Arduino uređaj za mjerenje troškova energije: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Plaćate li previše račune za struju?

Želite li znati koliko električni čajnik ili grijač troši električnu energiju?

Napravite vlastiti prijenosni električni mjerač cijene energije!

Pogledajte kako sam pronašao upotrebu ovog uređaja.

Korak 1: Priprema. Alati Vijci i potrošni materijal

Za izradu ovog projekta potrebno vam je nekoliko stvari.

• Kućni računar sa instaliranim XOD IDE -om.
• 3D štampač.

Alati:

• Clippers.
• Šrafciger.
• Kliješta.
• Alati za lemljenje.
• Igla za igle.

Potrošni materijal:

• Brusni papir.
• Skupljajuće cijevi.
• 14 AWG žica ili manje za krug 220V.
• 24 ili 26 AWG žica za 5V logičko kolo.

Vijci:

• Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dužine 20 mm.
• Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dužine 10 mm.
• Vijak M2 / M2.5 (DIN7981 ili drugi).
• Šesterokutna matica M3 (DIN 934/ DIN 985).

Korak 2: Priprema. Elektronika

Za izradu uređaja potrebne su vam neke elektroničke komponente. Hajde da shvatimo koje.

Prije svega, potreban vam je senzor izmjenične struje.

Uređaj može raditi s velikom strujom, pa bi senzor trebao biti prikladan. Na internetu sam pronašao senzor ACS712 proizvođača Allegro.

1 x 20A opseg Senzor struje ACS712 Modul ~ 9 USD;

Ovaj senzor je analogni i mjeri struju pomoću Hall efekta. Za prijenos izmjerene vrijednosti koristi jednu žicu. Možda nije baš precizno, ali mislim da je za takav uređaj dovoljno. Senzor ACS712 može biti tri tipa s različitim maksimalnim granicama mjerenja:

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

Možete odabrati verziju koja vam je potrebna. Koristim verziju od 20 amp. Mislim da struja u utičnicama ne prelazi ovu vrijednost.

Potreban vam je kontroler, da biste očitali podatke senzora i izvršili sve ostale proračune.

Naravno, odabrao sam Arduino. Mislim da nema ništa prikladnije za takve DIY projekte. Moj zadatak nije težak, pa mi ne treba otmjena ploča. Kupio sam Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino se napaja istosmjernim naponom do 12V, dok sam ja namjeravao izmjeriti izmjenični napon 220V. Osim toga, ACS senzor treba napajati s točno 5 volti. Da bih riješio problem, kupio sam AC / DC pretvarač od 220 do 5 volti.

1 x Ulaz za napajanje modula AC-DC napajanja: AC86-265V Izlaz: 5V 1A ~ 7 $;

Ovaj pretvarač koristim za napajanje Arduina i senzora.

Da bih vizualizirao svoja mjerenja, prikazujem količinu novca potrošenog na ekranu. Koristim ovaj LCD ekran 8x2 karaktera.

1 x 0802 LCD modul LCD ekrana 8x2 karaktera 5V ~ 9 $;

Ovo je mali, kompatibilan s Arduino zaslonom. Za komunikaciju s kontrolerom koristi vlastitu sabirnicu podataka. Takođe, ovaj ekran ima pozadinsko osvetljenje koje može biti jedne od različitih boja. Uzeo sam narandžastu.

Korak 3: Priprema. Sonnectors

Uređaj bi trebao imati vlastiti utikač i utičnicu.

Prilično je izazovno napraviti kvalitetnu i pouzdanu utičnu vezu kod kuće. Također, želio sam da uređaj bude prenosiv i kompaktan bez ikakvih kabela i žica.

Odlučio sam kupiti neke univerzalne utičnice i utikače u željezari da ih rastavim za upotrebu bilo kojih njihovih dijelova. Konektori koje sam kupio su tipa F ili kako se zovu Shuko. Ova se veza koristi diljem Europske unije. Postoje različiti tipovi konektora, na primjer, tipovi A ili B su nešto manji od F i koriste se u Sjevernoj Americi. Unutrašnje dimenzije utičnica i vanjske dimenzije utikača standardizirane su za sve konektore tog tipa.

Za više informacija ovdje možete pročitati o različitim vrstama utičnica.

Rastavivši nekoliko utičnica, otkrio sam da se njihovi unutarnji dijelovi mogu lako ukloniti. Ovi dijelovi imaju gotovo iste mehaničke dimenzije. Odlučio sam da ih iskoristim.

Dakle, za stvaranje vlastitog uređaja potrebno vam je:

• Odaberite vrstu veze;
• Pronađite utikače i utičnice koje možete koristiti i koje se lako mogu rastaviti;
• Uklonite njihove unutrašnje dijelove.

