Arduino Energy Meter - V2.0: 12 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:18

Përshëndetje mik, mirëpritur përsëri pas një pauze të gjatë. Më herët kam postuar një Instructables në Arduino Energy Meter i cili ishte krijuar kryesisht për të monitoruar fuqinë nga paneli diellor (DC Power) në fshatin tim. U bë shumë popullor në internet, shumë njerëz në të gjithë botën kanë krijuar të tyren. Kaq shumë studentë kanë arritur për projektin e tyre të kolegjit duke marrë ndihmë nga unë. Ende, tani po marr email dhe mesazhe nga njerëz me pyetje në lidhje me modifikimin e harduerit dhe softuerit për monitorimin e konsumit të energjisë AC.

Pra, në këtë Instructables, unë do t'ju tregoj se si të bëni një Matës të Energjisë AC të aktivizuar me wifi të thjeshtë duke përdorur bordin Arduino/Wemos. Duke përdorur këtë Matës të Energjisë, ju mund të matni konsumin e energjisë të çdo pajisjeje shtëpiake. Në fund të projektit, bëra një mbyllje të bukur të printuar 3D për këtë projekt.

Qëllimi i krijimit të më shumë ndërgjegjësimi për konsumin e energjisë do të ishte optimizimi dhe zvogëlimi i përdorimit të energjisë nga përdoruesi. Kjo do të zvogëlonte kostot e tyre të energjisë, si dhe do të kursente energji.

Sigurisht, shumë pajisje komerciale tashmë ekzistojnë për monitorimin e energjisë, por unë doja të krijoja versionin tim i cili do të ishte i thjeshtë dhe me kosto të ulët.

Mund t’i gjeni të gjitha projektet e mia në:

Hapi 1: Pjesët dhe mjetet e kërkuara

Përbërësit e kërkuar:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Sensori aktual -ACS712 (Amazon)

3. Ekran OLED (Amazon / Banggood)

4. Furnizimi me energji 5V (Aliexpress)

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

6. 24 AWG Wire (Amazon)

7. Kunjat e kokës (Amazon / Banggood)

8. Tela bluzë meshkuj-femra (Amazon)

9. Terminali i vidhave (Amazon)

10. Ngecje (Banggood)

11. Priza e prizës AC

12. Priza AC

13. Lidhës i ngarkuar me pranverë (Banggood)

14. Rocker Switch (Banggood)

15. PLA Filament-Silver (GearBest)

16. PLA Filament-Red (GearBest)

Mjetet e kërkuara:

1. Hekuri i saldimit (Amazon)

2. Ngjitës Gun (Amazon)

3. Prerës/heqës telash (Amazon)

Printer 4.3D (Creality CR10S)

Hapi 2: Si funksionon?

Bllok -diagrami i të gjithë projektit është treguar më lart.

Energjia nga rrjeti AC tërhiqet dhe kalon përmes një sigurese për të shmangur çdo dëmtim të qarkut gjatë qarkut të shkurtër aksidental.

Pastaj linja e energjisë AC shpërndahet në dy pjesë:

1. Për ngarkesë përmes sensorit aktual (ACS712)

2. Moduli i Furnizimit me energji 230V AC/5V DC

Moduli i furnizimit me energji 5V siguron energji te mikrokontrolluesi (Arduino/Wemos), sensori aktual (ACS712) dhe ekrani OLED.

Rryma AC që kalon përmes ngarkesës ndihet nga moduli i sensorit aktual (ACS712) dhe futet në kunjin analog (A0) të bordit Arduino/Wemos. Pasi hyrja analoge i jepet Arduino, matja e fuqisë/energjisë bëhet me skicën Arduino.

Fuqia dhe energjia e llogaritur nga Arduino/Wemos shfaqet në një modul të ekranit 0.96 OLED.

Çipi i integruar WiFi i Wemos është i lidhur me Home Router dhe i lidhur me Aplikacionin Blynk. Kështu që ju mund të monitoroni parametrat, si dhe të kalibroni dhe modifikoni cilësime të ndryshme nga Smartphone juaj përmes OTA.

Hapi 3: Kuptimi i Bazave të AC

Në analizën e qarkut AC, tensioni dhe rryma ndryshojnë sinusoidalisht me kohën.

Fuqia reale (P):

Kjo është fuqia e përdorur nga pajisja për të prodhuar punë të dobishme. Shprehet në kW.

