Arduino Energy Meter - V2.0: 12 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Сайн байна уу найз минь, удаан хугацааны завсарлагааны дараа эргэн ирээрэй. Өмнө нь би тосгоныхоо нарны зайнаас (DC цахилгаан) хүчийг хянах зориулалттай Arduino Energy Meter дээр зааварчилгаа байршуулсан байсан. Энэ нь интернетэд маш их алдартай болсон тул дэлхийн олон хүмүүс өөрсдөө өөрсдөө бүтээсэн. Маш олон оюутан надаас тусламж авч коллежийнхоо төсөлд амжилттай оролцсон. Гэсэн хэдий ч одоо би AC цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээг хянах тоног төхөөрөмж, програм хангамжийн өөрчлөлттэй холбоотой асуулт асуусан хүмүүсээс имэйл, мессеж хүлээн авч байна.

Тиймээс энэхүү зааварчилгаанд би Arduino/Wemos хавтанг ашиглан энгийн wifi -тай ажилладаг AC эрчим хүчний тоолуурыг хэрхэн хийхийг танд үзүүлэх гэж байна. Энэхүү эрчим хүчний тоолуурыг ашигласнаар та гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн зарцуулалтыг хэмжих боломжтой. Төслийн төгсгөлд би энэ төсөлд зориулж 3D хэвлэсэн сайхан хашлага хийсэн.

Эрчим хүчний хэрэглээний талаар илүү их мэдлэг олж авах зорилго нь хэрэглэгчдийн эрчим хүчний хэрэглээг оновчтой болгох, бууруулах явдал юм. Энэ нь тэдний эрчим хүчний зардлыг бууруулахаас гадна эрчим хүч хэмнэх болно.

Мэдээжийн хэрэг, эрчим хүчний хяналтанд зориулагдсан маш олон арилжааны төхөөрөмжүүд байдаг, гэхдээ би өөрийн хувилбарыг бүтээхийг хүсч байсан бөгөөд энэ нь энгийн бөгөөд хямд байх болно.

Та миний бүх төслүүдийг https://www.opengreenenergy.com/ дээрээс олж болно.

Алхам 1: Шаардлагатай эд анги, багаж хэрэгсэл

Шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсгүүд:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Одоогийн мэдрэгч -ACS712 (Амазон)

3. OLED дэлгэц (Amazon / Banggood)

4. 5V цахилгаан хангамж (Aliexpress)

5. Prototype Board - 4 x 6cm (Amazon / Banggood)

6. 24 AWG утас (Amazon)

7. Толгойн зүү (Amazon / Banggood)

8. Эрэгтэй, эмэгтэй холбогч утас (Амазон)

9. Шураг терминал (Амазон)

10. Standoff (Banggood)

11. AC залгуур

12. AC залгуур

13. Хавар холбогч (Banggood)

14. Rocker Switch (Banggood)

15. PLA Filament-Silver (GearBest)

16. PLA утас-улаан (GearBest)

Шаардлагатай хэрэгсэл:

1. Гагнуурын төмөр (Амазон)

2. Цавуу буу (Амазон)

3. Утас таслагч/хуулагч (Амазон)

4.3D хэвлэгч (Creality CR10S)

Алхам 2: Энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ?

Төслийн бүхэл бүтэн схемийг дээр харуулав.

Санамсаргүй богино залгааны үед хэлхээний самбар гэмтэхээс зайлсхийхийн тулд хувьсах гүйдлийн сүлжээнээс цахилгаан авч, гал хамгаалагчаар дамжуулдаг.

Дараа нь хувьсах гүйдлийн шугамыг хоёр хэсэгт хуваана.

1. Одоогийн мэдрэгчээр ачаалах (ACS712)

2. 230V AC/5V DC тэжээлийн хангамжийн модуль

5V цахилгаан хангамжийн модуль нь микроконтроллер (Arduino/Wemos), одоогийн мэдрэгч (ACS712) болон OLED дэлгэцийг эрчим хүчээр хангадаг.

Ачааллаар дамжих АС гүйдлийг одоогийн мэдрэгчийн модуль (ACS712) мэдэрч, Arduino/Wemos хавтангийн аналог зүү (A0) руу тэжээнэ. Аналог оролтыг Arduino -д өгсний дараа хүч/энергийг хэмжих ажлыг Arduino ноорогоор хийдэг.

