DIY Arduino Multifunction Energy Meter V1.0: 13 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

در این دستورالعمل ، من نحوه ساخت یک متر سنج انرژی چند منظوره مبتنی بر آردوینو را به شما نشان خواهم داد. این متر کوچک یک دستگاه بسیار مفید است که اطلاعات مهم در مورد پارامترهای الکتریکی را نمایش می دهد. این دستگاه می تواند 6 پارامتر الکتریکی مفید را اندازه گیری کند: ولتاژ ، جریان ، قدرت ، انرژی ، ظرفیت و دما. این دستگاه فقط برای بارهای DC مانند سیستم های PV خورشیدی مناسب است. همچنین می توانید از این متر برای اندازه گیری ظرفیت باتری استفاده کنید.

متر می تواند تا محدوده ولتاژ 0 - 26V و حداکثر جریان 3.2A را اندازه گیری کند.

تدارکات

اجزای مورد استفاده:

1. Arduino Pro Micro (آمازون)

2. INA219 (آمازون)

3. OLED 0.96 اینچی (آمازون)

4. DS18B20 (آمازون)

5. باتری لیپو (آمازون)

6. پایانه های پیچ (آمازون)

7. سربرگ های زن / مرد (آمازون)

8. تخته سوراخ دار (آمازون)

9. 24 AWG Wire (آمازون)

10. Slide Switch (آمازون)

ابزارها و ابزارهای مورد استفاده:

1. آهن لحیم کاری (آمازون)

2. سیم گیر (آمازون)

3. مولتی متر (آمازون)

4. تست کننده برق (آمازون)

مرحله 1: چگونه کار می کند؟

قلب انرژی سنج یک برد Arduino Pro Micro است. آردوینو با استفاده از سنسور جریان INA219 جریان و ولتاژ را حس می کند و دما توسط سنسور دما DS18B20 حس می شود. با توجه به این ولتاژ و جریان ، آردوینو محاسبه قدرت و انرژی را انجام می دهد.

طرح کلی به 4 گروه تقسیم می شود

1. آردوینو پرو میکرو

برق مورد نیاز Arduino Pro Micro از طریق باتری LiPo/ Li-Ion از طریق یک سوئیچ کشویی تأمین می شود.

2. سنسور جریان

سنسور جریان INA219 در حالت ارتباط I2C (پین SDA و SCL) به برد آردوینو متصل است.

3. صفحه نمایش OLED

مشابه سنسور فعلی ، صفحه نمایش OLED نیز در حالت ارتباط I2C به برد آردوینو متصل است. با این حال ، آدرس هر دو دستگاه متفاوت است.

4. سنسور دما

در اینجا من از سنسور دما DS18B20 استفاده کرده ام. از پروتکل یک سیم برای ارتباط با آردوینو استفاده می کند.

مرحله 2: آزمایش Breadboard

ابتدا مدار را روی Breadboard ایجاد می کنیم. مزیت اصلی تخته نان بدون لحیم این است که بدون لحیم است. بنابراین شما به راحتی می توانید طرح را با جدا کردن قطعات و سرنخ های مورد نیاز تغییر دهید.

پس از انجام آزمایش ورق ، مدار را روی یک تخته سوراخ دار انجام دادم

مرحله 3: برد آردوینو را آماده کنید

Arduino Pro Micro بدون لحیم کاری پین هدرها عرضه می شود. بنابراین ابتدا باید هدرها را در آردوینو لحیم کنید.

سرصفحه های مردانه خود را به سمت بالا و در یک تخته نان قرار دهید. در حال حاضر ، با نصب سرصفحه ها ، می توانید برد آردوینو را به راحتی در بالای پین هدرها قرار دهید. سپس همه پین ها را به برد آردوینو لحیم کنید.

مرحله 4: هدرها را آماده کنید

برای نصب Arduino ، صفحه نمایش OLED ، سنسور جریان و سنسور دما ، به پین هدرهای مستقیم زن نیاز دارید. وقتی هدرهای مستقیم را خریداری می کنید ، برای استفاده از اجزای آن بسیار طولانی خواهد بود. بنابراین ، باید آنها را به طول مناسب کوتاه کنید. برای بستن آن از یک قفل برقی استفاده کردم.

در زیر جزئیات مربوط به سرفصل ها آمده است:

1. برد آردوینو - 2 x 12 پین

2. INA219 - 1 x 6 پین

3. OLED - 1 x 4 پین

4. دما سنسور - 1 x 3 پین

مرحله 5: سربرگ های زن را لحیم کنید

پس از تهیه پین هدرهای زن ، آنها را به تخته سوراخ شده بچسبانید. پس از لحیم کاری پایه های هدر ، بررسی کنید که آیا همه اجزا کاملاً مناسب هستند یا خیر.

توجه: من سنسور فعلی را بطور مستقیم به تخته به جای هدر زن پیشنهاد می کنم.

