Dispositivo misuratore elettrico dei costi energetici Arduino: 13 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

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Guarda come ho trovato l'uso di questo dispositivo.

Passaggio 1: preparazione. Strumenti Viti e materiali di consumo

Hai bisogno di diverse cose per realizzare questo progetto.

• Computer di casa con XOD IDE installato.
• stampante 3d.

Utensili:

• Clipper.
• Cacciavite.
• Pinze.
• Strumenti di saldatura.
• Lima ad ago.

Materiali di consumo:

• Carta vetrata.
• Tubi termoretraibili.
• 14 fili AWG o meno per circuito 220V.
• Fili 24 o 26 AWG per circuito logico 5V.

Viti:

• Vite M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) lunghezza 20mm.
• Vite M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) lunghezza 10mm.
• Vite M2/M2.5 (DIN7981 o altro).
• Dado esagonale M3 (DIN 934/DIN 985).

Passaggio 2: preparazione. Elettronica

Per creare il dispositivo sono necessari alcuni componenti elettronici. Scopriamo quali.

Prima di tutto, hai bisogno di un sensore di corrente alternata.

Il dispositivo può funzionare con una corrente elevata, quindi il sensore dovrebbe essere adatto. Su internet ho trovato un sensore ACS712 prodotto da Allegro.

Modulo sensore di corrente ACS712 gamma 1 x 20A ~ 9 $;

Questo sensore è analogico e misura la corrente utilizzando l'effetto Hall. Utilizza un filo per trasmettere il valore misurato. Potrebbe non essere molto preciso, ma penso che sia sufficiente per un dispositivo del genere. Il sensore ACS712 può essere di tre tipi con diversi limiti massimi di misura:

• ACS712ELCTR-05B (5 ampere max);
• ACS712ELCTR-20A (20 ampere max);
• ACS712ELCTR-30A (30 ampere max).

Puoi scegliere la versione che ti serve. Io uso la versione da 20 ampere. Non credo che la corrente nelle mie prese superi questo valore.

È necessario un controller per leggere i dati del sensore ed eseguire tutti gli altri calcoli.

Ovviamente ho scelto Arduino. Penso che non ci sia niente di più conveniente per tali progetti fai-da-te. Il mio compito non è difficile, quindi non ho bisogno di una tavola elegante. Ho acquistato Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino è alimentato da tensione DC fino a 12V mentre stavo per misurare la tensione AC 220V. Inoltre, il sensore ACS dovrebbe essere alimentato da 5 volt esatti. Per risolvere il problema, ho acquistato il convertitore da AC a DC da 220 a 5 volt.

1 x Ingresso alimentazione modulo di alimentazione da CA a CC: AC86-265V Uscita: 5V 1A ~ 7$;

Uso questo convertitore per alimentare Arduino e il sensore.

Per visualizzare le mie misurazioni, visualizzo l'importo speso su uno schermo. Io uso questo display LCD a caratteri 8x2.

1 x 0802 Modulo display LCD a caratteri 8x2 LCD 5 V ~ 9 $;

Questo è piccolo, compatibile con il display Arduino. Utilizza il proprio bus dati per comunicare con il controller. Inoltre, questo display ha una retroilluminazione che può essere di diversi colori. Ho preso quello arancione.

Passaggio 3: preparazione. Sonnettori

Il dispositivo dovrebbe avere la propria spina e presa di alimentazione.

È piuttosto difficile realizzare una connessione di qualità e affidabile a casa. Inoltre, volevo che il dispositivo fosse portatile e compatto senza cavi e fili.

Ho deciso di acquistare alcune prese e spine universali in ferramenta per smontarle per utilizzare le loro parti. I connettori che ho acquistato sono di tipo F o come vengono chiamati Shuko. Questa connessione è utilizzata in tutta l'Unione Europea. Esistono diversi tipi di connettori, ad esempio i tipi A o B sono leggermente più piccoli di F e vengono utilizzati in Nord America. Le dimensioni interne delle prese e le dimensioni esterne delle spine sono standardizzate per tutti i connettori del tipo.

Per ulteriori informazioni, puoi leggere i diversi tipi di socket qui.

Smontando alcune prese, ho scoperto che le loro parti interne possono essere facilmente rimosse. Queste parti hanno quasi le stesse dimensioni meccaniche. Ho deciso di usarli.

Quindi, per creare il proprio dispositivo è necessario:

• Scegli il tipo di connessione;
• Trova spine e prese che puoi usare e che possono essere facilmente smontate;
• Rimuovere le loro parti interne.

Ho usato questa presa:

1 x spina femmina con messa a terra 16A 250V ~ 1$;

E questa spina:

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

Passaggio 4: preparazione. Stampa 3D

Ho stampato parti del corpo del dispositivo su una stampante 3D. Ho usato plastica ABS di diversi colori.

