Arduino enerģijas izmaksu elektriskā skaitītāja ierīce: 13 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Vai jūs maksājat pārāk daudz par elektrības rēķiniem?

Vai vēlaties uzzināt, cik daudz elektrības patērē jūsu tējkanna vai sildītājs?

Izveidojiet savu pārnēsājamo enerģijas izmaksu elektrisko skaitītāju!

Noskatieties, kā es atklāju šīs ierīces izmantošanu.

1. solis: Sagatavošana. Instrumenti Skrūves un palīgmateriāli

Lai izveidotu šo projektu, jums ir nepieciešamas vairākas lietas.

• Mājas dators ar instalētu XOD IDE.
• 3D printeris.

Rīki:

• Griezēji.
• Skrūvgriezis.
• Knaibles.
• Lodēšanas instrumenti.
• Adatas fails.

Palīgmateriāli:

• Smilšpapīrs.
• Saraut caurules.
• 14 AWG vadi vai mazāk 220V ķēdei.
• 24 vai 26 AWG vadi 5V loģiskajai ķēdei.

Skrūves:

• Skrūve M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm garumā.
• Skrūve M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm garumā.
• Skrūve M2 / M2.5 (DIN7981 vai cits).
• Sešstūra uzgrieznis M3 (DIN 934/ DIN 985).

2. solis: Sagatavošana. Elektronika

Lai izveidotu ierīci, jums ir nepieciešami daži elektroniski komponenti. Izdomāsim, kuras.

Pirmkārt, jums ir nepieciešams maiņstrāvas sensors.

Ierīce var strādāt ar lielu strāvu, tāpēc sensoram jābūt piemērotam. Internetā es atradu Allegro ražoto sensoru ACS712.

1 x 20A diapazona strāvas sensora ACS712 modulis ~ 9 $;

Šis sensors ir analogs un mēra strāvu, izmantojot Hall efektu. Tas izmanto vienu vadu, lai pārsūtītu izmērīto vērtību. Tas var nebūt ļoti precīzs, bet, manuprāt, šādai ierīcei pietiek. ACS712 sensors var būt trīs veidu ar dažādām maksimālajām mērījumu robežām:

• ACS712ELCTR-05B (ne vairāk kā 5 ampēri);
• ACS712ELCTR-20A (ne vairāk kā 20 ampēri);
• ACS712ELCTR-30A (ne vairāk kā 30 ampēri).

Jūs varat izvēlēties vajadzīgo versiju. Es izmantoju 20 amp versiju. Es nedomāju, ka strāva manās kontaktligzdās pārsniedz šo vērtību.

Jums ir nepieciešams kontrolieris, lai lasītu sensora datus un veiktu visus pārējos aprēķinus.

Protams, es izvēlējos Arduino. Es domāju, ka šādiem DIY projektiem nav nekā ērtāka. Mans uzdevums nav grūts, tāpēc man nav nepieciešama izsmalcināta tāfele. Es nopirku Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino baro līdzstrāvas spriegums līdz 12V, kamēr es gatavojos izmērīt maiņstrāvas spriegumu 220V. Turklāt ACS sensoram vajadzētu darboties ar precīziem 5 voltiem. Lai atrisinātu problēmu, es nopirku maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāju no 220 līdz 5 voltiem.

1 x maiņstrāvas līdz līdzstrāvas barošanas moduļa barošanas ievade: AC86-265V izeja: 5V 1A ~ 7 $;

Es izmantoju šo pārveidotāju, lai darbinātu Arduino un sensoru.

Lai vizualizētu savus mērījumus, es ekrānā parādīšu iztērēto naudas summu. Es izmantoju šo 8x2 rakstzīmju LCD displeju.

1 x 0802 LCD 8x2 rakstzīmju LCD displeja modulis 5V ~ 9 $;

Tas ir mazs, savietojams ar Arduino displeju. Lai sazinātos ar kontrolieri, tas izmanto savu datu kopni. Turklāt šim displejam ir apgaismojums, kas var būt dažādās krāsās. Es saņēmu oranžo.

3. solis: Sagatavošana. Sonnectors

Ierīcei jābūt savai kontaktdakšai un kontaktligzdai.

Ir diezgan grūti izveidot kvalitatīvu un uzticamu kontaktdakšu mājās. Es arī vēlējos, lai ierīce būtu pārnēsājama un kompakta bez vadiem un vadiem.

