עלות אנרגיה ארדואינו עלות מכשיר מד חשמלי: 13 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

האם אתה משלם יותר מדי על חשבונות החשמל שלך?

האם אתה רוצה לדעת כמה חשמל הקומקום או התנור שלך צורכים?

הפוך מד חשמל נייד בעלות אנרגיה משלך!

צפה כיצד מצאתי את השימוש במכשיר זה.

שלב 1: הכנה. ברגים וכלים מתכלים

אתה צריך כמה דברים כדי להפוך את הפרויקט הזה.

• מחשב ביתי עם XOD IDE מותקן.
• מדפסת תלת מימד.

כלים:

• קליפרס.
• מברג.
• צְבָת.
• כלי הלחמה.
• קובץ מחט.

חומרים מתכלים:

• נייר זכוכית.
• צינורות כיווץ.
• 14 חוטי AWG או פחות עבור מעגל 220V.
• 24 או 26 חוטי AWG למעגל לוגי 5V.

ברגים:

• בורג M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) אורך 20 מ"מ.
• בורג M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) אורך 10 מ"מ.
• בורג M2 / M2.5 (DIN7981 או אחר).
• אגוז משושה M3 (DIN 934/ DIN 985).

שלב 2: הכנה. מכשירי חשמל

כדי ליצור את המכשיר אתה צריך כמה רכיבים אלקטרוניים. בואו להבין אילו מהם.

קודם כל, אתה צריך חיישן זרם AC.

המכשיר יכול לעבוד עם זרם גבוה, כך שהחיישן צריך להיות מתאים. באינטרנט מצאתי חיישן ACS712 המיוצר על ידי Allegro.

1 x 20A טווח חיישן זרם ACS712 מודול ~ 9 $;

חיישן זה הוא אנלוגי ומודד את הזרם באמצעות אפקט Hall. הוא משתמש בחוט אחד כדי להעביר את הערך הנמדד. זה אולי לא מדויק במיוחד, אבל אני חושב שזה מספיק למכשיר כזה. חיישן ACS712 יכול להיות משלושה סוגים עם גבולות מדידה מקסימליים שונים:

• ACS712ELCTR-05B (5 אמפר לכל היותר);
• ACS712ELCTR-20A (20 אמפר לכל היותר);
• ACS712ELCTR-30A (30 אמפר לכל היותר).

אתה יכול לבחור את הגירסה שאתה צריך. אני משתמש בגרסת 20 אמפר. אני לא חושב שהזרם בשקעים שלי עולה על ערך זה.

אתה צריך בקר, כדי לקרוא נתוני חיישנים ולבצע את כל החישובים האחרים.

כמובן שבחרתי בארדואינו. אני חושב שאין דבר נוח יותר לפרויקטים מסוג DIY. המשימה שלי לא קשה, אז אני לא צריך לוח מפואר. קניתי Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

Arduino מופעל על ידי מתח DC עד 12V בזמן שאני עומד למדוד מתח AC 220V. יתר על כן, חיישן ACS צריך להיות מופעל על ידי 5 וולט מדויקים. כדי לפתור את הבעיה, קניתי את ממיר AC ל DC מ 220 עד 5 וולט.

1 x כניסת אספקת חשמל ל- DC כוח: AC86-265V פלט: 5V 1A ~ 7 $;

אני משתמש בממיר זה להפעלת Arduino וחיישן.

כדי לדמיין את המדידות שלי, אני מציג את סכום הכסף שהוצא על מסך. אני משתמש בתצוגת LCD מסוג 8x2 תווים.

1 x 0802 LCD 8x2 אופי מודול תצוגת LCD 5V ~ 9 $;

זה קטן, תואם לתצוגת Arduino. הוא משתמש באוטובוס נתונים משלו כדי לתקשר עם הבקר. כמו כן, לתצוגה זו יש תאורה אחורית שיכולה להיות בצבעים שונים. קיבלתי את התפוז.

שלב 3: הכנה. סאנקטורים

למכשיר צריך להיות תקע ושקע משלו.

די מאתגר ליצור חיבור תקע איכותי ואמין בבית. כמו כן, רציתי שהמכשיר יהיה נייד וקומפקטי ללא חבלים וחוטים.

