„Arduino“energijos sąnaudų elektros skaitiklio prietaisas: 13 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Ar per daug mokate už sąskaitas už elektrą?

Ar norite sužinoti, kiek elektros energijos sunaudoja jūsų virdulys ar šildytuvas?

Sukurkite savo nešiojamą elektros energijos elektros skaitiklį!

Pažiūrėkite, kaip radau šio prietaiso naudojimą.

1 žingsnis: Paruošimas. Įrankiai Varžtai ir eksploatacinės medžiagos

Norint įgyvendinti šį projektą, jums reikia kelių dalykų.

• Namų kompiuteris su įdiegtu XOD IDE.
• 3D spausdintuvas.

Įrankiai:

• Kirpimo mašinėlės.
• Atsuktuvas.
• Replės.
• Litavimo įrankiai.
• Adatos failas.

Eksploatacinės medžiagos:

• Švitrinis popierius.
• Susitraukti vamzdeliai.
• 14 AWG laidų arba mažiau 220 V grandinei.
• 24 arba 26 AWG laidai 5V loginei grandinei.

Varžtai:

• Varžtas M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm ilgio.
• Varžtas M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm ilgio.
• Varžtas M2 / M2.5 (DIN7981 ar kitas).
• Šešiakampė veržlė M3 (DIN 934/ DIN 985).

2 žingsnis: Paruošimas. Elektronika

Norėdami sukurti įrenginį, jums reikia kai kurių elektroninių komponentų. Išsiaiškinkime, kurios.

Visų pirma, jums reikia kintamosios srovės jutiklio.

Įrenginys gali veikti esant didelei srovei, todėl jutiklis turėtų būti tinkamas. Internete radau „Allegro“pagamintą jutiklį ACS712.

1 x 20A diapazono srovės jutiklis ACS712 modulis ~ 9 $;

Šis jutiklis yra analoginis ir matuoja srovę naudojant „Hall“efektą. Jis naudoja vieną laidą išmatuotai vertei perduoti. Galbūt tai nėra labai tikslu, bet manau, kad tokiam įrenginiui to pakanka. ACS712 jutiklis gali būti trijų tipų su skirtingomis maksimaliomis matavimo ribomis:

• ACS712ELCTR-05B (maks. 5 amperai);
• ACS712ELCTR-20A (maks. 20 amperų);
• ACS712ELCTR-30A (ne daugiau kaip 30 amperų).

Galite pasirinkti jums reikalingą versiją. Aš naudoju 20 amperų versiją. Nemanau, kad srovė mano lizduose viršija šią vertę.

Jums reikia valdiklio, kad galėtumėte skaityti jutiklių duomenis ir atlikti visus kitus skaičiavimus.

Žinoma, pasirinkau „Arduino“. Manau, kad tokiems „pasidaryk pats“projektams nėra nieko patogiau. Mano užduotis nėra sunki, todėl man nereikia išgalvotos lentos. Aš nusipirkau „Arduino Micro“.

1 x „Arduino Micro“~ 20 USD;

„Arduino“maitinama nuolatine iki 12 V įtampa, o aš ketinau matuoti 220 V kintamąją įtampą. Be to, ACS jutiklis turi būti maitinamas tiksliai 5 voltais. Norėdami išspręsti problemą, aš nusipirkau kintamosios srovės į nuolatinės srovės keitiklį nuo 220 iki 5 voltų.

1 x kintamosios srovės į nuolatinės srovės maitinimo modulio maitinimo įvestis: AC86-265V išėjimas: 5V 1A ~ 7 $;

Aš naudoju šį keitiklį „Arduino“ir jutiklio maitinimui.

Norėdami vizualizuoti matavimus, ekrane parodysiu išleistų pinigų sumą. Aš naudoju šį 8x2 simbolių LCD ekraną.

1 x 0802 LCD 8x2 simbolių LCD ekrano modulis 5V ~ 9 $;

Tai mažas, suderinamas su „Arduino“ekranu. Bendraudamas su valdikliu jis naudoja savo duomenų magistralę. Be to, šis ekranas turi foninį apšvietimą, kuris gali būti vienos spalvos. Gavau oranžinę.

3 žingsnis: Paruošimas. Sūnūs

Įrenginys turi turėti savo maitinimo kištuką ir lizdą.

Namuose kokybiškai ir patikimai prijungti kištuką yra gana sudėtinga. Be to, norėjau, kad prietaisas būtų nešiojamas ir kompaktiškas be jokių laidų ir laidų.

