DIY Arduino Multifunction Energy Meter V1.0: 13 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Σε αυτό το Instructable, θα σας δείξω πώς να φτιάξετε έναν μετρητή ενέργειας πολλαπλών λειτουργιών με βάση το Arduino. Αυτός ο μικρός μετρητής είναι μια πολύ χρήσιμη συσκευή που εμφανίζει σημαντικές πληροφορίες για τις ηλεκτρικές παραμέτρους. Η συσκευή μπορεί να μετρήσει 6 χρήσιμες ηλεκτρικές παραμέτρους: Τάση, Ρεύμα, Ισχύς, Ενέργεια, Χωρητικότητα και Θερμοκρασία. Αυτή η συσκευή είναι κατάλληλη μόνο για φορτία DC, όπως ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον μετρητή για τη μέτρηση της χωρητικότητας της μπαταρίας.

Ο μετρητής μπορεί να μετρήσει έως το εύρος τάσης από 0 - 26V και μέγιστο ρεύμα 3,2Α.

Προμήθειες

Εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. OLED 0,96 (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Μπαταρία Lipo (Amazon)

6. Screw Terminals (Amazon)

7. Γυναικείες / Αρσενικές επικεφαλίδες (Amazon)

8. Διάτρητη σανίδα (Amazon)

9. 24 AWG Wire (Amazon)

10. Διακόπτης διαφανειών (Amazon)

Εργαλεία και όργανα που χρησιμοποιούνται:

1. Συγκολλητικό σίδερο (Amazon)

2. Wire Stripper (Amazon)

3. Πολύμετρο (Amazon)

4. Ηλεκτρικός ελεγκτής (Amazon)

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί;

Η καρδιά του Energy Meter είναι ένας πίνακας Arduino Pro Micro. Το Arduino ανιχνεύει το ρεύμα και την τάση χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα ρεύματος INA219 και η θερμοκρασία ανιχνεύεται από τον αισθητήρα θερμοκρασίας DS18B20. Σύμφωνα με αυτήν την τάση και το ρεύμα, το Arduino κάνει τα μαθηματικά για τον υπολογισμό της ισχύος και της ενέργειας.

Το Ολικό Σχήμα χωρίζεται σε 4 ομάδες

1. Arduino Pro Micro

Η ισχύς που απαιτείται για το Arduino Pro Micro παρέχεται από μπαταρία LiPo/ Li-Ion μέσω διακόπτη διαφάνειας.

2. Αισθητήρας ρεύματος

Ο τρέχων αισθητήρας INA219 είναι συνδεδεμένος στην πλακέτα Arduino σε λειτουργία επικοινωνίας I2C (καρφίτσα SDA και SCL).

3. Οθόνη OLED

Παρόμοια με τον τρέχοντα αισθητήρα, η οθόνη OLED είναι επίσης συνδεδεμένη με την πλακέτα Arduino στη λειτουργία επικοινωνίας I2C. Ωστόσο, η διεύθυνση και για τις δύο συσκευές είναι διαφορετική.

4. Αισθητήρας θερμοκρασίας

Εδώ έχω χρησιμοποιήσει τον αισθητήρα θερμοκρασίας DS18B20. Χρησιμοποιεί πρωτόκολλο ενός καλωδίου για επικοινωνία με το Arduino.

Βήμα 2: Δοκιμή Breadboard

Αρχικά, θα κάνουμε το κύκλωμα σε ένα Breadboard. Το κύριο πλεονέκτημα μιας σανίδας χωρίς κόλλα είναι ότι είναι, χωρίς κόλλα. Έτσι, μπορείτε εύκολα να αλλάξετε το σχέδιο απλά αποσυνδέοντας εξαρτήματα και καλώδια όπως χρειάζεται.

Αφού έκανα τη δοκιμή του breadboard, έκανα το κύκλωμα σε μια διάτρητη σανίδα

Βήμα 3: Προετοιμάστε τον πίνακα Arduino

Το Arduino Pro Micro έρχεται χωρίς να κολλήσει την καρφίτσα των κεφαλίδων. Έτσι πρέπει πρώτα να κολλήσετε τις κεφαλίδες στο Arduino.