החלטתי לקנות כמה שקעים ותקעים אוניברסליים בחנות לחומרי בניין כדי לפרק אותם לשימוש בכל חלקיהם. מחברים שרכשתי הם מסוג F או בשמם Shuko. חיבור זה משמש בכל רחבי האיחוד האירופי. ישנם סוגי מחברים שונים, לדוגמה, סוגי A או B מעט יותר קטנים מ- F ומשמשים אותם בצפון אמריקה. המידות הפנימיות של השקעים והמידות החיצוניות של התקעים סטנדרטיות לכל המחברים מהסוג.

למידע נוסף, תוכל לקרוא כאן על סוגי שקעים שונים.

כשפרקתי כמה שקעים, גיליתי שניתן להסיר את החלקים הפנימיים שלהם בקלות. לחלקים אלה יש כמעט אותן מידות מכניות. החלטתי להשתמש בהם.

אז, כדי ליצור מכשיר משלך אתה צריך:

• בחר את סוג החיבור;
• מצא תקעים ושקעים שתוכל להשתמש בהם, וניתן לפרק אותם בקלות;
• הסר את החלקים הפנימיים שלהם.

השתמשתי בשקע הזה:

1 x תקע נקבה 16A 250V ~ 1 $;

והתקע הזה:

1 x תקע זכר 16A 250V ~ 0, 50 $;

שלב 4: הכנה. הדפסה תלת מימדית

הדפסתי חלקי גוף של המכשיר במדפסת תלת מימד. השתמשתי בפלסטיק ABS בצבעים שונים.

להלן רשימת החלקים:

• גוף ראשי (סגול) - חתיכה אחת;
• כריכה אחורית (צהוב) - חתיכה אחת;
• מארז שקעים (ורוד) - חתיכה אחת;
• מארז תקע (אדום) - חתיכה אחת;

לגוף הראשי יש חורי הברגה לחיבור החיישן הנוכחי והכריכה האחורית.

לכריכה האחורית יש חורי הברגה לחיבור ממיר AC-DC ומפרק התאמה להצמדת Arduino Micro.

בכל החלקים יש חורים לברגי M3 לתיקון התצוגה, מארזי התקע והשקע.

שים לב למארז השקע ולחבר את חלקי המארז.

המשטחים הפנימיים של חלקים אלה מעוצבים מראש במיוחד עבור המחברים שלי. למחברים המפורקים מהשלב הקודם.

לכן, אם אתה רוצה ליצור מכשיר משלך ומחברי התקע והשקע שלך שונים משלי, עליך לתקן או לשנות את מארז השקעים ודגמי התלת ממד.

דגמי STL מצורפים בקובץ המצורף. במידת הצורך, אוכל לצרף את דגמי ה- CAD המקוריים.

שלב 5: הרכבה. מארז שקעים

רשימת החומרים:

1. מארז שקעים מודפס בתלת מימד - חתיכה אחת;
2. שקע - חתיכה אחת;
3. חוטי מתח גבוה (14 AWG או פחות).

תהליך הרכבה:

תסתכל על הסקיצה. התמונה תעזור לך בהרכבה.

• הכינו את השקע (pos. 2). השקע צריך להתאים היטב לתוך המארז עד לסף העצירה. במידת הצורך, עיבדו את קווי המתאר של השקע בעזרת נייר זכוכית או קובץ מחט.
• חבר חוטי מתח גבוה לשקע. השתמש בלוקים מסופים או הלחמה.
• הכנס את השקע (pos. 2) למארז (pos. 1).

אופציונאלי:

תקן את השקע במקרה עם בורג דרך הרציף שעל המארז

שלב 6: הרכבה. גוף עיקרי

רשימת החומרים:

1. גוף עיקרי מודפס בתלת מימד - חתיכה אחת;
2. מארז שקעים מורכב - חתיכה אחת;
3. חיישן זרם ACS 712 - חתיכה אחת;
4. צג LCD 8x2 - חתיכה אחת;
5. בורג M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) אורך 20 מ"מ- 4 חלקים.
6. בורג M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) אורך 10 מ"מ- 4 חלקים.
7. בורג M2 / M2.5 (DIN7981 או אחר) - 2 חלקים.
8. אגוז משושה M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 חלקים.
9. 24 או 26 חוטי AWG.
10. חוטי מתח גבוה (14 AWG או פחות).

תהליך הרכבה:

תסתכל על הסקיצה. התמונה תעזור לך בהרכבה.

