Arduino Energy Meter - V2.0: 12 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Салам досум, узак тыныгуудан кийин кайра кош келиңиз. Буга чейин мен Arduino Energy Meter боюнча көрсөтмөлөрдү жайгаштыргам, ал негизинен менин айылымдагы күн панелинен (DC Power) энергияны көзөмөлдөө үчүн иштелип чыккан. Бул Интернетте абдан популярдуу болуп калды, дүйнө жүзү боюнча көптөгөн адамдар өзүлөрүн курушту. Көптөгөн студенттер менден жардам алып, өздөрүнүн колледжинин проектисине жетишти. Ошентсе да, азыр мен AC Электр энергиясын керектөөнү көзөмөлдөө үчүн аппараттык жана программалык камсыздоону өзгөртүүгө байланыштуу суроолору бар адамдардан электрондук каттарды жана билдирүүлөрдү алып жатам.

Ошентип, бул Нускамада мен сизге Arduino/Wemos тактасын колдонуу менен жөнөкөй wifi иштетилген AC энергиясын эсептегичти кантип жасоону көрсөтөм. Бул Энергия Метрин колдонуу менен сиз каалаган тиричилик техникасынын энергия керектөөсүн өлчөй аласыз. Долбоордун аягында, мен бул долбоор үчүн жакшы 3D басылган корпус жасадым.

Энергияны керектөө жөнүндө көбүрөөк маалымат алуунун максаты - колдонуучу тарабынан энергияны колдонууну оптималдаштыруу жана азайтуу. Бул алардын энергия чыгымдарын азайтат, ошондой эле энергияны үнөмдөйт.

Албетте, энергияны көзөмөлдөө үчүн көптөгөн коммерциялык түзүлүштөр бар, бирок мен өзүмдүн версиямды түзгүм келди, ал жөнөкөй жана арзан болот.

Сиз менин бардык долбоорлорумду таба аласыз:

1 -кадам: Бөлүктөр жана инструменттер талап кылынат

Керектүү компоненттер:

1. Wemos D1 мини про (Amazon / Banggood)

2. Учурдагы сенсор -ACS712 (Amazon)

3. OLED дисплейи (Amazon / Banggood)

4. 5V Power Supply (Aliexpress)

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

6. 24 AWG Wire (Amazon)

7. Header Pins (Amazon / Banggood)

8. Эркек-Аял Jumper Wires (Amazon)

9. Бурамалуу терминал (Amazon)

10. Standoff (Banggood)

11. AC розеткасы

12. AC сайгычы

13. Жазгы коннектор (Banggood)

14. Rocker Switch (Banggood)

15. PLA Filament-Silver (GearBest)

16. PLA Filament-Red (GearBest)

Керектүү инструменттер:

1. Паяльник (Амазонка)

2. клей тапанчасы (Amazon)

3. Wire Cutter/Stripper (Amazon)

4.3D принтер (Creality CR10S)

2 -кадам: Бул кантип иштейт?

Бүтүндөй долбоордун блок -схемасы жогоруда көрсөтүлгөн.

Айнымалуу токтун кубаттуулугу кокус кыска туташуу учурунда электр тактасына зыян келтирбөө үчүн сактандыргыч аркылуу өткөрүлүп берилет.

Андан кийин AC электр линиясы эки бөлүккө бөлүштүрүлөт:

1. Учурдагы сенсор аркылуу жүктөөгө (ACS712)

2. 230V AC/5V DC Power Supply модулу

5V электр менен камсыздоо модулу микроконтроллерге (Arduino/Wemos), Учурдагы сенсорго (ACS712) жана OLED дисплейге энергия берет.

Жүктөн өткөн AC ток учурдагы сенсор модулу (ACS712) аркылуу сезилет жана Arduino/Wemos тактасынын аналогдук пинине (A0) берилет. Аналогдук киргизүү Arduinoго берилгенден кийин, кубатты/энергияны өлчөө Arduino эскизи менен жүргүзүлөт.

