Arduino Energy Meter - V2.0: 12 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Сәлем досым, ұзақ үзілістен кейін қош келдіңіз. Бұрын мен Arduino Energy Meter туралы нұсқаулықты орналастырдым, ол негізінен менің ауылымдағы күн батареясынан (DC Power) қуатты бақылауға арналған. Бұл Интернетте өте танымал болды, бүкіл әлемде көптеген адамдар оны өз қолымен жасады. Менен көмек алу арқылы көптеген студенттер өздерінің колледж жобаларына қол жеткізді. Десе де, қазір мен айнымалы ток тұтынуды бақылауға арналған аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді өзгертуге қатысты сұрақтары бар адамдардан хаттар мен хабарламалар аламын.

Бұл нұсқаулықта мен сізге Arduino/Wemos тақтасын қолдана отырып, қарапайым Wi -Fi қосылған айнымалы ток есептегішін жасауды көрсетемін. Бұл энергия есептегішті қолдана отырып, сіз кез келген тұрмыстық техниканың тұтынуын өлшей аласыз. Жоба аяқталғаннан кейін мен осы жобаға арналған 3D басып шығарылған жақсы корпус жасадым.

Энергияны тұтыну туралы көбірек ақпараттандырудың мақсаты - пайдаланушының энергияны тұтынуды оңтайландыру және азайту. Бұл олардың энергия шығындарын азайтады, сонымен қатар энергияны үнемдейді.

Әрине, энергияны бақылау үшін көптеген коммерциялық құрылғылар бар, бірақ мен өз нұсқамды жасағым келді, ол қарапайым және арзан.

Сіз менің барлық жобаларымды мына жерден таба аласыз:

1 -қадам: Бөлшектер мен құралдар қажет

Қажетті компоненттер:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Ағымдық сенсор -ACS712 (Amazon)

3. OLED дисплейі (Amazon / Banggood)

4. 5В қуат көзі (Aliexpress)

5. Прототип тақтасы - 4 x 6 см (Amazon / Banggood)

6. 24 AWG сымы (Amazon)

7. Header Pins (Amazon / Banggood)

8. Еркек-әйел секіргіш сымдар (Amazon)

9. Бұрандалы терминал (Amazon)

10. Standoff (Banggood)

11. Айнымалы ток розеткасы

12. Айнымалы ток ашасы

13. Серіппелі қосқыш (Banggood)

14. Рокер қосқышы (Banggood)

15. PLA Filament-Silver (GearBest)

16. PLA Filament-Red (GearBest)

Қажетті құралдар:

1. Пісіру үтігі (Амазонка)

2. Желім мылтық (Amazon)

3. Сым кескіш/стриппер (Amazon)

4.3D принтер (Creality CR10S)

2 -қадам: Бұл қалай жұмыс істейді?

Барлық жобаның блок -схемасы жоғарыда көрсетілген.

Кездейсоқ қысқа тұйықталу кезінде тізбек тақтасына зақым келтірмеу үшін айнымалы ток желісінен қуат алынады және сақтандырғыш арқылы өтеді.

Содан кейін айнымалы ток желісі екі бөлікке бөлінеді:

1. Ток сенсоры арқылы жүктеуге (ACS712)

2. 230 В айнымалы ток/5 В тұрақты ток көзінің модулі

5В қуат көзі модулі микроконтроллерге (Arduino/Wemos), ток сенсорына (ACS712) және OLED дисплейіне қуат береді.

Жүктеме арқылы өтетін айнымалы ток ток сенсорлық модулі (ACS712) арқылы сезіледі және Arduino/Wemos тақтасының аналогтық түйреуішіне (A0) беріледі. Аналогты кіріс Arduino -ға берілгеннен кейін қуатты/энергияны өлшеу Arduino эскизі арқылы жүзеге асады.

Arduino/Wemos есептеген қуат пен энергия 0,96 дюймдік OLED дисплей модулінде көрсетіледі.

Wemos кіріктірілген WiFi чипі үй маршрутизаторына қосылған және Blynk қосымшасына қосылған. Осылайша, сіз OTA арқылы смартфоннан параметрлерді бақылауға, сонымен қатар әр түрлі параметрлерді калибрлеуге және өзгертуге болады.

3 -қадам: AC негіздерін түсіну

Айнымалы токты талдау кезінде кернеу де, ток та уақыт бойынша синусоидальды түрде өзгереді.

Нақты қуат (P):

Бұл кВт -та көрсетілген пайдалы жұмыс үшін құрылғы пайдаланатын қуат.

Нақты қуат = Кернеу (V) x Ток (I) x cosΦ

Реактивті қуат (Q):

Көбінесе бұл қиялдың күші деп аталады, бұл қуат көзі мен жүктеме арасындағы тербеліс, ол пайдалы жұмыс жасамайды.

