Arduino energiya hisoblagichi - V2.0: 12 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Salom do'stim, uzoq tanaffusdan keyin yana xush kelibsiz. Avvalroq, men o'z qishlog'imdagi quyosh batareyasi (DC Power) quvvatini kuzatish uchun mo'ljallangan Arduino Energiya hisoblagichi bo'yicha ko'rsatmalarni joylashtirdim. Bu Internetda juda mashhur bo'lib ketdi, butun dunyoda ko'p odamlar o'zlarini qurdilar. Ko'plab talabalar mendan yordam olib, o'z kollejlari loyihasida qatnashishdi. Shunday bo'lsa -da, hozir men AC quvvat sarfini kuzatish uchun apparat va dasturiy ta'minotni o'zgartirish bilan bog'liq savollari bo'lgan odamlardan elektron pochta va xabarlarni qabul qilyapman.

Shunday qilib, ushbu yo'riqnomada men sizga Arduino/Wemos platasidan foydalanib, oddiy Wi -Fi bilan ishlaydigan AC energiya o'lchagichini qanday qilishni ko'rsataman. Ushbu energiya o'lchagich yordamida siz har qanday maishiy texnika quvvat sarfini o'lchashingiz mumkin. Loyiha oxirida men ushbu loyiha uchun 3D bosilgan chiroyli korpus yasadim.

Energiya iste'moli haqida ko'proq ma'lumot olishning maqsadi - foydalanuvchining energiya sarfini optimallashtirish va kamaytirish. Bu ularning energiya sarfini kamaytiradi, shuningdek energiyani tejaydi.

Albatta, energiya monitoringi uchun ko'plab tijorat qurilmalari allaqachon mavjud, lekin men o'z versiyamni yaratmoqchi edim, bu oddiy va arzon.

Siz mening barcha loyihalarimni https://www.opengreenenergy.com/ saytida topishingiz mumkin.

1 -qadam: ehtiyot qismlar va asboblar kerak

Kerakli komponentlar:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Oqim sensori -ACS712 (Amazon)

3. OLED -displey (Amazon / Banggood)

4. 5V quvvat manbai (Aliexpress)

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

6. 24 AWG sim (Amazon)

7. Sarlavha pinlari (Amazon / Banggood)

8. Erkak-ayol o'tish simlari (Amazon)

9. Vintli terminal (Amazon)

10. Qarama -qarshilik (Banggood)

11. AC rozetkasi

12. AC vilkasi

13. Bahorli ulagich (Banggood)

14. Rocker Switch (Banggood)

15. PLA filament-kumush (GearBest)

16. PLA filament-qizil (GearBest)

Kerakli vositalar:

1. Lehimlash temir (Amazon)

2. yopishtiruvchi qurol (Amazon)

3. Tel kesuvchi/striptizchi (Amazon)

4.3D printer (Creality CR10S)

2 -qadam: Bu qanday ishlaydi?

Butun loyihaning blok diagrammasi yuqorida ko'rsatilgan.

Tasodifiy qisqa tutashuv paytida elektron karta shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun AC tarmog'idan quvvat olinadi va sug'urta orqali o'tadi.

Keyin AC quvvat liniyasi ikki qismga bo'linadi:

1. Oqim sensori orqali yuklashga (ACS712)

2. 230V AC/5V DC quvvat manbai moduli

5V quvvat manbai moduli mikrokontroller (Arduino/Wemos), oqim sensori (ACS712) va OLED displeyini quvvat bilan ta'minlaydi.

Yukdan o'tuvchi o'zgaruvchan tok oqim sensori moduli (ACS712) tomonidan seziladi va Arduino/Wemos platasining analog piniga (A0) beriladi. Analog kirish Arduino -ga berilganidan so'ng, quvvat/energiyani o'lchash Arduino eskizi yordamida amalga oshiriladi.

Arduino/Wemos tomonidan hisoblangan quvvat va energiya 0,96 dyuymli OLED displey modulida ko'rsatiladi.