Arduino/Wemos тарабынан эсептелген күч жана энергия 0,96 дюймдук OLED дисплей модулунда көрсөтүлөт.

Wemosтун камтылган WiFi чипи Үй роутерине туташып, Blynk тиркемесине туташкан. Ошентип, сиз OTA аркылуу смартфонуңуздан параметрлерди көзөмөлдөп, ар кандай жөндөөлөрдү калибрлеп жана өзгөртө аласыз.

3 -кадам: AC негиздерин түшүнүү

AC чынжыр анализинде чыңалуу да, ток да убакыттын өтүшү менен синусоидалык түрдө өзгөрөт.

Чыныгы күч (P):

Бул прибордун пайдалуу жумуштарды өндүрүү үчүн колдонгон күчү.

Реалдуу күч = Чыңалуу (V) x Учур (I) x cosΦ

Реактивдүү күч (Q):

Бул көбүнчө элестетилген кубат деп аталат, бул кубаттын булагы менен жүктүн ортосунда термелет, ал эч кандай пайдалуу иш кылбайт.

Реактивдүү күч = Чыңалуу (V) x Учур (I) x sinΦ

Көрүнүш күчү (S):

Бул Root-Mean-Square (RMS) чыңалуусунун жана RMS токунун продуктусу катары аныкталат. Бул реалдуу жана реактивдүү күчтүн натыйжасы катары да аныкталышы мүмкүн. Бул кВА менен көрсөтүлөт

Көрүнгөн күч = Чыңалуу (V) x Учур (I)

Реалдуу, Реактивдүү жана Көрүнүктүү бийликтин ортосундагы байланыш:

Реалдуу күч = Көрүнгөн күч x cosΦ

Реактивдүү күч = Көрүнгөн күч x sinΦ

(кВА) ² = (кВт) ² + (кВАр) ²

Power Factor (pf):

Чыныгы кубаттуулуктун чынжырдагы көрүнөө күчкө болгон катышы күч фактору деп аталат.

Power Factor = Чыныгы күч/көрүнгөн күч

Жогоруда айтылгандардан көрүнүп тургандай, биз чыңалууну жана токту өлчөө менен кубаттуулуктун бардык түрүн, ошондой эле күч факторун өлчөй алабыз.

Сүрөт насыясы: openenergymonitor.org

4 -кадам: Currency Sensor

AC ток шарттуу түрдө Учурдагы трансформаторду колдонуу менен өлчөнөт, бирок бул долбоор үчүн ACS712 учурдагы сенсор катары арзан баада жана кичине өлчөмдө тандалган. ACS712 Current Sensor - бул индукцияланган учурда токту так өлчөөчү Hall Effect учурдагы сенсор. AC зымынын айланасындагы магнит талаасы аналогдук чыгуучу эквивалентин берет. Аналогдук чыңалуусу андан кийин микроконтроллер тарабынан иштетилет жана жүктүн агымын өлчөйт.

ACS712 сенсору жөнүндө көбүрөөк билүү үчүн бул сайтка кире аласыз. Залдын эффект сенсорунун иштеши боюнча жакшыраак түшүндүрүү үчүн, мен Embedded-лабораториядагы жогорудагы сүрөттү колдоном.

5 -кадам: ACS712 тарабынан учурдагы өлчөө

ACS712 Учурдагы сенсорунун чыгышы AC чыңалуу толкуну. Биз rms токту эсептешибиз керек, муну төмөнкү жол менен жасаса болот

1. Чокуну чыңалуу чокусуна чейин өлчөө (Vpp)

2. Чокуну чыңалууга (Vpp) экиге бөлүп, чыңалуу чыңалуусун алыңыз (Vp)

3. Rms чыңалуусун алуу үчүн 0,707ге көбөйтүңүз (Vrms)

Андан кийин учурдагы сенсордун сезимталдыгын (ACS712) көбөйтүп, rms токту алуу үчүн.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0.707

Irms = Vrms x Сезгичтик

ACS712 5A модулунун сезгичтиги 185мВ/А, 20А модулу 100мВ/А жана 30А модулу 66мВ/А.