Arduino/Wemos -ийн тооцоолсон хүч, энергийг 0.96 инчийн OLED дэлгэцийн модуль дээр харуулав.

Wemos -ийн суулгагдсан WiFi чип нь гэрийн чиглүүлэгчтэй холбогдсон бөгөөд Blynk програмтай холбогдсон байна. Тиймээс та OTA -ээр дамжуулан ухаалаг гар утаснаасаа параметрүүдийг хянах, тохируулах, өөрчлөх боломжтой.

Алхам 3: АС -ийн үндсийг ойлгох

Хувьсах гүйдлийн хэлхээний шинжилгээнд хүчдэл ба гүйдэл хоёулаа цаг хугацааны хувьд синусоид байдлаар өөрчлөгддөг.

Бодит хүч (P):

Энэ бол төхөөрөмжийг ашигтай ажил хийхэд ашигладаг хүч бөгөөд энэ нь кВт -аар илэрхийлэгддэг.

Бодит хүч = Хүчдэл (V) x Одоогийн (I) x cosΦ

Реактив хүч (Q):

Үүнийг ихэвчлэн төсөөллийн хүч гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь ашиггүй ажил хийдэг эх үүсвэр ба ачааллын хооронд хэлбэлздэг хүчийг хэмждэг кВАр -ээр илэрхийлэгддэг.

Реактив хүч = Хүчдэл (V) x Одоогийн (I) x sinΦ

Харагдах хүч (ууд):

Үүнийг Root-Mean-Square (RMS) хүчдэл ба RMS гүйдлийн бүтээгдэхүүн гэж тодорхойлдог. Үүнийг бодит ба реактив хүчний үр дүн гэж тодорхойлж болно. Үүнийг кВА -аар илэрхийлнэ

Харагдах хүч = Хүчдэл (V) x Одоогийн (I)

Бодит, реактив ба харагдах хүчний хоорондын харилцаа:

Бодит хүч = Харагдах хүч x cosΦ

Реактив хүч = Харагдах хүч x sinΦ

(кВА) ² = (кВт) ² + (кВАр) ²

Эрчим хүчний хүчин зүйл (pf):

Бодит хүч ба хэлхээний харагдах хүчийг харьцуулсан харьцааг хүчний хүчин зүйл гэж нэрлэдэг.

Эрчим хүчний хүчин зүйл = Бодит хүч/Харагдах хүч

Дээрхээс харахад бид хүчдэл ба гүйдлийг хэмжих замаар бүх төрлийн хүч, түүнчлэн хүчний коэффициентийг хэмжих боломжтой болох нь тодорхой байна.

Зургийн кредит: openenergymonitor.org

Алхам 4: гүйдлийн мэдрэгч

Хувьсах гүйдлийн гүйдлийг уламжлалт гүйдлийн трансформатор ашиглан хэмждэг боловч энэ төслийн хувьд бага өртөгтэй, жижиг хэмжээтэй тул ACS712 -ийг одоогийн мэдрэгчээр сонгосон. ACS712 одоогийн мэдрэгч нь өдөөгдсөн үед гүйдлийг нарийн хэмждэг Hall Effect гүйдлийн мэдрэгч юм. АС -ийн утсыг тойрсон соронзон орон илэрсэн бөгөөд үүнтэй тэнцэх аналог гаралтын хүчдэл өгдөг. Аналог хүчдэлийн гаралтыг дараа нь микроконтроллер боловсруулж, ачааллын дамжин өнгөрөх урсгалыг хэмждэг.

ACS712 мэдрэгчийн талаар илүү ихийг мэдэхийн тулд та энэ сайтад зочилж болно. Танхимын эффект мэдрэгчийн ажлын талаар илүү сайн тайлбарлахын тулд би Embedded-lab-ийн дээрх зургийг ашигласан болно.

Алхам 5: ACS712 -ийн одоогийн хэмжилт

ACS712 гүйдлийн мэдрэгчийн гаралт нь AC хүчдэлийн долгион юм. Бид rms гүйдлийг тооцоолох ёстой бөгөөд үүнийг дараах байдлаар хийж болно

1. Оргил цэгээс оргил хүчдэл хүртэл хэмжих (Vpp)

2. Оргил хүчийг (Vpp) хоёр хувааж оргил хүчдэл (Vp) авна

3. Үүнийг 0.707 -аар үржүүлснээр эргэлтийн хүчдэл (Vrms) авна.

