Dispozitiv de măsurare electrică Arduino cu cost energetic: 13 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Plătești prea mult pentru facturile de energie electrică?

Vrei să știi câtă energie electrică consumă fierbătorul sau încălzitorul tău?

Creați-vă propriul contor electric portabil pentru costul energiei!

Urmăriți cum am găsit utilizarea acestui dispozitiv.

Pasul 1: Pregătirea. Instrumente Șuruburi și consumabile

Ai nevoie de mai multe lucruri pentru a face acest proiect.

• Computer de acasă cu XOD IDE instalat.
• imprimantă 3d.

Instrumente:

• Clippers.
• Şurubelniţă.
• Cleşte.
• Unelte de lipit.
• Fișier ac.

Consumabile:

• Hârtie de șlefuit.
• Tuburi retractabile.
• 14 fire AWG sau mai puțin pentru circuitul de 220V.
• 24 sau 26 fire AWG pentru circuit logic de 5V.

Șuruburi:

• Șurub M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm lungime.
• Șurub M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm lungime.
• Șurub M2 / M2.5 (DIN7981 sau altele).
• Piuliță hexagonală M3 (DIN 934 / DIN 985).

Pasul 2: Pregătirea. Electronică

Pentru a crea dispozitivul aveți nevoie de câteva componente electronice. Să ne dăm seama care dintre ele.

În primul rând, aveți nevoie de un senzor de curent alternativ.

Dispozitivul poate funcționa cu un curent ridicat, astfel încât senzorul ar trebui să fie adecvat. Pe internet, am găsit un senzor ACS712 fabricat de Allegro.

1 x 20A Modul senzor de curent ACS712 Modul ~ 9 $;

Acest senzor este analog și măsoară curentul utilizând efectul Hall. Utilizează un fir pentru a transmite valoarea măsurată. Poate că nu este foarte precis, dar cred că este suficient pentru un astfel de dispozitiv. Senzorul ACS712 poate fi de trei tipuri cu limite maxime diferite de măsurare:

• ACS712ELCTR-05B (5 amperi max);
• ACS712ELCTR-20A (20 amperi max);
• ACS712ELCTR-30A (30 amperi max).

Puteți alege versiunea de care aveți nevoie. Folosesc versiunea de 20 amp. Nu cred că curentul din prizele mele depășește această valoare.

Aveți nevoie de un controler, pentru a citi datele senzorilor și pentru a efectua toate celelalte calcule.

Desigur, am ales Arduino. Cred că nu este nimic mai convenabil pentru astfel de proiecte DIY. Sarcina mea nu este dificilă, așa că nu am nevoie de o tablă elegantă. Am cumpărat Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino este alimentat de o tensiune continuă de până la 12V în timp ce mă gândeam să măsur tensiunea alternativă de 220V. Mai mult, senzorul ACS ar trebui să fie alimentat de 5 volți exact. Pentru a rezolva problema, am cumpărat convertorul de la AC la DC de la 220 la 5 volți.

1 x Modul de alimentare CA la CC Intrare alimentare: AC86-265V Ieșire: 5V 1A ~ 7 $;

Folosesc acest convertor pentru a alimenta Arduino și senzorul.

Pentru a vizualiza măsurătorile mele, afișez suma de bani cheltuită pe un ecran. Folosesc acest ecran LCD de 8x2 caractere.

1 x 0802 LCD 8x2 caractere LCD Modul de afișare 5V ~ 9 $;

Acesta este mic, compatibil cu afișajul Arduino. Folosește propriul autobuz de date pentru a comunica cu controlerul. De asemenea, acest afișaj are o lumină de fundal care poate avea culori diferite. Eu am luat-o pe cea portocalie.

Pasul 3: Pregătirea. Sonori

Dispozitivul ar trebui să aibă propria priză și priză.

Este destul de dificil să faci o conexiune de priză de calitate și fiabilă acasă. De asemenea, am vrut ca dispozitivul să fie portabil și compact, fără cabluri și fire.