Aš nusprendžiau techninės įrangos parduotuvėje nusipirkti keletą universalių lizdų ir kištukų, kad juos išardyčiau, kad galėčiau naudoti bet kokias jų dalis. Pirktos jungtys yra F tipo arba vadinamos „Shuko“. Šis ryšys naudojamas visoje Europos Sąjungoje. Yra įvairių tipų jungčių, pavyzdžiui, A arba B tipai yra šiek tiek mažesni nei F ir naudojami Šiaurės Amerikoje. Vidiniai lizdų matmenys ir išoriniai kištukų matmenys yra standartizuoti visų tipų jungtims.

Norėdami gauti daugiau informacijos, apie įvairius lizdų tipus galite perskaityti čia.

Išmontuodamas keletą lizdų, pastebėjau, kad jų vidines dalis galima lengvai nuimti. Šios dalys turi beveik vienodus mechaninius matmenis. Aš nusprendžiau juos naudoti.

Taigi, norint sukurti savo įrenginį, jums reikia:

• Pasirinkite ryšio tipą;
• Raskite kištukus ir lizdus, kuriuos galite naudoti ir kuriuos galima lengvai išardyti;
• Pašalinkite jų vidines dalis.

Aš naudojau šį lizdą:

1 x įžemintas kištukas 16A 250V ~ 1 $;

Ir šis kištukas:

1 x kištukas 16A 250V ~ 0, 50 $;

4 žingsnis: Paruošimas. 3D spausdinimas

Aš spausdinau prietaiso kūno dalis 3D spausdintuvu. Naudojau įvairių spalvų ABS plastiką.

Čia yra dalių sąrašas:

• Pagrindinis korpusas (violetinė) - 1 gabalas;
• Galinis dangtelis (geltonas) - 1 gabalas;
• Lizdas (rožinis) - 1 gabalas;
• Kištuko dėklas (raudonas) - 1 gabalas;

Pagrindiniame korpuse yra srieginės angos srovės jutikliui ir galiniam dangteliui pritvirtinti.

Galiniame dangtelyje yra srieginės skylės, skirtos AC-DC keitikliui pritvirtinti, ir užspaudžiama jungtis, skirta pritvirtinti „Arduino Micro“.

Visos dalys turi skyles M3 varžtams, skirtiems ekranui, kištukui ir lizdams pritvirtinti.

Atkreipkite dėmesį į lizdo korpusą ir kištuko korpuso dalis.

Šių dalių vidiniai paviršiai yra iš anksto sumodeliuoti specialiai mano jungtims. Toms išardytoms jungtims iš ankstesnio žingsnio.

Taigi, jei norite sukurti savo įrenginį, o kištukiniai lizdai skiriasi nuo mano, turite pataisyti arba modifikuoti lizdo korpuso ir kištuko korpuso 3D modelius.

STL modeliai yra priede. Jei reikia, galiu pridėti šaltinio CAD modelius.

5 žingsnis: Surinkimas. Lizdas

Medžiagų sąrašas:

1. 3D spausdintas lizdo dėklas - 1 gabalas;
2. Lizdas - 1 gabalas;
3. Aukštos įtampos laidai (14 AWG ar mažiau).

Surinkimo procesas:

Pažvelkite į eskizą. Vaizdas padės surinkti.

• Paruoškite lizdą (2 poz.). Lizdas turi būti tvirtai prigludęs prie dėklo iki atramos. Jei reikia, lizdo kontūrą apdorokite švitriniu popieriumi arba adatos dilde.
• Prijunkite aukštos įtampos laidus prie lizdo. Naudokite gnybtus arba litavimą.
• Įkiškite lizdą (2 poz.) Į dėklą (1 poz.).

Neprivaloma:

Pritvirtinkite korpuso lizdą varžtu per korpuso platformą

6 žingsnis: Surinkimas. Pagrindinis korpusas

Medžiagų sąrašas:

1. 3D spausdintas pagrindinis korpusas - 1 gabalas;
2. Surinktas lizdo dėklas - 1 gabalas;
3. ACS 712 srovės jutiklis - 1 gabalas;
4. 8x2 LCD ekranas - 1 gabalas;
5. Varžtas M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm ilgio- 4 vnt.
6. Varžtas M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm ilgio- 4 vnt.
7. Varžtas M2 / M2.5 (DIN7981 ar kitas) - 2 vnt.
8. Šešiakampė veržlė M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 vnt.
9. 24 arba 26 AWG laidai.
10. Aukštos įtampos laidai (14 AWG ar mažiau).

Surinkimo procesas:

Pažvelkite į eskizą. Vaizdas padės surinkti.