Es nolēmu datortehnikas veikalā iegādāties dažas universālas kontaktligzdas un kontaktdakšas, lai tās izjauktu, lai izmantotu visas detaļas. Savienotāji, kurus es nopirku, ir F tipa vai kā tos sauc par Shuko. Šis savienojums tiek izmantots visā Eiropas Savienībā. Ir dažādi savienotāju veidi, piemēram, A vai B veidi ir nedaudz mazāki par F un tiek izmantoti Ziemeļamerikā. Kontaktligzdas iekšējie izmēri un kontaktdakšu ārējie izmēri ir standartizēti visiem šāda veida savienotājiem.

Plašāku informāciju par dažādiem kontaktligzdu veidiem varat lasīt šeit.

Izjaucot dažas kontaktligzdas, es atklāju, ka to iekšējās daļas var viegli noņemt. Šīm detaļām ir gandrīz vienādi mehāniskie izmēri. Es nolēmu tos izmantot.

Tātad, lai izveidotu savu ierīci, jums ir nepieciešams:

• Izvēlieties savienojuma veidu;
• Atrodiet kontaktdakšas un kontaktligzdas, kuras varat izmantot un kuras var viegli izjaukt;
• Noņemiet to iekšējās daļas.

Es izmantoju šo kontaktligzdu:

1 x iezemēts kontaktdakša 16A 250V ~ 1 $;

Un šis spraudnis:

1 x kontaktdakša 16A 250V ~ 0, 50 $;

4. solis: Sagatavošana. 3D druka

Izdrukāju ierīces ķermeņa daļas uz 3D printera. Es izmantoju dažādu krāsu ABS plastmasu.

Šeit ir detaļu saraksts:

• Galvenais korpuss (violets) - 1 gabals;
• Aizmugurējais vāks (dzeltens) - 1 gabals;
• Kontaktligzda (rozā) - 1 gabals;
• Spraudņa korpuss (sarkans) - 1 gabals;

Galvenajam korpusam ir vītņu caurumi, lai nostiprinātu strāvas sensoru un aizmugurējo vāku.

Aizmugurējam vāciņam ir vītņošanas caurumi maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja nostiprināšanai un piestiprināms savienojums, lai piestiprinātu Arduino Micro.

Visām detaļām ir caurumi M3 skrūvēm displeja, kontaktdakšu un kontaktligzdu stiprināšanai.

Pievērsiet uzmanību kontaktligzdas korpusam un kontaktdakšas korpusa daļām.

Šo detaļu iekšējās virsmas ir iepriekš modelētas tieši maniem savienotājiem. Tiem izjauktajiem savienotājiem no iepriekšējā soļa.

Tādējādi, ja vēlaties izveidot savu ierīci un jūsu kontaktdakšas un kontaktligzdas savienotāji atšķiras no manējā, jums ir jālabo vai jāmaina ligzdas korpusa un kontaktdakšas 3D modeļi.

Pielikumā ir STL modeļi. Ja tas ir nepieciešams, es varu pievienot avota CAD modeļus.

5. solis: salikšana. Ligzdas korpuss

Materiālu saraksts:

1. 3D drukāts ligzdas korpuss - 1 gabals;
2. Kontaktligzda - 1 gabals;
3. Augstsprieguma vadi (14 AWG vai mazāk).

Salikšanas process:

Paskaties uz skici. Attēls palīdzēs jums montēt.

• Sagatavojiet kontaktligzdu (2. poz.). Kontaktligzdai cieši jāietilpst korpusā līdz atdurei. Ja nepieciešams, apstrādājiet kontaktligzdas kontūru ar smilšpapīru vai adatas vīli.
• Pievienojiet augstsprieguma vadus kontaktligzdai. Izmantojiet spaiļu blokus vai lodēšanu.
• Ievietojiet kontaktligzdu (2. poz.) Korpusā (1. poz.).

Neobligāti:

Piestipriniet kontaktligzdu korpusā ar skrūvi caur korpusa platformu

6. darbība: salikšana. Galvenais korpuss

Materiālu saraksts:

1. 3D drukāts galvenais korpuss - 1 gabals;
2. Samontēts kontaktligzdas korpuss - 1 gabals;
3. ACS 712 strāvas sensors - 1 gabals;
4. 8x2 LCD displejs - 1 gabals;
5. Skrūve M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm garumā- 4 gab.
6. Skrūve M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm garumā- 4 gab.
7. Skrūve M2 / M2.5 (DIN7981 vai cits) - 2 gab.
8. Sešstūra uzgrieznis M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 gab.
9. 24 vai 26 AWG vadi.
10. Augstsprieguma vadi (14 AWG vai mazāk).