Ecco l'elenco delle parti:

• Corpo principale (viola) - 1 pezzo;
• Copertina posteriore (gialla) - 1 pezzo;
• Custodia per prese (rosa) - 1 pezzo;
• Custodia della spina (rossa) - 1 pezzo;

Il corpo principale ha fori filettati per fissare il sensore di corrente e il coperchio posteriore.

La cover posteriore ha fori filettati per fissare il convertitore AC-DC e un giunto a scatto per collegare Arduino Micro.

Tutte le parti hanno fori per viti M3 per fissare il display, le custodie per spine e prese.

Prestare attenzione alla custodia della presa e alle parti della custodia della spina.

Le superfici interne di queste parti sono premodellate appositamente per i miei connettori. Per quei connettori smontati dal passaggio precedente.

Pertanto, se si desidera rendere il proprio dispositivo e i connettori spina e presa diversi dai miei, è necessario riparare o modificare i modelli 3D della custodia della presa e della custodia della spina.

I modelli STL sono in allegato. Se necessario, posso allegare i modelli CAD di origine.

Passaggio 5: assemblaggio. Custodia per prese

La lista dei materiali:

1. Custodia per prese stampata in 3D - 1 pezzo;
2. Presa - 1 pezzo;
3. Cavi ad alta tensione (14 AWG o meno).

Processo di assemblaggio:

Guarda lo schizzo. L'immagine ti aiuterà nell'assemblaggio.

• Preparare la presa (pos. 2). La presa dovrebbe inserirsi saldamente nella custodia fino alla battuta di arresto. Se è necessario, elaborare il contorno della presa con una carta vetrata o una lima per aghi.
• Collegare i cavi dell'alta tensione alla presa. Utilizzare morsettiere o saldature.
• Inserire la presa (pos. 2) nella custodia (pos. 1).

Opzionale:

Fissare la presa nella custodia con una vite attraverso la piattaforma sulla custodia

Passaggio 6: assemblaggio. Corpo principale

La lista dei materiali:

1. Corpo principale stampato in 3D - 1 pezzo;
2. Custodia per prese assemblata - 1 pezzo;
3. Sensore di corrente ACS 712 - 1 pezzo;
4. Display LCD 8x2 - 1 pezzo;
5. Vite M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) lunghezza 20mm - 4 pezzi.
6. Vite M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) lunghezza 10mm - 4 pezzi.
7. Vite M2/M2.5 (DIN7981 o altro) - 2 pezzi.
8. Dado esagonale M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 pezzi.
9. Fili 24 o 26 AWG.
10. Cavi ad alta tensione (14 AWG o meno).

Processo di assemblaggio:

Guarda lo schizzo. L'immagine ti aiuterà nell'assemblaggio.

• Preparare il foro grande sul corpo principale (pos. 1). La custodia della presa assemblata dovrebbe inserirsi saldamente al suo interno. Se è necessario, elaborare il contorno del foro con una carta vetrata o una lima per aghi.
• Inserire la scatola portapresa (pos. 2) al corpo principale (pos. 1) e fissarla con viti (pos. 6) e dadi (pos. 8).
• Collegare i cavi dell'alta tensione al sensore di corrente (pos. 3). Utilizzare le morsettiere.
• Fissare il sensore di corrente (pos. 3) al corpo principale (pos. 1) mediante viti (pos. 7).
• Collegare o saldare i fili al display (pos. 4) e al sensore di corrente (pos. 3)
• Fissare il display (pos. 4) al corpo principale (pos. 1) mediante viti (pos. 5) e dadi (pos. 8).

Passaggio 7: assemblaggio. Caso della spina

La lista dei materiali:

1. Custodia per spine stampata in 3D - 1 pezzo;
2. Spina - 1 pezzo;
3. Cavi ad alta tensione (14 AWG o meno).

Processo di assemblaggio:

Guarda lo schizzo. L'immagine ti aiuterà nell'assemblaggio.

• Preparare la spina (pos. 2). La spina dovrebbe adattarsi saldamente alla custodia fino all'arresto. Se è necessario, elaborare il contorno della presa con una carta vetrata o una lima per aghi.
• Collegare i cavi dell'alta tensione alla spina (pos. 2). Utilizzare morsettiere o saldature.
• Inserire la spina (pos. 2) nella custodia (pos. 1).

