Dispositiu de mesurament elèctric de cost energètic Arduino: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Paga massa per les seves factures d’electricitat?

Voleu saber quanta electricitat consumeix la vostra caldera o escalfador?

Feu el vostre propi comptador elèctric de cost energètic.

Mireu com he trobat l’ús d’aquest dispositiu.

Pas 1: Preparació. Eines Cargols i consumibles

Necessiteu diverses coses per fer aquest projecte.

• Ordinador domèstic amb XOD IDE instal·lat.
• Impressora 3D.

Eines:

• Clippers.
• Tornavís.
• Alicates.
• Eines de soldar.
• Fitxer d’agulla.

Consumibles:

• Paper de vidre.
• Tubs retractilables.
• 14 cables AWG o menys per a circuits de 220 V.
• 24 o 26 cables AWG per a circuit lògic de 5 V.

Cargols:

• Cargol M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) de 20 mm de longitud.
• Cargol M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) de 10 mm de longitud.
• Cargol M2 / M2.5 (DIN7981 o un altre).
• Femella hexagonal M3 (DIN 934 / DIN 985).

Pas 2: Preparació. Electrònica

Per crear el dispositiu necessiteu alguns components electrònics. Esbrinem quines.

En primer lloc, necessiteu un sensor de corrent altern.

El dispositiu pot funcionar amb un corrent elevat, de manera que el sensor hauria de ser adequat. A Internet, vaig trobar un sensor ACS712 fabricat per Allegro.

1 x 20A Sensor de corrent Mòdul ACS712 ~ 9 $;

Aquest sensor és analògic i mesura el corrent mitjançant l’efecte Hall. Utilitza un cable per transmetre el valor mesurat. Potser no és molt precís, però crec que és suficient per a aquest dispositiu. El sensor ACS712 pot ser de tres tipus amb diferents límits màxims de mesura:

• ACS712ELCTR-05B (5 amperes com a màxim);
• ACS712ELCTR-20A (20 amperes com a màxim);
• ACS712ELCTR-30A (30 amperes com a màxim).

Podeu triar la versió que necessiteu. Faig servir la versió de 20 amp. No crec que el corrent dels meus endolls excedeixi aquest valor.

Necessiteu un controlador, per llegir les dades del sensor i realitzar la resta de càlculs.

Per descomptat, vaig triar Arduino. Crec que no hi ha res més convenient per a aquests projectes de bricolatge. La meva tasca no és difícil, de manera que no necessito un tauler elegant. Vaig comprar Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino funciona amb una tensió de CC de fins a 12V mentre jo mesurava la tensió de CA de 220V. A més, el sensor ACS hauria d’estar alimentat per 5 volts exactes. Per solucionar el problema, vaig comprar el convertidor de CA a CC de 220 a 5 volts.

1 x Alimentació de mòdul d'alimentació de CA a CC Entrada: AC86-265V Sortida: 5V 1A ~ 7 $;

Faig servir aquest convertidor per alimentar Arduino i el sensor.

Per visualitzar les meves mesures, mostraré la quantitat de diners gastats en una pantalla. Faig servir aquesta pantalla LCD de 8x2 caràcters.

1 x 0802 LCD 8x2 caràcters Mòdul de pantalla LCD 5V ~ 9 $;

És petit, compatible amb la pantalla Arduino. Utilitza el propi bus de dades per comunicar-se amb el controlador. A més, aquesta pantalla té una llum de fons que pot ser de diferents colors. Tinc la taronja.

Pas 3: Preparació. Connectors

El dispositiu hauria de tenir el seu endoll i endoll.

És força difícil establir una connexió de connexió de qualitat i fiable a casa. A més, volia que el dispositiu fos portàtil i compacte sense cables ni cables.

Vaig decidir comprar uns endolls i endolls universals a la ferreteria per desmuntar-los i utilitzar-ne qualsevol. Els connectors que he comprat són de tipus F o es diuen Shuko. Aquesta connexió s’utilitza a tota la Unió Europea. Hi ha diferents tipus de connectors, per exemple, els tipus A o B són una mica més petits que F i s’utilitzen a Amèrica del Nord. Les dimensions internes dels endolls i les dimensions externes dels endolls estan normalitzades per a tots els connectors del tipus.

Per obtenir més informació, aquí podeu llegir sobre diferents tipus de sòcols.

Desmuntant uns quants endolls, vaig trobar que les seves parts interiors es poden eliminar fàcilment. Aquestes parts tenen gairebé les mateixes dimensions mecàniques. Vaig decidir utilitzar-los.

Per tant, per crear el vostre propi dispositiu necessiteu:

• Trieu el tipus de connexió;
• Cerqueu endolls i endolls que pugueu utilitzar i que es puguin desmuntar fàcilment;
• Traieu les seves parts interiors.