Fuqia reale = Tensioni (V) x Rryma (I) x cosΦ

Fuqia Reaktive (Q):

Kjo shpesh quhet fuqi imagjinare e cila është një masë e fuqisë që lëkundet midis burimit dhe ngarkesës, që nuk bën punë të dobishme. Shprehet në kVAr

Fuqia Reaktive = Tensioni (V) x Rryma (I) x sinΦ

Fuqia (S) në dukje:

Përkufizohet si produkt i Tensionit Root-Mean-Square (RMS) dhe Rrymës RMS. Kjo gjithashtu mund të përkufizohet si rezultat i fuqisë reale dhe reaktive. Isshtë shprehur në kVA

Fuqia e dukshme = Tensioni (V) x Rryma (I)

Marrëdhënia midis fuqisë reale, reaktive dhe asaj në dukje:

Fuqia reale = Fuqia në dukje x cosΦ

Fuqia Reaktive = Fuqia në dukje x sinΦ

(kVA) ² = (kW) ² + (kVAr)

Faktori i fuqisë (pf):

Raporti i fuqisë reale me fuqinë e dukshme në një qark quhet faktori i fuqisë.

Faktori i fuqisë = Fuqia reale/Fuqia në dukje

Nga sa më sipër është e qartë se, ne mund të masim të gjithë formën e fuqisë si dhe faktorin e fuqisë duke matur tensionin dhe rrymën.

Kredia e imazhit: openenergymonitor.org

Hapi 4: Sensori Currrent

Rryma AC matet në mënyrë konvencionale duke përdorur një transformator të rrymës, por për këtë projekt, ACS712 u zgjodh si sensori aktual për shkak të kostos së tij të ulët dhe madhësisë më të vogël. Sensori aktual ACS712 është një sensor aktual Hall Effect që mat me saktësi rrymën kur nxitet. Fusha magnetike rreth telit AC zbulohet e cila jep tensionin ekuivalent analog të daljes. Prodhimi i tensionit analog përpunohet më pas nga mikrokontrolluesi për të matur rrjedhën aktuale përmes ngarkesës.

Për të ditur më shumë rreth sensorit ACS712, mund të vizitoni këtë faqe. Për një shpjegim më të mirë në punën e sensorit të efektit të sallës, unë kam përdorur foton e mësipërme nga Embedded-lab.

Hapi 5: Matja aktuale nga ACS712

Dalja nga sensori aktual ACS712 është një valë e tensionit AC. Ne duhet të llogarisim rms aktuale, kjo mund të bëhet në mënyrën e mëposhtme

1. Matja e tensionit kulmin në pikun (Vpp)

2. Ndani pikun në pikun e tensionit (Vpp) me dy për të marrë tensionin e pikut (Vp)

3. Shumëzojeni atë me 0.707 për të marrë tensionin e rms (Vrms)

Pastaj shumëzoni ndjeshmërinë e sensorit aktual (ACS712) për të marrë rms aktuale.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0.707

Irms = Vrms x Ndjeshmëria

Ndjeshmëria për modulin ACS712 5A është 185mV/A, moduli 20A është 100mV/A dhe moduli 30A është 66mV/A.

Lidhja për sensorin aktual është si më poshtë

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5V

JASHT ----- A0

GND ----- GND

Hapi 6: Llogaritja e energjisë dhe energjisë

Më parë kam përshkruar bazat e formës së ndryshme të AC Power. Duke qenë përdorues shtëpiak, fuqia e vërtetë (kW) është shqetësimi ynë kryesor. Për të llogaritur fuqinë reale duhet të matim tensionin rms, rms aktuale dhe faktorin e fuqisë (pF).

Zakonisht, tensioni i rrjetit në vendndodhjen time (230V) është pothuajse konstant (luhatja është e papërfillshme). Kështu që unë po lë një sensor për të matur tensionin. Pa dyshim nëse lidhni një sensor tensioni, saktësia e matjes është më e mirë se në rastin tim. Gjithsesi, kjo metodë është një mënyrë e lirë dhe e thjeshtë për të përfunduar projektin dhe përmbushjen e objektivit.

Një arsye tjetër për të mos përdorur sensorin e tensionit është për shkak të kufizimit të kunjit analog Wemos (vetëm një). Megjithëse sensori shtesë mund të lidhet duke përdorur një ADC si ADS1115, tani për tani, unë po e lë atë. Në të ardhmen, nëse kam kohë patjetër do ta shtoj.

Faktori i fuqisë së ngarkesës mund të ndryshohet gjatë programimit ose nga aplikacioni Smartphone.

Fuqia reale (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (e njohur)

Pf = 0.85 (e njohur)

Irms = leximi nga sensori aktual (i panjohur)

Kredia e imazhit: imgoat

Hapi 7: Ndërfaqja me Aplikacionin Blynk

Ndërsa bordi Wemos ka një çip WiFi të integruar, mendova ta lidh atë me ruterin tim dhe të monitoroj Energjinë e pajisjes shtëpiake nga Smartphone im. Përparësitë e përdorimit të bordit Wemos në vend të Arduino janë: kalibrimi i sensorit dhe ndryshimi i vlerës së parametrit nga smartphone përmes OTA pa programuar fizikisht mikrokontrolluesin në mënyrë të përsëritur.

