دستگاه اندازه گیری برق هزینه آردوینو انرژی: 13 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

آیا هزینه قبض برق خود را بیش از حد پرداخت می کنید؟

آیا می خواهید بدانید کتری یا بخاری شما چقدر برق مصرف می کند؟

کنتور برق قابل حمل انرژی خود را بسازید!

ببینید چگونه استفاده از این دستگاه را پیدا کردم.

مرحله 1: آماده سازی ابزار پیچ و مواد مصرفی

برای ساخت این پروژه به چندین چیز نیاز دارید.

• رایانه خانگی با XOD IDE نصب شده است.
• چاپگر سه بعدی.

ابزارها:

• کلیپرز.
• پیچ گوشتی
• انبر.
• ابزار لحیم کاری.
• فایل سوزنی.

مواد مصرفی:

• سمباده.
• لوله ها را جمع کنید.
• 14 سیم AWG یا کمتر برای مدار 220V.
• 24 یا 26 سیم AWG برای مدار منطقی 5 ولت.

پیچ ها:

• پیچ M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) طول 20 میلی متر.
• پیچ M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) طول 10 میلی متر.
• پیچ M2 / M2.5 (DIN7981 یا دیگر).
• مهره شش گوش M3 (DIN 934/ DIN 985).

مرحله 2: آماده سازی الکترونیک

برای ایجاد دستگاه به قطعات الکترونیکی نیاز دارید. بیایید بفهمیم کدام یک.

اول از همه ، شما نیاز به یک سنسور جریان AC دارید.

دستگاه می تواند با جریان زیاد کار کند ، بنابراین سنسور باید مناسب باشد. در اینترنت ، یک سنسور ACS712 ساخت Allegro پیدا کردم.

محدوده 1 x 20A سنسور جریان ACS712 ماژول $ 9 $؛

این سنسور آنالوگ است و جریان را با استفاده از جلوه Hall اندازه گیری می کند. از یک سیم برای انتقال مقدار اندازه گیری شده استفاده می کند. ممکن است خیلی دقیق نباشد ، اما به نظر من برای چنین دستگاهی کافی است. سنسور ACS712 می تواند سه نوع با حداکثر محدودیت اندازه گیری متفاوت باشد:

• ACS712ELCTR-05B (حداکثر 5 آمپر) ؛
• ACS712ELCTR-20A (حداکثر 20 آمپر) ؛
• ACS712ELCTR-30A (حداکثر 30 آمپر)

شما می توانید نسخه مورد نیاز خود را انتخاب کنید. من از نسخه 20 آمپر استفاده می کنم. فکر نمی کنم جریان در سوکت های من بیشتر از این مقدار باشد.

برای خواندن داده های حسگر و انجام سایر محاسبات به یک کنترلر نیاز دارید.

البته من آردوینو را انتخاب کردم. من فکر می کنم هیچ چیز راحت تر برای چنین پروژه های DIY وجود ندارد. کار من دشوار نیست ، بنابراین من به یک تخته فانتزی احتیاج ندارم. من آردوینو میکرو خریدم.

1 عدد آردوینو میکرو 20 پوند ؛

آردوینو از ولتاژ DC تا 12 ولت تغذیه می کند در حالی که من قصد داشتم ولتاژ AC 220 ولت را اندازه گیری کنم. سنسور ACS باید از 5 ولت دقیق تغذیه کند. برای حل مشکل ، مبدل AC به DC را از 220 تا 5 ولت خریدم.

1 x AC به DC منبع تغذیه ماژول ورودی: AC86-265V خروجی: 5V 1A ~ 7 $ ؛

من از این مبدل برای تغذیه آردوینو و سنسور استفاده می کنم.

برای تجسم اندازه گیری هایم ، مقدار هزینه ای را که روی صفحه نمایش صرف می شود نمایش می دهم. من از این صفحه نمایش LCD 8x2 کاراکتری استفاده می کنم.

