Misuratore di energia multifunzione Arduino fai-da-te V1.0: 13 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

In questo Instructable, ti mostrerò come realizzare un contatore di energia multifunzione basato su Arduino. Questo piccolo misuratore è un dispositivo molto utile che visualizza informazioni importanti sui parametri elettrici. Il dispositivo può misurare 6 parametri elettrici utili: Tensione, Corrente, Potenza, Energia, Capacità e Temperatura. Questo dispositivo è adatto solo per carichi CC come i sistemi solari fotovoltaici. È inoltre possibile utilizzare questo strumento per la misurazione della capacità della batteria.

Lo strumento può misurare fino a un intervallo di tensione da 0 a 26 V e una corrente massima di 3,2 A.

Forniture

Componenti utilizzati:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazzonia)

3. OLED da 0,96 (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Batteria Lipo (Amazon)

6. Terminali a vite (Amazon)

7. Intestazioni femminili/maschili (Amazon)

8. Pannello perforato (Amazon)

9. Cavo 24 AWG (Amazon)

10. Interruttore a scorrimento (Amazon)

Strumenti e strumenti utilizzati:

1. Saldatore (Amazon)

2. Spelafili (Amazon)

3. Multimetro (Amazon)

4. Tester elettrico (Amazon)

Passaggio 1: come funziona?

Il cuore dell'Energy Meter è una scheda Arduino Pro Micro. Arduino rileva la corrente e la tensione utilizzando il sensore di corrente INA219 e la temperatura viene rilevata dal sensore di temperatura DS18B20. In base a questa tensione e corrente, Arduino fa i calcoli per calcolare potenza ed energia.

L'intero schema è diviso in 4 gruppi

1. Arduino Pro Micro

L'alimentazione necessaria per Arduino Pro Micro è fornita da una batteria LiPo/Li-Ion tramite un interruttore a scorrimento.

2. Sensore di corrente

Il sensore di corrente INA219 è collegato alla scheda Arduino in modalità di comunicazione I2C (pin SDA e SCL).

3. Display OLED

Analogamente all'attuale Sensor, anche il display OLED è collegato alla scheda Arduino in modalità di comunicazione I2C. Tuttavia, l'indirizzo per entrambi i dispositivi è diverso.

4. Sensore di temperatura

Qui ho usato il sensore di temperatura DS18B20. Utilizza un protocollo a un filo per comunicare con Arduino.

Passaggio 2: test breadboard

Per prima cosa, realizzeremo il circuito su una breadboard. Il vantaggio principale di una breadboard senza saldatura è che è senza saldatura. In questo modo puoi facilmente modificare il design semplicemente scollegando componenti e cavi quando necessario.

Dopo aver effettuato il test della breadboard, ho realizzato il circuito su una scheda perforata

Passaggio 3: preparare la scheda Arduino

L'Arduino Pro Micro viene fornito senza saldare il pin delle intestazioni. Quindi devi prima saldare le intestazioni nell'Arduino.

Inserisci le tue intestazioni maschili con il lato lungo rivolto verso il basso in una breadboard. Ora, con le intestazioni installate, puoi facilmente far cadere la scheda Arduino in posizione sopra il pin delle intestazioni. Quindi saldare tutti i pin alla scheda Arduino.

Passaggio 4: preparare le intestazioni

Per montare l'Arduino, il display OLED, il sensore di corrente e il sensore di temperatura, è necessario un pin con intestazioni diritte femmina. Quando acquisti le intestazioni diritte, saranno troppo lunghe per l'utilizzo dei componenti. Quindi, dovrai tagliarli a una lunghezza appropriata. Ho usato un tronchesino per tagliarlo.

Di seguito sono riportati i dettagli sulle intestazioni:

1. Scheda Arduino - 2 x 12 pin

2. INA219 - 1 x 6 pin

3. OLED - 1 x 4 pin

4. Temp. Sensore - 1 x 3 pin

Passaggio 5: saldare le intestazioni femminili

Dopo aver preparato i pin delle intestazioni femmina, saldarli alla scheda perforata. Dopo aver saldato i pin dell'intestazione, verificare se tutti i componenti si adattano perfettamente o meno.