• Prie pagrindinio korpuso paruoškite didelę skylę (1 poz.). Surinktas lizdo dėklas turi tvirtai tilpti į jį. Jei reikia, apdorokite skylės kontūrą švitriniu popieriumi arba adatos dilde.
• Įdėkite lizdo dėklą (2 poz.) Prie pagrindinio korpuso (1 poz.) Ir pritvirtinkite varžtais (6 poz.) Ir veržlėmis (8 poz.).
• Prijunkite aukštos įtampos laidus prie srovės jutiklio (3 poz.). Naudokite gnybtų blokus.
• Srovės jutiklį (3 poz.) Pritvirtinkite prie pagrindinio korpuso (1 poz.), Naudodami varžtus (7 poz.).
• Prijunkite arba lituokite laidus prie ekrano (4 poz.) Ir srovės jutiklio (3 poz.)
• Pritvirtinkite ekraną (4 poz.) Prie pagrindinio korpuso (1 poz.), Naudodami varžtus (5 poz.) Ir veržles (8 poz.).

7 žingsnis: Surinkimas. Kištukinis dėklas

Medžiagų sąrašas:

1. 3D spausdintas kištukinis dėklas - 1 gabalas;
2. Kištukas - 1 gabalas;
3. Aukštos įtampos laidai (14 AWG ar mažiau).

Surinkimo procesas:

Pažvelkite į eskizą. Vaizdas padės surinkti.

• Paruoškite kištuką (2 poz.). Kištukas turi būti tvirtai prigludęs prie dėklo iki sustojimo. Jei reikia, lizdo kontūrą apdorokite švitriniu popieriumi arba adatos dilde.
• Prijunkite aukštos įtampos laidus prie kištuko (2 poz.). Naudokite gnybtus arba litavimą.
• Įkiškite kištuką (2 poz.) Į dėklą (1 poz.).

Neprivaloma:

Pritvirtinkite kištuką korpuse varžtu. Prisukimo vieta parodyta eskize

8 žingsnis: Surinkimas. Galinis dangtelis

Medžiagų sąrašas:

1. 3D spausdintas galinis viršelis - 1 gabalas;
2. Surinktas kištuko dėklas - 1 gabalas;
3. AC -DC įtampos keitiklis - 1 gabalas;
4. „Arduino Micro“- 1 gabalas;
5. Varžtas M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm ilgio- 4 vnt.
6. Varžtas M2 / M2.5 (DIN7981 ar kitas) - 4 vnt.
7. Šešiakampė veržlė M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 vnt.

Surinkimo procesas:

Pažvelkite į eskizą. Vaizdas padės surinkti.

• Paruoškite didelę skylę galiniame dangtelyje (1 poz.). Sumontuotas kištukinis dėklas (2 poz.) Turi tvirtai tilpti į jį. Jei reikia, apdorokite skylės kontūrą švitriniu popieriumi arba adatos dilde.
• Įkiškite kištuko korpusą (2 poz.) Į galinį dangtelį (1 poz.) Ir pritvirtinkite varžtais (5 poz.) Ir veržlėmis (7 poz.).
• Pritvirtinkite „Arduino“(4 poz.) Prie galinio dangtelio (1 poz.).
• Pritvirtinkite kintamosios srovės įtampos keitiklį (3 poz.) Varžtais (6 poz.) Prie galinio dangtelio (1 poz.).

9 žingsnis: Surinkimas. Litavimas

Medžiagų sąrašas:

1. Aukštos įtampos laidai (14 AWG ar mažiau).
2. 24 arba 26 AWG laidai.

Surinkimas:

Lituokite visus komponentus kartu, kaip parodyta eskize.

Aukštos įtampos laidai iš kištuko yra lituojami prie kintamosios srovės keitiklio ir kabelių iš lizdo.

ACS712 yra analoginis srovės jutiklis ir maitinamas 5 V įtampa. Jutiklį galite įjungti iš „Arduino“arba tiesiogiai iš kintamosios srovės keitiklio.

• Vcc kaištis - 5 V „Arduino“kaištis / 5 V kintamosios srovės kaištis;
• GND - GND Arduino kaištis / GND AC -DC kaištis;
• OUT - analoginis A0 „Arduino“kaištis;

LCD 8x2 simbolių skystųjų kristalų ekranas maitinamas 3,3–5 V įtampa ir turi savo duomenų magistralę. Ekranas gali bendrauti 8 bitų (DB0-DB7) arba 4 bitų (DB4-DB7) režimu. Aš naudojau 4 bitų. Ekraną galite įjungti iš „Arduino“arba iš AC-DC keitiklio.