1 x 0802 LCD 8x2 کاراکتر ماژول نمایش LCD 5V ~ 9 $؛

این صفحه نمایش کوچک است و با صفحه نمایش آردوینو سازگار است. برای ارتباط با کنترلر از گذرگاه داده خود استفاده می کند. همچنین ، این صفحه نمایش دارای نور پس زمینه است که می تواند یکی از رنگ های مختلف باشد. من نارنجی گرفتم

مرحله 3: آماده سازی سونکتورها

دستگاه باید دارای دوشاخه و پریز مخصوص خود باشد.

ایجاد یک اتصال پلاگین با کیفیت و قابل اعتماد در خانه بسیار چالش برانگیز است. همچنین ، من می خواستم دستگاه قابل حمل و جمع و جور و بدون سیم و سیم باشد.

من تصمیم گرفتم برخی سوکت ها و دوشاخه های معمولی را در فروشگاه سخت افزار بخرم تا آنها را برای استفاده از قطعاتشان جدا کنم. کانکتورهایی که خریدم از نوع F هستند یا همانطور که شوکو نامیده می شوند. این ارتباط در سراسر اتحادیه اروپا استفاده می شود. انواع مختلف اتصال دهنده وجود دارد ، به عنوان مثال ، انواع A یا B کمی کوچکتر از F هستند و در شمال آمریکا استفاده می شوند. ابعاد داخلی پریزها و ابعاد بیرونی دوشاخه ها برای همه اتصالات نوع استاندارد است.

برای اطلاعات بیشتر ، می توانید انواع سوکت های مختلف را در اینجا بخوانید.

با جدا کردن چند پریز ، متوجه شدم که قسمتهای داخلی آنها را می توان به راحتی جدا کرد. این قطعات تقریباً دارای ابعاد مکانیکی یکسانی هستند. تصمیم گرفتم از آنها استفاده کنم.

بنابراین ، برای ایجاد دستگاه خود شما نیاز دارید:

• نوع اتصال را انتخاب کنید ؛
• دوشاخه ها و پریزهایی را که می توانید استفاده کنید و به راحتی جدا می شوند پیدا کنید.
• قسمتهای داخلی آنها را بردارید.

من از این سوکت استفاده کردم:

1 عدد دوشاخه زن زمین دار 16A 250V ~ 1 $؛

و این پلاگین:

1 عدد پلاگین مرد 16A 250V ~ 0 ، 50 $ ؛

مرحله 4: آماده سازی پرینت سه بعدی

قسمت های بدن دستگاه را روی چاپگر سه بعدی چاپ کردم. من از پلاستیک ABS با رنگهای مختلف استفاده کردم.

در اینجا لیست قطعات آمده است:

• بدن اصلی (بنفش) - 1 قطعه ؛
• جلد پشت (زرد) - 1 قطعه ؛
• جعبه سوکت (صورتی) - 1 قطعه ؛
• جعبه پلاگین (قرمز) - 1 قطعه ؛

بدنه اصلی دارای سوراخ های نخ برای محکم کردن سنسور فعلی و قاب پشتی است.

در قاب پشتی سوراخ هایی برای اتصال مبدل AC-DC و یک اتصال محکم برای اتصال Arduino Micro وجود دارد.

همه قطعات دارای سوراخ هایی برای پیچ M3 برای تعمیر صفحه نمایش ، دوشاخه و موارد سوکت هستند.

به قسمت سوکت و قطعات قاب محافظ توجه کنید.

سطوح داخلی این قطعات به طور خاص برای اتصالات من از پیش مدل شده است. برای اتصال دهنده های جدا شده از مرحله قبل.

بنابراین ، اگر می خواهید دستگاه خود را بسازید و اتصالات دوشاخه و سوکت شما با من متفاوت باشد ، باید مدلهای سه بعدی مورد سوکت و کیف پلاگین را تعمیر یا اصلاح کنید.

مدلهای STL در پیوست موجود است. در صورت لزوم ، می توانم مدلهای CAD منبع را ضمیمه کنم.

