Arduino -energiakustannuslaite: 13 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Maksatko liikaa sähkölaskuistasi?

Haluatko tietää, paljonko vedenkeitin tai lämmitin kuluttaa sähköä?

Tee oma kannettava energiakustannusmittari!

Katso miten löysin tämän laitteen käytön.

Vaihe 1: Valmistelu. Työkalut Ruuvit ja kulutustarvikkeet

Tämän projektin toteuttamiseen tarvitaan useita asioita.

• Kotitietokone, johon on asennettu XOD IDE.
• 3D tulostin.

Työkalut:

• Oksasakset.
• Ruuvimeisseli.
• Pihdit.
• Juototyökalut.
• Neulaviila.

Tarvikkeet:

• Hioa.
• Kutista putket.
• 14 AWG johtoa tai vähemmän 220 V: n piirille.
• 24 tai 26 AWG johdot 5V logiikkapiirille.

Ruuvit:

• Ruuvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912), pituus 20 mm.
• Ruuvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912), pituus 10 mm.
• Ruuvi M2 / M2.5 (DIN7981 tai muu).
• Kuusiomutteri M3 (DIN 934/ DIN 985).

Vaihe 2: Valmistelu. Elektroniikka

Laitteen luomiseen tarvitset joitain elektronisia komponentteja. Selvitetään, mitkä.

Ensinnäkin tarvitset vaihtovirta -anturin.

Laite voi toimia suurella virralla, joten anturin tulisi olla sopiva. Internetistä löysin Allegro: n valmistaman ACS712 -anturin.

1 x 20A: n aluevirta -anturi ACS712 -moduuli ~ 9 $;

Tämä anturi on analoginen ja mittaa virran Hall -tehosteen avulla. Se käyttää yhtä johtoa mitatun arvon lähettämiseen. Se ei ehkä ole kovin tarkka, mutta mielestäni se riittää tällaiselle laitteelle. ACS712 -anturia voi olla kolmea tyyppiä, joilla on erilaiset enimmäismittarajat:

• ACS712ELCTR-05B (enintään 5 ampeeria);
• ACS712ELCTR-20A (enintään 20 ampeeria);
• ACS712ELCTR-30A (enintään 30 ampeeria).

Voit valita haluamasi version. Käytän 20 ampeerin versiota. En usko, että pistorasioiden virta ylittää tämän arvon.

Tarvitset ohjaimen, jotta voit lukea anturitietoja ja suorittaa kaikki muut laskelmat.

Tietysti valitsin Arduinon. Mielestäni tällaisille DIY -projekteille ei ole mitään kätevämpää. Tehtäväni ei ole vaikea, joten en tarvitse tyylikästä taulua. Ostin Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino saa virtansa DC -jännitteestä 12 V: iin, kun aioin mitata 220 V: n vaihtojännitettä. Lisäksi ACS -anturi saa virtansa täsmälleen 5 voltilla. Ongelman ratkaisemiseksi ostin AC -DC -muuntimen 220-5 volttiin.

1 x AC-DC-virtamoduulin syöttö: AC86-265V-lähtö: 5V 1A ~ 7 $;

Käytän tätä muunninta Arduinon ja anturin virtalähteeksi.

Näytän mittaukseni näyttämällä näytöllä käytetyn rahan määrän. Käytän tätä 8x2 merkin LCD -näyttöä.

1 x 0802 LCD 8x2 merkin LCD -näyttömoduuli 5V ~ 9 $;

Tämä on pieni, yhteensopiva Arduino -näytön kanssa. Se käyttää omaa väylää kommunikoidakseen ohjaimen kanssa. Lisäksi tässä näytössä on taustavalo, joka voi olla erivärinen. Sain oranssin.

Vaihe 3: Valmistelu. Sonnectors

Laitteessa tulee olla oma virtapistoke ja pistorasia.

Laadukkaan ja luotettavan pistokeliitännän tekeminen kotona on melko haastavaa. Lisäksi halusin laitteen olevan kannettava ja kompakti ilman johtoja ja johtoja.