Учурдагы сенсордун туташуусу төмөндөгүдөй

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5V

ЧЫГЫП ----- A0

GND ----- GND

6 -кадам: Күч жана энергияны эсептөө

Буга чейин мен AC Powerтин ар кандай түрүнүн негиздерин сүрөттөп бергем. Үй чарбасында колдонуучу болуу менен, чыныгы кубаттуулук (кВт) биздин негизги камкордугубуз. Чыныгы кубаттуулукту эсептөө үчүн биз rms чыңалуусун, rms токту жана кубаттуулукту (pF) өлчөөбүз керек.

Адатта, менин жайгашкан жеримдеги электр чыңалуусу (230В) дээрлик туруктуу болот (олку -солку болот). Ошентип, мен чыңалууну өлчөө үчүн бир сенсорду калтырып жатам. Эгер чыңалуу сенсорун илип койсоңуз, өлчөөнүн тактыгы менин учурда жакшы. Кандай болбосун, бул ыкма долбоорду аягына чыгаруунун жана максатка жетүүнүн арзан жана жөнөкөй жолу.

Чыңалуу сенсорун колдонбоонун дагы бир себеби Wemos аналогдук пининин (бирөө гана) чектелишине байланыштуу. Кошумча сенсорду ADS1115 сыяктуу ADC аркылуу туташтырса болот, бирок азырынча мен аны таштап жатам. Келечекте, эгер убактым болсо, аны сөзсүз кошом.

Жүктүн күч факторун программалоо учурунда же Smartphone колдонмосунан өзгөртүүгө болот.

Реалдуу күч (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (белгилүү)

Pf = 0.85 (белгилүү)

Irms = учурдагы сенсордон окуу (белгисиз)

Сүрөт насыясы: imgoat

7 -кадам: Blynk колдонмосу менен интерфейс

Wemos тактасында курулган WiFi чипи болгондуктан, мен аны роутериме туташтырып, смартфондон үй шаймандарынын энергиясын көзөмөлдөп турууну ойлодум. Ардуинонун ордуна Wemos тактасын колдонуунун артыкчылыктары: сенсорду калибрлөө жана микроконтроллерди физикалык түрдө программалабай смартфондон OTA аркылуу параметрдин маанисин өзгөртүү.

Тажрыйбасы аз адамдар жасай ала тургандай жөнөкөй вариантты издедим. Мен тапкан эң жакшы вариант - Blynk тиркемесин колдонуу. Blynk - бул Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison жана башка көптөгөн жабдыктарды толук көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берген колдонмо. Бул Android жана iPhone менен шайкеш келет. Блинкте баары runs️Энергия менен иштейт. Жаңы каттоо эсебин түзгөндө, эксперимент баштоо үчүн ⚡️2, 000 аласыз; Ар бир виджеттин иштеши үчүн бир аз энергия керектелет. Бул долбоор үчүн сизге ⚡️2400 керек, андыктан кошумча энергияны сатып алышыңыз керек ️⚡️400 (баасы 1 доллардан аз)

мен. Ченегич - 2 x ⚡️200 = ⚡️400

ii. Белгиленген маанини көрсөтүү - 2 x ⚡️400 = ⚡️800

iii. Слайдерлер - 4 x ⚡️200 = ⚡️800

iv. Меню - 1x ⚡️400 = ⚡️400

Бул долбоорго керектелүүчү жалпы энергия = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Төмөнкү кадамдарды аткарыңыз:

1-кадам: Blynk колдонмосун жүктөп алыңыз

1. Android үчүн

2. iPhone үчүн

2-кадам: Автордук белгини алыңыз

Blynk тиркемесин жана аппараттык жабдууну туташтыруу үчүн сизге авторизация белгиси керек. Blynk колдонмосунда жаңы каттоо эсебин түзүңүз.