Salikšanas process:

Paskaties uz skici. Attēls palīdzēs jums montēt.

• Sagatavojiet lielo caurumu pie galvenā korpusa (1. poz.). Samontētajam kontaktligzdas korpusam cieši jāietilpst tajā. Ja nepieciešams, apstrādājiet cauruma kontūru ar smilšpapīru vai adatas vīli.
• Ievietojiet kontaktligzdas korpusu (2. poz.) Pie galvenā korpusa (1. poz.) Un piestipriniet to, izmantojot skrūves (6. poz.) Un uzgriežņus (8. poz.).
• Pievienojiet augstsprieguma vadus strāvas sensoram (3. poz.). Izmantojiet spaiļu blokus.
• Piestipriniet strāvas sensoru (3. poz.) Ar galveno korpusu (1. poz.), Izmantojot skrūves (7. poz.).
• Pievienojiet vai lodējiet vadus displejam (4. poz.) Un strāvas sensoram (3. poz.)
• Piestipriniet displeju (4. poz.) Ar galveno korpusu (1. poz.), Izmantojot skrūves (5. poz.) Un uzgriežņus (8. poz.).

7. solis: salikšana. Spraudņa korpuss

Materiālu saraksts:

1. 3D iespiests kontaktdakša - 1 gabals;
2. Spraudnis - 1 gabals;
3. Augstsprieguma vadi (14 AWG vai mazāk).

Salikšanas process:

Paskaties uz skici. Attēls palīdzēs jums montēt.

• Sagatavojiet kontaktdakšu (2. poz.). Spraudnim cieši jāietilpst korpusā līdz atdurei. Ja nepieciešams, apstrādājiet kontaktligzdas kontūru ar smilšpapīru vai adatas vīli.
• Pievienojiet augstsprieguma vadus kontaktdakšai (2. poz.). Izmantojiet spaiļu blokus vai lodēšanu.
• Ievietojiet kontaktdakšu (2. poz.) Korpusā (1. poz.).

Neobligāti:

Piestipriniet kontaktdakšu korpusā ar skrūvi. Skices vieta ir parādīta skicē

8. solis: salikšana. Aizmugurējais vāciņš

Materiālu saraksts:

1. 3D drukāts aizmugurējais vāks - 1 gabals;
2. Samontēts kontaktdakšas korpuss - 1 gabals;
3. AC -DC sprieguma pārveidotājs - 1 gabals;
4. Arduino Micro - 1 gabals;
5. Skrūve M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm garumā- 4 gab.
6. Skrūve M2 / M2.5 (DIN7981 vai cits) - 4 gab.
7. Sešstūra uzgrieznis M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 gab.

Salikšanas process:

Paskaties uz skici. Attēls palīdzēs jums montēt.

• Sagatavojiet lielo caurumu aizmugurējā vāciņā (1. poz.). Samontētajam kontaktdakšas korpusam (2. poz.) Cieši jāietilpst tajā. Ja nepieciešams, apstrādājiet cauruma kontūru ar smilšpapīru vai adatas vīli.
• Ievietojiet kontaktdakšas korpusu (2. poz.) Aizmugurējā vāciņā (1. poz.) Un piestipriniet to, izmantojot skrūves (5. poz.) Un uzgriežņus (7. poz.).
• Piestipriniet Arduino (4. poz.) Pie aizmugurējā vāka (1. poz.), Izmantojot piespraužamo savienojumu.
• Ar skrūvēm (6. poz.) Piestipriniet maiņstrāvas līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju (3. poz.) Pie aizmugurējā vāka (1. poz.).

9. solis: salikšana. Lodēšana

Materiālu saraksts:

1. Augstsprieguma vadi (14 AWG vai mazāk).
2. 24 vai 26 AWG vadi.

Salikšana:

Lodējiet visas sastāvdaļas kopā, kā parādīts skicē.

Augstsprieguma vadi no kontaktdakšas tiek pielodēti pie maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja un pie kabeļiem no kontaktligzdas.

ACS712 ir analogās strāvas sensors, un to darbina 5 V spriegums. Jūs varat barot sensoru no Arduino vai tieši no maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja.

• Vcc tapa - 5V Arduino tapa / 5V AC -DC tapa;
• GND - GND Arduino tapa / GND AC -DC tapa;
• OUT - analogā A0 Arduino tapa;

LCD 8x2 rakstzīmju LCD displejs tiek darbināts ar 3.3-5V, un tam ir sava datu kopne. Displejs var sazināties 8 bitu (DB0-DB7) vai 4 bitu režīmā (DB4-DB7). Es izmantoju 4 bitu. Jūs varat barot displeju no Arduino vai no maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja.