Реактивті қуат = Кернеу (V) x Ток (I) x sinΦ

Көрінетін қуат (лар):

Ол орташа квадраттық кернеу мен орташа ток квадратының туындысы ретінде анықталады. Мұны нақты және реактивті қуаттың нәтижесі ретінде де анықтауға болады. Ол кВА -да көрсетілген

Көрінетін қуат = Кернеу (V) x Ток (I)

Нақты, реактивті және көрінетін күш арасындағы байланыс:

Нақты қуат = Көрінетін қуат x cosΦ

Реактивті қуат = Көрінетін қуат x sinΦ

(кВА) ² = (кВт) ² + (кВАр) ²

Қуат факторы (pf):

Нақты қуаттың тізбектегі көрінетін қуатқа қатынасы қуат коэффициенті деп аталады.

Қуат факторы = нақты қуат/көрінетін қуат

Жоғарыда айтылғандардан біз кернеу мен токты өлшеу арқылы қуаттың барлық түрін, сондай -ақ қуат коэффициентін өлшеуге болатынын түсінеміз.

Сурет несиесі: openenergymonitor.org

4 -қадам: Қаражат сенсоры

Айнымалы ток ток ток трансформаторының көмегімен өлшенеді, бірақ бұл жоба үшін ACS712 ток сенсоры ретінде таңдалды, себебі оның бағасы төмен және өлшемі кішірек. ACS712 ток сенсоры - индукцияланған кезде токты дәл өлшейтін Hall Effect ток сенсоры. Айнымалы ток сымының айналасындағы магнит өрісі анықталады, ол эквивалентті шығыс кернеуін береді. Содан кейін аналогты кернеу шығысы микроконтроллермен өңделеді, ол жүктеме арқылы ток ағымын өлшейді.

ACS712 сенсоры туралы көбірек білу үшін сіз осы сайтқа кіре аласыз. Холл эффектісінің сенсоры туралы жақсы түсініктеме алу үшін мен Embedded-зертхананың жоғарыдағы суретін қолдандым.

5 -қадам: ACS712 арқылы ағымдағы өлшеу

ACS712 ток датчигінің шығысы айнымалы кернеудің толқыны болып табылады. Бізге токтың жылдамдығын есептеу керек, мұны келесі жолмен жасауға болады.

1. Шыңнан ең жоғары кернеуді өлшеу (Vpp)

2. Шыңды максималды кернеуді (Vpp) екіге бөліп, ең жоғары кернеуді (Vp) алыңыз

3. 0.707 -ге көбейтіп, кернеу (Vrms)

Содан кейін ток сенсорының сезімталдығын (ACS712) көбейтіңіз, осылайша айналмалы ток.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0.707

Irms = Vrms x Сезімталдық

ACS712 5A модулінің сезімталдығы 185мВ/А, 20А модулі 100мВ/А, 30А модулі 66мВ/А құрайды.

Ағымдағы сенсорға қосылу төмендегідей

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5В

ШЫҒУ ----- A0

GND ----- GND

6 -қадам: Қуат пен энергияны есептеу

Бұрын мен айнымалы токтың әр түрлі түрінің негіздерін сипаттадым. Үй шаруашылығының пайдаланушысы бола отырып, нақты қуат (кВт) - біздің басты мәселеміз. Нақты қуатты есептеу үшін кернеуді, rms токты және қуат коэффициентін (pF) өлшеу керек.

Әдетте, менің орналасқан жерімдегі желі кернеуі (230В) тұрақты дерлік (ауытқуы шамалы). Сондықтан мен кернеуді өлшеу үшін бір сенсорды қалдырамын, кернеу датчигін қоссаңыз, менің дәлдігімнен гөрі дәлдік дәлірек. Қалай болғанда да, бұл әдіс - бұл жобаны аяқтаудың және мақсатты орындаудың арзан және қарапайым әдісі.

Кернеу датчигін пайдаланбаудың тағы бір себебі - Wemos аналогтық түйреуішінің шектелуіне байланысты (тек біреуі). ADS1115 сияқты ADC көмегімен қосымша сенсорды қосуға болатынына қарамастан, мен оны қалдырамын. Болашақта, егер менде уақыт болса, мен оны міндетті түрде қосамын.

Жүктеменің қуат коэффициентін бағдарламалау кезінде немесе смартфон қосымшасынан өзгертуге болады.

Нақты қуат (Вт) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (белгілі)

Pf = 0,85 (белгілі)

Irms = ағымдағы сенсордан оқу (белгісіз)

Сурет несиесі: imgoat

7 -қадам: Blynk қосымшасымен байланыс

Wemos тақтасында кіріктірілген WiFi чипі болғандықтан, мен оны маршрутизаторға қосып, смартфоннан тұрмыстық техниканың энергиясын бақылауды ойладым. Wemos тақтасын Arduino орнына қолданудың артықшылықтары: сенсорды калибрлеу және микроконтроллерді физикалық түрде бағдарламаламай -ақ OTA арқылы смартфоннан параметр мәнін өзгерту.