He utilitzat aquest sòcol:

1 x endoll femella a terra 16A 250V ~ 1 $;

I aquest endoll:

1 x endoll masculí 16A 250V ~ 0, 50 $;

Pas 4: Preparació. Impressió 3D

Vaig imprimir parts del cos del dispositiu en una impressora 3D. He utilitzat plàstic ABS de diferents colors.

Aquí teniu la llista de parts:

• Cos principal (porpra): 1 peça;
• Coberta posterior (groga): 1 peça;
• Funda d'endoll (rosa): 1 peça;
• Tap tap (vermell): 1 peça;

El cos principal té orificis de rosca per subjectar el sensor actual i la tapa posterior.

La tapa posterior té orificis de rosca per subjectar el convertidor AC-DC i una junta ajustable per connectar Arduino Micro.

Totes les peces tenen forats per als cargols M3 per fixar la caixa de la pantalla, l’endoll i l’endoll.

Presteu atenció a les peces de la caixa del sòcol i de l’endoll.

Les superfícies interiors d’aquestes parts s’han modelat prèviament per als meus connectors. Per als connectors desmuntats del pas anterior.

Per tant, si voleu fabricar el vostre propi dispositiu i els connectors de connexió i endoll difereixen dels meus, haureu de corregir o modificar els models 3D de la carcassa i la clavilla.

Els models STL es troben a l’adjunt. Si és necessari, puc adjuntar els models CAD d'origen.

Pas 5: Muntatge. Socket Case

La llista de materials:

1. Funda per endoll imprès en 3D: 1 peça;
2. Socket - 1 peça;
3. Cables d'alta tensió (14 AWG o menys).

Procés de muntatge:

Mireu l’esbós. La imatge us ajudarà amb el muntatge.

• Prepareu el sòcol (pos. 2). El sòcol ha d’adaptar-se bé a la caixa fins a la cornisa d’aturada. Si cal, processeu el contorn del sòcol amb un paper de vidre o una llima d’agulla.
• Connecteu els cables d'alta tensió a la presa. Utilitzeu blocs de terminals o soldadura.
• Introduïu el sòcol (pos. 2) a la caixa (pos. 1).

Opcional:

Fixeu la presa de la caixa amb un cargol a través de la plataforma de la caixa

Pas 6: Muntatge. Cos principal

La llista de materials:

1. Cos principal imprès en 3D: 1 peça;
2. Caixa de presa muntada - 1 peça;
3. Sensor de corrent ACS 712: 1 peça;
4. Pantalla LCD 8x2: 1 peça;
5. Cargol M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) de 20 mm de longitud - 4 peces.
6. Cargol M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) de 10 mm de longitud - 4 peces.
7. Cargol M2 / M2.5 (DIN7981 o un altre) - 2 peces.
8. Femella hexagonal M3 (DIN 934 / DIN 985) - 8 peces.
9. 24 o 26 cables AWG.
10. Cables d'alta tensió (14 AWG o menys).

Procés de muntatge:

Mireu l’esbós. La imatge us ajudarà amb el muntatge.

• Prepareu el forat gran del cos principal (pos. 1). La caixa de sòcol muntada ha d’adaptar-s’hi bé. Si cal, processeu el contorn del forat amb un paper de vidre o una llima d’agulla.
• Introduïu la caixa d'endolls (pos. 2) al cos principal (pos. 1) i subjecteu-la amb cargols (pos. 6) i femelles (pos. 8).
• Connecteu cables d'alta tensió al sensor de corrent (pos. 3). Utilitzeu blocs de terminals.
• Fixeu el sensor de corrent (pos. 3) amb el cos principal (pos. 1) mitjançant cargols (pos. 7).
• Connecteu o soldeu els cables a la pantalla (pos. 4) i al sensor de corrent (pos. 3)
• Fixeu la pantalla (pos. 4) amb el cos principal (pos. 1) mitjançant cargols (pos. 5) i femelles (pos. 8).

Pas 7: Muntatge. Tap de caixa

La llista de materials:

1. Funda per endoll imprès en 3D: 1 peça;
2. Endoll - 1 peça;
3. Cables d'alta tensió (14 AWG o menys).

Procés de muntatge:

Mireu l’esbós. La imatge us ajudarà amb el muntatge.

• Prepareu el tap (pos. 2). L’endoll ha d’adaptar-se bé a la caixa fins a la parada. Si cal, processeu el contorn del sòcol amb un paper de vidre o una llima d’agulla.
• Connecteu els cables d'alta tensió a l'endoll (pos. 2). Utilitzeu blocs de terminals o soldadura.
• Introduïu el tap (pos. 2) a la caixa (pos. 1).