• Vcc kaištis - 5 V „Arduino“kaištis / 5 V kintamosios srovės kaištis;
• GND - GND Arduino kaištis / GND AC -DC kaištis;
• Vo - GND Arduino kaištis / GND AC -DC kaištis;
• R / W - GND Arduino kaištis / GND AC -DC kaištis;
• RS - skaitmeninis 12 „Arduino“kaiščių;
• E - skaitmeninis 11 „Arduino“kaištis;
• DB4 - skaitmeninis 5 „Arduino“kaištis;
• DB5 - skaitmeninis 4 „Arduino“kaištis;
• DB6 - skaitmeninis 3 „Arduino“kaištis;
• DB7 - skaitmeninis 2 „Arduino“kaištis;

Pranešimas:

Nepamirškite izoliuoti visų aukštos įtampos laidų susitraukiančiais vamzdeliais! Taip pat izoliuokite aukštos įtampos lituotus kontaktus kintamosios ir nuolatinės srovės įtampos keitiklyje. Taip pat izoliuokite aukštos įtampos lituotus kontaktus kintamosios ir nuolatinės srovės įtampos keitiklyje.

Būkite atsargūs su 220V. Aukšta įtampa gali jus nužudyti!

Nelieskite jokių elektroninių komponentų, kai prietaisas prijungtas prie elektros tinklo.

Nejunkite „Arduino“prie kompiuterio, kai įrenginys prijungtas prie elektros tinklo.

10 žingsnis: Surinkimas. Baigti

Medžiagų sąrašas:

1. Surinktas pagrindinis korpusas - 1 gabalas;
2. Surinktas galinis dangtelis - 1 gabalas;
3. Varžtas M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm ilgio - 4 vnt.

Surinkimo procesas:

Pažvelkite į eskizą. Vaizdas padės surinkti.

• Baigę lituoti, tvirtai įstatykite visus laidus į pagrindinį korpusą (1 poz.).
• Įsitikinkite, kad niekur nėra atvirų kontaktų. Laidai neturi kirsti, o jų atviros vietos neturi liestis su plastikiniu korpusu.
• Galinį dangtelį (2 poz.) Pritvirtinkite varžtais (3 poz.) Prie pagrindinio korpuso (1 poz.).

11 žingsnis: XOD

Norėdami programuoti „Arduino“valdiklius, naudoju XOD vaizdinio programavimo aplinką. Jei esate naujokas elektros inžinerijos srityje arba galbūt tiesiog norite parašyti paprastas programas tokiems „Arduino“valdikliams kaip aš, išbandykite XOD. Tai ideali priemonė greitam įrenginio prototipų kūrimui.

XOD galite kurti programas tiesiai naršyklės lange. Asmeniškai man labiau patinka darbalaukio versija.

Savo ECEM įrenginiui XOD sukūriau gabbapeople/elektros skaitiklių biblioteką. Šioje bibliotekoje yra visi mazgai, kurių reikia norint sukurti tą pačią programą. Jame taip pat yra paruoštos programos pavyzdys. Taigi būtinai įtraukite jį į savo XOD darbo sritį.

Procesas:

• Įdiekite „XOD IDE“programinę įrangą savo kompiuteryje.
• Pridėkite „gabbapeople“/elektros skaitiklių biblioteką prie darbo vietos.
• Sukurkite naują projektą ir pavadinkite jį smth.

Toliau aprašysiu, kaip užprogramuoti šį įrenginį XOD.

Paskutiniame nurodytame žingsnyje taip pat pridėjau ekrano kopiją su išplėstine programos versija.

12 žingsnis: programavimas

Štai jums reikalingi mazgai:

Acs712-20a kintamosios srovės jutiklio mazgas

Tai pirmasis mazgas, uždėtas ant pleistro. Jis naudojamas momentinei srovei matuoti. Šioje bibliotekoje yra 3 skirtingų tipų mazgai. Jie skiriasi srovės stiprio matavimo dangtelio tipu. Pasirinkite tą, kuris atitinka jūsų jutiklio tipą. Įdedu acs712-20a kintamosios srovės jutiklio mazgą. Šis mazgas išleidžia srovės stiprumo vertę amperais.

Prie šio mazgo PORT kaiščio turėčiau įdėti „Arduino Micro“kaiščio, prie kurio prijungiau dabartinį jutiklį, vertę. Lituodavau jutiklio signalinį kaištį prie A0 „Arduino“kaiščio, todėl A0 reikšmę įdėjau į PORT kaištį.