Wemos -ning o'rnatilgan Wi -Fi chipi uy yo'riqchisiga ulangan va Blynk ilovasiga ulangan. Shunday qilib, siz OTA orqali smartfondan parametrlarni kuzatishingiz, shuningdek sozlashingiz va sozlashingiz mumkin.

3 -qadam: AC asoslarini tushunish

AC davrini tahlil qilishda vaqt o'tishi bilan ham kuchlanish, ham oqim sinusoidal ravishda o'zgarib turadi.

Haqiqiy quvvat (P):

Bu qurilmaning foydali ishlarni ishlab chiqarish uchun ishlatadigan kuchi kVt bilan ifodalanadi.

Haqiqiy quvvat = kuchlanish (V) x oqim (I) x cosph

Reaktiv quvvat (Q):

Bu tez -tez xayoliy kuch deb ataladi, bu quvvat manbai va yuk o'rtasida tebranib turadi, bu hech qanday foydali ish qilmaydi, bu kVArda ifodalanadi.

Reaktiv quvvat = Voltaj (V) x Oqim (I) x sinΦ

Ko'rinadigan kuch (lar):

Bu Ildiz-O'rtacha Kvadrat (RMS) kuchlanish va RMS oqimining mahsuloti sifatida aniqlanadi. Buni real va reaktiv quvvat natijasi sifatida ham aniqlash mumkin. Bu kVA bilan ifodalanadi

Ko'rinadigan kuch = kuchlanish (V) x oqim (I)

Haqiqiy, reaktiv va ko'rinadigan kuch o'rtasidagi munosabatlar:

Haqiqiy kuch = Ko'rinib turgan kuch x cosph

Reaktiv quvvat = Ko'rinadigan kuch x sinΦ

(kVA) ² = (kVt) ² + (kVAr) ²

Quvvat omili (pf):

Haqiqiy quvvatning zanjirda ko'rinadigan kuchga nisbati kuch omili deb ataladi.

Quvvat faktori = Haqiqiy kuch/Ko'rinadigan kuch

Yuqoridagilardan ko'rinib turibdiki, biz kuchlanish va tokni o'lchash orqali barcha turdagi quvvatni, shuningdek quvvat faktorini o'lchashimiz mumkin.

Rasm krediti: openenergymonitor.org

4 -qadam: Oqim sensori

O'zgaruvchan tok an'anaviy ravishda Oqim transformatori yordamida o'lchanadi, lekin bu loyiha uchun ACS712 past sensori va kichikligi tufayli oqim sensori sifatida tanlangan. ACS712 tok sensori - bu Hall Effect oqim sensori, u induktsiya qilingan vaqtda tokni aniq o'lchaydi. AC simining atrofidagi magnit maydon aniqlanadi, bu esa analog analog chiqish voltajini beradi. Analog kuchlanish chiqishi keyinchalik mikrokontroller tomonidan yuk orqali oqim oqimini o'lchash uchun qayta ishlanadi.

ACS712 sensori haqida ko'proq bilish uchun ushbu saytga tashrif buyurishingiz mumkin. Zal effekti sensori ishini yaxshiroq tushuntirish uchun men Embedded-laboratoriyadagi yuqoridagi rasmdan foydalanganman.

5 -qadam: ACS712 yordamida joriy o'lchash

ACS712 tok sensori chiqishi AC kuchlanish to'lqinidir, biz rms tokini hisoblashimiz kerak, buni quyidagicha bajarish mumkin.

1. Cho'qqining eng yuqori kuchlanishini o'lchash (Vpp)

2. Cho'qqini eng yuqori kuchlanish (Vpp) ga bo'linib, tepalik kuchlanishni (Vp) oling

3. 0.707 ga ko'paytirib, rms kuchlanishini (Vrms) oling

Keyin oqim sensori sezuvchanligini (ACS712) ko'paytiring.