Τοποθετήστε τις αρσενικές σας κεφαλίδες από την πλευρά προς τα κάτω σε μια σανίδα ψωμιού. Τώρα, με τις κεφαλίδες εγκατεστημένες, μπορείτε εύκολα να ρίξετε τον πίνακα Arduino στη θέση του πάνω από τον πείρο των κεφαλίδων. Στη συνέχεια, κολλήστε όλες τις καρφίτσες στο Arduino Board.

Βήμα 4: Προετοιμάστε τις κεφαλίδες

Για να τοποθετήσετε την οθόνη Arduino, την οθόνη OLED, τον αισθητήρα ρεύματος και τον αισθητήρα θερμοκρασίας, χρειάζεστε κάποια θηλυκή καρφίτσα με κεφαλίδες. Όταν αγοράζετε τις ευθείες κεφαλίδες, θα είναι πολύ μεγάλες για να χρησιμοποιηθούν τα εξαρτήματα. Έτσι, θα πρέπει να τα κόψετε σε κατάλληλο μήκος. Χρησιμοποίησα μαντηλάκι για να το κόψω.

Ακολουθούν λεπτομέρειες σχετικά με τις κεφαλίδες:

1. Arduino Board - 2 x 12 ακίδες

2. INA219 - 1 x 6 ακίδες

3. OLED - 1 x 4 ακίδες

4. Temp. Αισθητήρας - 1 x 3 ακίδες

Βήμα 5: Κολλήστε τις Γυναικείες κεφαλίδες

Αφού ετοιμάσετε την καρφίτσα των γυναικών, κολλήστε τα στο διάτρητο χαρτόνι. Μετά τη συγκόλληση των ακίδων κεφαλίδας, ελέγξτε αν όλα τα εξαρτήματα ταιριάζουν απόλυτα ή όχι.

Σημείωση: Θα συστήσω να κολλήσετε τον τρέχοντα αισθητήρα απευθείας στην πλακέτα αντί μέσω της γυναικείας κεφαλίδας.

Έχω συνδεθεί μέσω του πείρου κεφαλίδας για επαναχρησιμοποίηση του INA219 για άλλα έργα.

Βήμα 6: Τοποθετήστε τον αισθητήρα θερμοκρασίας

Εδώ χρησιμοποιώ τον αισθητήρα θερμοκρασίας DS18B20 στο πακέτο TO-92. Λαμβάνοντας υπόψη την εύκολη αντικατάσταση, χρησιμοποίησα μια γυναικεία κεφαλίδα 3 ακίδων. Αλλά μπορείτε να κολλήσετε απευθείας τον αισθητήρα στη διάτρητη σανίδα.

Βήμα 7: Κολλήστε τους ακροδέκτες βίδας

Εδώ χρησιμοποιούνται βιδωτοί ακροδέκτες για εξωτερική σύνδεση με την πλακέτα. Οι εξωτερικές συνδέσεις είναι

1. Πηγή (Μπαταρία / Ηλιακός πίνακας)

2. Φόρτωση

3. Τροφοδοσία στο Arduino

Ο μπλε ακροδέκτης βιδών χρησιμοποιείται για τροφοδοσία στο Arduino και δύο πράσινοι ακροδέκτες για σύνδεση πηγής και φορτίου.

Βήμα 8: Κάντε το κύκλωμα

Αφού συγκολλήσετε τις θηλυκές κεφαλίδες και τους ακροδέκτες βιδών, πρέπει να ενώσετε τα μαξιλάρια σύμφωνα με το σχηματικό διάγραμμα που φαίνεται παραπάνω.

Οι συνδέσεις είναι αρκετά ευθείες

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 μέσω αντίστασης έλξης 4,7K

VCC -> VCC

Τέλος, συνδέστε τους ακροδέκτες βίδας σύμφωνα με το σχηματικό σχήμα.

Έχω χρησιμοποιήσει έγχρωμα καλώδια 24AWG για να κάνω το κύκλωμα. Συγκολλήστε το σύρμα σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος.

