Многофункционален измервателен уред за енергия Arduino V1.0: 13 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

В тази инструкция ще ви покажа как да направите многофункционален измервател на енергия, базиран на Arduino. Този малък измервателен уред е много полезно устройство, което показва важна информация за електрическите параметри. Устройството може да измерва 6 полезни електрически параметъра: напрежение, ток, мощност, енергия, капацитет и температура. Това устройство е подходящо само за DC натоварвания като слънчеви фотоволтаични системи. Можете също да използвате този уред за измерване на капацитета на батерията.

Измервателят може да измерва до диапазон на напрежение от 0 - 26V и максимален ток от 3.2A.

Консумативи

Използвани компоненти:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. 0.96 OLED (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Lipo батерия (Amazon)

6. Винтови клеми (Amazon)

7. Заглавки за жени / мъже (Amazon)

8. Перфорирана дъска (Amazon)

9. 24 AWG Wire (Amazon)

10. Плъзгащ превключвател (Amazon)

Използвани инструменти и инструменти:

1. Поялник (Amazon)

2. Машина за сваляне на тел (Amazon)

3. Мултицет (Amazon)

4. Електрически тестер (Amazon)

Стъпка 1: Как работи?

Сърцето на измервателя на енергия е дъската Arduino Pro Micro. Arduino отчита тока и напрежението с помощта на токовия сензор INA219 и температурата се отчита от температурния сензор DS18B20. Според това напрежение и ток Arduino прави математика за изчисляване на мощност и енергия.

Цялата схема е разделена на 4 групи

1. Arduino Pro Micro

Необходимата мощност за Arduino Pro Micro се захранва от LiPo/ Li-Ion батерия чрез плъзгащ се превключвател.

2. Токов сензор

Сензорът за ток INA219 е свързан към платката Arduino в I2C комуникационен режим (SDA и SCL извод).

3. OLED дисплей

Подобно на сегашния сензор, OLED дисплеят също е свързан към платката Arduino в комуникационен режим I2C. Адресът на двете устройства обаче е различен.

4. Температурен сензор

Тук съм използвал температурния сензор DS18B20. Той използва едножичен протокол за комуникация с Arduino.

Стъпка 2: Тестване на дъската

Първо ще направим веригата на платка. Основното предимство на дъската за запояване е, че е без спойка. По този начин можете лесно да промените дизайна, само като изключите компонентите и проводниците, както е необходимо.

След като направих макетното тестване, направих веригата на перфорирана дъска

Стъпка 3: Подгответе дъската Arduino

Arduino Pro Micro идва без запояване на щифта на заглавките. Така че първо трябва да запоите заглавките в Arduino.

Вмъкнете мъжките си заглавки с дълга страна надолу в макет. Сега, с инсталирани заглавки, можете лесно да пуснете дъската Arduino на място върху щифта на заглавките. След това запоявайте всички щифтове към дъската на Arduino.

Стъпка 4: Подгответе заглавките

За да монтирате Arduino, OLED дисплея, токовия сензор и температурния сензор, имате нужда от женски щифт с прави заглавки. Когато купувате прави заглавки, те ще бъдат твърде дълги, за да могат да се използват компонентите. Така че, ще трябва да ги отрежете до подходяща дължина. Използвах щипка, за да я отрежа.

Следват подробности за заглавките:

1. Arduino Board - 2 x 12 пина

2. INA219 - 1 x 6 пина

3. OLED - 1 x 4 пина

4. Темп. Сензор - 1 x 3 пина

Стъпка 5: Запоявайте женските заглавки

След като подготвите щифта на женските заглавки, ги запоявайте към перфорираната дъска. След запояване на щифтовете на заглавката проверете дали всички компоненти пасват перфектно или не.

Забележка: Ще препоръчам да запоите текущия сензор директно към платката, вместо през женския заглавие.

Свързах се чрез заглавния щифт за повторно използване на INA219 за други проекти.

Стъпка 6: Монтирайте температурния сензор

Тук използвам температурния сензор DS18B20 в опаковката TO-92. Като се има предвид лесната подмяна, използвах 3 -пинов женски хедър. Но можете директно да запоите сензора към перфорираната платка.

Стъпка 7: Запоявайте винтовите клеми

Тук винтовите клеми се използват за външно свързване към платката. Външните връзки са

1. Източник (батерия / слънчев панел)

2. Заредете

3. Захранване на Arduino

Синият винтов терминал се използва за захранване на Arduino, а два зелени терминала се използват за свързване на източник и товар.

Стъпка 8: Направете веригата

След запояване на женските хедери и винтови клеми, трябва да съедините подложките съгласно схематичната диаграма, показана по -горе.

Връзките са доста прави

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 през 4,7K издърпващ резистор

VCC -> VCC

Накрая свържете винтовите клеми съгласно схемата.

Използвал съм цветни проводници 24AWG, за да направя веригата. Запоявайте проводника съгласно електрическата схема.

Стъпка 9: Монтиране на стойките

След запояване и окабеляване монтирайте стойките на 4 ъгъла. Той ще осигури достатъчно разстояние до запояващите съединения и проводници от земята.

Стъпка 10: Дизайн на печатни платки

За този проект съм проектирал персонализирана печатна платка. Поради настоящата пандемична ситуация COVID-19, не мога да направя поръчка за тази печатна платка. Така че все още не съм тествал печатната платка.

Можете да изтеглите файловете Gerber от PCBWay

Когато направите поръчка от PCBWay, ще получа 10% дарение от PCBWay за принос към моята работа. Вашата малка помощ може да ме насърчи да върша по -страхотна работа в бъдеще. Благодаря Ви за съдействието.

Стъпка 11: Мощност и енергия

Мощност: Мощността е продукт на напрежение (волт) и ток (усилвател)

P = VxI

Единицата за мощност е Ват или KW

Енергия: Енергията е продукт на мощност (ват) и време (час)

E = Pxt

Единицата за енергия е Watt Hour или Kilowatt Hour (kWh)

Капацитет: Капацитетът е продукт на ток (усилвател) и време (час)

C = I x t

Единицата за капацитет е Amp-Hour

За наблюдение на мощността и енергията горната логика е внедрена в софтуера и параметрите се показват на 0,96-инчов OLED дисплей.

Кредит на изображението: imgoat

Стъпка 12: Софтуер и библиотеки

Първо изтеглете прикачения код по -долу. След това изтеглете следните библиотеки и ги инсталирайте.

1. Библиотека Adafruit INA219

2. Библиотека Adafruit SSD1306

3. Температура в Далас

След като инсталирате всички библиотеки, задайте правилната платка и COM порта, след което качете кода.

Стъпка 13: Окончателно тестване

За да тествам платката, свързах 12V батерия като източник и 3W LED като товар.

Батерията е свързана към винтовия извод под Arduino, а светодиодът е свързан към винтовия извод под INA219. LiPo батерията е свързана към синия винтов извод и след това включва веригата с помощта на плъзгащия се превключвател.

Можете да видите всички параметри, които се показват на OLED екрана.

Параметрите в първата колона са

1. Напрежение

2. Ток

3. Мощност

Параметрите във втората колона са

1. Енергия

2. Капацитет

3. Температура

За да проверя точността, използвах своя мултицет и тестер, както е показано по -горе. Точността им е близка. Наистина съм доволен от тази джобна джаджа.

Благодаря, че прочетохте моя Instructable. Ако харесвате моя проект, не забравяйте да го споделите. Коментарите и отзивите винаги са добре дошли.