• הכינו את החור הגדול בגוף הראשי (pos. 1). מארז השקע המורכב צריך להתאים לתוכו היטב. אם יש צורך, עיבדו את קווי המתאר של החור בעזרת נייר זכוכית או קובץ מחט.
• הכנס את מארז השקעים (pos. 2) לגוף המרכזי (pos. 1) והדק אותו באמצעות ברגים (pos. 6) ואומים (pos. 8).
• חבר חוטי מתח גבוה לחיישן הנוכחי (pos. 3). השתמש בלוקים מסופים.
• הדקו את חיישן הזרם (pos. 3) עם הגוף המרכזי (pos. 1) בעזרת ברגים (pos. 7).
• חבר או הלחם את החוטים לתצוגה (pos. 4) ולחיישן הנוכחי (pos. 3)
• הדקו את הצג (pos. 4) עם הגוף המרכזי (pos. 1) בעזרת ברגים (pos. 5) ואומים (pos. 8).

שלב 7: הרכבה. מארז תקע

רשימת החומרים:

1. מארז תקע מודפס בתלת -ממד - חתיכה אחת;
2. תקע - חתיכה אחת;
3. חוטי מתח גבוה (14 AWG או פחות).

תהליך הרכבה:

תסתכל על הסקיצה. התמונה תעזור לך בהרכבה.

• הכינו את התקע (pos. 2). התקע צריך להתאים היטב למארז עד העצירה. במידת הצורך, עיבדו את קווי המתאר של השקע בעזרת נייר זכוכית או קובץ מחט.
• חבר חוטי מתח גבוה לתקע (pos. 2). השתמש בלוקים מסופים או הלחמה.
• הכנס את התקע (pos. 2) למארז (pos. 1).

אופציונאלי:

תקן את התקע במקרה עם בורג. המקום לברג מוצג בסקיצה

שלב 8: הרכבה. כריכה אחורית

רשימת החומרים:

1. כריכה אחורית מודפסת תלת -ממדית - חתיכה אחת;
2. מארז תקע מורכב - חתיכה אחת;
3. ממיר מתח AC -DC - חתיכה אחת;
4. Arduino Micro - חתיכה אחת;
5. בורג M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) אורך 10 מ"מ- 4 חלקים.
6. בורג M2 / M2.5 (DIN7981 או אחר) - 4 חלקים.
7. אגוז משושה M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 חלקים.

תהליך הרכבה:

תסתכל על הסקיצה. התמונה תעזור לך בהרכבה.

• הכינו את החור הגדול בכריכה האחורית (pos. 1). מארז התקע המורכב (pos. 2) צריך להתאים אליו היטב. במידת הצורך, עיבדו את קווי המתאר של החור בעזרת נייר זכוכית או קובץ מחט.
• הכנס את מארז התקע (pos. 2) למכסה האחורי (pos. 1) והדק אותו בעזרת ברגים (pos. 5) ואומים (pos. 7).
• חבר את Arduino (pos. 4) לכריכה האחורית (pos. 1) באמצעות חיבור ההצמדה.
• הדקו את ממיר המתח AC-DC (pos. 3) לכריכה האחורית (pos. 1) בעזרת ברגים (pos. 6).

שלב 9: הרכבה. הַלחָמָה

רשימת החומרים:

1. חוטי מתח גבוה (14 AWG או פחות).
2. 24 או 26 חוטי AWG.

הרכבה:

הלחם את כל הרכיבים יחד כפי שהוא מוצג בסקיצה.

חוטי מתח גבוה מהתקע מולחמים לממיר AC-DC ולכבלים מהשקע.

ACS712 הוא חיישן זרם אנלוגי, והוא מופעל על ידי 5V. אתה יכול להפעיל את החיישן מ- Arduino או מממיר AC-DC ישירות.

• סיכת Vcc - סיכת ארדואינו 5V / סיכת AC -DC 5V;
• GND - סיכת Arduino GND / סיכת AC -DC GND;
• OUT - סיכת Arduino אנלוגית A0;

צג LCD 8x2 אופי LCD מופעל על ידי 3.3-5V ויש לו אוטובוס נתונים משלו. הצג יכול לתקשר במצב של 8 סיביות (DB0-DB7) או 4 סיביות (DB4-DB7). השתמשתי באחד סיביות. אתה יכול להפעיל את הצג מ- Arduino או מממיר AC-DC.