Opzionale:

Fissare la spina nella custodia con una vite. Il punto in cui avvitare è mostrato nello schizzo

Passaggio 8: assemblaggio. Copertina posteriore

La lista dei materiali:

1. Cover posteriore stampata in 3D - 1 pezzo;
2. Custodia per spine assemblata - 1 pezzo;
3. Convertitore di tensione AC-DC - 1 pezzo;
4. Arduino Micro - 1 pezzo;
5. Vite M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) lunghezza 10mm - 4 pezzi.
6. Vite M2/M2.5 (DIN7981 o altro) - 4 pezzi.
7. Dado esagonale M3 (DIN 934/DIN 985) - 4 pezzi.

Processo di assemblaggio:

Guarda lo schizzo. L'immagine ti aiuterà nell'assemblaggio.

• Preparare il foro grande sulla cover posteriore (pos. 1). La scatola della spina assemblata (pos. 2) dovrebbe inserirsi saldamente al suo interno. Se è necessario, elaborare il contorno del foro con una carta vetrata o una lima per aghi.
• Inserire la scatola della spina (pos. 2) sul coperchio posteriore (pos. 1) e fissarla con viti (pos. 5) e dadi (pos. 7).
• Attacca Arduino (pos. 4) alla cover posteriore (pos. 1) utilizzando la connessione a scatto.
• Fissare il convertitore di tensione AC-DC (pos. 3) al coperchio posteriore (pos. 1) utilizzando le viti (pos. 6).

Passaggio 9: assemblaggio. Saldatura

La lista dei materiali:

1. Cavi ad alta tensione (14 AWG o meno).
2. Fili 24 o 26 AWG.

Assemblaggio:

Saldare tutti i componenti insieme come mostrato nello schizzo.

I cavi dell'alta tensione dalla spina sono saldati al convertitore AC-DC e ai cavi dalla presa.

L'ACS712 è un sensore di corrente analogico ed è alimentato da 5V. Puoi alimentare il sensore da Arduino o direttamente dal convertitore AC-DC.

• Pin Vcc - pin Arduino 5V / pin 5V AC-DC;
• GND - GND Pin Arduino / GND Pin AC-DC;
• OUT - pin Arduino analogico A0;

Il display LCD a caratteri 8x2 è alimentato da 3,3-5 V e dispone di un proprio bus dati. Il display può comunicare in modalità a 8 bit (DB0-DB7) oa 4 bit (DB4-DB7). Ho usato uno a 4 bit. Puoi alimentare il display da Arduino o dal convertitore AC-DC.

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

Notifica:

Non dimenticare di isolare tutti i cavi dell'alta tensione con tubi termoretraibili! Inoltre, isolare i contatti saldati ad alta tensione sul convertitore di tensione AC-DC. Inoltre, isolare i contatti saldati ad alta tensione sul convertitore di tensione AC-DC.

Si prega di fare attenzione con 220V. L'alta tensione può ucciderti!

Non toccare alcun componente elettronico quando il dispositivo è collegato alla rete elettrica.

Non collegare Arduino a un computer quando il dispositivo è connesso alla rete elettrica.

Passaggio 10: assemblaggio. Fine

La lista dei materiali:

1. Corpo principale assemblato - 1 pezzo;
2. Copertina posteriore assemblata - 1 pezzo;
3. Vite M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) lunghezza 10mm - 4 pezzi.

Processo di assemblaggio:

Guarda lo schizzo. L'immagine ti aiuterà nell'assemblaggio.

• Dopo aver terminato la saldatura, posizionare saldamente tutti i fili nel corpo principale (pos. 1).
• Assicurati che non ci siano contatti aperti da nessuna parte. I fili non devono intersecarsi e i loro punti aperti non devono entrare in contatto con il corpo in plastica.
• Fissare il coperchio posteriore (pos. 2) al corpo principale (pos. 1) utilizzando le viti (pos. 3).

Passaggio 11: XOD

Per programmare i controller Arduino, utilizzo l'ambiente di programmazione visuale XOD. Se sei nuovo nell'ingegneria elettrica o forse ti piace semplicemente scrivere programmi semplici per controller Arduino come me, prova XOD. È lo strumento ideale per la prototipazione rapida di dispositivi.

In XOD puoi creare programmi direttamente nella finestra del browser. Personalmente preferisco la versione desktop.

Per il mio dispositivo ECEM, ho creato la libreria gabbapeople/electricity-meter in XOD. Questa libreria contiene tutti i nodi necessari per creare lo stesso programma. Include anche l'esempio di programma preparato. Quindi, assicurati di aggiungerlo al tuo spazio di lavoro XOD.

Processi:

• Installa il software XOD IDE sul tuo computer.
• Aggiungi la libreria gabbapeople/contatore di elettricità allo spazio di lavoro.
• Crea un nuovo progetto e chiamalo smth.

Successivamente, descriverò come programmare questo dispositivo in XOD.

Ho anche allegato lo screenshot con la versione estesa del programma nell'ultimo passaggio istruibile.

