Arduino Enerji Ölçən - V2.0: 12 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Salam dostum, uzun fasilədən sonra yenidən xoş gəlmisiniz. Daha əvvəl, əsasən kəndimdəki günəş panelindən (DC Power) gələn enerjini izləmək üçün hazırlanmış Arduino Enerji Ölçmə Cihazı haqqında Təlimatlar dərc etmişdim. İnternetdə çox populyarlaşdı, dünyanın hər yerində bir çox insan öz əlləri ilə tikdi. Bir çox tələbə məndən kömək alaraq öz kollec layihələrinə nail oldular. Yenə də, AC enerji istehlakını izləmək üçün hardware və proqram təminatı ilə bağlı sualları olan insanlardan e -poçt və mesaj alıram.

Beləliklə, bu Təlimat kitablarında, Arduino/Wemos lövhəsini istifadə edərək sadə bir WiFi aktiv AC Enerji Ölçəninin necə hazırlanacağını sizə göstərəcəyəm. Bu Enerji Ölçəndən istifadə edərək istənilən məişət texnikasının enerji istehlakını ölçə bilərsiniz. Layihənin sonunda, bu layihə üçün gözəl 3D çaplı bir korpus hazırladım.

Enerji istehlakı haqqında daha çox məlumat sahibi olmağın məqsədi, istifadəçi tərəfindən enerji istifadəsinin optimallaşdırılması və azaldılmasıdır. Bu həm enerji xərclərini azaldar, həm də enerjiyə qənaət edərdi.

Əlbəttə ki, artıq enerji monitorinqi üçün bir çox kommersiya qurğusu mövcuddur, amma öz versiyamı yaratmaq istəyirdim ki, bu da sadə və aşağı qiymətə malik olacaq.

Bütün layihələrimi https://www.opengreenenergy.com/ saytında tapa bilərsiniz.

Addım 1: Lazım olan hissələr və alətlər

Tələb olunan komponentlər:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Cari Sensor -ACS712 (Amazon)

3. OLED Ekran (Amazon / Banggood)

4. 5V Güc Təchizatı (Aliexpress)

5. Prototip lövhəsi - 4 x 6 sm (Amazon / Banggood)

6. 24 AWG Tel (Amazon)

7. Başlıq Pinləri (Amazon / Banggood)

8. Kişi-Qadın Jumper Telləri (Amazon)

9. Vidalı Terminal (Amazon)

10. Standoff (Banggood)

11. AC Soket Çıxışı

12. AC Fiş

13. Bahar yüklü bağlayıcı (Banggood)

14. Rocker Switch (Banggood)

15. PLA Filament-Gümüş (GearBest)

16. PLA Filament-Qırmızı (GearBest)

Lazımi alətlər:

1. Lehimləmə Dəmiri (Amazon)

2. Yapışqan Tabancası (Amazon)

3. Tel kəsici/soyucu (Amazon)

4.3D printer (Creality CR10S)

Addım 2: Necə işləyir?

Bütün layihənin blok diaqramı yuxarıda göstərilmişdir.

Qeyri -adi qısa qapanma zamanı dövrə lövhəsinin zədələnməməsi üçün AC elektrik şəbəkəsindən enerji çəkilir və bir sigortadan keçir.

Sonra AC elektrik xətti iki hissəyə bölünür:

1. Cari sensor vasitəsilə yükə (ACS712)

2. 230V AC/5V DC Güc Təchizatı modulu

5V enerji təchizatı modulu mikro nəzarətçiyə (Arduino/Wemos), Cərəyan sensoruna (ACS712) və OLED ekrana enerji verir.

Yükdən keçən AC cərəyanı cari sensor modulu (ACS712) tərəfindən algılanır və Arduino/Wemos lövhəsinin analoq pininə (A0) verilir. Analog giriş Arduinoya verildikdən sonra güc/enerjinin ölçülməsi Arduino eskizi ilə aparılır.

Arduino/Wemos tərəfindən hesablanmış güc və enerji 0.96 OLED ekran modulunda göstərilir.

Wemos -un daxili WiFi çipi Ev Router -ə qoşulub və Blynk Tətbiqi ilə əlaqələndirilir. Beləliklə, OTA vasitəsilə Smartfonunuzdan fərqli parametrləri izləyə, həmçinin kalibr edə və dəyişdirə bilərsiniz.

Addım 3: AC əsaslarını anlayın

AC dövrə analizində həm gərginlik, həm də cərəyan zamanla sinusoidal olaraq dəyişir.

Real Güc (P):

Bu cihazın faydalı iş istehsal etmək üçün istifadə etdiyi gücdür, kW ilə ifadə olunur.

Real Güc = Gərginlik (V) x Cərəyan (I) x cosΦ

Reaktiv Güc (Q):

Buna tez -tez heç bir faydalı iş görməyən mənbə ilə yük arasında salınan güc ölçüsü olan xəyali güc deyilir.

