Счетчик электроэнергии на Arduino своими руками

Перевёл alexlevchenko для mozgochiny.ru

Доброго времени суток. В сегодняшней статье мы поговорим о том, как сделать простой счетчик электроэнергии с поддержкой Wi-Fi своими руками.

Шаг 1: Необходимые детали и инструменты

Необходимые компоненты:

  • Wemos D1 mini pro;
  • Датчик тока ACS712;
  • OLED дисплей;
  • 5В блок питания;
  • Монтажная плата 4 х 6 см;
  • Провода;
  • Гнезда под «гребенку»;
  • Перемычки;
  • Винтовые клеммы;
  • Стойки;
  • Вилка+розетка
  • Самозажимные клеммы;
  • Тумблер.

Необходимые инструменты:

  • Паяльник;
  • Клеевой пистолет;
  • Кусачки / стриппер.

Шаг 2: Как это работает?

Питание поступает от сети переменного тока и проходит через предохранитель, для предотвращения повреждения печатной платы во время короткого замыкания.

Провода переменного тока расходятся в два направления:

  • К нагрузке через датчик тока (ACS712);
  • 230V AC / 5V DC к блоку питания.

Блок питания 5 В обеспечивает питание микроконтроллера (Arduino / Wemos), датчика тока (ACS712) и OLED-дисплея.

Величина тока, определяется датчиком тока (ACS712). Считанное значение подается на аналоговый вывод (A0) платы Arduino / Wemos. Как только аналоговый сигнал заходит в Arduino, расчет мощности выполняется по алгоритму приложения Arduino.

Расчетное значение отображаются на 0,96-дюймовом дисплее OLED.

Встроенный WiFi-чип Wemos подключен к домашнему маршрутизатору и связан с приложением Blynk. Таким образом, можно контролировать параметры, а также калибровать и изменять различные настройки со своего смартфона через OTA.

Шаг 3: Матчасть

В цепях переменного тока ток изменяются синусоидально со временем.

Активная мощность (P): мощность, используемая устройством для производства полезной работы. Она выражается в кВт.

  • Активная мощность = напряжение (V) * ток (I) * cosΦ

Реактивная мощность (Q): мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение. Не приносит никакой полезной работы. Она выражается в кВАр.

  • Реактивная мощность = напряжение (V) * ток (I) * sinΦ

Полная мощность (S): определяется, как произведение действующего значение напряжения на действующее значение тока. Также может быть определена, как сумма активной и реактивной мощности. Выражается в кВА

  • Полная мощность = напряжение (V) * ток (I)

Отношения между активной, реактивной и полной мощностью:

  • Активная мощность = полная мощность * cosΦ
  • Реактивная мощность = полная мощность * sinΦ
  • (кВА) ² = (кВт) ² + (кВАр) ²

Коэффициент мощности (пф): отношение активной мощности к полной мощности в цепи.

  • Коэффициент мощности = активная мощность / полная мощность

Из вышесказанного ясно, что мы можем измерить любую мощность, а также коэффициент мощности, измеряя напряжение и ток.

Шаг 4: Датчик тока

Величина переменного тока измеряется с помощью трансформатора тока, но для этого проекта был выбран ACS712 — датчик тока с эффектом Холла, который измеряет ток при наведении. Обнаруженное магнитное поле вокруг провода, дает эквивалентное аналоговое выходное напряжение. Затем напряжения обрабатывается микроконтроллером для измерения тока, протекающего через нагрузку.

Шаг 5: Измерение тока с помощью ACS712

Выходной сигнал датчика тока ACS712 представляет собой волну. Нам необходимо рассчитать среднеквадратичное значение тока, это можно сделать следующим образом.

  • Измеряем напряжения Vpp (полную амплитуду);
  • Делим напряжение Vpp на два, чтобы получить амплитудное напряжение Vp;
  • Умножаем полученное значение на 0,707, получив действующее напряжение (Vrms)

Затем умножим на чувствительность датчика тока (ACS712), чтобы получить действующее значение тока.