Am decis să cumpăr niște prize universale și prize din magazinul de hardware pentru a le dezasambla pentru a folosi orice piese ale acestora. Conectorii pe care i-am achiziționat sunt de tip F sau așa cum se numesc Shuko. Această conexiune este utilizată în întreaga Uniune Europeană. Există diferite tipuri de conectori, de exemplu, tipurile A sau B sunt puțin mai mici decât F și sunt utilizate în America de Nord. Dimensiunile interne ale prizelor și dimensiunile externe ale mufelor sunt standardizate pentru toți conectorii de acest tip.

Pentru mai multe informații, puteți citi despre diferite tipuri de soclu aici.

Dezasamblând câteva prize, am constatat că piesele lor interioare pot fi îndepărtate cu ușurință. Aceste piese au aproape aceleași dimensiuni mecanice. Am decis să le folosesc.

Deci, pentru a crea propriul dispozitiv, aveți nevoie de:

• Alegeți tipul de conexiune;
• Găsiți prize și prize pe care le puteți utiliza și care pot fi ușor demontate;
• Îndepărtați părțile interioare.

Am folosit acest soclu:

1 x mufă feminină cu pământ 16A 250V ~ 1 $;

Și această mufă:

1 x mufă tată 16A 250V ~ 0, 50 $;

Pasul 4: Pregătirea. printare 3d

Am imprimat părți ale corpului dispozitivului pe o imprimantă 3D. Am folosit plastic ABS de diferite culori.

Iată lista pieselor:

• Corp principal (violet) - 1 bucată;
• Coperta din spate (galben) - 1 bucată;
• Cutie cu soclu (roz) - 1 bucată;
• Cutie dop (roșu) - 1 bucată;

Corpul principal are găuri de filetare pentru a fixa senzorul de curent și capacul din spate.

Capacul din spate are găuri de filetare pentru a fixa convertorul AC-DC și o articulație care se fixează prin prindere pentru a atașa Arduino Micro.

Toate piesele au găuri pentru șuruburile M3 pentru a fixa afișajul, prizele și prizele.

Acordați atenție pieselor carcasei prizei și fișei.

Suprafețele interioare ale acestor piese sunt pre-modelate special pentru conectorii mei. Pentru acei conectori demontați de la pasul anterior.

Astfel, dacă doriți să creați propriul dispozitiv și conectorii dvs. de priză și priză diferă de ai mei, trebuie să reparați sau să modificați modelele 3D ale carcasei de priză și de carcase.

Modelele STL sunt în atașament. Dacă este necesar, pot atașa modelele CAD sursă.

Pasul 5: Asamblarea. Carcasă cu soclu

Lista materialelor:

1. Cutie cu soclu tipărită 3D - 1 bucată;
2. Priză - 1 bucată;
3. Sârme de înaltă tensiune (14 AWG sau mai puțin).

Procesul de asamblare:

Uită-te la schiță. Imaginea vă va ajuta cu asamblarea.

• Pregătiți soclul (poz. 2). Priza ar trebui să se potrivească strâns în carcasă până la marginea de oprire. Dacă este necesar, procesați conturul soclului cu un șmirghel sau o pila cu ac.
• Conectați firele de înaltă tensiune la priză. Utilizați blocuri terminale sau lipire.
• Introduceți soclul (poz. 2) în carcasă (poz. 1).

Opțional:

Fixați soclul carcasei cu un șurub prin platforma carcasei

Pasul 6: Asamblarea. Corpul principal

Lista materialelor:

1. Corp principal imprimat 3D - 1 bucată;
2. Cutie priza asamblata - 1 bucata;
3. Senzor de curent ACS 712 - 1 bucată;
4. Afișaj LCD 8x2 - 1 bucată;
5. Șurub M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm lungime - 4 bucăți.
6. Șurub M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm lungime - 4 bucăți.
7. Șurub M2 / M2.5 (DIN7981 sau altele) - 2 bucăți.
8. Piuliță hexagonală M3 (DIN 934 / DIN 985) - 8 bucăți.
9. 24 sau 26 fire AWG.
10. Sârme de înaltă tensiune (14 AWG sau mai puțin).