• סיכת Vcc - סיכת Arduino 5V / סיכת AC -DC 5V;
• GND - סיכת Arduino GND / סיכת AC -DC GND;
• Vo - סיכת Arduino GND / סיכת AC -DC GND;
• R / W - סיכת Arduino GND / סיכת AC -DC GND;
• RS - סיכת Arduino דיגיטלית 12;
• E - סיכת Arduino דיגיטלית 11;
• DB4 - סיכת Arduino דיגיטלית 5;
• DB5 - סיכה ארדואינו דיגיטלית 4;
• DB6 - סיכת ארדואינו דיגיטלית 3;
• DB7 - סיכת Arduino דיגיטלית 2;

הוֹדָעָה:

אל תשכח לבודד את כל חוטי המתח הגבוה עם צינורות כיווץ! כמו כן, יש לבודד אנשי קשר מולחמים במתח גבוה על ממיר המתח AC-DC. כמו כן, יש לבודד אנשי קשר מולחמים במתח גבוה על ממיר המתח AC-DC.

אנא היזהר עם 220V. מתח גבוה יכול להרוג אותך!

אין לגעת באף רכיב אלקטרוני כאשר המכשיר מחובר לרשת החשמל.

אין לחבר את הארדואינו למחשב כאשר המכשיר מחובר לרשת החשמל.

שלב 10: הרכבה. סיים

רשימת החומרים:

1. גוף מרכזי מורכב - חתיכה אחת;
2. כריכה אחורית מורכבת - חתיכה אחת;
3. בורג M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) אורך 10 מ"מ - 4 חלקים.

תהליך הרכבה:

תסתכל על הסקיצה. התמונה תעזור לך בהרכבה.

• לאחר שתסיים את ההלחמה, הנח את כל החוטים היטב לתוך הגוף הראשי (pos. 1).
• וודא שאין מגעים פתוחים בשום מקום. אסור לחתוך חוטים, ואסור למקומות הפתוחים שלהם ליצור קשר עם גוף הפלסטיק.
• הדקו את המכסה האחורי (pos. 2) לגוף המרכזי (pos. 1) בעזרת ברגים (pos. 3).

שלב 11: XOD

כדי לתכנת בקרי ארדואינו, אני משתמש בסביבת התכנות החזותית של XOD. אם אתה חדש בהנדסת חשמל או שאתה פשוט אוהב לכתוב תוכניות פשוטות לבקרי Arduino כמוני, נסה את XOD. זהו הכלי האידיאלי עבור אב טיפוס מהיר של מכשירים.

ב- XOD אתה יכול ליצור תוכניות ישירות בחלון הדפדפן. אישית, אני מעדיף את גרסת שולחן העבודה.

עבור מכשיר ה- ECEM שלי, יצרתי את הספרייה של gabbapeople/מד חשמל ב- XOD. ספרייה זו מכילה את כל הצמתים הדרושים לך כדי ליצור את אותה תוכנית. הוא כולל גם את דוגמת התוכנית המוכנה. לכן, הקפד להוסיף אותו לסביבת העבודה שלך ב- XOD.

תהליך:

• התקן את תוכנת XOD IDE במחשב שלך.
• הוסף לספריית העבודה את הספרייה של gabbapeople/מד חשמל.
• צור פרויקט חדש וקרא לו smth.

לאחר מכן, אני מתאר כיצד לתכנת מכשיר זה ב- XOD.

צירפתי גם את צילום המסך עם הגרסה המורחבת של התוכנית בשלב ההנחיה האחרון.

שלב 12: תכנות

להלן צמתים שאתה צריך:

צומת acs712-20a-ac-current-sensor

זהו הצומת הראשון שהונח על התיקון. הוא משמש למדידת הזרם הרגעי. בספרייה זו ישנם 3 סוגים שונים של צמתים. הם נבדלים זה מזה בסוג מכסה מדידת הזרם. בחר את המתאים לסוג החיישן שלך. אני שם את הצומת acs712-20a-ac-current-sensor. צומת זה מוציא ערך של עוצמת הזרם באמפר.

בסיכת PORT של הצומת הזה, עלי לשים את הערך של סיכת ה- Arduino Micro שאליה חיברתי את החיישן הנוכחי שלי. הלחמתי את סיכת האות של החיישן לפין A0 Arduino, אז שמתי ערך A0 לסיכה PORT.

