduvvoolu eri vormide põhitõdesid. Olles kodutarbija, on tegelik võimsus (kW) meie peamine mure. Tegeliku võimsuse arvutamiseks peame mõõtma efektiivpinget, efektiivvoolu ja võimsustegurit (pF).

Tavaliselt on minu asukoha (230V) võrgupinge peaaegu konstantne (kõikumine on tühine). Nii et ma jätan pinge mõõtmiseks ühe anduri. Pole kahtlust, kui ühendate pingeanduri, on mõõtmise täpsus minu puhul parem. Igatahes on see meetod odav ja lihtne viis projekti lõpuleviimiseks ja eesmärgi täitmiseks.

Teine põhjus pingeanduri mittekasutamiseks on tingitud Wemose analoogpinna piirangutest (ainult üks). Kuigi täiendava anduri saab ühendada ADC -ga, nagu ADS1115, jätan selle praegu vahele. Tulevikus, kui aega saan, lisan selle kindlasti juurde.

Koormuse võimsustegurit saab muuta programmeerimise ajal või nutitelefoni rakendusest.

Tegelik võimsus (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (teada)

Pf = 0,85 (teada)

Irms = praeguse anduri lugemine (teadmata)

Pildikrediit: imgoat

Samm: liidestamine rakendusega Blynk

Kuna Wemose plaadil on sisseehitatud WiFi -kiip, mõtlesin selle ühendada oma ruuteriga ja jälgida nutitelefonist kodumasina energiat. Wemos -plaadi kasutamise eelised Arduino asemel on järgmised: anduri kalibreerimine ja parameetri väärtuse muutmine nutitelefonist OTA kaudu ilma mikrokontrolleri korduvat füüsilist programmeerimist.

Otsisin lihtsat võimalust, et igaüks, kellel on vähe kogemusi, saaks seda teha. Parim variant, mille leidsin, on rakenduse Blynk kasutamine. Blynk on rakendus, mis võimaldab täielikku kontrolli Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison ja palju muu riistvara üle. See ühildub nii Androidi kui ka iPhone'iga. Blynkis töötab kõik ⚡️Energia. Uue konto loomisel saate eksperimenteerimiseks ⚡️2 000; Iga vidin vajab töötamiseks energiat. Selle projekti jaoks vajate ⚡️2400, seega peate ostma täiendavat energiat ⚡️400 (maksumus on alla 1 dollari)

i. Mõõtur - 2 x 200️200 = ⚡️400

ii. Märgistatud väärtuste kuvamine - 2 x 4️400 = ⚡️800

iii. Liugurid - 4 x 200️200 = ⚡️800

iv. Menüü - 1x 4️400 = ⚡️400

Selle projekti jaoks vajalik koguenergia = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Järgige alltoodud samme.

Samm: laadige alla rakendus Blynk

1. Androidi jaoks

2. iPhone'i jaoks

2. toiming: hankige autentimisluba

Rakenduse Blynk ja teie riistvara ühendamiseks vajate autentimisluba. Looge Blynk Appis uus konto.

2. Vajutage ülemisel menüüribal QR -ikooni. Looge selle projekti kloon, skannides ülal näidatud QR -koodi. Kui see on edukalt tuvastatud, on kogu projekt kohe teie telefonis.

3. Pärast projekti loomist saadame teile e -posti teel autentimisloa.

4. Kontrollige oma e -posti postkasti ja leidke autentimisluba.

Samm: Arduino IDE ettevalmistamine Wemos Boardi jaoks

Arduino koodi üleslaadimiseks Wemose tahvlile peate järgima seda juhendit

Samm: installige teegid

Seejärel peate raamatukogu importima oma Arduino IDE -sse

Laadige alla Blynki raamatukogu

Laadige alla OLED -ekraani teegid: i. Adafruit_SSD1306 ii. Adafruit-GFX-raamatukogu

Samm: Arduino visand

Pärast ülaltoodud teekide installimist kleepige allpool toodud Arduino kood.

Sisestage autori kood 1. sammust, ssid ja ruuteri parool.

Seejärel laadige kood üles.

Samm: valmistage trükkplaat ette

Et vooluring oleks puhas ja puhas, tegin trükkplaadi, kasutades 4x6 cm suurust prototüüpi. Esmalt jootsin isaste päiste tihvti Wemose juhatusele. Seejärel jootsin prototüüpplaadil olevad naissoost päised erinevate plaatide paigaldamiseks:

1. Wemos Board (2 x 8 tihvti emane päis)

2. 5V alalisvoolu toiteplokk (2 tihvti +3 kontakti naissoost päis)

3. Vooluanduri moodul (3 kontaktiga naissoost päis)

4. OLED -ekraan (4 -pin naissoost päis)

Lõpuks jootsin toiteplokile sisendvoolu jaoks 2 -kontaktilise kruviklemmi.

