Arduino naprava za merjenje stroškov energije: 13 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ali preveč plačujete račune za elektriko?

Vas zanima, koliko električne energije porabi vaš grelnik vode ali grelnik?

Naredite svoj prenosni električni števec stroškov energije!

Poglejte, kako sem našel uporabo te naprave.

1. korak: Priprava. Orodja Vijaki in potrošni material

Za izvedbo tega projekta potrebujete več stvari.

• Domači računalnik z nameščenim XOD IDE.
• 3D tiskalnik.

Orodja:

• Stroji za striženje.
• Izvijač.
• Klešče.
• Spajkalna orodja.
• Igla za igle.

Potrošni material:

• Brusni papir.
• Skrčljive cevi.
• 14 žic AWG ali manj za 220V vezje.
• 24 ali 26 žic AWG za 5V logično vezje.

Vijaki:

• Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dolžina 20 mm.
• Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dolžine 10 mm.
• Vijak M2 / M2.5 (DIN7981 ali drugo).
• Šestkotna matica M3 (DIN 934/ DIN 985).

2. korak: Priprava. Elektronika

Za izdelavo naprave potrebujete nekaj elektronskih komponent. Ugotovimo, katere.

Najprej potrebujete senzor izmeničnega toka.

Naprava lahko deluje z visokim tokom, zato mora biti senzor primeren. Na internetu sem našel senzor ACS712 proizvajalca Allegro.

1 x 20A območje Tokovni senzor Modul ACS712 ~ 9 $;

Ta senzor je analogen in meri tok s Hallovim učinkom. Za prenos izmerjene vrednosti uporablja eno žico. Morda ni zelo natančen, vendar mislim, da je za takšno napravo dovolj. Senzor ACS712 je lahko treh vrst z različnimi mejnimi mejami:

• ACS712ELCTR-05B (največ 5 amperov);
• ACS712ELCTR-20A (največ 20 amperov);
• ACS712ELCTR-30A (največ 30 amperov).

Izberete lahko različico, ki jo potrebujete. Uporabljam različico 20 amp. Mislim, da tok v mojih vtičnicah ne presega te vrednosti.

Za branje podatkov senzorja in vse druge izračune potrebujete krmilnik.

Seveda sem izbral Arduino. Mislim, da za take DIY projekte ni nič bolj priročnega. Moja naloga ni težka, zato ne potrebujem elegantne deske. Kupil sem Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino napaja enosmerna napetost do 12V, medtem ko sem nameraval izmeriti izmenično napetost 220V. Poleg tega mora senzor ACS napajati natančno 5 voltov. Za rešitev problema sem kupil pretvornik AC v DC od 220 do 5 voltov.

1 x Vhod za napajalni modul AC / DC: AC86-265V Izhod: 5V 1A ~ 7 $;

Ta pretvornik uporabljam za napajanje Arduina in senzorja.

Za prikaz mojih meritev prikažem količino denarja, porabljenega na zaslonu. Uporabljam LCD zaslon 8x2 znakov.

1 x 0802 LCD 8x2 znakovni LCD -prikazovalni modul 5V ~ 9 $;

To je majhen, združljiv z zaslonom Arduino. Za komunikacijo s krmilnikom uporablja lastno podatkovno vodilo. Ta zaslon ima tudi osvetlitev ozadja, ki je lahko ena od različnih barv. Jaz sem dobil oranžnega.

3. korak: Priprava. Sonnectors

Naprava mora imeti lasten vtič in vtičnico.

Kakovostno in zanesljivo vtično povezavo doma je precej zahtevno. Prav tako sem želel, da je naprava prenosna in kompaktna brez kablov in žic.

Odločil sem se, da bom v trgovini s strojno opremo kupil nekaj univerzalnih vtičnic in vtičev, da jih razstavim za uporabo katerih koli njihovih delov. Priključki, ki sem jih kupil, so tipa F ali pa se imenujejo Shuko. Ta povezava se uporablja po vsej Evropski uniji. Obstajajo različne vrste priključkov, na primer vrste A ali B so nekoliko manjše od F in se uporabljajo v Severni Ameriki. Notranje dimenzije vtičnic in zunanje mere vtičev so standardizirane za vse priključke te vrste.

Za več informacij lahko preberete o različnih vrstah vtičnic tukaj.

Ko sem razstavil nekaj vtičnic, sem ugotovil, da je mogoče njihove notranje dele enostavno odstraniti. Ti deli imajo skoraj enake mehanske dimenzije. Odločil sem se, da jih uporabim.

Torej, če želite ustvariti lastno napravo, potrebujete:

• Izberite vrsto povezave;
• Poiščite vtiče in vtičnice, ki jih lahko uporabljate in jih je mogoče enostavno razstaviti;
• Odstranite njihove notranje dele.

Uporabil sem to vtičnico:

1 x ozemljen ženski vtič 16A 250V ~ 1 $;

In ta vtičnica:

1 x moški vtič 16A 250V ~ 0, 50 $;

4. korak: Priprava. 3D tiskanje

Natisnil sem dele telesa naprave na 3D tiskalniku. Uporabil sem ABS plastiko različnih barv.

Tu je seznam delov:

• Glavno telo (vijolično) - 1 kos;
• Zadnji pokrov (rumen) - 1 kos;
• Vtičnica (roza) - 1 kos;
• Vtičnica (rdeča) - 1 kos;

V glavnem ohišju so navojne luknje za pritrditev trenutnega senzorja in zadnjega pokrova.

Zadnji pokrov ima luknje za navoje za pritrditev pretvornika AC-DC in tesnilni spoj za pritrditev Arduino Micro.

Vsi deli imajo luknje za vijake M3 za pritrditev zaslona, ohišja vtiča in vtičnice.

Bodite pozorni na ohišje vtičnice in dele ohišja vtiča.

Notranje površine teh delov so vnaprej modelirane posebej za moje priključke. Za tiste razstavljene priključke iz prejšnjega koraka.

Če želite narediti lastno napravo in se vaši vtični in vtični priključki razlikujejo od mojih, morate popraviti ali spremeniti ohišje vtičnice in modele vtiča v 3D.

Modeli STL so v priponki. Če je potrebno, lahko priložim izvorne modele CAD.

5. korak: Sestavljanje. Vtičnica

Seznam materialov:

1. Ohišje vtičnice s 3D tiskanjem - 1 kos;
2. Vtičnica - 1 kos;
3. Visokonapetostne žice (14 AWG ali manj).

Postopek sestavljanja:

Oglejte si skico. Slika vam bo pomagala pri montaži.

• Pripravite vtičnico (poz. 2). Vtičnica naj se tesno prilega ohišju do omejevalne police. Če je potrebno, obrišite konturo vtičnice z brusnim papirjem ali datoteko za iglo.
• Priključite visokonapetostne žice v vtičnico. Uporabite sponke ali spajkanje.
• Vtič (poz. 2) vstavite v ohišje (poz. 1).

Neobvezno:

Vtičnico v ohišju pritrdite z vijakom skozi ploščad na ohišju

Korak 6: Sestavljanje. Glavni del

Seznam materialov:

1. 3D tiskano glavno ohišje - 1 kos;
2. Sestavljeno ohišje vtičnice - 1 kos;
3. ACS 712 senzor toka - 1 kos;
4. LCD zaslon 8x2 - 1 kos;
5. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) dolžina 20 mm- 4 kosi.
6. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm dolžine- 4 kosi.
7. Vijak M2 / M2.5 (DIN7981 ali drugo) - 2 kosa.
8. Šestkotna matica M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 kosov.
9. 24 ali 26 žic AWG.
10. Visokonapetostne žice (14 AWG ali manj).

Postopek sestavljanja:

Oglejte si skico. Slika vam bo pomagala pri montaži.

• Pripravite veliko luknjo na glavnem ohišju (poz. 1). Sestavljeno ohišje vtičnice se mora tesno prilegati vanjo. Če je potrebno, obrišite konturo luknje z brusnim papirjem ali datoteko za iglo.
• Ohišje vtičnice (poz. 2) vstavite v glavno ohišje (poz. 1) in ga pritrdite z vijaki (poz. 6) in maticami (poz. 8).
• Priključite visokonapetostne žice na senzor toka (poz. 3). Uporabite priključne bloke.
• Senzor toka (poz. 3) pritrdite z ohišjem (poz. 1) z vijaki (poz. 7).
• Priključite ali spajkajte žice na zaslon (poz. 4) in na senzor toka (poz. 3)
• Pritrdite zaslon (poz. 4) z ohišjem (poz. 1) z vijaki (poz. 5) in maticami (poz. 8).

7. korak: Sestavljanje. Vtičnica

Seznam materialov:

1. Ohišje vtiča s 3D tiskanjem - 1 kos;
2. Vtič - 1 kos;
3. Visokonapetostne žice (14 AWG ali manj).

Postopek sestavljanja:

Oglejte si skico. Slika vam bo pomagala pri montaži.

• Pripravite vtič (poz. 2). Vtič naj se tesno prilega ohišju do zaustavitve. Če je potrebno, obrišite konturo vtičnice z brusnim papirjem ali datoteko za iglo.
• Priključite visokonapetostne žice na vtič (poz. 2). Uporabite sponke ali spajkanje.
• Vtič (poz. 2) vstavite v ohišje (poz. 1).

Neobvezno:

Vijak v ohišju pritrdite z vijakom. Mesto za privijanje je prikazano na skici

8. korak: Sestavljanje. Zadnji pokrov

Seznam materialov:

1. 3D natisnjen zadnji ovitek - 1 kos;
2. Sestavljen vtič - 1 kos;
3. AC -DC pretvornik napetosti - 1 kos;
4. Arduino Micro - 1 kos;
5. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm dolžine- 4 kosi.
6. Vijak M2 / M2.5 (DIN7981 ali drugo) - 4 kosi.
7. Šestkotna matica M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 kosi.

Postopek sestavljanja:

Oglejte si skico. Slika vam bo v pomoč pri montaži.

• Pripravite veliko luknjo na zadnjem pokrovu (poz. 1). Sestavljen vtič (poz. 2) se mora tesno prilegati vanj. Če je potrebno, obrišite konturo luknje z brusnim papirjem ali datoteko za iglo.
• Vstavite ohišje vtiča (poz. 2) na zadnji pokrov (poz. 1) in ga pritrdite z vijaki (poz. 5) in maticami (poz. 7).
• Pritrdite Arduino (poz. 4) na zadnji pokrov (poz. 1) s priključkom.
• Napetostni pretvornik AC-DC (poz. 3) pritrdite na zadnji pokrov (poz. 1) z vijaki (poz. 6).

9. korak: Sestavljanje. Spajkanje

Seznam materialov:

1. Visokonapetostne žice (14 AWG ali manj).
2. 24 ali 26 žic AWG.

Sestavljanje:

Spajite vse komponente skupaj, kot je prikazano na skici.

Visokonapetostne žice iz vtiča so spajkane na pretvornik AC-DC in na kable iz vtičnice.

ACS712 je analogni senzor toka in ga napaja 5V. Senzor lahko napajate neposredno iz Arduina ali iz pretvornika AC-DC.

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

Zaslon LCD z 8 x 2 znaki se napaja z napetostjo 3,3-5 V in ima lastno podatkovno vodilo. Zaslon lahko komunicira v 8-bitnem (DB0-DB7) ali 4-bitnem načinu (DB4-DB7). Uporabil sem 4-bitno. Zaslon lahko napajate iz Arduina ali iz pretvornika AC-DC.

• 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;

Obvestilo:

Ne pozabite izolirati vseh visokonapetostnih žic s skrčljivimi cevmi! Prav tako izolirajte visokonapetostne spajkane kontakte na napetostnem pretvorniku AC-DC. Prav tako izolirajte visokonapetostne spajkane kontakte na napetostnem pretvorniku AC-DC.

Bodite previdni pri 220V. Visoka napetost vas lahko ubije!

Ne dotikajte se nobene elektronske komponente, ko je naprava priključena na električno omrežje.

Arduina ne povezujte z računalnikom, ko je naprava priključena na električno omrežje.

10. korak: Sestavljanje. Končaj

Seznam materialov:

1. Sestavljeno glavno ohišje - 1 kos;
2. Sestavljen zadnji pokrov - 1 kos;
3. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm dolžina - 4 kosi.

Postopek sestavljanja:

Oglejte si skico. Slika vam bo pomagala pri montaži.

• Ko končate spajkanje, vse žice varno vstavite v ohišje (poz. 1).
• Poskrbite, da nikjer ni odprtih stikov. Žice se ne smejo križati in njihova odprta mesta se ne smejo dotikati plastičnega telesa.
• Z vijaki (poz. 3) pritrdite zadnji pokrov (poz. 2) na glavno ohišje (poz. 1).

11. korak: XOD

Za programiranje krmilnikov Arduino uporabljam vizualno programsko okolje XOD. Če ste novi v elektrotehniki ali pa preprosto želite pisati preproste programe za krmilnike Arduino, kot sem jaz, poskusite z XOD. To je idealen instrument za hitro izdelavo prototipov naprav.

V XOD -u lahko ustvarite programe neposredno v oknu brskalnika. Osebno imam raje namizno različico.

Za svojo napravo ECEM sem v XOD ustvaril knjižnico gabbapeople/električnih števcev. Ta knjižnica vsebuje vsa vozlišča, ki jih potrebujete za izdelavo istega programa. Vključuje tudi pripravljen primer programa. Zato ga ne pozabite dodati v svoj delovni prostor XOD.

Postopek:

• Namestite programsko opremo XOD IDE v računalnik.
• V delovni prostor dodajte knjižnico gabbapeople/električnih števcev.
• Ustvarite nov projekt in ga poimenujte smth.

Nato bom opisal, kako programirati to napravo v XOD.

Na zadnjem koraku, ki ga je mogoče poučiti, sem priložil tudi posnetek zaslona s razširjeno različico programa.

12. korak: Programiranje

Tu potrebujete vozlišča:

Vozlišče acs712-20a-ac-tok-senzor

To je prvo vozlišče, ki se postavi na popravek. Uporablja se za merjenje trenutnega toka. V tej knjižnici so 3 različne vrste vozlišč. Razlikujejo se po vrsti merilnika jakosti toka. Izberite tistega, ki ustreza vaši vrsti senzorja. Namestim vozlišče senzorja acs712-20a-ac-ac-current. To vozlišče oddaja vrednost jakosti toka v amperih.

Na pin PORT tega vozlišča bi moral vnesti vrednost Arduino Micro pin -a, na katerega sem priključil svoj trenutni senzor. Signalni zatič senzorja sem spajkal na pin A0 Arduino, zato sem vrednost A0 vstavil na pin PORT.

Vrednost na zatiču UPD je treba nastaviti na Neprekinjeno, da neprekinjeno merite jakost toka po vklopu naprave. Tudi za merjenje izmeničnega toka moram določiti frekvenco. V mojem električnem omrežju je frekvenca izmeničnega toka 50 Hz. Vrednost 50 sem postavil na frekvenčni pin FRQ.

Vozlišče za množenje

Izračuna električno moč. Električna energija je produkt množenja toka na napetost.

Namestite pomnoževalno vozlišče in povežite enega od njegovih zatičev s senzorskim vozliščem, vrednost AC napetosti pa postavite na drugi zatič. Dal sem vrednost 230. Nanaša se na napetost v mojem električnem omrežju.

Vozlišče integrate-dt

Z dvema prejšnjima vozliščema je mogoče trenutno izmeriti tok in moč naprave. Vendar morate izračunati, kako se poraba energije sčasoma spreminja. V ta namen lahko integrirate trenutno vrednost moči z vozliščem integrate-dt. To vozlišče bo akumuliralo trenutno moč.

Pin UPD sproži posodobitev nabrane vrednosti, medtem ko pin RST ponastavi akumulirano vrednost na nič.

Vozilo za denar

Po integraciji na izhodu vozlišča integrate-dt dobite porabo električne energije v vatih na sekundo. Za lažje štetje porabljenega denarja postavite vozlišče denarja na obliž. To vozlišče pretvarja porabo energije iz vatov na sekundo v kilovate na uro in akumulirano vrednost pomnoži s stroški enega kilovata na uro.

Na zatič LRK vnesite ceno enega kilovata na uro.

Z vozliščem za denar se akumulirana vrednost porabe električne energije pretvori v količino porabljenega denarja. To vozlišče ga prikaže v dolarjih.

Vse kar morate storiti je, da to vrednost prikažete na zaslonu.

Vozlišče text-lcd-8x2

Uporabil sem LCD zaslon z 2 vrsticami in štirimi znaki. Za ta prikaz sem dal vozlišče text-lcd-8x2 in nastavil vse vrednosti pin vrat. Ti vtiči vrat ustrezajo mikro priključkom Arduino, na katera je spajkan zaslon.

V prvo vrstico zaslona, na zatiču L1, sem napisal niz »Skupaj:«.

Izhodni zatič vozlišča za denar sem povezal z zatičem L2, da prikažem količino denarja v drugi vrstici zaslona.

Obliž je pripravljen.

Pritisnite Deploy, izberite vrsto plošče in jo naložite v napravo.

13. korak: razširjen program

Program lahko sami razširite iz prejšnjega koraka. Na primer, poglejte priloženi posnetek zaslona.

Kako je mogoče popraviti obliž?

• Izhod senzorja toka acs712-20a-ac povežite neposredno z vozliščem zaslona, da prikažete trenutno vrednost toka na zaslonu brez drugih izračunov.
• Povežite izhod pomnoževalnega vozlišča neposredno z vozliščem zaslona, da dobite trenutno porabljeno električno energijo;
• Izhod vozlišča integrate-dt povežite neposredno z vozliščem zaslona, da prikažete nabrano vrednost porabe;
• Ponastavite števec s pritiskom na gumb. To je dobra ideja, vendar sem pozabil dodati mesto za gumb na svoji napravi =). Vozlišče gumba postavite na obliž in povežite njegov zatič PRS z zatičem RST vozlišča integrate-dt.
• Ustvarite lahko napravo z zaslonom, ki je večji od 8x2, in hkrati prikaže vse parametre. Če boste uporabljali zaslon 8x2 kot jaz, uporabite vozlišča concat, format-number, pad-with-zeroes, da vse vrednosti prilegate v vrstice.

Naredite svojo napravo in doma odkrijte najbolj pohlepno tehniko!

Ta naprava se vam zdi zelo uporabna v gospodinjstvu za varčevanje z električno energijo.

Se vidiva kmalu.