UPD kaiščio vertė turi būti nustatyta į nuolat, kad būtų galima nuolat matuoti srovės intensyvumą įjungus įrenginį. Be to, matuojant kintamąją srovę, turiu nurodyti dažnį. Mano elektros tinkle kintamosios srovės dažnis yra lygus 50 Hz. Aš įdėjau 50 reikšmę į dažnio FRQ kaištį.

Dauginimo mazgas

Jis apskaičiuoja elektros galią. Elektros galia yra srovės ir įtampos dauginimo produktas.

Įdėkite dauginimo mazgą ir susiekite vieną iš jo kaiščių su jutiklio mazgu, o kintamosios srovės įtampos vertę prijunkite prie antrojo kaiščio. Aš įdėjau 230 vertę. Tai reiškia įtampą mano elektros tinkle.

Integruoti-dt mazgas

Naudojant du ankstesnius mazgus, prietaiso srovę ir galią galima iš karto išmatuoti. Tačiau reikia apskaičiuoti, kaip laikui bėgant keičiasi energijos suvartojimas. Norėdami tai padaryti, galite integruoti momentinę galios vertę naudodami integruoti-dt mazgą. Šis mazgas kaups dabartinę galios vertę.

UPD kaištis aktyvina sukauptos vertės atnaujinimą, o RST kaištis sugrąžina sukauptą vertę į nulį.

Pinigų mazgas

Po integracijos, esant integruoto-dt mazgo išėjimui, jūs gaunate elektros energijos suvartojimą vatais per sekundę. Kad būtų patogiau suskaičiuoti išleistus pinigus, uždėkite mazgą į pinigus. Šis mazgas energijos suvartojimą iš vatų per sekundę paverčia kilovatais per valandą ir sukauptą vertę padaugina iš vieno kilovato per valandą kainos.

Į KLR kaištį įdėkite vieno kilovato valandos kainą.

Naudojant mazgą „pinigai“, sukaupta elektros energijos vertė konvertuojama į išleistų pinigų sumą. Šis mazgas jį išleidžia doleriais.

Viskas, ką jums reikia padaryti, tai parodyti šią vertę ekrano ekrane.

Tekstas-lcd-8x2 mazgas

Aš naudoju LCD ekraną su 2 eilutėmis ir keturiais 8 simboliais. Aš įdėjau teksto-lcd-8x2 mazgą šiam ekranui ir nustatiau visas prievado kaiščio reikšmes. Šie prievado kaiščiai atitinka „Arduino“mikro prievadus, prie kurių ekranas yra lituojamas.

Pirmoje ekrano eilutėje, prie L1 kaiščio, parašiau eilutę „Iš viso:“.

Aš susiejau „to-money“mazgo išvesties kaištį su L2 kaiščiu, kad būtų rodoma pinigų suma antroje ekrano eilutėje.

Pleistras paruoštas.

Paspauskite Diegti, pasirinkite plokštės tipą ir įkelkite jį į įrenginį.

13 žingsnis: išplėstinė programa

Galite savarankiškai pratęsti ankstesnio veiksmo programą. Pavyzdžiui, pažiūrėkite į pridėtą ekrano kopiją.

Kaip galima pakeisti pleistrą?

• Susiekite „acs712-20a-ac-current-sensor“išvestį tiesiai prie ekrano mazgo, kad ekrane būtų rodoma momentinė srovės vertė be kitų skaičiavimų.
• Susiekite dauginimo mazgo išvestį tiesiogiai su ekrano mazgu, kad išvestumėte elektros energiją, kuri šiuo metu sunaudojama;
• Sujunkite integruoto-dt mazgo išvestį tiesiai į rodomą mazgą, kad išvestumėte sukauptą vartojimo vertę;
• Iš naujo nustatykite skaitiklį paspausdami mygtuką. Tai gera idėja, bet pamiršau savo įrenginyje pridėti vietą mygtukui =). Uždėkite mygtuko mazgą ant pleistro ir susiekite jo PRS kaištį su integruoto-dt mazgo RST kaiščiu.
• Galite sukurti įrenginį, kurio ekranas didesnis nei 8x2, ir rodyti visus parametrus vienu metu. Jei ketinate naudoti 8x2 ekraną kaip aš, naudokite sujungimo, formato numerio, pado su nuliais mazgus, kad visos reikšmės tilptų į eilutes.

Sukurkite savo prietaisą ir sužinokite, kokia gobšiausia technika namuose!

Šį prietaisą galite rasti labai naudingą namų ūkyje taupydami elektros energiją.

Greitai pasimatysime.