• Vcc tapa - 5V Arduino tapa / 5V AC -DC tapa;
• GND - GND Arduino tapa / GND AC -DC tapa;
• Vo - GND Arduino tapa / GND AC -DC tapa;
• R / W - GND Arduino tapa / GND AC -DC tapa;
• RS - digitālais 12 Arduino tapa;
• E - digitālais 11 Arduino tapa;
• DB4 - digitālā 5 Arduino tapa;
• DB5 - digitālais 4 Arduino tapa;
• DB6 - digitālā 3 Arduino tapa;
• DB7 - digitālā 2 Arduino tapa;

Paziņojums:

Neaizmirstiet izolēt visus augstsprieguma vadus ar saraušanās caurulēm! Izolējiet arī augstsprieguma lodētus kontaktus uz maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja. Izolējiet arī augstsprieguma lodētus kontaktus uz maiņstrāvas līdzstrāvas sprieguma pārveidotāja.

Lūdzu, esiet piesardzīgs ar 220V. Augstspriegums var jūs nogalināt!

Nepieskarieties nevienai elektroniskai sastāvdaļai, kad ierīce ir pievienota elektrotīklam.

Nepievienojiet Arduino datoram, kad ierīce ir pievienota elektrotīklam.

10. solis: salikšana. Pabeigt

Materiālu saraksts:

1. Samontēts galvenais korpuss - 1 gabals;
2. Saliktais aizmugurējais vāks - 1 gabals;
3. Skrūve M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm garums - 4 gab.

Salikšanas process:

Paskaties uz skici. Attēls palīdzēs jums montēt.

• Pēc lodēšanas pabeigšanas droši ievietojiet visus vadus galvenajā korpusā (1. poz.).
• Pārliecinieties, ka nekur nav atvērtu kontaktu. Vadi nedrīkst krustoties, un to atvērtās vietas nedrīkst saskarties ar plastmasas korpusu.
• Pieskrūvējiet aizmugurējo vāku (2. poz.) Pie galvenā korpusa (1. poz.), Izmantojot skrūves (3. poz.).

11. darbība: XOD

Lai programmētu Arduino kontrolierus, es izmantoju XOD vizuālās programmēšanas vidi. Ja esat iesācējs elektrotehnikā vai varbūt jums vienkārši patīk rakstīt vienkāršas programmas tādiem Arduino kontrolieriem kā es, izmēģiniet XOD. Tas ir ideāls instruments ātrai ierīces prototipēšanai.

XOD programmā varat izveidot programmas tieši pārlūkprogrammas logā. Personīgi es dodu priekšroku darbvirsmas versijai.

Savai ECEM ierīcei XOD izveidoju gabbapeople/elektrības skaitītāju bibliotēku. Šajā bibliotēkā ir visi mezgli, kas nepieciešami vienas un tās pašas programmas izveidošanai. Tas ietver arī sagatavoto programmas piemēru. Tāpēc noteikti pievienojiet to savai XOD darbvietai.

Process:

• Instalējiet datorā XOD IDE programmatūru.
• Pievienojiet darbvietai gabbapeople/elektrības skaitītāju bibliotēku.
• Izveidojiet jaunu projektu un nosauciet to par smth.

Tālāk es aprakstīšu, kā programmēt šo ierīci XOD.

Es pievienoju arī ekrānuzņēmumu ar programmas paplašināto versiju pēdējā norādāmajā solī.

12. solis: programmēšana

Šeit ir nepieciešami mezgli:

Acs712-20a-maiņstrāvas sensora mezgls

Šis ir pirmais mezgls, ko novietot uz plākstera. To izmanto, lai izmērītu pašreizējo strāvu. Šajā bibliotēkā ir 3 dažādi mezglu veidi. Tie atšķiras pēc strāvas stipruma mērīšanas vāciņa veida. Izvēlieties sensoru tipam atbilstošo. Es ievietoju acs712-20a-maiņstrāvas sensora mezglu. Šis mezgls izvada strāvas intensitātes vērtību ampēros.

Šī mezgla PORT tapā man vajadzētu ievietot Arduino Micro tapas vērtību, kurai es pievienoju savu pašreizējo sensoru. Es lodēju sensora signāla tapu pie A0 Arduino tapas, tāpēc es ievietoju A0 vērtību PORT tapai.

