Електрическо измервателно устройство за разходи за енергия на Arduino: 13 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Плащате ли твърде много за сметките си за ток?

Искате ли да знаете колко електроенергия консумира вашата чайник или нагревател?

Направете свой собствен преносим електромер за разходи за енергия!

Вижте как намерих използването на това устройство.

Стъпка 1: Подготовка. Инструменти Винтове и консумативи

Имате нужда от няколко неща, за да направите този проект.

• Домашен компютър с инсталиран XOD IDE.
• 3D принтер.

Инструменти:

• Машинки за подстригване.
• Отвертка.
• Клещи.
• Инструменти за запояване.
• Пила с игла.

Консумативи:

• Шкурка.
• Свиващи се тръби.
• 14 проводника AWG или по -малко за 220V верига.
• 24 или 26 AWG проводници за 5V логическа верига.

Винтове:

• Винт M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) с дължина 20 мм.
• Винт M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) с дължина 10 мм.
• Винт M2 / M2.5 (DIN7981 или друг).
• Шестостенна гайка M3 (DIN 934/ DIN 985).

Стъпка 2: Подготовка. Електроника

За да създадете устройството, ви трябват някои електронни компоненти. Нека да разберем кои.

На първо място, имате нужда от сензор за променлив ток.

Устройството може да работи с голям ток, така че сензорът трябва да е подходящ. В интернет намерих сензор ACS712, произведен от Allegro.

1 x 20A диапазон Токов сензор Модул ACS712 ~ 9 $;

Този сензор е аналогов и измерва тока с помощта на ефекта на Хол. Той използва един проводник за предаване на измерената стойност. Може да не е много точен, но мисля, че е достатъчно за такова устройство. Датчикът ACS712 може да бъде три вида с различни максимални граници на измерване:

• ACS712ELCTR-05B (максимум 5 ампера);
• ACS712ELCTR-20A (максимум 20 ампера);
• ACS712ELCTR-30A (максимум 30 ампера).

Можете да изберете необходимата версия. Използвам версията с 20 ампера. Не мисля, че токът в гнездата ми надвишава тази стойност.

Имате нужда от контролер, за да прочетете данните от сензора и да извършите всички други изчисления.

Разбира се, избрах Arduino. Мисля, че няма нищо по -удобно за такива DIY проекти. Моята задача не е трудна, така че нямам нужда от изискана дъска. Купих Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino се захранва от DC напрежение до 12V, докато щях да измервам AC напрежение 220V. Освен това сензорът за ACS трябва да се захранва с точни 5 волта. За да реша проблема, купих AC / DC конвертор от 220 на 5 волта.

1 x AC / DC захранващ модул вход: AC86-265V изход: 5V 1A ~ 7 $;

Използвам този конвертор за захранване на Arduino и сензор.

За да визуализирам измерванията си, показвам сумата, изразходвана на екрана. Използвам този 8x2 символен LCD дисплей.

1 x 0802 LCD 8x2 символен LCD дисплей модул 5V ~ 9 $;

Това е малък, съвместим с дисплея на Arduino. Той използва собствена шина за данни за комуникация с контролера. Също така, този дисплей има подсветка, която може да бъде с различни цветове. Взех оранжевото.

Стъпка 3: Подготовка. Сонектори

Устройството трябва да има собствен щепсел и контакт.

Доста е предизвикателство да се направи качествена и надеждна щепселна връзка у дома. Също така исках устройството да бъде преносимо и компактно без никакви кабели и проводници.

Реших да купя универсални контакти и щепсели в магазина за хардуер, за да ги разглобя, за да използвам техните части. Купените от мен конектори са тип F или както се наричат Shuko. Тази връзка се използва в целия Европейски съюз. Има различни типове конектори, например типовете A или B са малко по -малки от F и се използват в Северна Америка. Вътрешните размери на гнездата и външните размери на щепселите са стандартизирани за всички съединители от този тип.

За повече информация можете да прочетете за различните типове сокети тук.

Разглобявайки няколко гнезда, установих, че вътрешните им части могат лесно да бъдат отстранени. Тези части имат почти еднакви механични размери. Реших да ги използвам.

Така че, за да създадете собствено устройство, трябва:

• Изберете типа връзка;
• Намерете щепсели и контакти, които можете да използвате и които лесно могат да бъдат разглобени;
• Отстранете вътрешните им части.

Използвах този контакт:

1 x заземен женски щепсел 16A 250V ~ 1 $;

И този щепсел:

1 x мъжки щепсел 16A 250V ~ 0, 50 $;

Стъпка 4: Подготовка. 3D печат

Отпечатах части от тялото на устройството на 3D принтер. Използвах ABS пластмаса с различни цветове.