יש להגדיר את הערך בסיכת UPD ל- Continuually, כדי למדוד את עוצמת הזרם ברציפות לאחר הפעלת המכשיר. גם למדידת AC, אני צריך לציין את התדירות. ברשת החשמל שלי, תדר AC שווה ל 50 הרץ. שמתי את ערך 50 לסיכת FRQ התדר.

צומת הכפל

הוא מחשב את הכוח החשמלי. כוח חשמלי הוא תוצר של הכפל הזרם למתח.

שים את צומת הכפל וקשר אחד מהסיכות שלו עם צומת החיישנים ושם את ערך מתח ה- AC לסיכה השנייה. שמתי את הערך 230. הוא מתייחס למתח ברשת החשמל שלי.

הצומת integrate-dt

עם שני צמתים קודמים, ניתן למדוד את הזרם והעוצמה של המכשיר באופן מיידי. עם זאת, עליך לחשב כיצד צריכת החשמל משתנה עם הזמן. לשם כך, תוכל לשלב את ערך ההספק המיידי באמצעות הצומת integrate-dt. צומת זה יצבור את ערך ההספק הנוכחי.

סיכת UPD מפעילה עדכון ערך מצטבר, בעוד סיכת RST מאפסת את הערך המצטבר לאפס.

צומת הכסף

לאחר האינטגרציה, בפלט של הצומת integrate-dt, אתה מקבל את צריכת החשמל החשמלית בוואט לשנייה. כדי שיהיה יותר נוח לספור את הכסף שהוצב, הצב את הצומת לכסף על התיקון. צומת זה ממיר את צריכת החשמל מוואט לשנייה לקילוואט לשעה ומכפיל את הערך המצטבר בעלות של קילוואט אחד לשעה.

שים את המחיר של קילוואט לשעה לסיכה של ה- PRC.

עם הצומת לכסף, הערך המצטבר של צריכת החשמל מומר לסכום הכסף שהוצא. הצומת הזה מוציא אותו בדולרים.

כל מה שנותר לך לעשות הוא להציג ערך זה בתצוגת המסך.

צומת הטקסט lcd-8x2

השתמשתי בתצוגת LCD עם 2 שורות וארבע 8 תווים. שמתי את הצומת text-lcd-8x2 לתצוגה זו והגדרתי את כל ערכי סיכת היציאה. סיכות יציאה אלו תואמות את יציאות המיקרו Arduino שאליהן התצוגה מולחמת.

בשורה הראשונה של התצוגה, בסיכת L1, כתבתי את מחרוזת "סה"כ:".

קישרתי את סיכת הפלט של הצומת לכסף לכבל L2, כדי להציג את סכום הכסף בשורה השנייה של התצוגה.

התיקון מוכן.

הקש על פריסה, בחר את סוג הלוח והעלה אותו למכשיר.

שלב 13: תוכנית מורחבת

אתה יכול להרחיב את התוכנית מהשלב הקודם בעצמך. לדוגמה, תסתכל על צילום המסך המצורף.

כיצד ניתן לשנות את התיקון?

• קשר את פלט חיישן acs712-20a-ac-current ישירות לצומת התצוגה כדי להפיק את ערך הזרם הרגעי על המסך ללא חישובים אחרים.
• קשר את הפלט של צומת הכפל ישירות לצומת התצוגה כדי להפיק כוח חשמלי הנצרך כרגע;
• קשר את הפלט של הצומת integrate-dt ישירות לצומת התצוגה כדי להוציא את ערך הצריכה המצטבר;
• אפס את המונה על ידי לחיצה על כפתור. זה רעיון טוב, אבל שכחתי להוסיף מקום לכפתור במכשיר שלי =). שים את צומת הכפתורים על התיקון וקשר את סיכת ה- PRS שלו לסיכה RST של הצומת integrate-dt.
• ניתן ליצור מכשיר עם מסך גדול מ- 8x2 ולהציג את כל הפרמטרים בו זמנית. אם אתה מתכוון להשתמש במסך 8x2 כמוני, השתמש בצמתים קונקט, פורמט-מספר, כרית עם אפסים כדי להתאים את כל הערכים לשורות.

הכינו מכשיר משלכם וגלו את הטכניקה החמדנית ביותר בבית!

אתה יכול למצוא את המכשיר הזה שימושי מאוד במשק הבית כדי לחסוך בחשמל.

נתראה בקרוב.