Kam kërkuar opsionin e thjeshtë në mënyrë që kushdo me pak përvojë ta bëjë atë. Opsioni më i mirë që gjeta është përdorimi i Aplikacionit Blynk. Blynk është një aplikacion që lejon kontroll të plotë mbi Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison dhe shumë më tepër harduer. Isshtë në përputhje me Android dhe iPhone. Në Blynk gjithçka funksionon ⚡️Energji. Kur krijoni një llogari të re, ju merrni ⚡️2,000 për të filluar eksperimentimin; Çdo Widget ka nevojë për pak energji për të funksionuar. Për këtë projekt, ju duhen ⚡️2400, kështu që ju duhet të blini energji shtesë ️⚡️400 (kostoja është më pak se 1 dollarë)

i Matës - 2 x ⚡️200 = ⚡️400

ii Shfaqja e vlerës së etiketuar - 2 x ⚡️400 = ⚡️800

iii Rrëshqitës - 4 x ⚡️200 = ⚡️800

iv Menyja - 1x ⚡️400 = ⚡️400

Energjia totale e kërkuar për këtë projekt = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Ndiqni hapat e mëposhtëm:

Hapi 1: Shkarkoni aplikacionin Blynk

1. Për Android

2. Për iPhone

Hapi 2: Merrni Shenjën e Authit

Në mënyrë që të lidhni Blynk App dhe pajisjen tuaj, keni nevojë për një Auth Token.1. Krijoni një llogari të re në Blynk App.

2. Shtypni ikonën QR në shiritin e menusë së sipërme. Krijoni një klon të këtij Projekti duke skanuar kodin QR të treguar më sipër. Pasi të zbulohet me sukses, i gjithë projekti do të jetë menjëherë në telefonin tuaj.

3. Pasi u krijua projekti, ne do t'ju dërgojmë Auth Token me email.

4. Kontrolloni kutinë tuaj të postës elektronike dhe gjeni Auth Token.

Hapi 3: Përgatitja e Arduino IDE për Bordin Wemos

Për të ngarkuar kodin Arduino në tabelën Wemos, duhet të ndiqni këtë udhëzues

Hapi 4: Instaloni Bibliotekat

Pastaj ju duhet të importoni bibliotekën në ID tuaj Arduino

Shkarkoni Bibliotekën Blynk

Shkarkoni bibliotekat për OLED Display: i. Adafruit_SSD1306 ii. Biblioteka Adafruit-GFX

Hapi-5: Skica Arduino

Pas instalimit të bibliotekave të mësipërme, ngjitni kodin Arduino të dhënë më poshtë.

Shkruani kodin e autorit nga hapi-1, ssid dhe fjalëkalimi i ruterit tuaj.

Pastaj ngarkoni kodin.

Hapi 8: Përgatitni Bordin e Qarkut

Për ta bërë qarkun të pastër dhe të pastër, bëra një tabelë duke përdorur një bord prototip 4x6 cm. Së pari bashkova kunjat e titujve meshkuj në Bordin Wemos. Pastaj bashkova titujt femra në bordin prototip për të montuar dërrasat e ndryshme:

1. Bordi Wemos (2 x 8 Pins Femra Header)

2. Pllaka 5V DC Furnizimi me energji elektrike (2 kunja +3 kunja Femra Header)

3. Moduli i Sensorit Aktual (Koka me 3 kunja Femra)

4. Ekran OLED (4pins Femra Header)

Më në fund, bashkova një terminal me vidë me 2 kunja për furnizimin me rrymë AC në njësinë e furnizimit me energji elektrike.

Pasi të keni bashkuar të gjithë kunjat e kokës, bëni lidhjen siç tregohet më sipër. Kam përdorur tela bashkimi 24 AWG për të gjithë lidhjen.

Lidhja është si më poshtë

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Vout-A0

2. Ekran OLED:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd-- GND

SCL-- D1

SDA-D2

3. Moduli i Furnizimit me Energji:

Pina e hyrjes AC (2 pin) e modulit të furnizimit me energji elektrike e lidhur me terminalin e vidave.

V1pin dalës është i lidhur me Wemos 5V dhe pin GND është i lidhur me kunjin Wemos GND.

Hapi 9: Shtojca e printuar në 3D

Për t'i dhënë një pamje të bukur produktit komercial, unë projektova një rrethim për këtë projekt. Kam përdorur Autodesk Fusion 360 për të hartuar rrethimin. Mbyllja ka dy pjesë: Kapaku i poshtëm dhe i lartë. Mund të shkarkoni skedarët. STL nga Thingiverse.