Päätin ostaa rautakaupasta joitain yleisiä pistorasioita ja pistokkeita purkamaan ne käyttääkseen osia. Ostamani liittimet ovat F -tyyppisiä tai nimellä Shuko. Tätä yhteyttä käytetään kaikkialla Euroopan unionissa. Liittimiä on erilaisia, esimerkiksi A- tai B -tyypit ovat hieman pienempiä kuin F ja niitä käytetään Pohjois -Amerikassa. Pistorasioiden sisämitat ja pistokkeiden ulkomitat on standardoitu kaikille tämän tyyppisille liittimille.

Jos haluat lisätietoja, voit lukea eri pistorasiatyypeistä täältä.

Irrottaessani muutaman pistorasian huomasin, että niiden sisäosat voidaan helposti poistaa. Näillä osilla on melkein samat mekaaniset mitat. Päätin käyttää niitä.

Joten oman laitteen luomiseksi tarvitset:

• Valitse yhteystyyppi;
• Etsi pistokkeet ja pistorasiat, joita voit käyttää ja jotka voidaan helposti purkaa;
• Irrota niiden sisäosat.

Käytin tätä pistorasiaa:

1 x maadoitettu naaraspistoke 16A 250V ~ 1 $;

Ja tämä pistoke:

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

Vaihe 4: Valmistelu. 3D -tulostus

Tulostin laitteen ruumiinosat 3D -tulostimella. Käytin eriväristä ABS -muovia.

Tässä on luettelo osista:

• Päärunko (violetti) - 1 kpl;
• Takakansi (keltainen) - 1 kpl;
• Pistorasia (vaaleanpunainen) - 1 kpl;
• Pistokekotelo (punainen) - 1 kpl;

Päärungossa on kierrereiät virta -anturin ja takakannen kiinnittämiseksi.

Takakannessa on kierteitysreiät AC-DC-muuntimen kiinnittämistä varten ja napsautusliitos Arduino Micro -laitteen kiinnittämiseksi.

Kaikissa osissa on reikiä M3 -ruuveille näytön, pistokkeen ja pistorasian kiinnittämiseksi.

Kiinnitä huomiota pistorasiaan ja pistokekotelon osiin.

Näiden osien sisäpinnat on ennalta mallinnettu erityisesti liittimiäni varten. Edellisen vaiheen puretut liittimet.

Jos siis haluat tehdä oman laitteen ja pistokkeen ja pistorasian liittimet eroavat omastani, sinun on korjattava tai muokattava pistorasian ja pistokekotelon 3D -malleja.

STL -mallit ovat liitteenä. Tarvittaessa voin liittää lähde -CAD -mallit.

Vaihe 5: Kokoaminen. Pistorasia

Materiaaliluettelo:

1. 3D -painettu pistorasia - 1 kpl;
2. Pistorasia - 1 kpl;
3. Suurjännitejohdot (enintään 14 AWG).

Kokoamisprosessi:

Katso luonnosta. Kuva auttaa sinua kokoonpanossa.

• Valmistele pistorasia (kohta 2). Pistorasian on oltava tiukasti kotelossa pysäytysreunaan saakka. Käsittele tarvittaessa pistorasian ääriviivat hiekkapaperilla tai neulaviilalla.
• Liitä suurjännitejohdot pistorasiaan. Käytä riviliittimiä tai juotoksia.
• Aseta pistorasia (pos. 2) koteloon (pos. 1).

Valinnainen:

Kiinnitä pistorasia koteloon ruuvilla kotelon alustan läpi

Vaihe 6: Kokoaminen. Päärunko

Materiaaliluettelo:

1. 3D -painettu päärunko - 1 kpl;
2. Koottu pistorasia - 1 kpl;
3. ACS 712 -virtatunnistin - 1 kpl;
4. 8x2 LCD -näyttö - 1 kpl;
5. Ruuvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm pituus- 4 kpl.
6. Ruuvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pituus- 4 kpl.
7. Ruuvi M2 / M2.5 (DIN7981 tai muu) - 2 kpl.
8. Kuusiomutteri M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 kpl.
9. 24 tai 26 AWG -johtoa.
10. Suurjännitejohdot (enintään 14 AWG).

Kokoamisprosessi:

Katso luonnosta. Kuva auttaa kokoonpanossa.