2. Жогорку меню тилкесиндеги QR сөлөкөтүн басыңыз. Жогоруда көрсөтүлгөн QR кодун сканерлөө аркылуу бул долбоордун клонун түзүңүз. Ал ийгиликтүү табылгандан кийин, бүт долбоор дароо телефонуңузда болот.

3. Долбоор түзүлгөндөн кийин, биз сизге электрондук почта аркылуу Auth Token жөнөтөбүз.

4. Электрондук почтаңыздын кирүү кутусун текшерип, Автордук белгини табыңыз.

3-кадам: Wemos тактасына Arduino IDE даярдоо

Arduino кодун Wemos тактасына жүктөө үчүн, бул Нускамаларды аткарышыңыз керек

4-кадам: Китепканаларды орнотуу

Андан кийин китепкананы Arduino IDEге импорттоо керек

Blynk китепканасын жүктөп алыңыз

OLED Display үчүн китепканаларды жүктөп алыңыз: i. Adafruit_SSD1306 ii. Adafruit-GFX-Китепкана

5-кадам: Ардуино эскизи

Жогорудагы китепканаларды орноткондон кийин, төмөндө берилген Arduino кодун чаптаңыз.

1-кадамдагы аутентификациялык кодду, роутериңиздин ssid жана паролун киргизиңиз.

Андан кийин кодду жүктөңүз.

8 -кадам: Райондук тактаны даярдаңыз

Районду тыкан жана таза кылуу үчүн, мен 4х6 см өлчөмүндөгү прототип тактасын колдонуп, такта жасадым. Биринчиден, Эркек Баштыктар Кыймылын Wemos Тактайына ширеттим. Анан мен ар кандай такталарды орнотуу үчүн прототип тактасына аялдардын башын коштум:

1. Wemos Board (2 x 8 Pins Female Header)

2. 5V DC Power Supply тактасы (2 казык +3 казык аялдын башы)

3. Учурдагы сенсор модулу (3 казык аялдын башы)

4. OLED дисплейи (4pins аял башы)

Акыр -аягы, мен электр менен камсыздоо бирдигине ACны киргизүү үчүн 2 пиндүү бурамалуу терминалды туташтырдым.

Бардык баштыктарды сайгандан кийин, байланышты жогоруда көрсөтүлгөндөй кылыңыз. Мен бардык байланыш үчүн 24 AWG ширетүүчү зымын колдондум.

Байланыш төмөнкүдөй

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Vout-A0

2. OLED дисплейи:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd- GND

SCL-- D1

SDA-D2

3. Power Supply модулу:

Винт терминалына туташкан электр менен камсыздоо модулунун AC киргизүү пини (2 пин).

V1pin чыгаруу Wemos 5V менен GND пин Wemos GND пинине туташкан.

9 -кадам: 3D басылган корпус

Жакшы коммерциялык продуктка көрүнүш берүү үчүн, мен бул проекттин корпусун иштеп чыктым. Корпусту долбоорлоо үчүн Autodesk Fusion 360 колдондум. Корпус эки бөлүктөн турат: Астыңкы жана Жогорку капкак. Сиз Thingiverseден. STL файлдарын жүктөй аласыз.

Төмөнкү бөлүгү негизинен негизги ПХБга (4х6 см), Учурдагы сенсорго жана Фузе Holder. The жогорку капкагына ылайыкташуу үчүн иштелип чыккан.

Мен бөлүктөрдү басып чыгаруу үчүн Creality CR-10S 3D принтеримди жана 1,75 мм күмүш PLA менен кызыл PLA жипчесин колдондум. Негизги корпусту басып чыгарууга 5 сааттай, үстүңкү капкакты басып чыгарууга 3 сааттай убакыт кетти.