Дараа нь одоогийн мэдрэгчийн мэдрэмтгий байдлыг (ACS712) үржүүлснээр эргэлтийн гүйдлийг авна.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0.707

Irms = Vrms x Мэдрэмж

ACS712 5A модулийн мэдрэмж нь 185мВ/А, 20А модуль нь 100мВ/А, 30А модуль нь 66мВ/А байна.

Одоогийн мэдрэгчийн холболтыг доор харуулав

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5V

ГАРАХ ----- A0

GND ----- GND

Алхам 6: Эрчим хүч ба эрчим хүчний тооцоо

Өмнө нь би AC Power -ийн янз бүрийн хэлбэрийн үндсийг тайлбарласан болно. Өрхийн хэрэглэгч учраас жинхэнэ хүч (кВт) нь бидний гол санаа зовдог асуудал юм. Бодит хүчийг тооцоолохын тулд бид rms хүчдэл, rms гүйдэл ба хүчний коэффициент (pF) -ийг хэмжих хэрэгтэй.

Ихэвчлэн миний байрлал дахь (230V) сүлжээний хүчдэл бараг тогтмол байдаг (хэлбэлзэл нь маш бага байдаг). Тиймээс хүчдэлийг хэмжихийн тулд би нэг мэдрэгчийг үлдээж байна. Хэрэв та хүчдэл мэдрэгчийг холбосон бол эргэлзэх зүйлгүй, миний хувьд хэмжлийн нарийвчлал илүү дээр юм. Ямар ч байсан энэ арга нь төслийг дуусгах, зорилгоо биелүүлэх хямд бөгөөд энгийн арга юм.

Хүчдэл мэдрэгчийг ашиглахгүй байх бас нэг шалтгаан нь Wemos аналог зүү (зөвхөн нэг) хязгаарлагдмал байгаатай холбоотой юм. Хэдийгээр нэмэлт мэдрэгчийг ADS1115 гэх мэт ADC ашиглан холбож болох боловч одоогоор би үүнийг орхиж байна. Ирээдүйд, хэрэв надад цаг гарвал би үүнийг заавал нэмэх болно.

Ачааллын хүчний коэффициентийг програмчлах явцад эсвэл ухаалаг гар утасны програмаас өөрчилж болно.

Бодит хүч (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (мэдэгдэж байгаа)

Pf = 0.85 (мэдэгдэж байгаа)

Ирмс = одоогийн мэдрэгчээс унших (үл мэдэгдэх)

Зургийн кредит: imgoat

Алхам 7: Blynk програмтай харилцах

Wemos самбар нь WiFi чиптэй тул үүнийг чиглүүлэгчтэйгээ холбож, ухаалаг гар утсаараа гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн энергийг хянаж үзье гэж бодлоо. Arduino -ийн оронд Wemos хавтанг ашиглахын давуу талууд нь мэдрэгчийг тохируулах, микроконтроллерийг биечлэн програмчлахгүйгээр OTA -ээр дамжуулан ухаалаг гар утснаас параметрийн утгыг өөрчлөх явдал юм.

Туршлага багатай хүн үүнийг хийх боломжтой байхын тулд би энгийн сонголтыг хайсан. Миний олж мэдсэн хамгийн сайн сонголт бол Blynk програмыг ашиглах явдал юм. Blynk бол Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison болон бусад техник хангамжийг бүрэн хянах боломжийг олгодог програм юм. Энэ нь Android болон iPhone хоёуланд нь нийцдэг. Блинк хотод бүх зүйл ner️Эрчим хүчээр ажилладаг. Та шинэ данс үүсгэхдээ туршилт хийж эхлэхийн тулд ⚡️2,000 авах болно; Виджет бүр ажиллахын тулд бага зэрэг энерги шаардагддаг. Энэ төслийн хувьд танд ⚡️2400 хэрэгтэй тул нэмэлт энерги худалдаж авах шаардлагатай болно ️⚡️400 (өртөг нь 1 доллараас бага)

би Хэмжигч - 2 x ⚡️200 = ⚡️400

ii. Шошготой утгын дэлгэц - 2 x ⚡️400 = ⚡️800

iii. Гулсагч - 4 x ⚡️200 = ⚡️800

iv. Цэс - 1х ⚡️400 = ⚡️400

Энэ төсөлд шаардагдах нийт эрчим хүч = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Дараах алхмуудыг дагана уу.

