Mesurador d'energia multifunció DIY Arduino V1.0: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

En aquest instructiu, us mostraré com fer un comptador d'energia multifunció basat en Arduino. Aquest petit mesurador és un dispositiu molt útil que mostra informació important sobre paràmetres elèctrics. El dispositiu pot mesurar 6 paràmetres elèctrics útils: voltatge, corrent, potència, energia, capacitat i temperatura. Aquest dispositiu només és adequat per a càrregues de CC com sistemes fotovoltaics solars. També podeu utilitzar aquest mesurador per mesurar la capacitat de la bateria.

El mesurador pot mesurar fins a un rang de tensió de 0 a 26 V i un corrent màxim de 3,2 A.

Subministraments

Components utilitzats:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. OLED de 0,96 (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Bateria Lipo (Amazon)

6. Terminals de cargol (Amazon)

7. Capçaleres femení / masculí (Amazon)

8. Tauler perforat (Amazon)

9. 24 AWG Wire (Amazon)

10. Interruptor de diapositives (Amazon)

Eines i instruments utilitzats:

1. Soldador (Amazon)

2. Filferro (Amazon)

3. Multímetre (Amazon)

4. Tester elèctric (Amazon)

Pas 1: Com funciona?

El cor del Energy Meter és una placa Arduino Pro Micro. L'Arduino detecta el corrent i el voltatge mitjançant el sensor de corrent INA219 i la temperatura es detecta amb el sensor de temperatura DS18B20. Segons aquest voltatge i corrent, Arduino fa les matemàtiques per calcular la potència i l'energia.

L'esquema sencer es divideix en 4 grups

1. Arduino Pro Micro

La potència necessària per a Arduino Pro Micro es subministra a partir d’una bateria LiPo / Li-Ion mitjançant un interruptor lliscant.

2. Sensor de corrent

El sensor de corrent INA219 està connectat a la placa Arduino en mode de comunicació I2C (pin SDA i SCL).

3. Pantalla OLED

De manera similar al sensor actual, la pantalla OLED també està connectada a la placa Arduino en mode de comunicació I2C. Tanmateix, l'adreça del dispositiu és diferent.

4. Sensor de temperatura

Aquí he utilitzat el sensor de temperatura DS18B20. Utilitza un protocol d’un cable per comunicar-se amb l’Arduino.

Pas 2: proves de taulers de pa

En primer lloc, farem el circuit en una Breadboard. El principal avantatge d’una taula de pa sense soldadura és que és sense soldadura. Per tant, podeu canviar el disseny fàcilment només desconnectant components i derivacions que necessiteu.

Després de fer les proves de taulers, vaig fer el circuit en una placa perforada

Pas 3: prepareu la placa Arduino

L'Arduino Pro Micro ve sense soldar el pin de les capçaleres. Per tant, primer heu de soldar les capçaleres a l’Arduino.

Introduïu les capçaleres masculines de llarg amb el costat cap avall en una taula de tall. Ara, amb les capçaleres instal·lades, podeu deixar fàcilment la placa Arduino a la part superior del passador de capçaleres. Després, soldeu tots els pins a la placa Arduino.

Pas 4: prepareu les capçaleres

Per muntar l’Arduino, la pantalla OLED, el sensor de corrent i el sensor de temperatura, necessiteu uns pins de capçalera rectes femenins. Quan compreu les capçaleres rectes, trigaran massa a utilitzar-se els components. Per tant, els haureu de retallar fins a obtenir una longitud adequada. Vaig fer servir un pinzell per retallar-lo.

A continuació es detallen els detalls sobre les capçaleres:

1. Tauler Arduino: 2 x 12 pins

2. INA219 - 1 x 6 pins

3. OLED: 1 x 4 pins

4. Temp. Sensor: 1 x 3 pins

Pas 5: soldeu les capçaleres femenines

Després de preparar el passador de capçal femení, soldeu-lo al tauler perforat. Després de soldar els passadors de capçalera, comproveu si tots els components encaixen perfectament o no.

Nota: recomanaré soldar el sensor actual directament a la placa en lloc de fer-ho mitjançant la capçalera femenina.