Koristio sam ovu utičnicu:

1 x Uzemljeni ženski utikač 16A 250V ~ 1 $;

I ovaj utikač:

1 x Muški utikač 16A 250V ~ 0, 50 $;

Korak 4: Priprema. 3D štampanje

Odštampao sam delove tela uređaja na 3D štampaču. Koristio sam ABS plastiku različitih boja.

Evo spiska delova:

• Glavno tijelo (ljubičasto) - 1 komad;
• Zadnji poklopac (žuti) - 1 komad;
• Utičnica (ružičasta) - 1 komad;
• Utikač (crveni) - 1 komad;

Glavno tijelo ima rupe za navoje za pričvršćivanje trenutnog senzora i stražnjeg poklopca.

Stražnji poklopac ima rupe za navoje za pričvršćivanje AC-DC pretvarača i spojni spoj za pričvršćivanje Arduino Micro.

Svi dijelovi imaju rupe za vijke M3 za pričvršćivanje ekrana, utikača i kućišta utičnica.

Obratite pažnju na kućište utičnice i dijelove kućišta utikača.

Unutrašnje površine ovih dijelova unaprijed su modelirane posebno za moje konektore. Za one rastavljene konektore iz prethodnog koraka.

Stoga, ako želite napraviti vlastiti uređaj, a vaši utikači i utičnice razlikuju se od mojih, morate popraviti ili izmijeniti 3D modele kućišta utičnice i utičnice.

STL modeli se nalaze u privitku. Ako je potrebno, mogu priložiti izvorne CAD modele.

Korak 5: Sklapanje. Socket Case

Lista materijala:

1. 3D štampano kućište utičnice - 1 komad;
2. Utičnica - 1 komad;
3. Žice visokog napona (14 AWG ili manje).

Postupak montaže:

Pogledajte skicu. Slika će vam pomoći pri sastavljanju.

• Pripremite utičnicu (poz. 2). Utičnica bi trebala čvrsto pristajati u kućište do graničnika. Ako je potrebno, obradite konturu utičnice brusnim papirom ili turpijom za iglu.
• Priključite visokonaponske žice u utičnicu. Koristite priključne blokove ili lemljenje.
• Umetnite utičnicu (poz. 2) u kućište (poz. 1).

Opciono:

Pričvrstite utičnicu u kućištu vijkom kroz platformu na kućištu

Korak 6: Sklapanje. Glavni dio

Lista materijala:

1. 3D štampano glavno telo - 1 komad;
2. Sklopljeno kućište utičnice - 1 komad;
3. ACS 712 senzor struje - 1 komad;
4. 8x2 LCD ekran - 1 komad;
5. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dužine 20 mm- 4 komada.
6. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dužine 10 mm- 4 komada.
7. Vijak M2 / M2.5 (DIN7981 ili drugi) - 2 komada.
8. Šesterokutna matica M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 komada.
9. 24 ili 26 AWG žica.
10. Žice visokog napona (14 AWG ili manje).

Postupak montaže:

Pogledajte skicu. Slika će vam pomoći pri sastavljanju.

• Pripremite veliku rupu na glavnom tijelu (poz. 1). Sklopljeno kućište utičnice treba čvrsto stati u njega. Ako je potrebno, obradite konturu rupe brusnim papirom ili turpijom za iglu.
• Umetnite kućište utičnice (poz. 2) u glavno tijelo (poz. 1) i pričvrstite je vijcima (poz. 6) i maticama (poz. 8).
• Priključite visokonaponske žice na osjetnik struje (poz. 3). Koristite priključne blokove.
• Pričvrstite osjetnik struje (poz. 3) s glavnim tijelom (poz. 1) pomoću vijaka (poz. 7).
• Spojite ili lemite žice na zaslon (poz. 4) i na senzor struje (poz. 3)
• Pričvrstite ekran (poz. 4) sa glavnim tijelom (poz. 1) pomoću vijaka (poz. 5) i matica (poz. 8).

Korak 7: Sklapanje. Plug Case

Lista materijala:

1. 3D štampana utičnica - 1 komad;
2. Utikač - 1 komad;
3. Žice visokog napona (14 AWG ili manje).

Postupak montaže:

Pogledajte skicu. Slika će vam pomoći pri sastavljanju.

• Pripremite utikač (poz. 2). Utikač treba čvrsto stati u kućište do zaustavljanja. Ako je potrebno, obradite konturu utičnice brusnim papirom ili turpijom za iglu.
• Spojite visokonaponske žice na utikač (poz. 2). Koristite priključne blokove ili lemljenje.
• Umetnite utikač (poz. 2) u kućište (poz. 1).

Opciono:

Utaknite utikač u kućište vijkom. Mesto za zavrtanje prikazano je na skici

Korak 8: Sklapanje. Zadnji poklopac

Lista materijala:

1. 3D štampana poleđina - 1 komad;
2. Sklopljena utičnica - 1 komad;
3. AC -DC pretvarač napona - 1 komad;
4. Arduino Micro - 1 komad;
5. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dužine 10 mm- 4 komada.
6. Vijak M2 / M2.5 (DIN7981 ili drugi) - 4 komada.
7. Šesterokutna matica M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 komada.

Postupak montaže:

Pogledajte skicu. Slika će vam pomoći pri sastavljanju.

• Pripremite veliku rupu na stražnjoj strani poklopca (poz. 1). Sastavljeno kućište utikača (poz. 2) treba čvrsto stati u njega. Ako je potrebno, obradite konturu rupe brusnim papirom ili turpijom za iglu.
• Umetnite kućište utikača (poz. 2) u stražnji poklopac (poz. 1) i pričvrstite ga vijcima (poz. 5) i maticama (poz. 7).
• Pričvrstite Arduino (poz. 4) na stražnji poklopac (poz. 1) pomoću spojnice.
• Pričvrstite AC-DC pretvarač napona (poz. 3) na stražnji poklopac (poz. 1) pomoću vijaka (poz. 6).

Korak 9: Sklapanje. Lemljenje

Lista materijala:

1. Žice visokog napona (14 AWG ili manje).
2. 24 ili 26 AWG žica.

Sklapanje:

Lemite sve komponente zajedno kako je prikazano na skici.

Žice visokog napona iz utikača lemljene su na AC-DC pretvarač i na kablove iz utičnice.

ACS712 je analogni senzor struje, a napaja se 5V. Senzor možete napajati iz Arduina ili iz AC-DC pretvarača.

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

LCD ekran sa 8x2 karaktera napaja se sa 3.3-5V i ima sopstvenu magistralu podataka. Zaslon može komunicirati u 8-bitnom (DB0-DB7) ili 4-bitnom načinu (DB4-DB7). Koristio sam 4-bitni. Zaslon možete napajati iz Arduina ili iz AC-DC pretvarača.

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

Obavještenje:

Ne zaboravite izolirati sve visokonaponske žice skupljajućim cijevima! Također izolirajte visokonaponske lemljene kontakte na AC-DC pretvaraču napona. Također izolirajte visokonaponske lemljene kontakte na AC-DC pretvaraču napona.

Budite oprezni sa 220V. Visoki napon vas može ubiti!

Ne dodirujte nikakve elektroničke komponente kada je uređaj spojen na električnu mrežu.

Ne povezujte Arduino s računalom kada je uređaj spojen na električnu mrežu.

Korak 10: Sklapanje. Završi

Lista materijala:

1. Sastavljeno glavno tijelo - 1 komad;
2. Sklopljeni zadnji poklopac - 1 komad;
3. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dužine 10 mm - 4 komada.

Postupak montaže:

Pogledajte skicu. Slika će vam pomoći pri sastavljanju.

• Nakon što završite sa lemljenjem, dobro postavite sve žice u glavno tijelo (poz. 1).
• Uvjerite se da nigdje nema otvorenih kontakata. Žice se ne smiju presijecati, a njihova otvorena mjesta ne smiju dodirivati plastično tijelo.
• Pričvrstite stražnji poklopac (poz. 2) na glavno tijelo (poz. 1) pomoću vijaka (poz. 3).

Korak 11: XOD

Za programiranje Arduino kontrolera koristim XOD vizualno programsko okruženje. Ako ste tek početnik u elektrotehnici ili možda samo volite pisati jednostavne programe za Arduino kontrolere poput mene, isprobajte XOD. To je idealan instrument za brzu izradu prototipova uređaja.

U XOD -u možete kreirati programe direktno u prozoru pretraživača. Osobno preferiram desktop verziju.

Za svoj ECEM uređaj stvorio sam biblioteku gabbapeople/električno brojilo u XOD-u. Ova biblioteka sadrži sve čvorove koji su vam potrebni za izradu istog programa. Također uključuje pripremljeni primjer programa. Zato ga svakako dodajte u svoj XOD radni prostor.

Proces:

• Instalirajte XOD IDE softver na svoje računalo.
• Dodajte biblioteku gabbapeople/električno brojilo u radni prostor.
• Napravite novi projekt i nazovite ga smth.

Zatim ću opisati kako programirati ovaj uređaj u XOD -u.

Takođe sam priložio snimak ekrana sa proširenom verzijom programa u posljednjem koraku koji se može uputiti.