Βήμα 9: Τοποθέτηση των αναμονών

Μετά τη συγκόλληση και την καλωδίωση, τοποθετήστε τις προεξοχές σε 4 γωνίες. Παρέχει επαρκή απόσταση στις αρθρώσεις και τα σύρματα συγκόλλησης από το έδαφος.

Βήμα 10: Σχεδιασμός PCB

Έχω σχεδιάσει ένα προσαρμοσμένο PCB για αυτό το έργο. Λόγω της τρέχουσας πανδημικής κατάστασης COVID-19, δεν μπορώ να κάνω παραγγελία για αυτό το PCB. Οπότε δεν έχω δοκιμάσει ακόμα το PCB.

Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία Gerber από το PCBWay

Όταν κάνετε μια παραγγελία από το PCBWay, θα λάβω μια δωρεά 10% από την PCBWay για μια συνεισφορά στο έργο μου. Η μικρή βοήθειά σας μπορεί να με ενθαρρύνει να κάνω πιο φοβερή δουλειά στο μέλλον. Ευχαριστώ για την συνεργασία.

Βήμα 11: Δύναμη και Ενέργεια

Ισχύς: Η ισχύς είναι το προϊόν της τάσης (volt) και του ρεύματος (Amp)

P = VxI

Η μονάδα ισχύος είναι Watt ή KW

Ενέργεια: Η ενέργεια είναι το προϊόν της ισχύος (watt) και του χρόνου (ώρα)

Ε = Pxt

Η μονάδα ενέργειας είναι Watt Hour ή Kilowatt Hour (kWh)

Χωρητικότητα: Η χωρητικότητα είναι γινόμενο ρεύματος (αμπέρ) και χρόνου (ώρας)

C = I x t

Μονάδα χωρητικότητας είναι Amp-Hour

Για την παρακολούθηση της ισχύος και της ενέργειας, η λογική εφαρμόζεται στο λογισμικό και οι παράμετροι εμφανίζονται σε μια οθόνη OLED 0,96 ιντσών.

Πίστωση εικόνας: imgoat

Βήμα 12: Λογισμικό και Βιβλιοθήκες

Αρχικά, κατεβάστε τον κωδικό που επισυνάπτεται παρακάτω. Στη συνέχεια, κατεβάστε τις παρακάτω βιβλιοθήκες και εγκαταστήστε τις.

1. Βιβλιοθήκη Adafruit INA219

2. Βιβλιοθήκη Adafruit SSD1306

3. DallasTemperature

Αφού εγκαταστήσετε όλες τις βιβλιοθήκες, ορίστε τη σωστή πλακέτα και τη θύρα COM και, στη συνέχεια, ανεβάστε τον κώδικα.

Βήμα 13: Τελική δοκιμή

Για να δοκιμάσω την πλακέτα, έχω συνδέσει μια μπαταρία 12V ως πηγή και ένα LED 3W ως φορτίο.

Η μπαταρία είναι συνδεδεμένη στον ακροδέκτη βιδών κάτω από το Arduino και η λυχνία LED συνδέεται στον ακροδέκτη βιδών κάτω από το INA219. Η μπαταρία LiPo συνδέεται με τον μπλε ακροδέκτη βιδών και, στη συνέχεια, ενεργοποιεί το κύκλωμα χρησιμοποιώντας τον διακόπτη.

Μπορείτε να δείτε όλες τις παραμέτρους που εμφανίζονται στην οθόνη OLED.

Οι παράμετροι στην πρώτη στήλη είναι

1. Τάση

2. Ρεύμα

3. Ισχύς

Οι παράμετροι στη δεύτερη στήλη είναι

1. Ενέργεια

2. Ικανότητα

3. Θερμοκρασία

Για να ελέγξω την ακρίβεια χρησιμοποίησα το πολύμετρό μου και το Tester όπως φαίνεται παραπάνω. Η ακρίβεια είναι κοντά τους. Είμαι πραγματικά ικανοποιημένος με αυτό το gadget μεγέθους τσέπης.

Ευχαριστώ που διαβάσατε το Instructable. Αν σας αρέσει το έργο μου, μην ξεχάσετε να το μοιραστείτε. Τα σχόλια και τα σχόλια είναι πάντα ευπρόσδεκτα.