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0,707

Irms = Vrms x sezuvchanlik

ACS712 5A moduli uchun sezuvchanlik 185mV/A, 20A moduli 100mV/A va 30A moduli 66mV/A ni tashkil qiladi.

Hozirgi sensorning ulanishi quyida ko'rsatilgan

ACS712 Arduino/Wemos

VCC ------ 5V

Chiqish ----- A0

GND ----- GND

6 -qadam: Quvvat va energiyani hisoblash

Ilgari men AC quvvatining har xil shakllarining asoslarini tasvirlab bergandim. Uy xo'jaligi foydalanuvchisi bo'lganimizda, haqiqiy quvvat (kVt) - bizning asosiy tashvishimiz. Haqiqiy quvvatni hisoblash uchun biz rms kuchlanishini, rms tokini va quvvat faktorini (pF) o'lchashimiz kerak.

Odatda, men turgan joyda (230V) tarmoq voltaji deyarli o'zgarmaydi (dalgalanma ahamiyatsiz). Shunday qilib, men kuchlanish o'lchash uchun bitta sensordan ketayapman, agar siz kuchlanish sensori ulansangiz, shubhasiz, o'lchov aniqligi men uchun yaxshiroqdir. Qanday bo'lmasin, bu usul - bu loyihani yakunlash va maqsadga erishishning arzon va oddiy usuli.

Voltaj sensori ishlatilmasligining yana bir sababi - Wemos analog pinining cheklanishi (faqat bittasi). Qo'shimcha sensorni ADS1115 kabi ADC yordamida ulash mumkin bo'lsa -da, hozircha men uni tark etaman. Kelajakda, agar vaqt topsam, albatta qo'shib qo'yaman.

Yukning quvvat koeffitsienti dasturlash paytida yoki Smartphone ilovasidan o'zgarishi mumkin.

Haqiqiy quvvat (Vt) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (ma'lum)

Pf = 0.85 (ma'lum)

Irms = joriy sensordan o'qish (noma'lum)

Rasm krediti: imgoat

7 -qadam: Blynk ilovasi bilan aloqa o'rnatish

Wemos taxtasida o'rnatilgan Wi -Fi chipi bo'lgani uchun, men uni yo'riqnoma bilan bog'lab, smartfonimdan maishiy texnika quvvatini kuzatishni o'yladim. Arduino o'rniga Wemos platasini ishlatishning afzalliklari quyidagilardir: sensorni kalibrlash va mikrokontrollerni qayta -qayta jismoniy dasturlamasdan OTA orqali smartfondan parametr qiymatini o'zgartirish.

Men oddiy variantni qidirdim, shunda tajribasi kam bo'lgan har bir kishi buni qila oladi. Men topgan eng yaxshi variant - Blynk ilovasidan foydalanish. Blynk - bu Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison va boshqa qo'shimcha qurilmalarni to'liq boshqarish imkonini beruvchi dastur. Bu Android va iPhone bilan mos keladi. Blynkda hamma narsa ner️Energy bilan ishlaydi. Yangi hisob yaratganingizda, tajriba boshlash uchun ⚡️2000 olasiz; Har bir vidjet ishlashi uchun ozgina energiya kerak. Bu loyiha uchun sizga ⚡️2400 kerak, shuning uchun siz qo'shimcha energiya sotib olishingiz kerak ️⚡️400 (narxi 1 $ dan kam)

i. Ko'rsatkich - 2 x ⚡️200 = ⚡️400

ii. Yorliqli qiymatni ko'rsatish - 2 x ⚡️400 = ⚡️800

iii. Slayderlar - 4 x 200️200 = ⚡️800

iv. Menyu - 1x ⚡️400 = ⚡️400

Ushbu loyiha uchun zarur bo'lgan umumiy energiya = 400+800+800+400 = ⚡️2400

Quyidagi amallarni bajaring:

1-qadam: Blynk ilovasini yuklab oling

1. Android uchun

2. iPhone uchun

2-qadam: avtorizatsiya tokenini oling

Blynk ilovasini va qurilmangizni ulash uchun sizga avtorizatsiya tokeni kerak. Blynk ilovasida yangi hisob yarating.