Procesul de asamblare:

Uită-te la schiță. Imaginea vă va ajuta cu asamblarea.

• Pregătiți gaura mare de pe corpul principal (poz. 1). Carcasa priza asamblată trebuie să se potrivească bine în ea. Dacă este necesar, prelucrați conturul găurii cu un șmirghel sau o pila de ac.
• Introduceți carcasa (poziția 2) pe corpul principal (poziția 1) și fixați-o folosind șuruburi (poziția 6) și piulițe (poziția 8).
• Conectați firele de înaltă tensiune la senzorul de curent (poz. 3). Utilizați blocuri de borne.
• Fixați senzorul de curent (poziția 3) cu corpul principal (poziția 1) folosind șuruburi (poziția 7).
• Conectați sau lipiți firele la afișaj (poz. 4) și la senzorul de curent (poz. 3)
• Fixați afișajul (poz. 4) cu corpul principal (poz. 1) folosind șuruburi (poz. 5) și piulițe (poz. 8).

Pasul 7: Asamblarea. Carcasă cu mufă

Lista materialelor:

1. Carcasă tip priză tipărită 3D - 1 bucată;
2. Mufă - 1 bucată;
3. Sârme de înaltă tensiune (14 AWG sau mai puțin).

Procesul de asamblare:

Uită-te la schiță. Imaginea vă va ajuta cu asamblarea.

• Pregătiți dopul (poziția 2). Ștecherul trebuie să se potrivească bine în carcasă până la oprire. Dacă este necesar, procesați conturul prizei cu un șmirghel sau o pila de ac.
• Conectați firele de înaltă tensiune la priză (poz. 2). Utilizați blocuri terminale sau lipire.
• Introduceți mufa (poz. 2) în carcasă (poz. 1).

Opțional:

Fixați ștecherul în carcasă cu un șurub. Locul de înșurubat este prezentat pe schiță

Pasul 8: Asamblarea. Coperta din spate

Lista materialelor:

1. Coperta din spate imprimată 3D - 1 bucată;
2. Carcasă asamblată - 1 bucată;
3. Convertor de tensiune AC-DC - 1 bucată;
4. Arduino Micro - 1 bucată;
5. Șurub M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm lungime - 4 bucăți.
6. Șurub M2 / M2.5 (DIN7981 sau altele) - 4 bucăți.
7. Piuliță hexagonală M3 (DIN 934 / DIN 985) - 4 bucăți.

Procesul de asamblare:

Uită-te la schiță. Imaginea vă va ajuta cu asamblarea.

• Pregătiți gaura mare de pe capacul din spate (poz. 1). Carcasa de prindere asamblată (poz. 2) trebuie să se încadreze strâns în ea. Dacă este necesar, prelucrați conturul găurii cu un șmirghel sau o pila de ac.
• Introduceți carcasa (poziția 2) pe capacul din spate (poziția 1) și fixați-o folosind șuruburi (poziția 5) și piulițe (poziția 7).
• Atașați Arduino (poz. 4) la capacul din spate (poz. 1) folosind conexiunea de fixare.
• Fixați convertorul de tensiune AC-DC (poziția 3) pe capacul din spate (poziția 1) folosind șuruburi (poziția 6).

Pasul 9: Asamblarea. Lipire

Lista materialelor:

1. Sârme de înaltă tensiune (14 AWG sau mai puțin).
2. 24 sau 26 fire AWG.

Asamblare:

Lipiți toate componentele împreună așa cum se arată în schiță.

Cablurile de înaltă tensiune de la priză sunt lipite la convertorul AC-DC și la cablurile de la priză.

ACS712 este un senzor analogic de curent și este alimentat de 5V. Puteți alimenta senzorul direct de la Arduino sau de la convertorul AC-DC.