Менин жөндөөлөрүм:

Басып чыгаруу ылдамдыгы: 60 мм/с

Катмар бийиктиги: 0.3

Толтуруу тыгыздыгы: 100%

Экструдердин температурасы: 205 градус

Төш температурасы: 65 градус

10 -кадам: AC зымдардын диаграммасы

AC электр шнурунда 3 зым бар: сызык (кызыл), нейтралдуу (кара) жана жерге (жашыл).

Электр шнурунун кызыл зымы сактандыруучунун бир терминалына туташкан. Тарткычтын башка терминалы пружина жүктөлгөн эки терминалдык коннекторго туташкан. Кара зым түздөн -түз пружина жүктөлгөн туташтыргычы менен байланышкан.

Азыр электр платасы үчүн керектүү күч (Wemos, OLED жана ACS712) жазгы коннектордон кийин скотч менен жабылат. Негизги схеманы изоляциялоо үчүн рокер -коммутатор катар туташтырылган. Жогорудагы схеманы караңыз.

Андан кийин кызыл зым (линия) AC розеткасынын "L" терминалына жана жашыл зым (жерге) борбордук терминалга (G катары белгиленген) туташат.

Нейтралдуу терминал ACS712 ток сенсорунун бир терминалына туташкан. ACS712дин башка терминалы кайра жазгы коннекторго туташтырылган.

Бардык тышкы туташуулар бүткөндөн кийин тактайды өтө кылдат текшерип, ширетүү агымынын калдыктарын кетирүү үчүн тазалаңыз.

Эскертүү: Райондун эч бир жерине ал бийликте турганда тийбеңиз. Ар кандай кокусунан тийүү өлүмгө алып келиши мүмкүн. Иш учурунда коопсуз болуңуз, мен эч кандай жоготуу үчүн жооп бербейм.

11 -кадам: Бардык компоненттерди орнотуңуз

Сүрөттө көрсөтүлгөндөй компоненттерди (AC Socket, Rocker Switch жана OLED Display) үстүңкү капкактын уячаларына салыңыз. Андан кийин бурамаларды бекемдеңиз. Төмөнкү бөлүктө негизги ПХБ тактасын орнотуу үчүн 4 стенд бар. Биринчиден, жогоруда көрсөтүлгөндөй жезден жасалган тешикти тешикке салыңыз. Андан кийин 4M бурамасын төрт бурчка бекиткиле.

Сактандыргыч кармагычты жана Учурдагы сенсорду астыңкы корпуста берилген уячага коюңуз. Мен аларды базага жабыштыруу үчүн 3М орнотуучу квадраттарды колдондум. Андан кийин бардык зымдарды туура багыттаңыз.

Акыр -аягы, үстүңкү капкакты коюп, 4 гайканы (3M x16) бурчтарга бекиткиле.

12 -кадам: Акыркы тестирлөө

Энергия эсептегичтин электр шнурун розеткага сайыңыз.

Blynk колдонмосунан төмөнкү параметрлерди өзгөртүү

1. Эч кандай жүк туташпаганда учурдагы нөлдү алуу үчүн CALIBRATE слайдерин сүрүңүз.

2. Мультиметрди колдонуу менен үйдөгү AC токтун чыңалуусун өлчөп, ЖАБДЫКТЫН КҮЧТҮҮЛҮК сыдырмасын жылдырып орнотуңуз.

3. Power Factor орнотуу

4. Энергия тарифин өзүңүз жайгашкан жерге киргизиңиз.

Андан кийин кубаттуулугу өлчөнө турган шайманды Энергия эсептегичтин розеткасына туташтырыңыз. Эми сиз керектелген энергияны өлчөөгө даярсыз.

Сиз менин долбоорумду окуп жатканда мага жакты деп үмүттөнөм.

Эгер жакшыртуу боюнча кандайдыр бир сунуштарыңыз болсо, төмөндө комментарий калтырыңыз. Рахмат!

Микроконтроллер конкурсунда экинчи орун