  • Vp = Vpp / 2
  • Vrms = Vp x 0,707
  • Irms = Vrms x Чувствительность

Чувствительность модуля ACS712:

  • 5A составляет 185 мВ / A;
  • модуля 20A — 100 мВ / A;
  • модуля 30A — 66 мВ / A.

Подключение датчика (ACS712 Arduino / Wemos)

  • VCC = 5 В
  • OUT = A0
  • GND = GND

Шаг 6: Расчет мощности

Причина не использовать датчик напряжения связана с ограниченным количеством аналоговых выводов Wemos (только один). Хотя дополнительный датчик можно подключить с помощью АЦП, такого как ADS1115.

Коэффициент мощности нагрузки можно изменить во время программирования или из приложения для смартфона.

  • Активная мощность (Вт) = Vrms x Irms x Pf
  • Vrms = 230 В (известно)
  • Pf = 0,85 (известно)
  • Irms = чтение с текущего датчика (неизвестно)

Шаг 7: Приложение Blynk

Так как на плате Wemos есть встроенный чип WiFi. Преимущества использования платы Wemos: калибровка датчика и изменение значения параметров со смартфона через OTA без физического повторного программирования микроконтроллера.

Blynk — это приложение, которое обеспечивает полный контроль над Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison и многими другими аппаратными средствами. Приложение совместимо как с Android, так и с iPhone. В Blynk все работает на «Energy». Когда вы создаете новую учетную запись, вы получаете 2000 фунтов стерлингов, чтобы начать эксперимент; Каждый виджет нуждается в энергии для работы. Для этого проекта вам нужно 2400 фунтов стерлингов, поэтому вы должны приобрести дополнительную энергию 400 фунтов стерлингов (стоимость менее 1 доллара США)

  • Датчик — 2 х 200 = 400;
  • Отображение маркировки — 2 x 400 = 800;
  • Ползунки — 4 х 200 = 800;
  • Меню — 1x 400 = 400.

Общая энергия, необходимая для этого проекта = 400 + 800 + 800 + 400 = 2400

Выполним следующие шаги:

Загружаем приложение Blynk
Авторизация

Чтобы подключить приложение Blynk к оборудованию, нужно авторизироваться.

  • Создаем новую учетную запись в приложении Blynk.
  • Нажмём значок QR в верхней строке меню. Создадим клон этого проекта, отсканировав QR-код, показанный выше. Как только он будет успешно обнаружен, весь проект будет немедленно загружен на телефоне.
  • После создания проекта будет выслано письмо на электронную почту.
  • Проверим свою электронную почту и пройдём авторизацию.
Подготовка Arduino IDE для Wemos Board

Your ads will be inserted here by

Easy AdSense Pro.

Please go to the plugin admin page to paste your ad code.

Чтобы загрузить код Arduino на Wemos, вы должны следовать этим инструкциям

Устанавливаем библиотеки

Импортируем библиотеку в Arduino IDE

Скачать Blynk Library

Загрузим библиотеки для дисплея OLED:

Эскиз Arduino

После установки вышеуказанных библиотек вставим код Arduino, приведенный ниже.

Введем код авторизации с шага 1, ssid и пароль вашего роутера.

Затем загрузим код.

Шаг 8: Подготовка монтажной платы

Чтобы сделать поделку аккуратной и красивой, соберем схему на макетной плате 4×6 см.

  • Плата Wemos (2 x 8-контактный гнездовой разъем);
  • Плата питания 5 В постоянного тока (3-контактный гнездовой разъем);
  • Модуль датчика тока (3-контактный гнездовой разъем);
  • OLED-дисплей (4-контактный гнездовой разъем).

Припаиваем 2-контактную винтовую клемму для подачи питания переменного тока на блок питания.

ACS712 —> Wemos

  • Vcc—-> 5V;
  • Gnd —-> GND;
  • Vout—->A0.

OLED—> Wemos

  • Vcc—-> 5V
  • Gnd—-> GND
  • SCL—-> D1
  • SDA—->D2

Модуль питания:

  • Провода переменного тока (2 контакта) модуля питания подключен к винтовой клемме.
  • Выход V1 подключен к Wemos 5V, а вывод GND подключен к выводу Wemos GND.