Passaggio 12: programmazione

Ecco i nodi di cui hai bisogno:

Il nodo acs712-20a-ac-current-sensor

Questo è il primo nodo da posizionare sulla patch. Viene utilizzato per misurare la corrente momentanea. In questa libreria ci sono 3 diversi tipi di nodi. Differiscono per il tipo di tappo di misurazione dell'amperaggio. Scegli quello corrispondente al tuo tipo di sensore. Colloco il nodo acs712-20a-ac-current-sensor. Questo nodo emette un valore dell'intensità di corrente in ampere.

Al pin PORT di questo nodo dovrei mettere il valore del pin Arduino Micro a cui ho collegato il mio sensore di corrente. Ho saldato il pin del segnale del sensore al pin Arduino A0, quindi ho messo il valore A0 sul pin PORT.

Il valore sul pin UPD deve essere impostato su Continuo, per misurare l'intensità di corrente in modo continuo dopo l'accensione del dispositivo. Anche per la misurazione AC, devo specificare la frequenza. Nella mia rete elettrica, la frequenza AC è pari a 50 Hz. Ho messo il valore 50 al pin FRQ di frequenza.

Il nodo moltiplicatore

Calcola la potenza elettrica. La potenza elettrica è il prodotto della moltiplicazione della corrente per la tensione.

Metti il nodo moltiplicatore e collega uno dei suoi pin con il nodo del sensore e metti il valore della tensione CA sul secondo pin. Metto il valore 230. Si riferisce alla tensione nella mia rete elettrica.

Il nodo integrato-dt

Con due nodi precedenti, la corrente e la potenza del dispositivo possono essere misurate istantaneamente. Tuttavia, è necessario calcolare come cambia il consumo di energia nel tempo. Per questo, puoi integrare il valore della potenza istantanea utilizzando il nodo integrate-dt. Questo nodo accumulerà il valore di potenza corrente.

Il pin UPD attiva un aggiornamento del valore accumulato, mentre il pin RST azzera il valore accumulato.

Il nodo denaro

Dopo l'integrazione, all'uscita del nodo integrate-dt, si ottiene il consumo di energia elettrica in watt al secondo. Per rendere più comodo il conteggio dei soldi spesi, posiziona il nodo to-money sulla patch. Questo nodo converte il consumo energetico da watt al secondo a kilowatt all'ora e moltiplica il valore accumulato per il costo di un kilowatt all'ora.

Metti il prezzo di un kilowatt all'ora sul pin della RPC.

Con il nodo to-money, il valore accumulato del consumo di elettricità viene convertito nella quantità di denaro speso. Questo nodo lo emette in dollari.

Tutto quello che resta da fare è visualizzare questo valore sul display dello schermo.

Il nodo text-lcd-8x2

Ho usato display LCD con 2 righe quattro 8 caratteri. Ho inserito il nodo text-lcd-8x2 per questo display e ho impostato tutti i valori dei pin della porta. I pin di questa porta corrispondono alle micro porte Arduino a cui è saldato il display.

Sulla prima riga del display, al pin L1, ho scritto la stringa “Total:”.

Ho collegato il pin di uscita del nodo to-money al pin L2, per mostrare la quantità di denaro sulla seconda riga del display.

La patch è pronta.

Premi Distribuisci, scegli il tipo di scheda e caricala sul dispositivo.

Passaggio 13: programma esteso

Puoi estendere il programma dal passaggio precedente da solo. Ad esempio, guarda lo screenshot allegato.

Come si può modificare la patch?

• Collegare l'uscita del sensore di corrente acs712-20a-ac-current direttamente al nodo di visualizzazione per visualizzare sullo schermo il valore della corrente momentanea senza altri calcoli.
• Collegare l'uscita del nodo di moltiplicazione direttamente al nodo di visualizzazione per produrre l'energia elettrica che viene consumata in questo momento;
• Collegare l'output del nodo integrato-dt direttamente al nodo di visualizzazione per emettere il valore del consumo accumulato;
• Azzerare il contatore premendo un pulsante. È una buona idea, ma ho dimenticato di aggiungere un posto per un pulsante sul mio dispositivo =). Metti il nodo del pulsante sulla patch e collega il suo pin PRS con il pin RST del nodo integrato-dt.
• Puoi creare un dispositivo con uno schermo più grande di 8x2 e visualizzare tutti i parametri contemporaneamente. Se hai intenzione di utilizzare lo schermo 8x2 come me, usa i nodi concat, format-number, pad-with-zeroes per adattare tutti i valori alle righe.

Crea il tuo dispositivo e scopri la tecnica più golosa a casa!

Puoi trovare questo dispositivo molto utile in casa per risparmiare energia elettrica.

A presto.