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

Afișajul LCD cu caractere LCD 8x2 este alimentat de 3.3-5V și are propriul autobuz de date. Afișajul poate comunica într-un mod pe 8 biți (DB0-DB7) sau pe 4 biți (DB4-DB7). Am folosit unul pe 4 biți. Puteți alimenta afișajul de la Arduino sau de la convertorul AC-DC.

• Pin Vcc - pin Arduino 5V / pin AC-DC 5V;
• 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 - pin digital 12 Arduino;
• E - pin 11 Arduino digital;
• DB4 - pin digital Arduino 5;
• DB5 - pin digital 4 Arduino;
• DB6 - pin digital 3 Arduino;
• DB7 - pin digital Arduino 2;

Notificare:

Nu uitați să izolați toate firele de înaltă tensiune cu tuburi termocontractabile! De asemenea, izolați contactele lipite de înaltă tensiune pe convertorul de tensiune AC-DC. De asemenea, izolați contactele lipite de înaltă tensiune pe convertorul de tensiune AC-DC.

Vă rugăm să aveți grijă cu 220V. Înalta tensiune te poate ucide!

Nu atingeți nicio componentă electronică atunci când dispozitivul este conectat la rețeaua electrică.

Nu conectați Arduino la un computer când dispozitivul este conectat la rețeaua electrică.

Pasul 10: Asamblarea. Finalizarea

Lista materialelor:

1. Corp principal asamblat - 1 bucată;
2. Capac din spate asamblat - 1 bucată;
3. Șurub M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm lungime - 4 bucăți.

Procesul de asamblare:

Uită-te la schiță. Imaginea vă va ajuta cu asamblarea.

• După ce ați terminat lipirea, plasați toate firele în siguranță în corpul principal (poz. 1).
• Asigurați-vă că nu există contacte deschise nicăieri. Firele nu trebuie să se intersecteze, iar locurile lor deschise nu trebuie să intre în contact cu corpul din plastic.
• Fixați capacul din spate (poziția 2) pe corpul principal (poziția 1) folosind șuruburi (poziția 3).

Pasul 11: XOD

Pentru a programa controlere Arduino, folosesc mediul de programare vizuală XOD. Dacă sunteți nou în domeniul electrotehnicii sau poate doriți doar să scrieți programe simple pentru controlere Arduino ca mine, încercați XOD. Este instrumentul ideal pentru prototiparea rapidă a dispozitivelor.

În XOD puteți crea programe direct în fereastra browserului. Personal prefer versiunea desktop.

Pentru dispozitivul meu ECEM, am creat biblioteca gabbapeople / electric-meter în XOD. Această bibliotecă conține toate nodurile de care aveți nevoie pentru a crea același program. Include, de asemenea, exemplul de program pregătit. Deci, asigurați-vă că îl adăugați în spațiul de lucru XOD.

Proces:

• Instalați software-ul XOD IDE pe computer.
• Adăugați biblioteca gabbapeople / contor electricitate în spațiul de lucru.
• Creați un proiect nou și numiți-l smth.

În continuare, voi descrie cum să programați acest dispozitiv în XOD.

Am atașat captura de ecran cu versiunea extinsă a programului la ultimul pas instructabil.

Pasul 12: Programare

Iată nodurile de care aveți nevoie:

Nodul senzorului de curent acs712-20a-ac

Acesta este primul nod care se plasează pe patch. Este folosit pentru a măsura curentul momentan. În această bibliotecă, există 3 tipuri diferite de noduri. Acestea diferă în ceea ce privește tipul capacului de măsurare a amperajului. Alegeți-l pe cel care corespunde tipului dvs. de senzor. Așez nodul senzorului acs712-20a-ac-current. Acest nod transmite o valoare a intensității curentului în amperi.

La pinul PORT al acestui nod, ar trebui să pun valoarea pinului Arduino Micro la care am conectat senzorul meu curent. Am lipit pinul de semnal al senzorului la pinul A0 Arduino, așa că am pus valoarea A0 la pinul PORT.