Pärast kõigi päiste tihvti jootmist looge ühendus, nagu ülal näidatud. Kogu ühenduse jaoks kasutasin 24 AWG jootetraati.

Ühendus on järgmine

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Vout-A0

2. OLED -ekraan:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd-- GND

SCL- D1

SDA-D2

3. Toiteplokk:

Toiteallika mooduli vahelduvvoolu sisendtipp (2 tihvti) on ühendatud kruviklemmiga.

Väljund V1pin on ühendatud Wemos 5V ja GND pin on ühendatud Wemos GND kontaktiga.

9. samm: 3D -prinditud ümbris

Kena kaubandusliku toote väljanägemise jaoks kujundasin selle projekti jaoks korpuse. Ma kasutasin korpuse kujundamiseks Autodesk Fusion 360. Korpusel on kaks osa: alumine ja ülemine kaas.. STL -faile saate alla laadida Thingiverse'ist.

Alumine osa on põhimõtteliselt konstrueeritud nii, et see sobiks peamise trükkplaadi (4 x 6 cm), vooluanduri ja kaitsmehoidjaga. Ülemine kaas on mõeldud vahelduvvoolu pesa ja OLED -ekraani kinnitamiseks.

Osade printimiseks kasutasin oma Creality CR-10S 3D-printerit ning 1,75 mm hõbedast PLA-d ja punast PLA-hõõgniiti. Põhikorpuse printimiseks kulus mul umbes 5 tundi ja ülemise kaane printimiseks umbes 3 tundi.

Minu seaded on järgmised:

Prindikiirus: 60 mm/s

Kihi kõrgus: 0,3

Täidetihedus: 100%

Ekstruuderi temperatuur: 205 ° C

Voodi temperatuur: 65 ° C.

Samm: vahelduvvoolu juhtmestiku skeem

Toitekaablil on 3 juhet: joon (punane), neutraalne (must) ja maandus (roheline).

Toitejuhtme punane juhe on ühendatud kaitsme ühe klemmiga. Kaitsme teine klemm on ühendatud vedruga kahe klemmliidesega. Must juhe on otse ühendatud vedruga ühendatud pistikuga.

Nüüd on trükkplaadi (Wemos, OLED ja ACS712) jaoks vajalik toide pärast vedruga ühendatud pistikut teibitud. Peamise trükkplaadi eraldamiseks ühendatakse jadaga kiiklüliti. Vaadake ülaltoodud skeemi.

Seejärel ühendatakse punane juhe (joon) vahelduvvoolu pistikupesa "L" klemmiga ja roheline juhe (maandus) keskterminaliga (tähistatud kui G).

Nullklemm on ühendatud vooluanduri ACS712 ühe klemmiga. ACS712 teine klemm on ühendatud vedruga ühendatud pistikuga.

Kui kõik välisühendused on valmis, kontrollige plaati väga hoolikalt ja puhastage see jootmisvoo jääkide eemaldamiseks.

Märkus: Ärge puudutage vooluahela ühtki osa, kui see on voolu all. Iga juhuslik puudutus võib põhjustada surmavaid vigastusi või surma. Olge töö ajal ohutu, ma ei vastuta kahjude eest.

Samm: installige kõik komponendid

Sisestage komponendid (vahelduvvoolu pistikupesa, kiiklüliti ja OLED -ekraan) ülemise kaane pesadesse, nagu pildil näidatud. Seejärel kinnitage kruvid. Alumisel osal on 4 eraldusvõimet peamise trükkplaadi paigaldamiseks. Kõigepealt sisestage messingist eraldus auku, nagu ülal näidatud. Seejärel kinnitage 2M kruvi nelja nurga külge.

Asetage kaitsmehoidja ja vooluandur alumise korpuse pesasse. Kasutasin alusele kleepimiseks 3M kinnitusruute. Seejärel suunake kõik juhtmed õigesti.

Lõpuks asetage ülemine kaas ja kinnitage 4 mutrit (3M x16) nurkadesse.

12. etapp: lõplik testimine

Ühendage energiamõõturi toitejuhe vooluvõrku.

Muutke rakenduses Blynk järgmisi parameetreid

1. Kui koormust pole ühendatud, libistage liugurit KALIBREERI, et saada praegune null.

2. Mõõtke multimeetri abil kodu vahelduvvoolu toitepinget ja seadke see, libistades toitepinge liugurit.

3. Määrake võimsustegur

4. Sisestage oma asukoha energiatariif.

Seejärel ühendage seade, mille võimsust tuleb mõõta, energiaarvesti pistikupessa. Nüüd olete valmis mõõtma selle poolt tarbitud energiat.

Loodan, et teile meeldis minu projekti kohta lugeda sama palju kui mulle selle ehitamise ajal.

Kui teil on parandusettepanekuid, kommenteerige seda allpool. Aitäh!

Mikrokontrollerite võistluse teine koht