Ето списъка с части:

• Основно тяло (лилаво) - 1 брой;
• Заден капак (жълт) - 1 брой;
• Гнездо за гнездо (розово) - 1 брой;
• Щепсел (червен) - 1 брой;

Основното тяло има отвори за резби за закрепване на сензора за ток и задния капак.

Задният капак има отвори за резби за закрепване на AC-DC преобразувателя и прилепващо съединение за закрепване на Arduino Micro.

Всички части имат отвори за винтове М3 за фиксиране на дисплея, кутията и гнездото.

Обърнете внимание на гнездото и частите на кутията.

Вътрешните повърхности на тези части са предварително моделирани специално за моите съединители. За тези разглобени съединители от предишната стъпка.

По този начин, ако искате да направите собствено устройство и вашите конектори за щепсели и контакти се различават от моите, трябва да поправите или промените кутията на гнездото и 3D моделите на кутията.

Моделите STL са в прикачения файл. Ако е необходимо, мога да прикача CAD моделите източници.

Стъпка 5: Сглобяване. Калъф за гнездо

Списъкът на материалите:

1. Калъф за гнездо с 3D печат - 1 брой;
2. Гнездо - 1 брой;
3. Проводници за високо напрежение (14 AWG или по -малко).

Процес на сглобяване:

Погледнете скицата. Изображението ще ви помогне при сглобяването.

• Подгответе гнездото (поз. 2). Гнездото трябва да приляга плътно в кутията до ограничителя. Ако е необходимо, обработете контура на гнездото с шкурка или пила за игла.
• Свържете проводници с високо напрежение към контакта. Използвайте клемни блокове или запояване.
• Поставете гнездото (поз. 2) в кутията (поз. 1).

По избор:

Фиксирайте гнездото в кутията с винт през платформата на кутията

Стъпка 6: Сглобяване. Основно тяло

Списъкът на материалите:

1. 3D отпечатано основно тяло - 1 брой;
2. Сглобен калъф за гнездо - 1 брой;
3. ACS 712 токов сензор - 1 брой;
4. 8x2 LCD дисплей - 1 брой;
5. Винт M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) с дължина 20 мм- 4 броя.
6. Винт M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) с дължина 10 мм- 4 броя.
7. Винт M2 / M2.5 (DIN7981 или друг) - 2 броя.
8. Шестостенна гайка M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 броя.
9. 24 или 26 AWG проводници.
10. Проводници за високо напрежение (14 AWG или по -малко).

Процес на сглобяване:

Погледнете скицата. Изображението ще ви помогне при сглобяването.

• Подгответе големия отвор в основното тяло (поз. 1). Сглобеният корпус на гнездото трябва да приляга плътно в него. Ако е необходимо, обработете контура на отвора с шкурка или пила за игла.
• Поставете кутията на гнездото (поз. 2) към основното тяло (поз. 1) и го затегнете с помощта на винтове (поз. 6) и гайки (поз. 8).
• Свържете проводници с високо напрежение към токовия сензор (поз. 3). Използвайте клемни блокове.
• Закрепете токовия сензор (поз. 3) с основното тяло (поз. 1) с помощта на винтове (поз. 7).
• Свържете или запоявайте проводниците към дисплея (поз. 4) и към токовия сензор (поз. 3)
• Закрепете дисплея (поз. 4) с основното тяло (поз. 1) с помощта на винтове (поз. 5) и гайки (поз. 8).

Стъпка 7: Сглобяване. Plug Case

Списъкът на материалите:

1. Калъф за щепсел с 3D печат - 1 брой;
2. Щепсел - 1 брой;
3. Проводници за високо напрежение (14 AWG или по -малко).

Процес на сглобяване:

Погледнете скицата. Изображението ще ви помогне при сглобяването.

• Подгответе щепсела (поз. 2). Щепселът трябва да приляга плътно в кутията до спирането. Ако е необходимо, обработете контура на гнездото с шкурка или пила за игла.
• Свържете проводници с високо напрежение към щепсела (поз. 2). Използвайте клемни блокове или запояване.
• Поставете щепсела (поз. 2) в кутията (поз. 1).

По избор:

Закрепете щепсела в кутията с винт. Мястото за завинтване е показано на скицата

Стъпка 8: Сглобяване. Задна корица

Списъкът на материалите:

1. 3D отпечатан заден капак - 1 брой;
2. Сглобена кутия за щепсели - 1 брой;
3. AC -DC преобразувател на напрежение - 1 брой;
4. Arduino Micro - 1 брой;
5. Винт M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) с дължина 10 мм- 4 броя.
6. Винт M2 / M2.5 (DIN7981 или друг) - 4 броя.
7. Шестостенна гайка M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 броя.

Процес на сглобяване:

Погледнете скицата. Изображението ще ви помогне при сглобяването.

• Подгответе големия отвор на задния капак (поз. 1). Сглобеният куфар (поз. 2) трябва да приляга плътно в него. Ако е необходимо, обработете контура на отвора с шкурка или пила за игла.
• Поставете кутията на щепсела (поз. 2) към задния капак (поз. 1) и го затегнете с помощта на винтове (поз. 5) и гайки (поз. 7).
• Прикрепете Arduino (поз. 4) към задния капак (поз. 1), като използвате връзката за монтиране.
• Закрепете преобразувателя на напрежение AC-DC (поз. 3) към задния капак (поз. 1) с помощта на винтове (поз. 6).

Стъпка 9: Сглобяване. Запояване

Списъкът на материалите:

1. Проводници за високо напрежение (14 AWG или по -малко).
2. 24 или 26 AWG проводници.

Сглобяване:

Запоявайте всички компоненти заедно, както е показано на скицата.

Проводниците за високо напрежение от щепсела са запоени към AC-DC преобразувателя и към кабелите от контакта.

ACS712 е аналогов токов сензор и се захранва от 5V. Можете да захранвате сензора директно от Arduino или от AC-DC преобразувателя.

• Vcc щифт - 5V Arduino щифт / 5V AC -DC щифт;
• GND - GND Arduino щифт / GND AC -DC щифт;
• OUT - аналогов A0 Arduino щифт;

LCD 8x2 символен LCD дисплей се захранва от 3.3-5V и има собствена шина за данни. Дисплеят може да комуникира в 8-битов (DB0-DB7) или 4-битов режим (DB4-DB7). Използвах 4-битов такъв. Можете да захранвате дисплея от Arduino или от AC-DC конвертора.

• Vcc щифт - 5V Arduino щифт / 5V AC -DC щифт;
• GND - GND Arduino щифт / GND AC -DC щифт;
• Vo - GND Arduino щифт / GND AC -DC щифт;
• R / W - GND Arduino щифт / GND AC -DC щифт;
• RS - цифров 12 Arduino щифт;
• E - цифров 11 Arduino щифт;
• DB4 - цифров 5 Arduino щифт;
• DB5 - цифров 4 Arduino щифт;
• DB6 - цифров 3 Arduino щифт;
• DB7 - цифров 2 Arduino щифт;

Уведомление:

Не забравяйте да изолирате всички проводници с високо напрежение със свиващи се тръби! Също така, изолирайте споените контакти с високо напрежение на преобразувателя на напрежение AC-DC. Също така, изолирайте споените контакти с високо напрежение на преобразувателя на напрежение AC-DC.

Моля, бъдете внимателни с 220V. Високото напрежение може да ви убие!

Не докосвайте никакъв електронен компонент, когато устройството е свързано към електрическата мрежа.

Не свързвайте Arduino към компютър, когато устройството е свързано към електрическата мрежа.

Стъпка 10: Сглобяване. Завършек

Списъкът на материалите:

1. Сглобено основно тяло - 1 брой;
2. Сглобен заден капак - 1 брой;
3. Винт M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 мм дължина - 4 броя.

Процес на сглобяване:

Погледнете скицата. Изображението ще ви помогне при сглобяването.

• След като приключите запояването, поставете всички проводници здраво в основното тяло (поз. 1).
• Уверете се, че никъде няма отворени контакти. Проводниците не трябва да се пресичат и техните отворени места не трябва да контактуват с пластмасовото тяло.
• Закрепете задния капак (поз. 2) към основното тяло (поз. 1) с помощта на винтове (поз. 3).

Стъпка 11: XOD

За да програмирам Arduino контролери, използвам средата за визуално програмиране XOD. Ако сте нов в електротехниката или може би просто искате да пишете прости програми за Arduino контролери като мен, опитайте XOD. Това е идеалният инструмент за бързо прототипиране на устройства.

В XOD можете да създавате програми директно в прозореца на браузъра. Лично аз предпочитам настолната версия.

За моето ECEM устройство създадох библиотеката gabbapeople/електромер в XOD. Тази библиотека съдържа всички възли, от които се нуждаете, за да направите една и съща програма. Той също така включва подготвения пример за програма. Така че, не забравяйте да го добавите във вашето работно пространство XOD.