Valoarea la pinul UPD trebuie setată la Continuu, pentru a măsura continuu intensitatea curentului după pornirea dispozitivului. De asemenea, pentru măsurarea în curent alternativ, trebuie să specific frecvența. În rețeaua mea electrică, frecvența de curent alternativ este egală cu 50 Hz. Am pus valoarea 50 la pinul FRQ de frecvență.

Nodul de multiplicare

Calculează puterea electrică. Puterea electrică este produsul multiplicării curentului la tensiune.

Puneți nodul de multiplicare și conectați unul dintre pinii săi cu nodul senzorului și puneți valoarea tensiunii AC la al doilea pin. Am pus valoarea 230. Se referă la tensiunea din rețeaua mea electrică.

Nodul integrate-dt

Cu două noduri anterioare, curentul și puterea dispozitivului pot fi măsurate instantaneu. Dar trebuie să calculați modul în care se modifică consumul de energie în timp. Pentru aceasta, puteți integra valoarea instantanee a puterii utilizând nodul integrate-dt. Acest nod va acumula valoarea curentă a puterii.

Pinul UPD declanșează o actualizare a valorii acumulate, în timp ce pinul RST resetează valoarea acumulată la zero.

Nodul pentru bani

După integrare, la ieșirea nodului integrate-dt, veți obține consumul de energie electrică în wați pe secundă. Pentru a face mai convenabil să numărați banii cheltuiți, plasați nodul în bani pe patch. Acest nod convertește consumul de energie de la wați pe secundă în kilowați pe oră și multiplică valoarea acumulată cu costul unui kilowat pe oră.

Puneți prețul unui kilowatt pe oră la pinul din RPC.

Cu nodul „bani”, valoarea acumulată a consumului de energie electrică este convertită la suma de bani cheltuiți. Acest nod îl afișează în dolari.

Tot ce mai ai de făcut este să afișezi această valoare pe afișajul ecranului.

Nodul text-lcd-8x2

Am folosit ecran LCD cu 2 linii patru 8 caractere. Am pus nodul text-lcd-8x2 pentru acest afișaj și am setat toate valorile pinului portului. Aceste pini de port corespund micro-porturilor Arduino la care este lipit ecranul.

Pe prima linie a afișajului, la pinul L1, am scris șirul „Total:”.

Am legat pinul de ieșire al nodului to-money de pinul L2, pentru a arăta suma de bani pe a doua linie a afișajului.

Patch-ul este gata.

Apăsați pe Deploy, alegeți tipul de bord și încărcați-l pe dispozitiv.

Pasul 13: Program extins

Puteți extinde singur programul de la pasul anterior. De exemplu, priviți captura de ecran atașată.

Cum poate fi modificat patch-ul?

• Conectați ieșirea senzorului de curent acs712-20a-ac direct la nodul afișajului pentru a transmite valoarea momentană a curentului pe ecran fără alte calcule.
• Conectați ieșirea nodului multiplu direct la nodul afișajului pentru a produce puterea electrică consumată acum;
• Conectați ieșirea nodului integrate-dt direct la nodul de afișare pentru a genera valoarea consumului acumulat;
• Resetați contorul apăsând un buton. Este o idee bună, dar am uitat să adaug un loc pentru un buton de pe dispozitivul meu =). Puneți nodul butonului pe patch și conectați pinul PRS al acestuia cu pinul RST al nodului integrate-dt.
• Puteți crea un dispozitiv cu un ecran mai mare de 8x2 și să afișați toți parametrii în același timp. Dacă aveți de gând să utilizați ecranul 8x2 ca mine, utilizați nodurile concat, format-number, pad-with-zeroes pentru a încadra toate valorile în rânduri.

Creați-vă propriul dispozitiv și aflați cea mai lacomă tehnică acasă!

Puteți găsi acest dispozitiv foarte util în gospodărie pentru a economisi energie electrică.

Ne vedem în curând.