2. Yuqori menyu satridagi QR belgisini bosing. Yuqorida ko'rsatilgan QR kodini skanerlash orqali ushbu loyihaning klonini yarating. Muvaffaqiyatli aniqlangandan so'ng, butun loyiha darhol telefoningizga tushadi.

3. Loyiha yaratilgandan so'ng, biz sizga elektron pochta orqali avtorizatsiya tokenini yuboramiz.

4. Elektron pochta qutingizga kiring va avtorizatsiya tokenini toping.

3-qadam: Arduino IDE-ni Wemos kengashi uchun tayyorlash

Arduino kodini Wemos kartasiga yuklash uchun siz ushbu ko'rsatmalarni bajarishingiz kerak

4-qadam: kutubxonalarni o'rnating

Keyin kutubxonani Arduino IDE -ga import qilishingiz kerak

Blynk kutubxonasini yuklab oling

OLED displey uchun kutubxonalarni yuklab oling: i. Adafruit_SSD1306 ii. Adafruit-GFX-kutubxonasi

5-qadam: Arduino eskiz

Yuqoridagi kutubxonalarni o'rnatgandan so'ng, quyida keltirilgan Arduino kodini joylashtiring.

Autentifikatsiya kodini 1-qadam, ssid va yo'riqnoma parolini kiriting.

Keyin kodni yuklang.

8 -qadam: O'chirish kartasini tayyorlang

Tarmoqni toza va toza qilish uchun men 4x6 sm o'lchamdagi prototipli platani ishlatib elektron platani yasadim. Birinchidan, men Erkaklar sarlavhasini pinini Wemos taxtasiga lehimladim. Keyin men turli xil taxtalarni o'rnatish uchun prototip taxtasida ayol boshlarini lehimladim:

1. Wemos taxtasi (2 x 8 pinli ayol boshi)

2. 5V shahar quvvat manbai kartasi (2 pin +3 pinli ayol boshi)

3. Oqim sensori moduli (3 pinli ayol boshi)

4. OLED -displey (4 pinli ayol sarlavhasi)

Oxir -oqibat, men elektr ta'minot blokiga ACni kiritish uchun 2 pinli vintli terminalni lehimladim.

Barcha sarlavhalar pinini lehimlagandan so'ng, ulanishni yuqorida ko'rsatilgan tarzda bajaring. Men barcha ulanish uchun 24 AWG lehim simidan foydalanardim.

Ulanish quyidagicha

1. ACS712:

ACS712 Wemos

Vcc- 5V

Gnd - GND

Vout-A0

2. OLED displey:

OLED Wemos

Vcc- 5V

Gnd- GND

SCL- D1

SDA-D2

3. Quvvat manbai moduli:

Vintli terminalga ulangan quvvat manbai modulining AC kirish pimi (2 pinli).

Chiqish V1pin Wemos 5V ga ulangan va GND pin Wemos GND piniga ulangan.

9 -qadam: 3D bosma korpus

Tijorat mahsulotlarining go'zal ko'rinishini berish uchun men ushbu loyiha uchun korpusni loyihalash uchun Autodesk Fusion 360 -dan foydalandim. Korpus ikki qismdan iborat: pastki va yuqori qopqoq. Thingiverse -dan. STL fayllarini yuklab olishingiz mumkin.

Pastki qismi asosan PCB (4 x6 sm), oqim sensori va sug'urta ushlagichiga mos keladigan tarzda ishlab chiqilgan, yuqori qopqog'i AC rozetkasi va OLED displeyini o'rnatish uchun mo'ljallangan.

Qismlarni chop etish uchun men Creality CR-10S 3D printerim va 1,75 mm kumush PLA va qizil PLA filaman ishlatdim. Asosiy korpusni chop etish uchun taxminan 5 soat, yuqori qopqog'ini bosib chiqarish uchun esa 3 soat kerak bo'ldi.