Pjesa e poshtme është krijuar në thelb për t'iu përshtatur PCB -së kryesore (4 x6 cm), Sensorit Aktual dhe Mbajtësit të Siguresave. Kapaku i sipërm është për të montuar prizën AC dhe Ekranin OLED.

Kam përdorur printerin tim Creality CR-10S 3D dhe fije argjendi 1.75 mm dhe fije të kuqe PLA për të printuar pjesët. M’u deshën rreth 5 orë për të printuar trupin kryesor dhe rreth 3 orë për të shtypur kapakun e sipërm.

Cilësimet e mia janë:

Shpejtësia e printimit: 60 mm/s

Lartësia e Shtresës: 0.3

Dendësia e mbushjes: 100%

Temperatura e ekstruderit: 205 gradë Celsius

Temperatura e shtratit: 65 gradë Celsius

Hapi 10: Diagrami i instalimeve elektrike

Kordoni i rrymës AC ka 3 tela: Linja (e kuqe), neutrale (e zezë) dhe Ground (jeshile).

Teli i kuq nga kordoni i energjisë është i lidhur me një terminal të siguresës. Terminali tjetër i siguresës është i lidhur me dy lidhës terminalë të ngarkuar me pranverë. Teli i zi lidhet drejtpërdrejt me lidhësin e ngarkuar me pranverë.

Tani fuqia e kërkuar për qarkun (Wemos, OLED dhe ACS712) fiket pas lidhësit të ngarkuar me pranverë. Për të izoluar tabelën kryesore të qarkut, një ndërprerës lëvizës është i lidhur në seri. Shikoni diagramin e qarkut të mësipërm.

Pastaj tela e kuqe (vija) lidhet me prizën AC "L" dhe tela jeshile (toka) lidhet me terminalin qendror (të shënuar si G).

Terminali neutral është i lidhur me një terminal të sensorit aktual ACS712. Terminali tjetër i ACS712 është i lidhur përsëri me lidhësin e ngarkuar me pranverë.

Kur të kenë përfunduar të gjitha lidhjet e jashtme bëni një inspektim shumë të kujdesshëm të pllakës dhe pastrojeni atë për të hequr mbetjet e fluksit të saldimit.

Shënim: Mos prekni asnjë pjesë të qarkut kur është nën energji. Çdo prekje aksidentale mund të çojë në lëndime fatale ose vdekje. Jini të sigurt gjatë punës, nuk do të jem përgjegjës për ndonjë humbje.

Hapi 11: Instaloni të gjithë përbërësit

Vendosni përbërësit (AC Socket, Rocker Switch dhe OLED Display) në kapakët e kapakut të sipërm siç tregohet në figurë. Pastaj siguroni vidhat. Pjesa e poshtme ka 4 pengesa për montimin e bordit kryesor të PCB. Së pari, futni bllokimin prej bronzi në vrimë siç tregohet më sipër. Pastaj siguroni vidën 2M në katër qoshet.

Vendosni Mbajtësin e Siguresave dhe sensorin aktual në folenë e dhënë në rrethimin e poshtëm. Kam përdorur sheshe montimi 3M për t'i ngjitur ato në bazë. Pastaj drejtoni të gjitha telat siç duhet.

Së fundi, vendosni kapakun e sipërm dhe siguroni 4 arrat (3M x16) në qoshe.

Hapi 12: Testimi përfundimtar

Lidheni kordonin e rrymës së Matësit të Energjisë në prizën e rrjetit.

Ndryshoni parametrat e mëposhtëm nga aplikacioni Blynk

1. Rrëshqiteni rrëshqitësin CALIBRATE për të marrë zero aktuale kur nuk është lidhur ngarkesa.

2. Matni tensionin e furnizimit me rrymë në shtëpi duke përdorur një multimetër dhe vendoseni atë duke rrëshqitur rrëshqitësin SUPPLY VOLTAGE.

3. Vendosni faktorin e fuqisë

4. Shkruani tarifën e energjisë në vendndodhjen tuaj.

Pastaj futni pajisjen në prizë, fuqia e së cilës do të matet në prizën e njehsorit të Energjisë. Tani jeni gati për të matur energjinë e konsumuar prej tij.

Shpresoj se ju ka pëlqyer të lexoni për projektin tim aq sa kam shijuar gjatë ndërtimit të tij.

Nëse keni ndonjë sugjerim për përmirësime, ju lutemi komentoni më poshtë. Faleminderit!

Vrapues në Konkursin e Mikrokontrolluesve