Opcional:

Fixeu el tap a la caixa amb un cargol. El lloc per cargolar es mostra a l'esbós

Pas 8: Muntatge. Contraportada

La llista de materials:

1. Contraportada impresa en 3D: 1 peça;
2. Tap de carcassa muntat: 1 peça;
3. Convertidor de tensió AC-CC: 1 peça;
4. Arduino Micro - 1 peça;
5. Cargol M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) de 10 mm de longitud - 4 peces.
6. Cargol M2 / M2.5 (DIN7981 o un altre) - 4 peces.
7. Femella hexagonal M3 (DIN 934 / DIN 985) - 4 peces.

Procés de muntatge:

Mireu l’esbós. La imatge us ajudarà amb el muntatge.

• Prepareu el forat gran de la tapa posterior (pos. 1). La caixa de taps muntada (pos. 2) hi hauria d’encaixar bé. Si cal, processeu el contorn del forat amb un paper de vidre o una llima d’agulla.
• Introduïu la tapa (pos. 2) a la tapa posterior (pos. 1) i subjecteu-la amb cargols (pos. 5) i femelles (pos. 7).
• Connecteu Arduino (pos. 4) a la tapa posterior (pos. 1) mitjançant la connexió de fixació automàtica.
• Fixeu el convertidor de tensió AC-CC (pos. 3) a la tapa posterior (pos. 1) mitjançant cargols (pos. 6).

Pas 9: Muntatge. Soldadura

La llista de materials:

1. Cables d'alta tensió (14 AWG o menys).
2. 24 o 26 cables AWG.

Muntatge:

Soldeu tots els components junts tal com es mostra a l'esbós.

Els cables d’alta tensió de l’endoll es solden al convertidor AC-DC i als cables de la presa.

L'ACS712 és un sensor de corrent analògic i funciona amb 5V. Podeu alimentar el sensor des d’Arduino o des del convertidor AC-DC directament.

• Pin Vcc: pin Arduino 5V / pin AC-DC 5V;
• GND: pin GND Arduino / pin GND AC-DC;
• OUT - pin Arduino analògic A0;

La pantalla LCD de 8x2 caràcters LCD funciona amb 3.3-5V i té un propi bus de dades. La pantalla es pot comunicar en un mode de 8 bits (DB0-DB7) o de 4 bits (DB4-DB7). N’he utilitzat un de 4 bits. Podeu alimentar la pantalla des d’Arduino o des del convertidor AC-DC.

• Pin Vcc: pin Arduino 5V / pin AC-DC 5V;
• GND: pin GND Arduino / pin GND AC-DC;
• Vo - Pin Arduino GND / Pin AC-DC GND;
• R / W: pin Arduino GND / pin AC-DC GND;
• RS - pin digital Arduino de 12;
• E - pin digital Arduino 11;
• DB4: pin digital Arduino de 5;
• DB5: pin digital Arduino de 4;
• DB6: pin 3 Arduino digital;
• DB7: pin digital Arduino de 2;

Notificació:

No oblideu aïllar tots els cables d'alta tensió amb tubs retractilables. A més, aïlleu els contactes soldats d’alta tensió al convertidor de tensió AC-DC. A més, aïlleu els contactes soldats d’alta tensió al convertidor de tensió AC-DC.

Tingueu cura amb 220V. L’alta tensió et pot matar!

No toqueu cap component electrònic quan el dispositiu estigui connectat a la xarxa elèctrica.

No connecteu l'Arduino a un ordinador quan el dispositiu està connectat a la xarxa elèctrica.

Pas 10: Muntatge. Acabar

La llista de materials:

1. Cos principal muntat: 1 peça;
2. Coberta posterior muntada: 1 peça;
3. Cargol M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) de 10 mm de longitud - 4 peces.

Procés de muntatge:

Mireu l’esbós. La imatge us ajudarà amb el muntatge.

• Després d'acabar de soldar, col·loqueu tots els cables de manera segura al cos principal (pos. 1).
• Assegureu-vos que no hi hagi contactes oberts enlloc. Els cables no s’han de tallar i els seus llocs oberts no han de contactar amb el cos de plàstic.
• Fixeu la tapa posterior (pos. 2) al cos principal (pos. 1) amb cargols (pos. 3).

Pas 11: XOD

Per programar controladors Arduino, faig servir l’entorn de programació visual XOD. Si no coneixeu l’enginyeria elèctrica o potser només voleu escriure programes senzills per a controladors Arduino com jo, proveu XOD. És l’instrument ideal per fer prototips ràpids de dispositius.

A XOD podeu crear programes directament a la finestra del navegador. Personalment, prefereixo la versió d'escriptori.

Per al meu dispositiu ECEM, vaig crear la biblioteca gabbapeople / electric-meter a XOD. Aquesta biblioteca conté tots els nodes que necessiteu per crear el mateix programa. També inclou l'exemple de programa preparat. Per tant, assegureu-vos d’afegir-lo a l’espai de treball XOD.