Шаг 9: 3D-печатный корпус

Чтобы придать самоделке привлекательный вид, специально был спроектирован корпус (Autodesk Fusion 360). Он состоит из двух частей: основы и крышки. Шаблон.

Нижняя часть проектировалась под плату (4 х 6 см), датчик тока и держатель предохранителей.

Крышка предназначена для установки розетки переменного тока и OLED-дисплея.

Шаг 10: Схема подключения переменного тока

Шнур питания переменного тока имеет 3 провода: фазный (красный), нейтральный (черный) и заземляющий (зеленый).

Красный провод от шнура питания подключен к одной клемме предохранителя. Другая клемма предохранителя подключена к подпружиненным 2-контактному разъему. Черный провод напрямую подключен к подпружиненному разъему.

Затем красный провод подключаем к клемме «L» разъема переменного тока, а зеленый провод (заземление) подключается к центральной клемме (обозначается буквой G).

Клемма нейтрали подключена к одной клемме датчика тока ACS712. Другая клемма ACS712 подключена обратно к подпружиненному разъему.

После завершения всех внешних подключений тщательно осмотрим плату и очистим ее от остатков паяльного флюса.

Примечание. Не прикасайтесь к элементам схемы, пока они находится под напряжением. Любое случайное прикосновение может привести к негативным последствиям для здоровья и жизни человека. Соблюдайте меры безопасности во время работы.

Шаг 11: Устанавливаем компоненты

Монтируем компоненты (розетку, тумблер и OLED-дисплей) в слоты верхней крышки, как показано на рисунке. Затем крепим все винтами. Нижняя часть имеет 4 стойки для крепления основной платы.

Установим держатель предохранителя и датчика тока в гнездо в нижней части корпуса. Затем укладываем все провода.

Наконец, устанавливаем крышку.

Шаг 12: Финальные испытания

Подключим шнур питания счетчика к розетке.

Изменим следующие параметры из приложения Blynk:

  • Ползунок CALIBRATE, регулирует значение нулевого тока, когда нагрузка не подключена;
  • Измерим напряжение в доме с помощью мультиметра и установим значение ползунка VOLTAGE;
  • Устанавливаем коэффициент мощности;
  • Введём тариф на электроэнергию в регионе.

Затем подключим прибор к розетке счетчика.

На этом все, спасибо за внимание!

(A-z Source)

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!


About alexlevchenko

Ценю в людях честность и открытость. Люблю мастерить разные самоделки. Нравится переводить статьи, ведь кроме того, что узнаешь что-то новое - ещё и даришь другим возможность окунуться в мир самоделок.

3 ответа на “Счетчик электроэнергии на Arduino своими руками”

  1. Полностью с тобой согласен. Иногда стоимость модулей для поделки, в разы больше, чем цена готовой китайской «безделушки».
    Такие статьи, скорее учебные задачи для получения практических навыков, которые теоретически могут пригодится в дальнейшем

    1. в самого іноді заради спортивної цікавості виникає бажання щось зробити, іноді роблю, частіше спиняє ціна 🙁

      сьогодні зібрав настінний годинник з китайского модуля з плавним ходом, tp4056, літієвим аккумулятором, лінійним стабілізатором *dc-dc жирно, і зарядкою від старої мобілки. здох механічний годинник, а модулі вже були. плавний хід за кілька місяців алкалайнову батарейку в 0. а так літій як буфер, бп в розетці

  2. датчик хола на змінний струм може єресь показувать.
    ідея хороша на жальне не дуже рентабельно 🙁 модулі коштують дорожче ніж китайська розетка з віфі та ватметром.
    зараз перед тим як щось зробити дивлюсь а не дешевше купити готове. якщо більша частина досталась на халяву — чом б й ні.
    лабораторнік збирав ,бо подарували блок живлення на 1.5 квт -він сам просився, і подарували ДС, і амперметр. а якщо купити його, ардуіну, екран, ДС, ампермерт на ефекті холла, 2 проволочні підстроєчники …… то зовсім не рентабельно. результат лабораторний 30в 10А при потужнішому ДС-ДС можна було 52В 30А *бюджет би зашкалив

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *