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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

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.

• Kućno računalo s instaliranim XOD IDE -om.
• 3D pisač.

Alati:

• Škare.
• Odvijač.
• Kliješta.
• Alati za lemljenje.
• Datoteka s iglama.

Potrošni materijal:

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

Vijci:

• Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) duljine 20 mm.
• Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) duljine 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 osjetnik 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 raspon Strujni osjetnik Modul ACS712 ~ 9 USD;

Ovaj senzor je analogni i mjeri struju pomoću Hall efekta. Za prijenos izmjerene vrijednosti koristi jednu žicu. Možda nije baš točno, 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 (maksimalno 30 ampera).

Možete odabrati verziju koja vam je potrebna. Ja koristim verziju od 20 ampera. Mislim da struja u mojim utičnicama ne prelazi ovu vrijednost.

Potreban vam je kontroler, za čitanje podataka senzora i za obavljanje svih ostalih izračuna.

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 USD;

Arduino se napaja istosmjernim naponom do 12V, dok sam ja namjeravao izmjeriti izmjenični napon 220V. Štoviše, ACS senzor trebao bi se 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.

Kako bih vizualizirao svoja mjerenja, prikazujem iznos novca potrošen na ekranu. Koristim ovaj LCD zaslon 8x2 znakova.

1 x 0802 LCD modul LCD zaslona 8x2 znakova 5V ~ 9 $;

Ovo je mali, kompatibilan s Arduino zaslonom. Za komunikaciju s kontrolerom koristi vlastitu sabirnicu podataka. Također, ovaj zaslon ima pozadinsko osvjetljenje koje može biti jedne od različitih boja. Uzela sam narančastu.

Korak 3: Priprema. Sonektori

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 kako bih ih rastavio 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 različite vrste priključaka, na primjer, tipovi A ili B su nešto manji od F i koriste se u Sjevernoj Americi. Unutarnje dimenzije utičnica i vanjske dimenzije utikača standardizirane su za sve priključke 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 ih iskoristiti.

Dakle, za izradu vlastitog uređaja potrebno vam je:

• Odaberite vrstu veze;
• Pronađite utikače i utičnice koje možete koristiti i koje se lako mogu rastaviti;
• Uklonite njihove unutarnje 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 ispis

Ispisao sam dijelove tijela uređaja na 3D pisaču. Koristio sam ABS plastiku različitih boja.

Evo popisa dijelova:

• Glavno tijelo (ljubičasto) - 1 komad;
• Stražnji poklopac (žuti) - 1 komad;
• Utičnica (ružičasta) - 1 komad;
• Utičnica (crvena) - 1 komad;

Glavno tijelo ima rupe za navoje za pričvršćivanje osjetnika struje i stražnjeg poklopca.

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

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

Obratite pozornost na kućište utičnice i dijelove kućišta utikača.

Unutarnje 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. Kućište s utičnicom

Popis materijala:

1. 3D tiskano 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).

Izborno:

Pričvrstite utičnicu u kućištu vijkom kroz platformu na kućištu

Korak 6: Sklapanje. Glavno tijelo

Popis materijala:

1. 3D tiskano glavno tijelo - 1 komad;
2. Sklopljeno kućište utičnice - 1 komad;
3. ACS 712 senzor struje - 1 komad;
4. 8x2 LCD zaslon - 1 komad;
5. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) duljine 20 mm- 4 komada.
6. Vijak M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) duljine 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).
• Spojite 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 senzor struje (poz. 3)
• Pričvrstite zaslon (poz. 4) s glavnim tijelom (poz. 1) pomoću vijaka (poz. 5) i matica (poz. 8).

Korak 7: Sklapanje. Plug Case

Popis materijala:

1. 3D tiskana 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).

Izborno:

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

Korak 8: Sklapanje. Stražnji poklopac

Popis materijala:

1. 3D tiskana stražnja korica - 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) duljine 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) na stražnji poklopac (poz. 1) i pričvrstite ga vijcima (poz. 5) i maticama (poz. 7).
• Pričvrstite Arduino (poz. 4) na stražnji poklopac (poz. 1) pomoću kopče.
• Pričvrstite AC-DC pretvarač napona (poz. 3) na stražnji poklopac (poz. 1) pomoću vijaka (poz. 6).

Korak 9: Sklapanje. Lemljenje

Popis materijala:

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

Sastavljanje:

Lemite sve komponente zajedno kako je prikazano na skici.

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

ACS712 je analogni senzor struje, a napaja ga 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 zaslon s 8 x 2 znakova napaja 3,3-5 V i ima vlastitu podatkovnu sabirnicu. 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;

Obavijest:

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 dirajte nikakve elektroničke komponente kada je uređaj spojen na električnu mrežu.

Nemojte spajati Arduino na računalo kada je uređaj spojen na električnu mrežu.

Korak 10: Sklapanje. Završi

Popis materijala:

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

Postupak montaže:

Pogledajte skicu. Slika će vam pomoći pri sastavljanju.

• Nakon što ste završili s lemljenjem, sve žice čvrsto postavite u glavno tijelo (poz. 1).
• Pazite 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 prototipa uređaja.

U XOD -u možete stvarati programe izravno u prozoru preglednika. Osobno preferiram desktop verziju.

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

Postupak:

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

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

Također sam priložio snimak zaslona s 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-sensor

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 jakosti struje. Odaberite onaj koji odgovara vašoj vrsti senzora. Postavljam čvor osjetnika struje 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 vrijednost A0 na pin PORT.

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 izmjenična frekvencija 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 pinov s čvorom senzora i postavite vrijednost izmjeničnog napona na drugi pin. Stavio sam vrijednost 230. Odnosi se na napon u mojoj električnoj mreži.

Čvor integrate-dt

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

UPD pin aktivira akumulirano ažuriranje 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. Kako bi bilo prikladnije brojati potrošeni novac, 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 ispisuje ga u dolarima.

Sve što trebate učiniti je prikazati ovu vrijednost na zaslonu.

Čvor text-lcd-8x2

Koristio sam LCD zaslon s 2 retka i 8 znakova. Stavio sam čvor text-lcd-8x2 za ovaj prikaz i postavio sve vrijednosti pin porta. Ovi pinovi ulaza odgovaraju Arduino mikro portovima na koje je lemljen zaslon.

U prvom retku zaslona, na pin L1, napisao sam niz "Ukupno:".

Izlazni pin čvora za novac povezao sam s pinom L2, kako bih prikazao količinu novca u drugom retku zaslona.

Zakrpa je spremna.

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

Korak 13: Prošireni program

Program možete sami proširiti iz prethodnog koraka. Na primjer, pogledajte priloženu snimku zaslona.

Kako se zakrpa može izmijeniti?

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

Napravite svoj uređaj i kod kuće otkrijte najhlepniju tehniku!

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

Vidimo se uskoro.