من از طریق پین هدر برای استفاده مجدد از INA219 برای پروژه های دیگر متصل شده ام.

مرحله 6: سنسور دما را نصب کنید

در اینجا از سنسور دما DS18B20 در بسته TO-92 استفاده می کنم. با در نظر گرفتن جایگزینی آسان ، من از هدر زنانه 3 پین استفاده کرده ام. اما می توانید مستقیماً سنسور را به برد سوراخ شده بچسبانید.

مرحله 7: پایانه های پیچ را لحیم کنید

در اینجا پایانه های پیچ برای اتصال خارجی به برد استفاده می شود. اتصالات خارجی هستند

1. منبع (باتری / پنل خورشیدی)

2. بارگیری کنید

3. منبع تغذیه آردوینو

ترمینال پیچ آبی برای تغذیه آردوینو و دو پایانه سبز برای اتصال منبع و بار استفاده می شود.

مرحله 8: مدار را ایجاد کنید

پس از لحیم کاری هدرهای زنانه و پایانه های پیچ ، باید پدها را مطابق نمودار شماتیک بالا نشان دهید.

اتصالات کاملاً مستقیم هستند

INA219 / OLED -> آردوینو

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> آردوینو

GND -> GND

DQ -> D4 از طریق مقاومت کشش 4.7K

VCC -> VCC

سرانجام ، ترمینال های پیچ را مطابق شکل وصل کنید.

من از سیم های رنگی 24AWG برای ایجاد مدار استفاده کرده ام. مطابق نمودار مدار سیم را لحیم کنید.

گام نهم: نصب و راه اندازی حالت های ایستاده

پس از لحیم کاری و سیم کشی ، استندها را در 4 گوشه نصب کنید. این فاصله کافی را برای اتصالات لحیم کاری و سیم ها از سطح زمین فراهم می کند.

مرحله 10: طراحی PCB

من یک PCB سفارشی برای این پروژه طراحی کرده ام. با توجه به وضعیت همه گیر فعلی COVID-19 ، من قادر به سفارش این PCB نیستم. بنابراین من هنوز PCB را آزمایش نکرده ام.

می توانید فایل های Gerber را از PCBWay بارگیری کنید

هنگامی که از PCBWay سفارش می دهید ، من 10 درصد از کمک PCBWay را برای مشارکت در کارم دریافت می کنم. کمک کوچک شما ممکن است من را تشویق به انجام کارهای شگفت انگیزتر در آینده کند. با تشکر از همکاری شما.

مرحله 11: قدرت و انرژی

قدرت: توان حاصل از ولتاژ (ولت) و جریان (آمپر) است

P = VxI

واحد قدرت وات یا کیلو وات است

انرژی: انرژی حاصل از توان (وات) و زمان (ساعت) است

E = Pxt

واحد انرژی ساعت وات یا کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) است

ظرفیت: ظرفیت محصول فعلی (آمپر) و زمان (ساعت) است

C = I x t

واحد ظرفیت Amp-Hour است

برای نظارت بر قدرت و انرژی منطق فوق در نرم افزار پیاده سازی شده و پارامترها در یک صفحه نمایش 0.96 اینچی OLED نمایش داده می شوند.

اعتبار تصویر: imgoat

مرحله 12: نرم افزار و کتابخانه ها

ابتدا کد ضمیمه زیر را بارگیری کنید. سپس کتابخانه های زیر را بارگیری کرده و آنها را نصب کنید.

1. کتابخانه Adafruit INA219

2. کتابخانه Adafruit SSD1306

3. دما دالاس

پس از نصب همه کتابخانه ها ، برد و درگاه COM مناسب را تنظیم کنید ، سپس کد را بارگذاری کنید.

مرحله 13: آزمایش نهایی

برای آزمایش برد ، یک باتری 12 ولت را به عنوان منبع و یک LED 3 وات را به عنوان بار متصل کرده ام.

باتری به پایانه پیچ زیر آردوینو و LED به ترمینال پیچ زیر INA219 وصل شده است. باتری LiPo به ترمینال پیچ آبی متصل شده و سپس با استفاده از سوئیچ کشویی مدار را روشن کنید.

می توانید تمام پارامترهای نمایش داده شده در صفحه OLED را مشاهده کنید.

پارامترهای ستون اول عبارتند از:

1. ولتاژ

2. فعلی

3. قدرت

پارامترهای ستون دوم عبارتند از:

1. انرژی

2. ظرفیت

3. دما

برای بررسی دقت ، از مولتی متر و تستر خود استفاده کردم ، همانطور که در بالا نشان داده شده است. دقت به آنها نزدیک است. من واقعاً از این ابزار جیبی راضی هستم.

با تشکر برای خواندن دستورالعمل من. اگر پروژه من را دوست دارید ، به اشتراک گذاری آن را فراموش نکنید. نظرات و انتقادات و پیشنهادات همیشه خوش آمدید.