Arduino Enerji Maliyeti Elektrik Ölçer Cihazı: 13 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Elektrik faturalarınızı çok mu ödüyorsunuz?

Su ısıtıcınızın veya ısıtıcınızın ne kadar elektrik tükettiğini bilmek ister misiniz?

Kendi taşınabilir Enerji Maliyeti Elektrik Ölçerinizi yapın!

Bu cihazın kullanımını nasıl bulduğumu izleyin.

Adım 1: Hazırlık. Araçlar Vidalar ve Sarf Malzemeleri

Bu projeyi yapmak için birkaç şeye ihtiyacınız var.

• XOD IDE'nin kurulu olduğu ev bilgisayarı.
• 3 boyutlu yazıcı.

Aletler:

• Clippers.
• Tornavida.
• Pense.
• Lehimleme araçları.
• İğne dosyası.

Sarf malzemeleri:

• Zımpara kağıdı.
• Tüpleri küçültün.
• 220V devre için 14 AWG kablo veya daha az.
• 5V mantık devresi için 24 veya 26 AWG kablo.

Vidalar:

• Vida M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20mm uzunluk.
• Vida M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10mm uzunluk.
• Vida M2 / M2.5 (DIN7981 veya diğer).
• Altıgen somun M3 (DIN 934/ DIN 985).

Adım 2: Hazırlık. Elektronik

Cihazı oluşturmak için bazı elektronik bileşenlere ihtiyacınız var. Hangilerini bulalım.

Her şeyden önce, bir AC akım sensörüne ihtiyacınız var.

Cihaz yüksek akımla çalışabilir, bu nedenle sensör uygun olmalıdır. İnternette Allegro tarafından üretilmiş bir ACS712 sensörü buldum.

1 x 20A aralığı Akım Sensörü ACS712 Modülü ~ 9$;

Bu sensör analogdur ve Hall efektini kullanarak akımı ölçer. Ölçülen değeri iletmek için bir kablo kullanır. Çok isabetli olmayabilir ama bence böyle bir cihaz için yeterli. ACS712 sensörü, farklı maksimum ölçüm limitlerine sahip üç tipte olabilir:

• ACS712ELCTR-05B (maks 5 amper);
• ACS712ELCTR-20A (maks 20 amper);
• ACS712ELCTR-30A (maks. 30 amper).

İhtiyacınız olan sürümü seçebilirsiniz. 20 amperlik versiyonunu kullanıyorum. Soketlerimdeki akımın bu değeri aştığını düşünmüyorum.

Sensör verilerini okumak ve diğer tüm hesaplamaları yapmak için bir kontrolöre ihtiyacınız var.

Tabii ki Arduino'yu seçtim. Bu tür DIY projeleri için daha uygun bir şey olmadığını düşünüyorum. Görevim zor değil, bu yüzden süslü bir tahtaya ihtiyacım yok. Arduino Micro'yu satın aldım.

1 x Arduino Mikro ~ 20$;

AC voltajını 220V ölçecekken Arduino 12V'a kadar DC voltajı ile çalışıyor. Ayrıca, ACS sensörüne tam olarak 5 volt güç verilmelidir. Sorunu çözmek için AC'den DC'ye dönüştürücüyü 220'den 5 volta aldım.

1 x AC - DC Güç Modülü Besleme Girişi: AC86-265V Çıkış: 5V 1A ~ 7$;

Arduino ve sensöre güç sağlamak için bu dönüştürücüyü kullanıyorum.

Ölçümlerimi görselleştirmek için harcanan para miktarını ekranda gösteriyorum. Bu 8x2 karakter LCD ekranı kullanıyorum.

1 x 0802 LCD 8x2 Karakter LCD Ekran Modülü 5V ~9$;

Bu küçük, Arduino ekranıyla uyumlu. Kontrolör ile iletişim kurmak için kendi veri yolunu kullanır. Ayrıca, bu ekranın farklı renklerden biri olabilen bir arka ışığı vardır. Turuncu olanı aldım.

Adım 3: Hazırlık. Sonnektörler

Cihazın kendi elektrik fişi ve prizi olmalıdır.

Evde kaliteli ve güvenilir bir fiş bağlantısı yapmak oldukça zordur. Ayrıca cihazın herhangi bir kablo ve tel olmadan taşınabilir ve kompakt olmasını istedim.

Hırdavatçıdan herhangi bir parçasını kullanmak için sökmek için bazı evrensel prizler ve fişler almaya karar verdim. Satın aldığım konektörler F tipi veya Shuko olarak adlandırılıyor. Bu bağlantı tüm Avrupa Birliği'nde kullanılmaktadır. Farklı konektör türleri vardır, örneğin A veya B türleri F'den biraz daha küçüktür ve Kuzey Amerika'da kullanılır. Soketlerin iç boyutları ve fişlerin dış boyutları, tipteki tüm konektörler için standartlaştırılmıştır.

Daha fazla bilgi için farklı soket tipleri hakkında buradan bilgi edinebilirsiniz.

Birkaç soketi söktüğümde iç kısımlarının kolayca çıkarılabildiğini gördüm. Bu parçalar hemen hemen aynı mekanik boyutlara sahiptir. Onları kullanmaya karar verdim.

Bu nedenle, kendi cihazınızı oluşturmak için ihtiyacınız olan:

• Bağlantı türünü seçin;
• Kullanabileceğiniz ve kolayca demonte edilebilen fiş ve prizleri bulun;
• İç kısımlarını çıkarın.

Bu soketi kullandım:

1 x Topraklı Dişi Fiş 16A 250V ~ 1$;

Ve bu fiş:

1 x Erkek Fiş 16A 250V ~ 0, 50$;

Adım 4: Hazırlık. 3D Baskı

Cihazın gövde kısımlarını 3D yazıcıda yazdırdım. Farklı renklerde ABS plastik kullandım.

İşte parça listesi:

• Ana gövde (mor) - 1 adet;
• Arka kapak (sarı) - 1 adet;
• Soket kutusu (pembe) - 1 adet;
• Fiş kutusu (kırmızı) - 1 adet;

Ana gövde, akım sensörünü ve arka kapağı sabitlemek için diş açma deliklerine sahiptir.

Arka kapakta AC-DC dönüştürücüyü sabitlemek için diş açma delikleri ve Arduino Micro'yu takmak için geçmeli bir bağlantı bulunur.

Tüm parçalarda ekran, fiş ve priz kasalarını sabitlemek için M3 vida delikleri vardır.

Soket kutusu ve fiş kutusu parçalarına dikkat edin.

Bu parçaların iç yüzeyleri özellikle benim konnektörlerim için önceden modellenmiştir. Önceki adımdaki demonte konektörler için.

Bu nedenle, kendi cihazınızı yapmak istiyorsanız ve fiş ve priz konektörleriniz benimkinden farklıysa, priz kasası ve fiş kasası 3D modellerini düzeltmeniz veya değiştirmeniz gerekir.

STL modelleri ekte bulunmaktadır. Gerekirse kaynak CAD modellerini ekleyebilirim.

Adım 5: Montaj. Soket Kılıfı

Malzeme listesi:

1. 3D baskılı priz kutusu - 1 adet;
2. Soket - 1 adet;
3. Yüksek gerilim kabloları (14 AWG veya daha az).

Montaj süreci:

Kroki bak. Resim montajda size yardımcı olacaktır.

• Soketi hazırlayın (konum 2). Soket, durdurma çıkıntısına kadar kasaya sıkıca oturmalıdır. Gerekirse, soketin dış hatlarını bir zımpara kağıdı veya iğne törpüsü ile işleyin.
• Yüksek gerilim kablolarını prize bağlayın. Terminal blokları veya lehimleme kullanın.
• Soketi (konum 2) kasaya (konum 1) takın.

İsteğe bağlı:

Soketi kasanın üzerindeki platformdan bir vida ile kasaya sabitleyin

Adım 6: Montaj. Ana Gövde

Malzeme listesi:

1. 3D baskılı ana gövde - 1 adet;
2. Montajlı priz kasası - 1 adet;
3. ACS 712 akım sensörü - 1 adet;
4. 8x2 LCD ekran - 1 adet;
5. Vida M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20mm uzunluk - 4 adet.
6. Vida M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10mm uzunluk - 4 adet.
7. Vida M2 / M2.5 (DIN7981 veya diğer) - 2 adet.
8. Altıgen somun M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 adet.
9. 24 veya 26 AWG kablo.
10. Yüksek gerilim kabloları (14 AWG veya daha az).

Montaj süreci:

Kroki bak. Resim montajda size yardımcı olacaktır.

• Ana gövdedeki büyük deliği hazırlayın (konum 1). Monte edilmiş soket kasası içine sıkıca oturmalıdır. Gerekirse, deliğin konturunu bir zımpara kağıdı veya iğne törpüsü ile işleyin.
• Soket kutusunu (konum 2) ana gövdeye (konum 1) takın ve vidaları (konum 6) ve somunları (konum 8) kullanarak sabitleyin.
• Yüksek voltaj kablolarını akım sensörüne bağlayın (konum 3). Terminal blokları kullanın.
• Vidaları (konum 7) kullanarak akım sensörünü (konum 3) ana gövdeye (konum 1) sabitleyin.
• Kabloları ekrana (konum 4) ve akım sensörüne (konum 3) bağlayın veya lehimleyin
• Vidaları (konum 5) ve somunları (konum 8) kullanarak ekranı (konum 4) ana gövdeye (konum 1) sabitleyin.

Adım 7: Montaj. Fiş Kasası

Malzeme listesi:

1. 3D baskılı fiş kutusu - 1 adet;
2. Fiş - 1 adet;
3. Yüksek gerilim kabloları (14 AWG veya daha az).

Montaj süreci:

Kroki bak. Resim montajda size yardımcı olacaktır.

• Fişi hazırlayın (konum 2). Fiş, durana kadar kasaya sıkıca oturmalıdır. Gerekirse, soketin dış hatlarını bir zımpara kağıdı veya iğne törpüsü ile işleyin.
• Yüksek gerilim kablolarını fişe bağlayın (konum 2). Terminal blokları veya lehimleme kullanın.
• Fişi (konum 2) kasaya (konum 1) takın.

İsteğe bağlı:

Fişi bir vida ile kasaya sabitleyin. Vidalanacak yer çizimde gösterilmiştir

Adım 8: Montaj. Arka kapak

Malzeme listesi:

1. 3D baskılı arka kapak - 1 adet;
2. Montajlı fiş kutusu - 1 adet;
3. AC-DC voltaj dönüştürücü - 1 adet;
4. Arduino Mikro - 1 adet;
5. Vida M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10mm uzunluk - 4 adet.
6. Vida M2 / M2.5 (DIN7981 veya diğer) - 4 adet.
7. Altıgen somun M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 adet.

Montaj süreci:

Kroki bak. Resim montajda size yardımcı olacaktır.

• Arka kapaktaki büyük deliği hazırlayın (konum 1). Monte edilmiş fiş kutusu (konum 2) içine sıkıca oturmalıdır. Gerekirse, deliğin konturunu bir zımpara kağıdı veya iğne törpüsü ile işleyin.
• Fiş kutusunu (konum 2) arka kapağa (konum 1) takın ve vidaları (konum 5) ve somunları (konum 7) kullanarak sabitleyin.
• Geçmeli bağlantıyı kullanarak Arduino'yu (konum 4) arka kapağa (konum 1) takın.
• AC-DC voltaj dönüştürücüyü (konum 3) vidaları (konum 6) kullanarak arka kapağa (konum 1) sabitleyin.

Adım 9: Montaj. Lehimleme

Malzeme listesi:

1. Yüksek gerilim kabloları (14 AWG veya daha az).
2. 24 veya 26 AWG kablo.

Birleştirme:

Çizimde gösterildiği gibi tüm bileşenleri birbirine lehimleyin.

Fişten gelen yüksek gerilim kabloları AC-DC dönüştürücüye ve soketten gelen kablolara lehimlenmiştir.

ACS712 bir analog akım sensörüdür ve 5V ile çalışır. Sensöre Arduino'dan veya doğrudan AC-DC dönüştürücüden güç sağlayabilirsiniz.

• Vcc pini - 5V Arduino pini / 5V AC-DC pini;
• GND - GND Arduino pini / GND AC-DC pini;
• ÇIKIŞ - analog A0 Arduino pini;

LCD 8x2 Karakterli LCD Ekran, 3.3-5V ile çalışır ve kendi veri yoluna sahiptir. Ekran, 8 bit (DB0-DB7) veya 4 bit modunda (DB4-DB7) iletişim kurabilir. 4 bitlik bir tane kullandım. Ekranı Arduino'dan veya AC-DC dönüştürücüden çalıştırabilirsiniz.

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

Bildirim:

Tüm yüksek gerilim kablolarını büzülme tüpleri ile yalıtmayı unutmayın! Ayrıca, AC-DC voltaj dönüştürücüdeki yüksek voltajlı lehimli kontakları yalıtın. Ayrıca, AC-DC voltaj dönüştürücüdeki yüksek voltajlı lehimli kontakları yalıtın.

Lütfen 220V ile dikkatli olun. Yüksek voltaj sizi öldürebilir!

Cihaz elektrik şebekesine bağlıyken hiçbir elektronik bileşene dokunmayın.

Cihaz elektrik şebekesine bağlıyken Arduino'yu bilgisayara bağlamayın.

Adım 10: Montaj. Bitiş

Malzeme listesi:

1. Montajlı ana gövde - 1 adet;
2. Montajlı arka kapak - 1 adet;
3. Vida M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10mm uzunluk - 4 adet.

Montaj süreci:

Kroki bak. Resim montajda size yardımcı olacaktır.

• Lehimlemeyi bitirdikten sonra, tüm kabloları ana gövdeye sağlam bir şekilde yerleştirin (konum 1).
• Hiçbir yerde açık kişi olmadığından emin olun. Teller kesişmemeli ve açık yerleri plastik gövdeye temas etmemelidir.
• Vidaları (konum 3) kullanarak arka kapağı (konum 2) ana gövdeye (konum 1) sabitleyin.

Adım 11: XOD

Arduino kontrolörlerini programlamak için XOD görsel programlama ortamını kullanıyorum. Elektrik mühendisliğinde yeniyseniz veya benim gibi Arduino denetleyicileri için basit programlar yazmayı seviyorsanız, XOD'u deneyin. Hızlı cihaz prototipleme için ideal araçtır.

XOD'da programları doğrudan tarayıcı penceresinde oluşturabilirsiniz. Şahsen, masaüstü sürümünü tercih ederim.

ECEM cihazım için XOD'da gabbapeople/elektrik sayacı kitaplığını oluşturdum. Bu kitaplık, aynı programı yapmak için ihtiyacınız olan tüm düğümleri içerir. Ayrıca hazırlanan program örneğini de içermektedir. Bu nedenle, XOD çalışma alanınıza eklediğinizden emin olun.

İşlem:

• XOD IDE yazılımını bilgisayarınıza yükleyin.
• Gabbapeople/elektrik sayacı kitaplığını çalışma alanına ekleyin.
• Yeni bir proje oluşturun ve buna smth adını verin.

Daha sonra, bu cihazı XOD'da nasıl programlayacağımı anlatacağım.

Ayrıca, son talimat verilebilir adımda programın genişletilmiş sürümünü içeren ekran görüntüsünü ekledim.

Adım 12: Programlama

İşte ihtiyacınız olan düğümler:

acs712-20a-ac-akım sensörü düğümü

Bu, yamanın üzerine yerleştirilecek ilk düğümdür. Anlık akımı ölçmek için kullanılır. Bu kütüphanede 3 farklı tipte node bulunmaktadır. Amper ölçüm kapağı tipinde farklılık gösterirler. Sensör tipinize uygun olanı seçin. acs712-20a-ac-akım sensörü düğümünü yerleştiriyorum. Bu düğüm, amper cinsinden akım yoğunluğunun bir değerini verir.

Bu düğümün PORT pinine mevcut sensörümü bağladığım Arduino Micro pininin değerini koymalıyım. Sensörün sinyal pinini A0 Arduino pinine lehimledim, bu yüzden PORT pinine A0 değerini koydum.