Nota: raccomanderò di saldare il sensore di corrente direttamente alla scheda anziché attraverso l'intestazione femmina.

Ho collegato tramite il pin dell'intestazione per riutilizzare l'INA219 per altri progetti.

Passaggio 6: montare il sensore di temperatura

Qui sto usando il sensore di temperatura DS18B20 nel pacchetto TO-92. Considerando la facile sostituzione, ho utilizzato un connettore femmina a 3 pin. Ma puoi saldare direttamente il sensore alla scheda perforata.

Passaggio 7: saldare i terminali a vite

Qui i terminali a vite vengono utilizzati per il collegamento esterno alla scheda. Le connessioni esterne sono

1. Sorgente (batteria/pannello solare)

2. Carica

3. Alimentazione ad Arduino

Il terminale a vite blu viene utilizzato per l'alimentazione dell'Arduino e due terminali verdi sono utilizzati per la connessione della sorgente e del carico.

Passaggio 8: crea il circuito

Dopo aver saldato le intestazioni femmina e i terminali a vite, è necessario unire le pastiglie secondo il diagramma schematico mostrato sopra.

Le connessioni sono piuttosto semplici

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 attraverso un resistore di pull-up da 4,7K

VCC -> VCC

Infine collegare i morsetti a vite come da schema.

Ho usato fili colorati 24AWG per realizzare il circuito. Saldare il filo secondo lo schema elettrico.

Passaggio 9: montaggio dei distanziatori

Dopo la saldatura e il cablaggio, montare i distanziatori ai 4 angoli. Fornirà spazio sufficiente ai giunti di saldatura e ai fili da terra.

Passaggio 10: progettazione PCB

Ho progettato un PCB personalizzato per questo progetto. A causa dell'attuale situazione pandemica COVID-19, non sono in grado di effettuare un ordine per questo PCB. Quindi non ho ancora testato il PCB.

Puoi scaricare i file Gerber da PCBWay

Quando effettui un ordine da PCBWay, riceverò una donazione del 10% da PCBWay per un contributo al mio lavoro. Il tuo piccolo aiuto potrebbe incoraggiarmi a fare un lavoro più fantastico in futuro. Grazie per la collaborazione.

Passaggio 11: potenza ed energia

Potenza: La potenza è il prodotto di tensione (volt) e corrente (Amp)

P=VxI

L'unità di potenza è Watt o KW

Energia: l'energia è il prodotto di potenza (watt) e tempo (ora)

E= Pxt

L'unità di energia è Wattora o Kilowattora (kWh)

Capacità: la capacità è il prodotto di corrente (Amp) e tempo (ora)

C = I x t

L'unità di capacità è Amp-Hour

Per monitorare la potenza e l'energia sopra, la logica è implementata nel software e i parametri vengono visualizzati in un display OLED da 0,96 pollici.

Credito immagine: imgoat

Passaggio 12: software e librerie

Innanzitutto, scarica il codice allegato di seguito. Quindi scarica le seguenti librerie e installale.

1. Libreria Adafruit INA219

2. Libreria Adafruit SSD1306

3. Temperatura di Dallas

Dopo aver installato tutte le librerie, impostare la scheda e la porta COM corrette, quindi caricare il codice.

Passaggio 13: test finale

Per testare la scheda ho collegato una batteria da 12V come sorgente e un LED da 3W come carico.

La batteria è collegata al terminale a vite sotto l'Arduino e il LED è collegato al terminale a vite sotto l'INA219. La batteria LiPo è collegata al terminale a vite blu e quindi accendere il circuito utilizzando l'interruttore a scorrimento.

Puoi vedere tutti i parametri visualizzati sullo schermo OLED.

I parametri nella prima colonna sono

1. Tensione

2. Corrente

3. Potere

I parametri nella seconda colonna sono

1. Energia

2. Capacità

3. Temperatura

Per verificare la precisione ho usato il mio multimetro e un tester come mostrato sopra. La precisione è vicina a loro. Sono davvero soddisfatto di questo gadget tascabile.

Grazie per aver letto il mio Instructable. Se ti piace il mio progetto, non dimenticare di condividerlo. Commenti e feedback sono sempre i benvenuti.