• Valmista suuri reikä päärunkoon (pos. 1). Kootun pistorasian pitäisi sopia tiukasti siihen. Käsittele tarvittaessa reiän muoto hiekkapaperilla tai neulaviilalla.
• Aseta pistorasia (pos. 2) runkoon (pos. 1) ja kiinnitä se ruuveilla (pos. 6) ja muttereilla (pos. 8).
• Liitä suurjännitejohdot virta -anturiin (kohta 3). Käytä riviliittimiä.
• Kiinnitä virta -anturi (pos. 3) rungolla (pos. 1) ruuveilla (pos. 7).
• Liitä tai juota johdot näyttöön (pos. 4) ja virta -anturiin (pos. 3)
• Kiinnitä näyttö (pos. 4) rungolla (pos. 1) ruuveilla (pos. 5) ja muttereilla (pos. 8).

Vaihe 7: Kokoaminen. Pistokotelo

Materiaaliluettelo:

1. 3D -painettu pistokekotelo - 1 kpl;
2. Pistoke - 1 kpl;
3. Suurjännitejohdot (enintään 14 AWG).

Kokoamisprosessi:

Katso luonnosta. Kuva auttaa sinua kokoonpanossa.

• Valmistele pistoke (kohta 2). Pistokkeen on oltava tiukasti kotelossa vasteeseen asti. Käsittele tarvittaessa pistorasian ääriviivat hiekkapaperilla tai neulaviilalla.
• Liitä suurjännitejohdot pistokkeeseen (kohta 2). Käytä riviliittimiä tai juotoksia.
• Työnnä pistoke (pos. 2) koteloon (pos. 1).

Valinnainen:

Kiinnitä pistoke koteloon ruuvilla. Ruuvin paikka näkyy luonnoksessa

Vaihe 8: Kokoaminen. Takakansi

Materiaaliluettelo:

1. 3D -painettu takakansi - 1 kpl;
2. Koottu pistokekotelo - 1 kpl;
3. AC -DC -jännitemuuntaja - 1 kpl;
4. Arduino Micro - 1 kpl;
5. Ruuvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pituus- 4 kpl.
6. Ruuvi M2 / M2.5 (DIN7981 tai muu) - 4 kpl.
7. Kuusiomutteri M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 kpl.

Kokoamisprosessi:

Katso luonnosta. Kuva auttaa sinua kokoonpanossa.

• Valmistele suuri reikä takakannessa (pos. 1). Asennetun pistokekotelon (pos. 2) tulee mahtua tiukasti siihen. Käsittele tarvittaessa reiän muoto hiekkapaperilla tai neulaviilalla.
• Aseta pistokekotelo (pos. 2) takakanteen (pos. 1) ja kiinnitä se ruuveilla (pos. 5) ja muttereilla (pos. 7).
• Kiinnitä Arduino (pos. 4) takakanteen (pos. 1) napsautusliitoksella.
• Kiinnitä AC-DC-jännitemuuntaja (pos. 3) takakanteen (pos. 1) ruuveilla (pos. 6).

Vaihe 9: Kokoaminen. Juotos

Materiaaliluettelo:

1. Suurjännitejohdot (enintään 14 AWG).
2. 24 tai 26 AWG -johtoa.

Kokoaminen:

Juotos kaikki komponentit yhteen luonnoksen osoittamalla tavalla.

Pistokkeen suurjännitejohdot on juotettu AC-DC-muuntimeen ja pistorasian kaapeleihin.

ACS712 on analoginen virta -anturi, ja se saa virtansa 5 V: sta. Voit käyttää anturia Arduinosta tai suoraan AC-DC-muuntimesta.

• Vcc -nasta - 5V Arduino -nasta / 5V AC -DC -nasta;
• GND - GND Arduino -tappi / GND AC -DC -nasta;
• OUT - analoginen A0 Arduino -nasta;

LCD 8x2 -merkkinen LCD-näyttö saa virtansa 3,3-5 V: sta ja siinä on oma tietoväylä. Näyttö voi kommunikoida 8-bittisessä (DB0-DB7) tai 4-bittisessä tilassa (DB4-DB7). Käytin 4-bittistä. Voit käyttää näytön virtaa Arduinosta tai AC-DC-muuntimesta.