Мен қарапайым опцияны іздедім, сондықтан тәжірибесі жоқ кез келген адам жасай алады. Мен тапқан ең жақсы нұсқа - Blynk қосымшасын пайдалану. Blynk - бұл Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison және тағы басқа жабдықты толық басқаруға мүмкіндік беретін қосымша. Ол Android -де де, iPhone -да да үйлесімді. Blynk -те барлығы ⚡️Энергия бойынша жұмыс істейді. Сіз жаңа есептік жазба жасаған кезде эксперименттерді бастау үшін ⚡️2 000 аласыз; Әр виджеттің жұмыс істеуі үшін энергия қажет. Бұл жоба үшін сізге ⚡️2400 қажет, сондықтан сізге қосымша энергия алу керек ️⚡️400 (бағасы 1 доллардан аз)

мен Өлшеуіш - 2 x ⚡️200 = ⚡️400

іі Белгіленген мәнді көрсету - 2 x ⚡️400 = ⚡️800

iii. Сырғытпалар - 4 x ⚡️200 = ⚡️800

iv. Мәзір - 1x ⚡️400 = ⚡️400

Бұл жобаға қажетті жалпы энергия = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Төмендегі қадамдарды орындаңыз:

1-қадам: Blynk қосымшасын жүктеңіз

1. Android үшін

2. iPhone үшін

2-қадам: авторизация белгісін алыңыз

Blynk қосымшасы мен аппараттық құралдарды қосу үшін сізге авторизация белгісі қажет. Blynk қосымшасында жаңа тіркелгі жасаңыз.

2. Жоғарғы мәзір жолағындағы QR белгішесін басыңыз. Жоғарыда көрсетілген QR кодын сканерлеу арқылы осы жобаның клонын жасаңыз. Сәтті табылғаннан кейін бүкіл жоба бірден сіздің телефоныңызға түседі.

3. Жоба жасалғаннан кейін біз сізге электронды пошта арқылы авторизация белгісін жібереміз.

4. Электрондық поштаның кіріс жәшігін тексеріп, растау белгісін табыңыз.

3-қадам: Wemos тақтасына Arduino IDE дайындау

Arduino кодын Wemos тақтасына жүктеу үшін осы нұсқауларды орындау керек

4-қадам: Кітапханаларды орнатыңыз

Содан кейін кітапхананы Arduino IDE -ге импорттау керек

Blynk кітапханасын жүктеп алыңыз

OLED дисплейі үшін кітапханаларды жүктеңіз: i. Adafruit_SSD1306 ii. Adafruit-GFX-кітапханасы

5-қадам: Ардуино эскизі

Жоғарыда көрсетілген кітапханаларды орнатқаннан кейін төменде берілген Arduino кодын қойыңыз.

1-қадамдағы аутентификация кодын, маршрутизатордың ssid және құпия сөзін енгізіңіз.

Содан кейін кодты жүктеңіз.

8 -қадам: Электронды тақтаны дайындаңыз

Схеманы ұқыпты және таза ету үшін мен 4х6 см прототиптік тақтаны қолдана отырып, тақтаны жасадым. Алдымен мен ерлер тақырыптарының түйреуішін Wemos тақтасына дәнекерледім. Содан кейін мен әр түрлі тақталарды орнату үшін прототиптік тақтаға әйел тақырыптарын дәнекерледім:

1. Wemos тақтасы (2 x 8 істікшелі әйел тақырыбы)

2. 5В тұрақты ток көзі

3. Ағымдағы сенсор модулі (3 істікшелі әйел тақырыбы)

4. OLED дисплейі (4 істікшелі әйел тақырыбы)

Ақырында мен қоректендіру блогына айнымалы ток беру үшін 2 істікшелі бұрандалы терминалды дәнекерледім.

Барлық тақырыпты түйреуішті дәнекерлегеннен кейін, жоғарыда көрсетілгендей қосылым жасаңыз. Мен барлық қосылу үшін 24 AWG дәнекерлеу сымын қолдандым.

Байланыс келесідей

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Дауыс беру-A0

2. OLED дисплейі:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd- GND

SCL- D1

SDA-D2

3. Қуат беру модулі:

Бұрандалы терминалға қосылған қуат көзінің модулінің айнымалы ток кіріс штыры (2 істік).

V1pin шығысы Wemos 5V -ге қосылады, ал GND штыры Wemos GND -ге қосылады.