Procés:

• Instal·leu el programari XOD IDE a l'ordinador.
• Afegiu la biblioteca gabbapeople / electric-meter a l’espai de treball.
• Creeu un projecte nou i anomeneu-lo smth.

A continuació, vaig a descriure com programar aquest dispositiu en XOD.

També he adjuntat la captura de pantalla amb la versió ampliada del programa al darrer pas instructiu.

Pas 12: programació

Aquests són els nodes que necessiteu:

El node acs712-20a-ac-current-sensor

Aquest és el primer node que es col·loca al pegat. S'utilitza per mesurar el corrent momentani. En aquesta biblioteca, hi ha 3 tipus de nodes diferents. Es diferencien pel tipus de tap de mesura de l'amperatge. Escolliu el corresponent al vostre tipus de sensor. Poso el node acs712-20a-ac-current-sensor. Aquest node genera un valor de la intensitat de corrent en amperes.

Al pin PORT d'aquest node, hauria de posar el valor del pin Arduino Micro al qual he connectat el sensor actual. He soldat el pin de senyal del sensor al pin Arduino A0, de manera que he posat el valor A0 al pin PORT.

El valor del pin UPD s’ha d’establir a Continually, per mesurar la intensitat de corrent contínuament després d’encendre el dispositiu. També per a la mesura de CA, he d’especificar la freqüència. A la meva xarxa elèctrica, la freqüència de corrent altern és de 50 Hz. He posat el valor 50 al pin FRQ de freqüència.

El node multiplicador

Calcula la potència elèctrica. L’energia elèctrica és el producte de la multiplicació del corrent a la tensió.

Col·loqueu el node multiplicador i enllaceu un dels seus pins amb el node sensor i poseu el valor de la tensió de CA al segon pin. Vaig posar el valor 230. Es refereix al voltatge de la meva xarxa elèctrica.

El node integrate-dt

Amb dos nodes anteriors, el corrent i la potència del dispositiu es poden mesurar instantàniament. Però cal calcular com canvia el consum d’energia al llarg del temps. Per a això, podeu integrar el valor de potència instantània mitjançant el node integrate-dt. Aquest node acumularà el valor de potència actual.

El pin UPD activa una actualització del valor acumulat, mentre que el pin RST restableix el valor acumulat a zero.

El node de diners

Després de la integració, a la sortida del node integrate-dt, obteniu el consum d'energia elèctrica en watts per segon. Per fer més còmode comptar els diners gastats, col·loqueu el node de diners al parche. Aquest node converteix el consum d'energia de watts per segon a quilowatts per hora i multiplica el valor acumulat pel cost d'un quilowatt per hora.

Poseu el preu d’un quilowatt per hora al pin de la Xina.

Amb el node de diners, el valor acumulat del consum d'electricitat es converteix en la quantitat de diners gastats. Aquest node el genera en dòlars.

Tot el que us queda per fer és mostrar aquest valor a la pantalla de la pantalla.

El node text-lcd-8x2

He utilitzat pantalla LCD amb 2 línies de quatre vuit caràcters. He posat el node text-lcd-8x2 per a aquesta pantalla i he configurat tots els valors dels pins de port. Aquestes clavilles de port corresponen als micro ports Arduino a què la pantalla està soldada.

A la primera línia de la pantalla, al pin L1, vaig escriure la cadena "Total:".

He enllaçat el pin de sortida del node to-money al pin L2 per mostrar la quantitat de diners a la segona línia de la pantalla.

El pegat està a punt.

Premeu Desplega, trieu el tipus de tauler i pengeu-lo al dispositiu.

Pas 13: programa ampliat

Podeu ampliar el programa des del pas anterior pel vostre compte. Per exemple, mireu la captura de pantalla adjunta.

Com es pot modificar el pegat?

• Enllaceu la sortida del sensor acs712-20a-ac-current directament amb el node de visualització per generar el valor de moment momentani a la pantalla sense altres càlculs.
• Enllaceu la sortida del node multiplicador directament amb el node de visualització per produir energia elèctrica que es consumeix ara mateix;
• Enllaceu la sortida del node integrate-dt directament amb el node de visualització per generar el valor de consum acumulat;
• Restableix el comptador prement un botó. És una bona idea, però he oblidat afegir un lloc per a un botó al meu dispositiu =). Col·loqueu el node de botó al pegat i enllaceu el pin PRS amb el pin RST del node integrate-dt.
• Podeu crear un dispositiu amb una pantalla superior a 8x2 i mostrar tots els paràmetres al mateix temps. Si utilitzeu la pantalla 8x2 com jo, utilitzeu els nodes concat, format-number, pad-with-zeroes per ajustar tots els valors a les files.

Crea el teu propi dispositiu i descobreix la tècnica més llaminera a casa.

Podeu trobar aquest dispositiu molt útil a la llar per estalviar electricitat.

Fins aviat.