• Vcc -nasta - 5 V Arduino -nasta / 5 V AC -DC -nasta;
• GND - GND Arduino -tappi / GND AC -DC -nasta;
• Vo - GND Arduino -tappi / GND AC -DC -nasta;
• R / W - GND Arduino -tappi / GND AC -DC -nasta;
• RS - digitaalinen 12 Arduino -nastaista;
• E - digitaalinen 11 Arduino -nasta;
• DB4 - digitaalinen 5 Arduino -nastaista;
• DB5 - digitaalinen 4 Arduino -nastaista;
• DB6 - digitaalinen 3 Arduino -nastaista;
• DB7 - digitaalinen 2 Arduino -nastaista;

Ilmoitus:

Älä unohda eristää kaikki suurjännitejohdot kutisteputkilla! Eristä myös korkeajännitteiset juotetut koskettimet AC-DC-jännitemuuntajasta. Eristä myös korkeajännitteiset juotetut koskettimet AC-DC-jännitemuuntajasta.

Ole varovainen 220 V: n kanssa. Korkea jännite voi tappaa sinut!

Älä kosketa mitään elektronisia osia, kun laite on kytketty sähköverkkoon.

Älä liitä Arduinoa tietokoneeseen, kun laite on kytketty sähköverkkoon.

Vaihe 10: Kokoaminen. Viedä loppuun

Materiaaliluettelo:

1. Koottu päärunko - 1 kpl;
2. Takakansi koottu - 1 kpl;
3. Ruuvi M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm pituus - 4 kpl.

Kokoamisprosessi:

Katso luonnosta. Kuva auttaa sinua kokoonpanossa.

• Kun olet lopettanut juottamisen, aseta kaikki johdot tukevasti runkoon (pos. 1).
• Varmista, että avoimia kontakteja ei ole missään. Johdot eivät saa risteä eivätkä niiden avoimet paikat saa koskettaa muovirunkoa.
• Kiinnitä takakansi (pos. 2) runkoon (pos. 1) ruuveilla (pos. 3).

Vaihe 11: XOD

Arduino -ohjaimien ohjelmointiin käytän visuaalista XOD -ohjelmointiympäristöä. Jos olet uusi sähkötekniikassa tai haluat vain kirjoittaa yksinkertaisia ohjelmia kaltaisilleni Arduino -ohjaimille, kokeile XOD: ta. Se on ihanteellinen laite nopeiden laitteiden prototyyppien luomiseen.

XODissa voit luoda ohjelmia suoraan selainikkunassa. Itse pidän enemmän työpöytäversiosta.

ECEM-laitteelleni loin gabbapeople/sähkömittarikirjaston XOD: iin. Tämä kirjasto sisältää kaikki saman ohjelman tekemiseen tarvittavat solmut. Se sisältää myös esimerkin valmistetusta ohjelmasta. Muista siis lisätä se XOD -työtilaasi.

Käsitellä asiaa:

• Asenna XOD IDE -ohjelmisto tietokoneellesi.
• Lisää gabbapeople/sähkömittarikirjasto työtilaan.
• Luo uusi projekti ja kutsu sitä smth.

Seuraavaksi kuvailen kuinka ohjelmoida tämä laite XOD: iin.

Liitin myös kuvakaappauksen ohjelman laajennetun version kanssa viimeisessä ohjeessa.

Vaihe 12: Ohjelmointi

Tässä ovat tarvitsemasi solmut:

ACS712-20a-AC-virta-anturisolmu

Tämä on ensimmäinen solmu, joka sijoitetaan laastariin. Sitä käytetään hetkellisen virran mittaamiseen. Tässä kirjastossa on 3 erityyppistä solmua. Ne eroavat ampeerimittaustyypin tyypistä. Valitse anturityyppiä vastaava anturi. Laitan acs712-20a-AC-virta-anturisolmun. Tämä solmu antaa virran voimakkuuden arvon ampeereina.

Tämän solmun PORT -nastaan minun pitäisi laittaa sen Arduino Micro -tapin arvo, johon liitin nykyisen anturin. Juotin anturin signaalitapin A0 Arduino -tappiin, joten laitoin A0 -arvon PORT -nastaan.