Mening sozlamalarim:

Bosib chiqarish tezligi: 60 mm/s

Qatlam balandligi: 0.3

To'ldirish zichligi: 100%

Ekstruder harorati: 205 daraja

To'shak harorati: 65 daraja

10 -qadam: AC simlarini ulash sxemasi

AC quvvat simida 3 ta sim bor: chiziq (qizil), neytral (qora) va tuproqli (yashil).

Quvvat kabelidan qizil sim sigortaning bitta terminaliga ulangan. Sug'urtaning boshqa terminali kamonli ikkita terminalli ulagichga ulangan. Qora sim to'g'ridan -to'g'ri kamonli ulagichga ulangan.

Endi plataga (Wemos, OLED va ACS712) talab qilinadigan quvvat kamonli ulagichdan keyin yopiladi. Asosiy elektron kartani ajratish uchun rokkali kalit ketma -ket ulanadi. Yuqoridagi sxemaga qarang.

Keyin qizil sim (chiziq) AC rozetkasi "L" terminaliga ulanadi va yashil sim (tuproq) markaziy terminalga ulanadi (G belgisi bilan belgilanadi).

Neytral terminal ACS712 oqim sensori bitta terminaliga ulangan. ACS712 ning boshqa terminali kamonli ulagichga ulanadi.

Barcha tashqi ulanishlar tugagandan so'ng, lehim oqimi qoldiqlarini olib tashlash uchun taxtani diqqat bilan tekshiring va tozalang.

E'tibor bering: elektr tarmog'ining hech qanday qismiga tegmang. Har qanday tasodifiy teginish o'limga olib kelishi mumkin. Ish paytida xavfsiz bo'ling, men hech qanday yo'qotish uchun javobgar emasman.

11 -qadam: Barcha komponentlarni o'rnating

Komponentlarni (AC rozetkasi, Rocker Switch va OLED displeyi) rasmda ko'rsatilgandek yuqori qopqoq uyalariga joylashtiring. Keyin vintlarni mahkamlang. Pastki qismda asosiy PCB kartasini o'rnatish uchun 4 ta to'xtash joyi mavjud. Birinchidan, yuqorida ko'rsatilganidek, guruch tayanchini teshikka soling. Keyin 2M vintni to'rt burchagiga mahkamlang.

Sug'urta ushlagichi va oqim sensorini pastki korpusda joylashgan uyaga joylashtiring. Men ularni tayanchga yopishtirish uchun 3M o'rnatish kvadratlarini ishlatardim. Keyin barcha simlarni to'g'ri yo'naltiring.

Oxir -oqibat, yuqori qopqoqni joylashtiring va 4 somunni (3M x16) burchaklarga mahkamlang.

12 -qadam: Yakuniy test

Energiya hisoblagichining quvvat simini elektr manbaiga ulang.

Quyidagi parametrlarni Blynk ilovasidan o'zgartiring

1. Hech qanday yuk ulanmagan bo'lsa, joriy nolni olish uchun CALIBRATE slayderini siljiting.

2. Multimetr yordamida uydagi AC kuchlanish kuchlanishini o'lchang va TAYYOM VOLTAGE slayderini siljitish orqali o'rnating.

3. Quvvat faktorini o'rnating

4. Joylashuvingiz bo'yicha energiya tarifini kiriting.

Keyin quvvat o'lchash moslamasini rozetkaga ulang. Endi siz iste'mol qilingan energiyani o'lchashga tayyormiz.

Umid qilamanki, siz mening loyihamni o'qish paytida men yoqtirganimdek o'qishni yoqtirdingiz.

Yaxshilash bo'yicha takliflaringiz bo'lsa, quyida izoh qoldiring. Rahmat!

Mikrokontroller tanlovida ikkinchi o'rinni egalladi