مرحله 5: مونتاژ قاب سوکت

لیست مواد:

1. جعبه سوکت چاپ سه بعدی - 1 قطعه ؛
2. سوکت - 1 قطعه ؛
3. سیم های فشار قوی (14 AWG یا کمتر).

مراحل مونتاژ:

به طرح نگاه کنید. تصویر به شما در مونتاژ کمک می کند.

• سوکت را آماده کنید (موقعیت 2). سوکت باید محکم در قاب قرار گیرد تا لبه توقف. در صورت لزوم ، کانتور سوکت را با کاغذ سنباده یا سوزن پردازش کنید.
• سیمهای فشار قوی را به پریز وصل کنید. از بلوک های ترمینال یا لحیم کاری استفاده کنید.
• سوکت (موقعیت 2) را داخل قاب قرار دهید (موقعیت 1).

اختیاری:

سوکت را در کیس با پیچ از طریق پلت فرم روی قاب ثابت کنید

مرحله ششم: مونتاژ بدنه اصلی

لیست مواد:

1. بدنه اصلی چاپ سه بعدی - 1 قطعه ؛
2. جعبه سوکت مونتاژ - 1 قطعه ؛
3. سنسور جریان ACS 712 - 1 قطعه ؛
4. صفحه نمایش LCD 8x2 - 1 قطعه ؛
5. پیچ M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) طول 20 میلی متر- 4 قطعه.
6. پیچ M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 میلی متر طول- 4 قطعه.
7. پیچ M2 / M2.5 (DIN7981 یا دیگر) - 2 قطعه.
8. مهره Hex M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 قطعه.
9. 24 یا 26 سیم AWG.
10. سیم های فشار قوی (14 AWG یا کمتر).

مراحل مونتاژ:

به طرح نگاه کنید. تصویر به شما در مونتاژ کمک می کند.

• سوراخ بزرگ بدن اصلی را آماده کنید (موقعیت 1). جعبه سوکت مونتاژ شده باید محکم در آن قرار گیرد. در صورت لزوم ، کانتور سوراخ را با کاغذ سنباده یا سوزن پردازش کنید.
• قاب سوکت (موقعیت 2) را به بدنه اصلی (موقعیت 1) وارد کرده و با استفاده از پیچ (موقعیت 6) و مهره ها (موقعیت 8) آن را محکم کنید.
• سیمهای ولتاژ بالا را به سنسور فعلی وصل کنید (موقعیت 3). از بلوک های ترمینال استفاده کنید.
• با استفاده از پیچ (موقعیت 7) سنسور جریان (موقعیت 3) را با بدنه اصلی (موقعیت 1) محکم کنید.
• سیمها را به صفحه نمایش (موقعیت 4) و سنسور فعلی (موقعیت 3) وصل یا لحیم کنید
• صفحه نمایش (موقعیت 4) را با بدنه اصلی (موقعیت 1) با استفاده از پیچ (موقعیت 5) و مهره ها (موقعیت 8) محکم کنید.

مرحله 7: مونتاژ مورد پلاگین

لیست مواد:

1. جعبه پلاگین چاپ سه بعدی - 1 قطعه ؛
2. پلاگین - 1 قطعه ؛
3. سیم های فشار قوی (14 AWG یا کمتر).

مراحل مونتاژ:

به طرح نگاه کنید. تصویر به شما در مونتاژ کمک می کند.

• دوشاخه را آماده کنید (موقعیت 2). پلاگین باید محکم در قاب قرار گیرد تا زمانی که توقف شود. در صورت لزوم ، کانتور سوکت را با کاغذ سنباده یا سوزن پردازش کنید.
• سیمهای فشار قوی را به دوشاخه وصل کنید (موقعیت 2). از بلوک های ترمینال یا لحیم کاری استفاده کنید.
• دوشاخه (موقعیت 2) را در کیس (موقعیت 1) قرار دهید.