Cihaz açıldıktan sonra sürekli olarak akım yoğunluğunu ölçmek için UPD pinindeki değer Sürekli olarak ayarlanmalıdır. Ayrıca AC ölçümü için frekansı belirtmem gerekiyor. Elektrik şebekemde AC frekansı 50 Hz'e eşittir. Frekans FRQ pinine 50 değerini koydum.

Çarpma düğümü

Elektrik gücünü hesaplar. Elektrik gücü, akımdan voltaja çarpımının ürünüdür.

Çarpma düğümünü koyun ve pimlerinden birini sensör düğümüne bağlayın ve AC voltaj değerini ikinci pime koyun. 230 değerini koydum. Elektrik şebekemdeki voltajı ifade ediyor.

tümleşik-dt düğümü

Önceki iki düğüm ile cihazın akımı ve gücü anında ölçülebilir. Ancak, güç tüketiminin zaman içinde nasıl değiştiğini hesaplamanız gerekir. Bunun için entegre-dt düğümünü kullanarak anlık güç değerini entegre edebilirsiniz. Bu düğüm mevcut güç değerini toplayacaktır.

UPD pimi, birikmiş değer güncellemesini tetiklerken, RST pimi, birikmiş değeri sıfırlar.

Para düğümü

Entegrasyondan sonra, entegre-dt düğümünün çıkışında, elektrik gücü tüketimini saniyede watt olarak alırsınız. Harcanan parayı saymayı daha uygun hale getirmek için to-para düğümünü yamaya yerleştirin. Bu düğüm, güç tüketimini saniyede watt'tan saat başına kilowatt'a dönüştürür ve biriken değeri saatte bir kilovat maliyetiyle çarpar.

ÇHC pinine saatte bir kilovat fiyatını koyun.

To-para düğümü ile elektrik tüketiminin birikmiş değeri harcanan para miktarına dönüştürülür. Bu düğüm bunu dolar olarak verir.

Tek yapmanız gereken bu değeri ekranda görüntülemek.

Metin-lcd-8x2 düğümü

2 satır dört 8 karakterli LCD ekran kullandım. Bu ekran için text-lcd-8x2 düğümünü koydum ve tüm port pin değerlerini ayarladım. Bu port pinleri, ekranın lehimlendiği Arduino mikro portlarına karşılık gelir.

Ekranın ilk satırına L1 pinine “Toplam:” dizesini yazdım.

Ekranın ikinci satırında para miktarını göstermek için para birimi düğümünün çıkış pinini L2 pinine bağladım.

Yama hazır.

Dağıt'a basın, kart tipini seçin ve cihaza yükleyin.

Adım 13: Genişletilmiş Program

Programı bir önceki adımdan kendi başınıza genişletebilirsiniz. Örneğin, ekteki ekran görüntüsüne bakın.

Yama nasıl değiştirilebilir?

• Başka hesaplamalar olmadan anlık akım değerini ekrandan çıkarmak için acs712-20a-ac-akım-sensörünün çıkışını doğrudan ekran düğümüne bağlayın.
• Şu anda tüketilen elektrik gücünü çıkarmak için çarpma düğümünün çıkışını doğrudan görüntüleme düğümüne bağlayın;
• Birikmiş tüketim değerinin çıktısını almak için tümleşik-dt düğümünün çıktısını doğrudan görüntüleme düğümüne bağlayın;
• Bir düğmeye basarak sayacı sıfırlayın. Bu iyi bir fikir ama cihazımda bir düğme için yer eklemeyi unuttum =). Düğme düğümünü yamaya koyun ve PRS pimini tümleşik-dt düğümünün RST pimine bağlayın.
• 8x2'den büyük ekrana sahip bir cihaz oluşturabilir ve tüm parametreleri aynı anda görüntüleyebilirsiniz. Benim gibi 8x2 ekranı kullanacaksanız, tüm değerleri satırlara sığdırmak için concat, format-number, pad-with- zeroes düğümlerini kullanın.

Kendi cihazını yap ve evde en açgözlü tekniği öğren!

Elektrikten tasarruf etmek için bu cihazı evde çok faydalı bulabilirsiniz.

Yakında görüşürüz.