Алхам-1: Blynk програмыг татаж авах

1. Андройдын хувьд

2. iPhone -ийн хувьд

Алхам-2: Зөвшөөрлийн тэмдэг авах

Blynk App болон таны техник хангамжийг холбохын тулд танд Auth Token хэрэгтэй болно. Blynk App дээр шинэ данс үүсгэнэ үү.

2. Цэсний дээд хэсэгт байрлах QR дүрс дээр дарна уу. Дээр үзүүлсэн QR кодыг сканнердах замаар энэхүү төслийн клоныг үүсгэнэ үү. Үүнийг амжилттай илрүүлсний дараа төсөл тэр даруй таны утсан дээр байх болно.

3. Төслийг үүсгэсний дараа бид танд Auth Token -ийг имэйлээр илгээх болно.

4. Имэйл ирсэн имэйлээ шалгаад Auth Token -ийг олоорой.

Алхам-3: Arduino IDE-ийг Wemos самбарт бэлтгэх

Arduino кодыг Wemos самбарт байршуулахын тулд та энэ зааврыг дагаж мөрдөх ёстой

Алхам-4: Номын санг суулгах

Дараа нь та номын санг Arduino IDE руу оруулах ёстой

Blynk номын санг татаж авах

OLED Display -ийн номын санг татаж авах: i. Adafruit_SSD1306 ii. Adafruit-GFX-Номын сан

Алхам-5: Arduino Sketch

Дээрх сангуудыг суулгасны дараа доор өгөгдсөн Arduino кодыг буулгана уу.

Алхам 1, нэвтрүүлэгчийн ssid болон нууц үгийн баталгаажуулалтын кодыг оруулна уу.

Дараа нь кодыг байршуулна уу.

Алхам 8: Хэлхээний самбарыг бэлтгэ

Цахилгаан хэлхээг цэвэр, цэвэр болгохын тулд би 4х6 см хэмжээтэй прототип хавтанг ашиглан хэлхээний самбар хийсэн. Эхлээд би эрэгтэй толгойн зүүг Wemos самбарт гагнав. Дараа нь би янз бүрийн самбарыг суурилуулахын тулд эмэгтэй толгойнуудыг прототипийн самбар дээр гагнав.

1. Wemos самбар (2 х 8 зүү эмэгтэй толгой)

2. 5V DC цахилгаан хангамжийн самбар (2 зүү +3 зүү эмэгтэй толгой)

3. Одоогийн мэдрэгчийн модуль (3 зүү эмэгтэй толгой)

4. OLED дэлгэц (4 зүү эмэгтэй толгой)

Эцэст нь би цахилгаан тэжээлийн нэгжид хувьсах гүйдлийг нийлүүлэх 2 зүүтэй шураг терминалыг гагнав.

Бүх толгойн зүүг гагнасны дараа холболтыг дээр үзүүлсэн шиг хий. Би бүх холболтод 24 AWG гагнуурын утас ашигласан.

Холболт дараах байдалтай байна

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Vout-A0

2. OLED дэлгэц:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd- GND

SCL- D1

SDA-D2

3. Цахилгаан хангамжийн модуль:

Шургийн терминал руу холбогдсон тэжээлийн модулийн AC оролтын зүү (2 зүү).

V1pin гаралт нь Wemos 5V, GND зүү нь Wemos GND зүүтэй холбогдсон байна.

Алхам 9: 3D хэвлэсэн хаалт

Арилжааны бүтээгдэхүүний сайхан дүр төрхийг өгөхийн тулд би энэ төсөлд зориулан хашлага хийжээ. Хашаа нь доод ба дээд таг гэсэн хоёр хэсгээс бүрдэнэ. Та Thingiverse -аас. STL файлуудыг татаж авах боломжтой.

Доод хэсэг нь үндсэн ПХБ (4х6 см), Одоогийн мэдрэгч ба гал хамгаалагч эзэмшигчид суурилуулахаар хийгдсэн бөгөөд дээд таг нь AC залгуур болон OLED дэлгэцийг холбох зориулалттай.

Би өөрийн Creality CR-10S 3D принтер болон 1.75 мм мөнгөн PLA, улаан PLA утас ашиглан эд ангиудыг хэвлэв. Үндсэн хэсгийг хэвлэхэд 5 цаг, дээд тагийг хэвлэхэд ойролцоогоор 3 цаг зарцуулсан.