M’he connectat mitjançant el pin de capçalera per tornar a utilitzar l’INA219 per a altres projectes.

Pas 6: munteu el sensor de temperatura

Aquí estic fent servir el sensor de temperatura DS18B20 al paquet TO-92. En considerar la fàcil substitució, he utilitzat una capçalera femella de 3 pins. Però podeu soldar directament el sensor a la placa perforada.

Pas 7: soldeu els terminals de cargol

Aquí s’utilitzen terminals de cargol per a la connexió externa a la placa. Les connexions externes són

1. Font (bateria / panell solar)

2. Carrega

3. Font d'alimentació a Arduino

El terminal de cargol blau s'utilitza per alimentar l'Arduino i dos terminals verds per a la connexió de font i càrrega.

Pas 8: Feu el circuit

Després de soldar les capçaleres femella i els terminals de cargol, heu de connectar els coixinets segons el diagrama esquemàtic que es mostra més amunt.

Les connexions són força senzilles

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 mitjançant una resistència de tracció de 4,7K

VCC -> VCC

Per fi, connecteu els terminals de cargol segons l’esquema.

He fet servir cables de colors 24AWG per fer el circuit. Soldeu el cable segons el diagrama del circuit.

Pas 9: muntatge dels separadors

Després de soldar i cablejar, munteu els separadors a 4 cantonades. Proporcionarà un joc suficient per a les juntes de soldadura i els cables des del terra.

Pas 10: disseny de PCB

He dissenyat un PCB personalitzat per a aquest projecte. A causa de la situació actual de pandèmia COVID-19, no puc fer una comanda d’aquest PCB. Per tant, encara no he provat el PCB.

Podeu descarregar els fitxers Gerber des de PCBWay

Quan feu una comanda de PCBWay, rebré una donació del 10% de PCBWay per contribuir al meu treball. La vostra petita ajuda em pot animar a fer un treball més increïble en el futur. Gracies per la teva cooperació.

Pas 11: Potència i energia

Potència: la potència és el producte de la tensió (volt) i el corrent (Amp)

P = VxI

La unitat de potència és Watt o KW

Energia: l’energia és el producte de la potència (watt) i del temps (hora)

E = Pxt

La unitat d'energia és Watt hora o quilowatt hora (kWh)

Capacitat: la capacitat és producte del corrent (Amp) i del temps (Hora)

C = I x t

La unitat de capacitat és Amp-Hour

Per controlar la potència i l'energia, la lògica s'implementa al programari i els paràmetres es mostren en una pantalla OLED de 0,96 polzades.

Crèdit de la imatge: imgoat

Pas 12: programari i biblioteques

Primer, descarregueu el codi adjunt a continuació. A continuació, descarregueu les biblioteques següents i instal·leu-les.

1. Biblioteca Adafruit INA219

2. Biblioteca Adafruit SSD1306

3. Temperatura de Dallas

Després d’instal·lar totes les biblioteques, configureu la placa i el port COM correctes i, a continuació, pengeu el codi.

Pas 13: proves finals

Per provar la placa, he connectat una bateria de 12V com a font i un LED de 3W com a càrrega.

La bateria està connectada al terminal de cargol situat a sota de l’Arduino i el LED es connecta al terminal de cargol situat a sota de l’INA219. La bateria LiPo es connecta al terminal de cargol blau i, a continuació, engegueu el circuit mitjançant l’interruptor lliscant.

Podeu veure tots els paràmetres que es mostren a la pantalla OLED.

Els paràmetres de la primera columna són

1. Voltatge

2. Actual

3. Potència

Els paràmetres de la segona columna són

1. Energia

2. Capacitat

3. Temperatura

Per comprovar la precisió he utilitzat el multímetre i el Tester, tal com es mostra a la part anterior. La precisió els és propera. Estic molt satisfet amb aquest gadget de butxaca.

Gràcies per llegir el meu Instructable. Si us agrada el meu projecte, no oblideu compartir-lo. Els comentaris i comentaris sempre són benvinguts.