9 -қадам: 3D басып шығарылған корпус

Коммерциялық өнімге жақсы көрініс беру үшін мен осы жобаның корпусын жасадым. Қоршауды жобалау үшін Autodesk Fusion 360 қолдандым. Қоршау екі бөліктен тұрады: төменгі және жоғарғы қақпақ. Thingiverse. STL файлдарын жүктеуге болады.

Төменгі бөлігі негізінен негізгі ПХД (4 x6 см), ток сенсоры мен сақтандырғыш ұстағышына сәйкес келеді. Жоғарғы қақпақ айнымалы ток розеткасы мен OLED дисплейін орнатуға арналған.

Бөлшектерді басып шығару үшін мен Creality CR-10S 3D принтерін және 1,75 мм күмістен жасалған PLA мен қызыл PLA талшығын қолдандым. Негізгі корпусты басып шығаруға шамамен 5 сағат, ал жоғарғы қақпақты басып шығару үшін шамамен 3 сағат қажет болды.

Менің параметрлерім:

Басып шығару жылдамдығы: 60 мм/с

Қабат биіктігі: 0.3

Толтыру тығыздығы: 100%

Экструдер температурасы: 205 градус

Төсек температурасы: 65 градус

10 -қадам: Айнымалы ток сымдарының диаграммасы

Айнымалы ток сымында 3 сым бар: желі (қызыл), бейтарап (қара) және жерге тұйықталған (жасыл).

Қуат сымының қызыл сымы сақтандырғыштың бір терминалына қосылған. Сақтандырғыштың басқа терминалы серіппелі екі терминалды қосқышқа қосылған. Қара сым серіппелі коннекторға тікелей қосылған.

Енді электронды платаға (Wemos, OLED және ACS712) қажетті қуат серіппелі коннектордан кейін тасылады. Негізгі тақтаны оқшаулау үшін рокер қосқышы тізбектей қосылады. Жоғарыдағы схеманы қараңыз.

Содан кейін қызыл сым (желі) «L» айнымалы ток розеткасына, ал жасыл сым (жерге) орталық терминалға (G белгісімен) қосылады.

Бейтарап терминал ACS712 ток сенсорының бір терминалына қосылған. ACS712 екінші терминалы серіппелі коннекторға қайта қосылады.

Барлық сыртқы байланыстар аяқталғаннан кейін тақтаны мұқият тексеріп, дәнекерлеу ағынының қалдықтарын кетіру үшін тазалаңыз.

Ескерту: Электр тізбегінің кез келген бөлігіне қуат берілмеген кезде қол тигізбеңіз. Кез келген кездейсоқ тию өлімге әкелетін жарақатқа немесе өлімге әкелуі мүмкін. Жұмыс кезінде қауіпсіз болыңыз, мен шығынға жауап бермеймін.

11 -қадам: Барлық компоненттерді орнатыңыз

Компоненттерді (AC розеткасы, рокер қосқышы және OLED дисплейі) суреттегідей жоғарғы қақпақ ұяларына салыңыз. Содан кейін бұрандаларды бекітіңіз. Төменгі бөлігінде негізгі ПХД тақтасын орнатуға арналған 4 тіреуіш бар. Алдымен, жезден жасалған тіреуішті жоғарыда көрсетілгендей тесікке салыңыз. Содан кейін 2M бұрандасын төрт бұрышқа бекітіңіз.

Сақтандырғыш ұстағыш пен ток сенсорын төменгі корпуста берілген ұяға қойыңыз. Мен оларды негізге жабыстыру үшін 3М монтаждық квадраттарды қолдандым. Содан кейін барлық сымдарды дұрыс бағыттаңыз.

Соңында жоғарғы қақпақты қойып, 4 гайканы (3M x16) бұрыштарға бекітіңіз.

12 -қадам: Қорытынды тестілеу

Энергия есептегіштің қуат сымын розеткаға қосыңыз.

Келесі параметрлерді Blynk қосымшасынан өзгертіңіз

1. Жүктеме қосылмаған кезде ағымдағы нөлді алу үшін CALIBRATE жүгірткіні сырғытыңыз.

2. Мультиметр көмегімен үйдегі айнымалы токтың кернеуін өлшеңіз және ЖАБДЫҚ ВОЛОТЫ жүгірткісін жылжыту арқылы орнатыңыз.

3. Қуат факторын орнатыңыз

4. Орналасқан жеріңіз бойынша энергия тарифін енгізіңіз.

Содан кейін қуаты өлшенетін құралды қуат есептегішінің розеткасына қосыңыз. Енді сіз тұтынылатын энергияны өлшеуге дайынсыз.

Сізге менің жобамды оқу кезінде ұнады деп үміттенемін.

Егер жақсарту бойынша ұсыныстарыңыз болса, төменде пікір қалдырыңыз. Рақмет!

Микроконтроллер сайысында екінші орын