Миний тохиргоо дараах байдалтай байна

Хэвлэх хурд: 60 мм/с

Давхаргын өндөр: 0.3

Дүүргэх нягт: 100%

Экструдерын температур: 205 градус

Орны температур: 65 хэм

Алхам 10: АС -ийн утас диаграмм

Хувьсах гүйдлийн цахилгаан утас нь 3 утастай: шугам (улаан), төвийг сахисан (хар), газардуулга (ногоон).

Цахилгааны утсан дээрх улаан утас нь гал хамгаалагчийн нэг терминалтай холбогдсон байна. Гал хамгаалагчийн нөгөө терминал нь хавар ачаалагдсан хоёр терминал холбогчтой холбогдсон байна. Хар утас нь хаврын ачаалалтай холбогчтой шууд холбогддог.

Одоо хэлхээний самбар (Wemos, OLED, ACS712) -т шаардагдах хүчийг хавар холбосон холбогчийн дараа соронзон хальсанд буулгадаг. Гол хэлхээний самбарыг тусгаарлахын тулд рокер шилжүүлэгчийг цувралаар холбодог. Дээрх хэлхээний диаграмыг үзнэ үү.

Дараа нь улаан утас (шугам) нь AC залгуур "L" терминал, ногоон утас (газардуулга) төвийн терминал (G гэж тэмдэглэгдсэн) холбогдсон байна.

Саармаг терминал нь ACS712 гүйдлийн мэдрэгчийн нэг терминалтай холбогдсон байна. ACS712-ийн нөгөө терминал нь хавар холбогдсон холбогч руу буцаж холбогдсон байна.

Гаднах бүх холболтыг хийж дууссаны дараа самбарыг сайтар шалгаж, гагнуурын урсгалын үлдэгдлийг арилгахын тулд цэвэрлэнэ.

Анхаарна уу: Цахилгаан гүйдлийн үед хэлхээний аль ч хэсэгт хүрч болохгүй. Санамсаргүй байдлаар хүрэх нь үхэлд хүргэх гэмтэл бэртэл, үхэлд хүргэж болзошгүй юм. Ажлын явцад аюулгүй байгаарай, учирсан хохирлыг би хариуцахгүй.

Алхам 11: Бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг суулгана уу

Зурагт үзүүлсэн шиг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг (AC залгуур, рокер шилжүүлэгч, OLED дэлгэц) дээд тагны үүрэнд оруулна уу. Дараа нь боолтыг бэхлээрэй. Доод хэсэг нь үндсэн ПХБ -ийн хавтанг бэхлэх 4 зогсолттой. Нэгдүгээрт, гуулин зогсоолыг дээр үзүүлсэн шиг нүхэнд оруулна. Дараа нь 2M боолтыг дөрвөн буланд бэхлээрэй.

Гал хамгаалагч ба гүйдлийн мэдрэгчийг доод бүрхүүл дээр байрлуулсан үүрэнд байрлуулна. Би 3M бэхэлгээний квадратуудыг сууринд наалдуулж ашигласан. Дараа нь бүх утсыг зөв чиглүүл.

Эцэст нь дээд тагийг хийж, 4 самар (3M x16) -ийг буланд бэхлээрэй.

Алхам 12: Эцсийн шалгалт

Эрчим хүчний тоолуурын цахилгааны утсыг залгуурт залгаарай.

Blynk програмаас дараах параметрүүдийг өөрчилнө үү

1. Ачаалал холбогдоогүй үед одоогийн тэгийг авахын тулд CALIBRATE гулсагчийг гулсуулна уу.

2. Мультиметр ашиглан гэрийн хувьсах гүйдлийн тэжээлийн хүчдэлийг хэмжиж, ХАНГАМЖИЙН ХҮЧНИЙ гулсагчийг гулсуулж тохируулна уу.

3. Цахилгаан хүчин зүйлийг тохируулна уу

4. Эрчим хүчний тарифыг өөрийн байршилд оруулна уу.

Дараа нь хүчийг хэмжих төхөөрөмжийг цахилгаан тоолуурын залгуурт залгаарай. Одоо та зарцуулсан энергийг хэмжихэд бэлэн боллоо.

Миний төслийг бүтээх явцад надад таалагдсан шиг танд таалагдсан гэж найдаж байна.

Хэрэв танд сайжруулах санал байвал доор сэтгэгдлээ үлдээнэ үү.

Микроконтроллерийн тэмцээнд дэд байр эзэлсэн