Процес:

• Инсталирайте софтуера XOD IDE на вашия компютър.
• Добавете библиотеката gabbapeople/електромер към работното пространство.
• Създайте нов проект и го наречете smth.

След това ще опиша как да програмирате това устройство в XOD.

Също така прикачих екранната снимка с разширената версия на програмата при последната инструкционна стъпка.

Стъпка 12: Програмиране

Ето възли, от които се нуждаете:

Възелът на сензора acs712-20a-ac-ac-current

Това е първият възел, който се поставя върху пластира. Използва се за измерване на моментния ток. В тази библиотека има 3 различни типа възли. Те се различават по типа на капачката за измерване на силата на тока. Изберете този, който отговаря на вашия тип сензор. Поставям възела на сензора acs712-20a-ac-ac-current. Този възел извежда стойност на интензитета на тока в ампери.

В щифта PORT на този възел трябва да поставя стойността на пина Arduino Micro, към който свързах текущия си сензор. Запоявах сигналния щифт на сензора към щифта A0 Arduino, така че поставих стойността A0 към щифта PORT.

Стойността на UPD щифта трябва да бъде зададена на Непрекъснато, за да се измерва интензивността на тока непрекъснато след включване на устройството. Също така за AC измерване, трябва да посоча честотата. В моята електрическа мрежа AC честотата е равна на 50 Hz. Поставих стойността 50 на честотния FRQ щифт.

Умножителният възел

Той изчислява електрическата мощност. Електрическата мощност е продукт на умножението на тока към напрежението.

Поставете умножителния възел и свържете един от неговите щифтове със сензорния възел и поставете стойността на променливотоковото напрежение към втория щифт. Поставих стойността 230. Отнася се до напрежението в електрическата ми мрежа.

Интегриращият-dt възел

С два предишни възела, токът и мощността на устройството могат да бъдат измерени незабавно. Но трябва да изчислите как се променя консумацията на енергия с течение на времето. За тази цел можете да интегрирате моментната стойност на мощността, като използвате възела integrate-dt. Този възел ще акумулира текущата стойност на мощността.

UPD щифтът задейства актуализация на натрупаната стойност, докато RST щифтът нулира натрупаната стойност до нула.

Възелът за пари

След интеграцията, на изхода на възела integrate-dt получавате консумацията на електрическа енергия във ватове в секунда. За да направите по-удобно да броите изразходваните пари, поставете възела за пари в пластира. Този възел преобразува консумацията на енергия от ватове в секунда в киловати на час и умножава натрупаната стойност по цената на един киловат на час.

Поставете цената на един киловат на час към щифта на КНР.

С възела за пари пари, натрупаната стойност на потреблението на електроенергия се преобразува в сумата на изразходваните пари. Този възел го извежда в долари.

Остава само да покажете тази стойност на дисплея на екрана.

Възелът text-lcd-8x2

Използвах LCD дисплей с 2 реда четири 8 знака. Поставих възела text-lcd-8x2 за този дисплей и настроих всички стойности на щифта на порта. Иглите на този порт съответстват на микропортовете Arduino, към които е запоен дисплеят.

На първия ред на дисплея, на щифта L1, написах низ „Общо:“.

Свързах изходния щифт на възела to-money с щифта L2, за да покажа сумата на парите във втория ред на дисплея.

Пластирът е готов.

Натиснете Deploy, изберете типа платка и я качете на устройството.

Стъпка 13: Разширена програма

Можете сами да разширите програмата от предишната стъпка. Например погледнете приложената екранна снимка.

Как пластирът може да бъде променен?

• Свържете изхода на сензора за ток acs712-20a-ac директно към възела на дисплея, за да изведете моментната стойност на тока на екрана без други изчисления.
• Свържете изхода на умножителния възел директно към възела на дисплея, за да изведете електрическата енергия, която се консумира в момента;
• Свържете изхода на възела integrate-dt директно към възела на дисплея, за да изведете стойността на натрупаната консумация;
• Нулирайте брояча, като натиснете бутон. Това е добра идея, но забравих да добавя място за бутон на устройството си =). Поставете възела на бутона върху пластира и свържете неговия PRS щифт с RST щифта на възела integrate-dt.
• Можете да създадете устройство с екран, по -голям от 8x2, и да показвате всички параметри едновременно. Ако ще използвате екрана 8x2 като мен, използвайте възлите concat, format-number, pad-with-zeroes, за да поставите всички стойности в редове.

Направете свое собствено устройство и открийте най -алчната техника у дома!

Можете да намерите това устройство много полезно в домакинството за пестене на електроенергия.

Ще се видим скоро.