Korak 12: Programiranje

Evo čvorova koji su vam potrebni:

Čvor senzora acs712-20a-ac-ac-current

Ovo je prvi čvor koji se postavlja na zakrpu. Koristi se za mjerenje trenutne struje. U ovoj biblioteci postoje 3 različite vrste čvorova. Razlikuju se po vrsti kapice za mjerenje amperaže. Odaberite onaj koji odgovara vašem tipu senzora. Postavljam čvor senzora acs712-20a-ac-ac-current. Ovaj čvor daje vrijednost intenziteta struje u amperima.

Na PORT pin ovog čvora trebao bih staviti vrijednost Arduino Micro pina na koji sam spojio svoj trenutni senzor. Lemio sam signalni pin senzora na A0 Arduino pin, pa sam stavio A0 vrijednost na PORT pin.

Vrijednost na UPD pinu treba postaviti na Kontinuirano, za kontinuirano mjerenje intenziteta struje nakon uključivanja uređaja. Također za mjerenje izmjenične struje, moram navesti frekvenciju. U mojoj električnoj mreži frekvencija izmjenične struje je 50 Hz. Stavio sam vrijednost 50 na frekvencijski FRQ pin.

Čvor za množenje

Izračunava električnu snagu. Električna snaga je proizvod umnožavanja struje na napon.

Postavite čvor za množenje i povežite jedan njegov pin sa čvorom senzora i postavite vrijednost izmjeničnog napona na drugi pin. Stavio sam vrednost 230. Odnosi se na napon u mojoj električnoj mreži.

Čvor integrate-dt

Sa dva prethodna čvora, struja i snaga uređaja mogu se odmah mjeriti. No, morate izračunati kako se potrošnja energije mijenja s vremenom. U tu svrhu možete integrirati trenutnu vrijednost snage pomoću čvora integrate-dt. Ovaj čvor će akumulirati trenutnu vrijednost snage.

UPD pin aktivira ažuriranje akumulirane vrijednosti, dok RST pin poništava akumuliranu vrijednost na nulu.

Čvor za novac

Nakon integracije, na izlazu čvora integrate-dt dobivate potrošnju električne energije u vatima u sekundi. Da biste učinili praktičnijim prebrojavanje potrošenog novca, postavite čvor za novac na zakrpu. Ovaj čvor pretvara potrošnju energije iz vata u sekundi u kilovate po satu i umnožava akumuliranu vrijednost po cijeni od jednog kilovata po satu.

Stavite cijenu od jednog kilovata po satu na klin NR Kine.

S čvorom za novac, akumulirana vrijednost potrošnje električne energije pretvara se u iznos potrošenog novca. Ovaj čvor ga iskazuje u dolarima.

Sve što trebate učiniti je prikazati ovu vrijednost na ekranu.

Čvor text-lcd-8x2

Koristio sam LCD ekran sa 2 reda i četiri 8 znakova. Stavio sam čvor text-lcd-8x2 za ovaj ekran i postavio sve pin vrijednosti porta. Ovi pinovi portova odgovaraju Arduino mikro portovima na koje je lemljen ekran.

U prvom redu ekrana, na L1 pinu, napisao sam niz „Ukupno:“.

Izlazni pin čvora to-money sam povezao sa pinom L2, kako bih prikazao količinu novca u drugom redu ekrana.

Zakrpa je spremna.

Pritisnite Deploy, odaberite vrstu ploče i postavite je na uređaj.

Korak 13: Prošireni program

Program možete sami proširiti iz prethodnog koraka. Na primjer, pogledajte priloženi snimak ekrana.

Kako se zakrpa može izmijeniti?

• Povežite izlaz senzora acs712-20a-ac-ac-struje direktno sa čvorom ekrana da biste prikazali trenutnu vrijednost struje na ekranu bez drugih proračuna.
• Povežite izlaz višestrukog čvora izravno s čvorom ekrana za izlaz električne energije koja se trenutno troši;
• Povežite izlaz integrate-dt čvora izravno s čvorom za prikaz da biste prikazali akumuliranu vrijednost potrošnje;
• Resetujte brojač pritiskom na dugme. To je dobra ideja, ali sam zaboravio dodati mjesto za dugme na svom uređaju =). Stavite čvor dugmeta na zakrpu i povežite njegov PRS pin sa RST pinom čvora integrate-dt.
• Možete stvoriti uređaj s ekranom većim od 8x2 i prikazati sve parametre istovremeno. Ako ćete koristiti ekran 8x2 poput mene, upotrijebite čvorove concat, format-number, pad-with-zeroes kako biste sve vrijednosti uklopili u redove.

Napravite svoj uređaj i kod kuće otkrijte najhlepniju tehniku!

Ovaj uređaj možete smatrati vrlo korisnim u domaćinstvu za uštedu električne energije.

Vidimo se uskoro.