UPD -nastan arvoksi on asetettava Jatkuva, jotta virran voimakkuus mitataan jatkuvasti laitteen käynnistämisen jälkeen. Myös AC -mittauksessa minun on määritettävä taajuus. Sähköverkossani AC -taajuus on 50 Hz. Laitoin 50 -arvon taajuuden FRQ -nastaan.

Kertosolmu

Se laskee sähkötehon. Sähköteho on virran ja jännitteen kertomisen tuote.

Aseta kertosolmu ja linkitä yksi sen nastoista anturisolmuun ja aseta vaihtojännitearvo toiseen nastaan. Laitoin arvon 230. Se viittaa jännitteeseen sähköverkossani.

Integrate-dt-solmu

Kahden edellisen solmun avulla laitteen virta ja teho voidaan mitata välittömästi. Sinun on kuitenkin laskettava, kuinka virrankulutus muuttuu ajan myötä. Tätä varten voit integroida hetkellisen tehon arvon integroida-dt-solmun avulla. Tämä solmu kerää nykyisen tehon arvon.

UPD -nasta laukaisee kertyneen arvon päivityksen, kun taas RST -nasta nollaa kertyneen arvon nollaan.

Rahasto-solmu

Integroinnin jälkeen saat integroitu-dt-solmun ulostulosta sähkönkulutuksen watteina sekunnissa. Rahan laskemisen helpottamiseksi aseta rahasolmu korjaustiedostoon. Tämä solmu muuntaa virrankulutuksen watteista sekunnissa kilowatteiksi tunnissa ja kerää kertyneen arvon yhden kilowatin tunnilla.

Laita yhden kilowatin tuntihinta Kiinaan.

Rahasolmulla sähkönkulutuksen kertynyt arvo muunnetaan käytettyyn rahasummaan. Tämä solmu antaa sen dollareina.

Sinun tarvitsee vain näyttää tämä arvo näytön näytöllä.

Teksti-lcd-8x2-solmu

Käytin LCD -näyttöä, jossa oli 2 riviä ja 8 merkkiä. Laitoin teksti-lcd-8x2 -solmun tälle näytölle ja asetin kaikki portin nasta-arvot. Nämä porttinapit vastaavat Arduinon mikroportteja, joihin näyttö on juotettu.

Kirjoitin näytön ensimmäiselle riville L1 -nastaan "Total:" -merkkijonon.

Liitin rahasolmun ulostulonapin L2-nastaan näyttääkseni rahan määrän näytön toisella rivillä.

Laastari on valmis.

Paina Ota käyttöön, valitse levyn tyyppi ja lataa se laitteelle.

Vaihe 13: Laajennettu ohjelma

Voit pidentää edellisen vaiheen ohjelmaa itse. Katso esimerkiksi liitteenä olevaa kuvakaappausta.

Kuinka laastaria voidaan muuttaa?

• Linkitä acs712-20a-AC-virta-anturin ulostulo suoraan näytön solmuun, jotta saat hetkellisen virta-arvon näytölle ilman muita laskelmia.
• Yhdistä kertosolmun ulostulo suoraan näyttösolmuun sähköenergian tuottamiseksi, joka kuluu juuri nyt;
• Linkitä integroitu-dt-solmun ulostulo suoraan näytön solmuun kertyneen kulutusarvon tuottamiseksi;
• Nollaa laskuri painamalla painiketta. Se on hyvä idea, mutta unohdin lisätä laitteen painikkeelle paikan =). Aseta painikesolmu laastarin päälle ja linkitä sen PRS-nasta integroida-dt-solmun RST-nastaan.
• Voit luoda laitteen, jonka näyttö on suurempi kuin 8x2, ja näyttää kaikki parametrit samanaikaisesti. Jos aiot käyttää 8x2-näyttöä kuten minä, käytä concat-, format-number-, pad-with-zeroes -solmuja, jotta kaikki arvot mahtuvat riveille.

Tee oma laite ja selvitä ahnein tekniikka kotona!

Tämä laite on erittäin hyödyllinen kotitaloudessa sähkön säästämiseksi.

Nähdään pian.