Reaktiv Güc = Gərginlik (V) x Cərəyan (I) x sinΦ

Görünən Güc (lər):

Kök-Orta Meydan (RMS) Gərginliyinin və RMS Cərəyanının məhsulu olaraq təyin olunur. Bu da real və reaktiv gücün nəticəsi olaraq təyin edilə bilər. KVA ilə ifadə olunur

Görünən Güc = Gərginlik (V) x Cərəyan (I)

Real, Reaktiv və Görünən güc arasındakı əlaqə:

Real Güc = Görünən Gücü x cosΦ

Reaktiv Güc = Görünən Güc x sinΦ

(kVA) ² = (kW) ² + (kVAr) ²

Güc Faktoru (pf):

Həqiqi gücün bir dövrədə görünən gücə nisbətinə güc faktoru deyilir.

Güc Faktoru = Real Güc/Görünən Güc

Yuxarıda göstərilənlərdən aydın olur ki, gərginliyi və cərəyanı ölçməklə bütün güc növlərini və güc faktorunu ölçə bilərik.

Şəkil krediti: openenergymonitor.org

Addım 4: Currency Sensor

AC cərəyanı şərti olaraq bir cərəyan transformatoru ilə ölçülür, lakin bu layihə üçün aşağı qiyməti və kiçik ölçüsü səbəbindən ACS712 cərəyan sensoru olaraq seçildi. ACS712 Akım Sensoru, induksiya edildikdə cərəyanı dəqiq ölçən Hall Effect cərəyan sensorudur. AC telinin ətrafındakı maqnit sahəsi, ekvivalent analog çıxış gərginliyi verir. Analoq gərginlik çıxışı daha sonra yükdən keçən cərəyanı ölçmək üçün mikrokontrolör tərəfindən işlənir.

ACS712 sensoru haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün bu saytı ziyarət edə bilərsiniz. Zal effekti sensorunun işləməsinə dair daha yaxşı bir açıqlama üçün Embedded-laboratoriyasından yuxarıdakı şəkildən istifadə etdim.

Addım 5: ACS712 ilə Cari Ölçmə

ACS712 Cərəyan Sensorunun çıxışı AC gərginlik dalğasıdır. Rms cərəyanını hesablamalıyıq, bunu aşağıdakı yolla etmək olar.

1. Pikdən zirvəyə qədər gərginliyin ölçülməsi (Vpp)

2. Pik gərginliyi (Vp) əldə etmək üçün zirvəni pik gərginliyə (Vpp) ikiyə bölün.

3. Rms gərginliyini (Vrms) əldə etmək üçün onu 0.707 ilə vurun.

Sonra rms cərəyanı əldə etmək üçün cari sensorun Həssaslığını (ACS712) vurun.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0.707

İrms = Vrms x Həssaslıq

ACS712 5A modulu üçün həssaslıq 185mV/A, 20A modulu 100mV/A və 30A modulu 66mV/A təşkil edir.

Cari sensor üçün əlaqə aşağıdakı kimidir

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5V

Çıxdı ----- A0

GND ----- GND

Addım 6: Güc və Enerji Hesablanması

Daha əvvəl AC gücünün müxtəlif formalarının əsaslarını təsvir etdim. Bir ev istifadəçisi olaraq, əsl güc (kW) bizim əsas qayğımızdır. Həqiqi gücü hesablamaq üçün rms gərginliyini, rms cərəyanını və güc faktorunu (pF) ölçməliyik.

Ümumiyyətlə, mənim yerimdəki elektrik gərginliyi (230V) demək olar ki, sabitdir (dalğalanma əhəmiyyətsizdir). Beləliklə, gərginliyi ölçmək üçün bir sensordan ayrılıram. Bir gərginlik sensoru bağladığınıza şübhə etmirəm, ölçü dəqiqliyi mənim vəziyyətimdən daha yaxşıdır. Hər halda, bu üsul layihəni başa çatdırmaq və məqsədə çatmaq üçün ucuz və sadə bir yoldur.

Gərginlik sensoru istifadə etməməyin başqa bir səbəbi, Wemos analog pininin məhdudlaşdırılmasıdır (yalnız bir). Əlavə sensoru ADS1115 kimi bir ADC istifadə edərək bağlaya bilsəm də, hələlik onu tərk edirəm. Gələcəkdə vaxt tapsam mütləq əlavə edəcəyəm.

Yükün güc faktoru proqramlaşdırma zamanı və ya Smartphone tətbiqindən dəyişdirilə bilər.