UPD tapas vērtībai jābūt iestatītai uz Nepārtraukti, lai nepārtraukti mērītu strāvas intensitāti pēc ierīces ieslēgšanas. Arī maiņstrāvas mērīšanai man jānorāda frekvence. Manā elektrotīklā maiņstrāvas frekvence ir vienāda ar 50 Hz. Es ievietoju 50 vērtību frekvences FRQ tapai.

Reizināšanas mezgls

Tas aprēķina elektrisko jaudu. Elektriskā jauda ir strāvas un sprieguma reizināšanas produkts.

Ielieciet reizināšanas mezglu un sasaistiet vienu no tā tapām ar sensora mezglu un novietojiet maiņstrāvas sprieguma vērtību otrajai tapai. Es ievietoju vērtību 230. Tas attiecas uz spriegumu manā elektrotīklā.

Integrēt-dt mezgls

Izmantojot divus iepriekšējos mezglus, ierīces strāvu un jaudu var izmērīt uzreiz. Bet jums ir jāaprēķina, kā laika gaitā mainās enerģijas patēriņš. Šim nolūkam varat integrēt tūlītējās jaudas vērtību, izmantojot integrēšanas-dt mezglu. Šis mezgls uzkrās pašreizējo jaudas vērtību.

UPD tapa aktivizē uzkrāto vērtību atjauninājumu, bet RST tapa atiestata uzkrāto vērtību uz nulli.

Naudas mezgls

Pēc integrācijas pie integrate-dt mezgla izejas jūs saņemat elektroenerģijas patēriņu vatos sekundē. Lai būtu ērtāk uzskaitīt iztērēto naudu, novietojiet uz naudas plāksnīti uz naudu. Šis mezgls pārveido enerģijas patēriņu no vatiem sekundē uz kilovatiem stundā un reizina uzkrāto vērtību ar izmaksām par vienu kilovatu stundā.

Ievietojiet ĶTR tapā vienu kilovatu stundu.

Izmantojot mezglu uz naudu, uzkrātā elektroenerģijas patēriņa vērtība tiek pārvērsta iztērētajā naudas summā. Šis mezgls to izvada dolāros.

Viss, kas jums jādara, ir parādīt šo vērtību ekrāna displejā.

Teksts-lcd-8x2 mezgls

Es izmantoju LCD displeju ar 2 rindām un četrām 8 rakstzīmēm. Šim displejam ievietoju teksta-lcd-8x2 mezglu un iestatīju visas porta pin vērtības. Šīs piespraudes atbilst Arduino mikro portiem, pie kuriem displejs ir pielodēts.

Displeja pirmajā rindā pie L1 tapas es uzrakstīju virkni “Kopā:”.

Es sasaistīju naudas mezgla izejas tapu ar L2 tapu, lai parādītu naudas summu displeja otrajā rindā.

Plāksteris ir gatavs.

Nospiediet Izvietot, izvēlieties tāfeles veidu un augšupielādējiet to ierīcē.

13. solis: Paplašināta programma

Jūs varat patstāvīgi pagarināt iepriekšējā soļa programmu. Piemēram, apskatiet pievienoto ekrānuzņēmumu.

Kā plāksteri var mainīt?

• Saistiet acs712-20a-maiņstrāvas sensora izeju tieši uz displeja mezglu, lai ekrānā bez citiem aprēķiniem izvadītu pašreizējo pašreizējo vērtību.
• Saistiet reizināšanas mezgla izeju tieši ar displeja mezglu, lai izvadītu pašreiz patērēto elektroenerģiju;
• Sasaistiet integrētā-dt mezgla izvadi tieši ar displeja mezglu, lai izvadītu uzkrāto patēriņa vērtību;
• Atiestatiet skaitītāju, nospiežot pogu. Tā ir laba ideja, bet es aizmirsu ierīcē pievienot vietu pogai =). Ielieciet pogas mezglu uz plākstera un sasaistiet tā PRS tapu ar integrētā-dt mezgla RST tapu.
• Jūs varat izveidot ierīci ar ekrānu, kas ir lielāks par 8x2, un vienlaikus parādīt visus parametrus. Ja izmantosit 8x2 ekrānu tāpat kā es, izmantojiet saliktā, formāta numura, spilventiņa ar nulli mezglus, lai visas vērtības iekļautu rindās.

Izveidojiet savu ierīci un uzziniet alkatīgāko tehniku mājās!

Jūs varat atrast šo ierīci ļoti noderīgu mājsaimniecībā, lai taupītu elektrību.

Uz drīzu redzēšanos.