اختیاری:

دوشاخه کیس را با پیچ ثابت کنید. محل پیچ زدن در طرح نشان داده شده است

مرحله هشتم: مونتاژ پشت جلد

لیست مواد:

1. جلد پشتی چاپ سه بعدی - 1 قطعه ؛
2. جعبه پلاگین مونتاژ - 1 قطعه ؛
3. مبدل ولتاژ AC -DC - 1 قطعه ؛
4. آردوینو میکرو - 1 قطعه ؛
5. پیچ M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 میلی متر طول- 4 قطعه.
6. پیچ M2 / M2.5 (DIN7981 یا دیگر) - 4 قطعه.
7. مهره Hex M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 قطعه.

مراحل مونتاژ:

به طرح نگاه کنید. تصویر به شما در مونتاژ کمک می کند.

• سوراخ بزرگ پشت جلد را آماده کنید (موقعیت 1). قاب پلاگین مونتاژ شده (موقعیت 2) باید محکم در آن قرار گیرد. در صورت لزوم ، کانتور سوراخ را با کاغذ سنباده یا سوزن پردازش کنید.
• جعبه دوشاخه (موقعیت 2) را به درپوش پشتی (موقعیت 1) وارد کرده و با استفاده از پیچ (موقعیت 5) و مهره ها (موقعیت 7) آن را محکم کنید.
• آردوینو (موقعیت 4) را با استفاده از اتصال snap-fit به پشت جلد (موقعیت 1) وصل کنید.
• مبدل ولتاژ AC-DC (موقعیت 3) را با استفاده از پیچ (موقعیت 6) به درپوش پشتی (موقعیت 1) محکم کنید.

مرحله نهم: مونتاژ لحیم کاری

لیست مواد:

1. سیم های فشار قوی (14 AWG یا کمتر).
2. 24 یا 26 سیم AWG.

مونتاژ:

همانطور که در طرح نشان داده شده است ، همه اجزا را با هم لحیم کنید.

سیمهای ولتاژ بالا از دوشاخه به مبدل AC-DC و به کابلهای سوکت لحیم می شوند.

ACS712 یک سنسور جریان آنالوگ است و از 5 ولت تغذیه می کند. می توانید سنسور را مستقیماً از آردوینو یا مبدل AC-DC تغذیه کنید.

• پین Vcc - پین 5 ولت آردوینو / پین 5 ولت AC -DC ؛
• GND - پین آردوینو GND / پین GND AC -DC ؛
• OUT - پین آنالوگ A0 آردوینو ؛

صفحه نمایش LCD 8x2 Character LCD از 3.3-5V تغذیه می کند و دارای گذرگاه داده مخصوص به خود است. صفحه نمایش می تواند در حالت 8 بیتی (DB0-DB7) یا 4 بیتی (DB4-DB7) ارتباط برقرار کند. من از 4 بیتی استفاده کردم می توانید صفحه نمایش را از آردوینو یا مبدل AC-DC تغذیه کنید.

• پین Vcc - پین 5 ولت آردوینو / پین 5 ولت AC -DC ؛
• GND - پین آردوینو GND / پین GND AC -DC ؛
• Vo - پین GND Arduino / پین GND AC -DC ؛
• R / W - پین آردوینو GND / پین GND AC -DC ؛
• RS - پین 12 آردوینو دیجیتال ؛
• E - digital 11 pin Arduino؛
• DB4 - پین 5 آردوینو دیجیتال ؛
• DB5 - پین 4 آردوینو دیجیتال ؛
• DB6 - پین 3 آردوینو دیجیتال ؛
• DB7 - پین 2 آردوینو دیجیتال ؛

اطلاع:

فراموش نکنید که تمام سیم های فشار قوی را با لوله های کوچک جدا کنید! همچنین ، مخاطبین لحیم کاری ولتاژ بالا را روی مبدل ولتاژ AC-DC جدا کنید. همچنین ، مخاطبین لحیم کاری ولتاژ بالا را روی مبدل ولتاژ AC-DC جدا کنید.

لطفا با ولتاژ 220 ولت دقت کنید. ولتاژ بالا می تواند شما را بکشد!

وقتی دستگاه به شبکه برق متصل است ، به هیچ قطعه الکترونیکی دست نزنید.