Real Güc (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (məlumdur)

Pf = 0.85 (məlumdur)

İrms = cari sensordan oxunuş (naməlum)

Şəkil krediti: imgoat

Addım 7: Blynk Tətbiqi ilə İnterfeys

Wemos lövhəsində quraşdırılmış WiFi çipi olduğu üçün onu routerimə bağlamağı və Smartfonumdan məişət texnikasının enerjisini izləməyi düşündüm. Arduino əvəzinə Wemos lövhəsinin istifadəsinin üstünlükləri bunlardır: sensorun kalibrlənməsi və mikro nəzarətçini fiziki olaraq proqramlaşdırmadan OTA vasitəsilə smartfondan parametr dəyərinin dəyişdirilməsi.

Təcrübəsi az olanların edə bilməsi üçün sadə variantı axtardım. Tapdığım ən yaxşı seçim Blynk Tətbiqindən istifadə etməkdir. Blynk, Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison və daha çox cihaz üzərində tam nəzarət etməyə imkan verən bir tətbiqdir. Həm Android, həm də iPhone ilə uyğun gəlir. Blynkdə hər şey ⚡️Enerji ilə işləyir. Yeni bir hesab yaratdığınızda, təcrübəyə başlamaq üçün ⚡️2,000 alırsınız; Hər bir widgetın işləməsi üçün bir qədər enerji lazımdır. Bu layihə üçün ⚡️2400 lazımdır, buna görə əlavə enerji almalısınız ️⚡️400 (dəyəri 1 dollardan azdır)

i. Ölçer - 2 x ⚡️200 = ⚡️400

ii. Etiketli Dəyər Ekranı - 2 x ⚡️400 = ⚡️800

iii. Sürgülər - 4 x ⚡️200 = ⚡️800

iv. Menyu - 1x ⚡️400 = ⚡️400

Bu layihə üçün lazım olan ümumi enerji = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Aşağıdakı addımları izləyin:

Addım-1: Blynk tətbiqini yükləyin

1. Android üçün

2. iPhone üçün

Addım 2: Doğrulama Tokenini əldə edin

Blynk Tətbiqini və aparatınızı birləşdirmək üçün bir Doğrulama Tokeninə ehtiyacınız var. Blynk Tətbiqində yeni bir hesab yaradın.

2. Üst menyu çubuğundakı QR simgesini basın. Yuxarıda göstərilən QR kodunu skan edərək bu Layihənin bir klonunu yaradın. Uğurla aşkar edildikdən sonra bütün layihə dərhal telefonunuzda olacaq.

3. Layihə yaradıldıqdan sonra sizə e -poçt vasitəsilə Auth Token göndərəcəyik.

4. E -poçt gələn qutunuzu yoxlayın və Doğrulama Tokenini tapın.

Addım 3: Wemos Board üçün Arduino IDE hazırlamaq

Arduino kodunu Wemos lövhəsinə yükləmək üçün bu Təlimatlara əməl etməlisiniz

Addım 4: Kitabxanaları quraşdırın

Sonra kitabxananı Arduino IDE -yə daxil etməlisiniz

Blynk Kitabxanasını yükləyin

OLED Display üçün kitabxanaları yükləyin: i. Adafruit_SSD1306 ii. Adafruit-GFX-Kitabxana

Addım 5: Arduino Sketch

Yuxarıdakı kitabxanaları quraşdırdıqdan sonra aşağıda verilən Arduino kodunu yapışdırın.

Addım 1-dən, yönlendiricinizin ssidindən və şifrəsindən icazə kodunu daxil edin.

Sonra kodu yükləyin.

Addım 8: Dövrə lövhəsini hazırlayın

Dövrəni səliqəli və təmiz etmək üçün 4x6 sm ölçüdə prototip lövhəsini istifadə edərək bir dövrə lövhəsi düzəltdim. Əvvəlcə Kişi Başlıq Pinini Wemos Lövhəsinə lehimlədim. Sonra fərqli lövhələri quraşdırmaq üçün qadın başlıqlarını prototip lövhəsinə lehimlədim:

1. Wemos lövhəsi (2 x 8 pinli qadın başlığı)

2. 5V DC Güc Təchizatı lövhəsi (2 sancaq +3 sancaq qadın başlığı)

3. Cari Sensor Modulu (3 Pins Qadın Başlığı)

4. OLED Ekran (4 pinli Qadın Başlığı)

Nəhayət, enerji təchizatı qurğusuna AC girişi üçün 2 pinli vintli bir terminal qoydum.

Bütün başlıqları bağladıqdan sonra yuxarıda göstərildiyi kimi əlaqə qurun. Bütün əlaqə üçün 24 AWG lehim teli istifadə etdim.

Bağlantı aşağıdakı kimidir

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Vout-A0

2. OLED Ekran:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd- GND

SCL- D1

SDA-D2

3. Güc Təchizatı Modulu:

Vida terminalına qoşulmuş enerji təchizatı modulunun AC giriş pimi (2 pin).

Çıxış V1pin Wemos 5V və GND pin Wemos GND pininə bağlıdır.

Addım 9: 3D Çaplı Kassa

Gözəl bir kommersiya məhsulu görünüşü vermək üçün bu layihə üçün bir korpus hazırladım. Qutunun dizaynı üçün Autodesk Fusion 360 istifadə etdim. Korpus iki hissədən ibarətdir: Alt və Üst qapaq. STL fayllarını Thingiverse -dən yükləyə bilərsiniz.

Alt hissə, əsas PCB (4 x6 sm), Akım Sensoru və Sigorta Tutucusuna uyğun olaraq hazırlanmışdır. Üst qapaq AC prizini və OLED Ekranı bağlamaqdır.

Parçaları çap etmək üçün Creality CR-10S 3D printerimi və 1.75 mm gümüş PLA və qırmızı PLA filamentini istifadə etdim. Əsas gövdəni çap etmək üçün təxminən 5 saat, üst qapağı çap etmək üçün isə təxminən 3 saat vaxt sərf etdim.

Ayarlarım belədir:

Çap Sürəti: 60 mm/s

Lay hündürlüyü: 0.3

Doldurma sıxlığı: 100%

Ekstruderin İstiliyi: 205 ° C

Yataq temperaturu: 65 ° C

Addım 10: AC naqillərinin diaqramı

AC elektrik kabelinin 3 teli var: Xətt (qırmızı), Neytral (qara) və Torpaq (yaşıl).

Elektrik kabelindən gələn qırmızı tel sigortanın bir terminalına bağlıdır. Sigortanın digər ucu yayla yüklənmiş iki terminal konnektoruna bağlıdır. Qara tel birbaşa yaylı bağlayıcıya bağlıdır.

İndi elektron lövhə üçün lazım olan güc (Wemos, OLED və ACS712) yaylı bağlayıcıdan sonra bantlanır. Əsas dövrə lövhəsini təcrid etmək üçün bir rokçu açarı seriyaya bağlanır. Yuxarıdakı sxemə baxın.

Sonra qırmızı tel (xətt) AC soket "L" terminalına, yaşıl tel (torpaq) mərkəzi terminala (G işarəsi ilə) qoşulur.

Neytral terminal ACS712 cərəyan sensorunun bir terminalına bağlıdır. ACS712-nin digər terminalı yenidən yaylı konnektora bağlıdır.

Bütün xarici əlaqələr tamamlandıqda, lövhəni çox diqqətlə yoxlayın və lehim axını qalıqlarını çıxarmaq üçün təmizləyin.

Qeyd: Güc altında ikən dövrənin heç bir hissəsinə toxunmayın. Hər hansı bir təsadüfən toxunma ölümcül yaralanmaya və ya ölümə səbəb ola bilər. İş zamanı təhlükəsiz olun, heç bir itkiyə görə məsuliyyət daşımayacağam.

Addım 11: Bütün komponentləri quraşdırın

Komponentləri (AC Socket, Rocker Switch və OLED Display) şəkildə göstərildiyi kimi üst qapaq yuvalarına daxil edin. Sonra vintləri bərkidin. Alt hissədə əsas PCB lövhəsinin montajı üçün 4 dayaq var. Birincisi, pirinç dayağını yuxarıda göstərildiyi kimi çuxura daxil edin. Sonra 2M vidasını dörd küncdə bərkidin.

Sigorta Tutucusu və Cərəyan sensörünü alt korpusdakı yuvaya yerləşdirin. Onları bazaya yapışdırmaq üçün 3M montaj kvadratlarından istifadə etdim. Sonra bütün telləri düzgün bir şəkildə çəkin.

Nəhayət, üst qapağı qoyun və 4 somunu (3M x16) künclərə bərkidin.

Addım 12: Yekun Test

Enerji sayğacının elektrik kabelini elektrik prizinə qoşun.

Aşağıdakı parametrləri Blynk tətbiqindən dəyişdirin

1. Heç bir yük bağlı olmadıqda cari sıfır almaq üçün KALİBRATİYA kaydırıcısını sürüşdürün.

2. Bir multimetrdən istifadə edərək evin AC təchizatı gərginliyini ölçün və SUPPLY VOLTAGE kaydırıcısını sürüşdürərək təyin edin.

3. Güc Faktorunu təyin edin

4. İstədiyiniz yerdə enerji tarifini daxil edin.

Sonra gücü ölçülən cihazı Enerji sayğacının prizinə qoşun. İndi istehlak olunan enerjini ölçməyə hazırsınız.

Ümid edirəm ki, layihə haqqında oxuduğumdan, inşaat zamanı zövq aldığım qədər zövq aldınız.

Təkmilləşdirmə üçün hər hansı bir təklifiniz varsa, aşağıda şərh edin.

Mikro nəzarətçi yarışmasında ikinci yer