هنگام اتصال دستگاه به شبکه برق ، آردوینو را به کامپیوتر وصل نکنید.

مرحله دهم: مونتاژ تمام کنید

لیست مواد:

1. بدنه اصلی مونتاژ - 1 قطعه ؛
2. جلد پشت مونتاژ - 1 قطعه ؛
3. پیچ M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) طول 10 میلی متر - 4 قطعه.

مراحل مونتاژ:

به طرح نگاه کنید. تصویر به شما در مونتاژ کمک می کند.

• پس از اتمام لحیم کاری ، تمام سیم ها را محکم در بدنه اصلی قرار دهید (موقعیت 1).
• اطمینان حاصل کنید که هیچ مخاطب باز در هیچ کجا وجود ندارد. سیمها نباید قطع شوند و مکانهای باز آنها نباید با بدنه پلاستیکی تماس داشته باشد.
• با استفاده از پیچ (موقعیت 3) درپوش پشتی (موقعیت 2) را به بدنه اصلی (موقعیت 1) محکم کنید.

مرحله 11: XOD

برای برنامه نویسی کنترلرهای آردوینو ، از محیط برنامه نویسی بصری XOD استفاده می کنم. اگر تازه وارد مهندسی برق شده اید یا شاید دوست دارید برنامه های ساده ای مانند من برای کنترل کننده های آردوینو بنویسید ، XOD را امتحان کنید. این ابزار ایده آل برای نمونه سازی سریع دستگاه است.

در XOD می توانید برنامه ها را مستقیماً در پنجره مرورگر ایجاد کنید. من شخصاً نسخه دسکتاپ را ترجیح می دهم.

برای دستگاه ECEM خود ، من کتابخانه gabbapeople/متر برق را در XOD ایجاد کردم. این کتابخانه شامل تمام گره هایی است که برای ساختن یک برنامه نیاز دارید. همچنین شامل مثال برنامه آماده شده است. بنابراین ، حتماً آن را به فضای کاری XOD خود اضافه کنید.

روند:

• نرم افزار XOD IDE را بر روی کامپیوتر خود نصب کنید.
• کتابخانه گابری ها/متر برق را به فضای کار اضافه کنید.
• یک پروژه جدید ایجاد کنید و اسم آن را smth بگذارید.

در مرحله بعد ، نحوه برنامه نویسی این دستگاه در XOD را توضیح خواهم داد.

همچنین در آخرین مرحله آموزشی ، تصویر صفحه را با نسخه گسترده برنامه ضمیمه کردم.

مرحله 12: برنامه نویسی

در اینجا گره های مورد نیاز شما آمده است:

گره سنسور acs712-20a-ac-current

این اولین گره ای است که روی پچ قرار می گیرد. برای اندازه گیری جریان لحظه ای استفاده می شود. در این کتابخانه 3 نوع مختلف گره وجود دارد. آنها در نوع کلاهک اندازه گیری آمپر متفاوت هستند. حسگر مربوط به نوع سنسور خود را انتخاب کنید. من گره حسگر acs712-20a-ac-current-sensor را قرار می دهم. این گره مقدار شدت جریان را در آمپر خروجی می دهد.

در پین PORT این گره ، باید مقدار پین Arduino Micro را که سنسور فعلی خود را به آن متصل کرده ام ، قرار دهم. من پین سیگنال سنسور را به پین A0 Arduino لحیم کردم ، بنابراین مقدار A0 را به پین PORT قرار دادم.

مقدار در پین UPD باید بر روی Continuously تنظیم شود تا بعد از روشن شدن دستگاه شدت جریان را بطور مداوم اندازه گیری کنید. همچنین برای اندازه گیری AC ، باید فرکانس را مشخص کنم. در شبکه برق من ، فرکانس AC برابر با 50 هرتز است. مقدار 50 را به پین FRQ فرکانس قرار می دهم.

گره ضرب

توان الکتریکی را محاسبه می کند. توان الکتریکی حاصل ضرب جریان به ولتاژ است.

گره ضرب را قرار داده و یکی از پایه های آن را با گره حسگر پیوند دهید و مقدار ولتاژ AC را به پین دوم وصل کنید. من مقدار 230 را قرار دادم. این به ولتاژ در شبکه برق من اشاره دارد.

گره integrate-dt

با دو گره قبلی ، می توان جریان و قدرت دستگاه را فورا اندازه گیری کرد. اما ، شما باید محاسبه کنید که چگونه مصرف برق در طول زمان تغییر می کند. برای این کار ، می توانید مقدار قدرت فوری را با استفاده از گره integrate-dt ادغام کنید. این گره مقدار توان فعلی را جمع می کند.

پین UPD باعث بروزرسانی مقدار انباشته می شود ، در حالی که پین RST مقدار انباشته را به صفر باز می گرداند.

گره به پول

پس از ادغام ، در خروجی گره integrate-dt ، مصرف برق بر حسب وات بر ثانیه به دست می آید. برای راحت تر شمردن هزینه های خرج شده ، گره پول را روی وصله قرار دهید. این گره توان مصرفی را از وات بر ثانیه به کیلووات بر ساعت تبدیل می کند و مقدار انباشته را در هزینه یک کیلووات در ساعت چند برابر می کند.

قیمت یک کیلووات در ساعت را به پین PRC بگذارید.

با گره به پول ، ارزش انباشته مصرف برق به مقدار هزینه صرف شده تبدیل می شود. این گره آن را به دلار خروجی می دهد.

تنها کاری که باید انجام دهید این است که این مقدار را در صفحه نمایش صفحه نمایش دهید.

گره text-lcd-8x2

من از صفحه نمایش LCD با 2 خط چهار و 8 کاراکتر استفاده کردم. من گره text-lcd-8x2 را برای این صفحه نمایش قرار دادم و همه مقادیر پین پورت را تنظیم کردم. این پین های پورت مربوط به پورت های میکرو آردوینو است که صفحه نمایش به آن لحیم شده است.

در خط اول صفحه نمایش ، در پین L1 ، رشته "Total:" را نوشتم.

من پین خروجی گره to-money را به پین L2 متصل کردم تا مقدار پول در خط دوم صفحه نمایش داده شود.

پچ آماده است.

Deploy را فشار دهید ، نوع برد را انتخاب کرده و آن را در دستگاه بارگذاری کنید.

مرحله 13: برنامه تمدید شده

می توانید برنامه را از مرحله قبل به تنهایی گسترش دهید. برای مثال به تصویر ضمیمه شده نگاه کنید.

چگونه می توان پچ را اصلاح کرد؟

• خروجی سنسور acs712-20a-ac-ac-current را مستقیماً به گره نمایشگر وصل کنید تا مقدار فعلی لحظه ای روی صفحه را بدون دیگر محاسبات خروجی دهد.
• خروجی گره ضرب را مستقیماً به گره نمایش پیوند دهید تا نیروی الکتریکی خروجی مصرف شده در حال حاضر ؛
• خروجی گره integrate-dt را مستقیماً به گره نمایش پیوند دهید تا مقدار مصرف انباشته را خروجی دهید.
• با فشار دادن یک دکمه شمارنده را بازنشانی کنید. ایده خوبی است ، اما فراموش کردم جایی برای دکمه در دستگاهم اضافه کنم =). گره دکمه را روی پچ قرار دهید و پین PRS آن را با پین RST گره integrate-dt پیوند دهید.
• می توانید دستگاهی با صفحه بزرگتر از 8x2 ایجاد کرده و همه پارامترها را همزمان نمایش دهید. اگر می خواهید مانند من از صفحه 8x2 استفاده کنید ، از گره های concat ، format-number ، pad-with-zero استفاده کنید تا همه مقادیر را در سطرها قرار دهید.

دستگاه خود را بسازید و حریص ترین تکنیک را در خانه بیابید!

می توانید این دستگاه را در خانه برای صرفه جویی در مصرف برق بسیار مفید بدانید.

به زودی میبینمت.