DIY wielofunkcyjny licznik energii Arduino V1.0: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

W tej instrukcji pokażę, jak zrobić wielofunkcyjny licznik energii oparty na Arduino. Ten mały miernik to bardzo przydatne urządzenie, które wyświetla ważne informacje o parametrach elektrycznych. Urządzenie może mierzyć 6 użytecznych parametrów elektrycznych: napięcie, prąd, moc, energię, pojemność i temperaturę. To urządzenie nadaje się tylko do obciążeń DC, takich jak systemy fotowoltaiczne. Możesz również użyć tego miernika do pomiaru pojemności baterii.

Miernik może mierzyć napięcie w zakresie od 0 do 26V i maksymalny prąd 3,2A.

Kieszonkowe dzieci

Użyte komponenty:

1. Arduino Pro Micro (Amazonka)

2. INA219 (Amazonka)

3. 0.96 OLED (Amazonka)

4. DS18B20 (Amazonka)

5. Bateria Lipo (Amazonka)

6. Zaciski śrubowe (Amazonka)

7. Nagłówki żeńskie / męskie (Amazonka)

8. Płyta perforowana (Amazonka)

9. Przewód 24 AWG (Amazonka)

10. Przełącznik suwakowy (Amazonka)

Używane narzędzia i instrumenty:

1. Lutownica (Amazonka)

2. Narzędzie do ściągania izolacji (Amazonka)

3. Multimetr (Amazonka)

4. Tester elektryczny (Amazon)

Krok 1: Jak to działa?

Sercem licznika energii jest płytka Arduino Pro Micro. Arduino wykrywa prąd i napięcie za pomocą czujnika prądu INA219, a temperaturę wykrywa czujnik temperatury DS18B20. Zgodnie z tym napięciem i prądem Arduino wykonuje obliczenia matematyczne do obliczania mocy i energii.

Cały schemat jest podzielony na 4 grupy

1. Arduino Pro Micro

Zasilanie wymagane dla Arduino Pro Micro jest dostarczane z akumulatora LiPo/Li-Ion poprzez przełącznik suwakowy.

2. Czujnik prądu

Czujnik prądu INA219 jest podłączony do płytki Arduino w trybie komunikacji I2C (pin SDA i SCL).

3. Wyświetlacz OLED

Podobnie jak obecny Sensor, wyświetlacz OLED jest również podłączony do płytki Arduino w trybie komunikacji I2C. Jednak adres dla obu urządzeń jest inny.

4. Czujnik temperatury

Tutaj użyłem czujnika temperatury DS18B20. Wykorzystuje protokół one-wire do komunikacji z Arduino.

Krok 2: Testowanie deski do krojenia chleba

Najpierw zrobimy obwód na płytce do krojenia chleba. Główną zaletą płytki stykowej bez lutowania jest to, że jest bezlutowana. W ten sposób możesz łatwo zmienić projekt, po prostu odłączając komponenty i przewody, jak potrzebujesz.

Po przetestowaniu płytki prototypowej wykonałem obwód na płytce perforowanej

Krok 3: Przygotuj płytkę Arduino

Arduino Pro Micro jest dostarczany bez lutowania pinu nagłówków. Musisz więc najpierw przylutować nagłówki do Arduino.

Włóż męskie nagłówki dłuższą stroną do dołu do płytki stykowej. Teraz, po zainstalowaniu nagłówków, możesz łatwo upuścić płytkę Arduino na miejsce na pin nagłówka. Następnie przylutuj wszystkie piny do płytki Arduino.

Krok 4: Przygotuj nagłówki

Aby zamontować Arduino, wyświetlacz OLED, czujnik prądu i czujnik temperatury, potrzebujesz pinów żeńskich prostych. Kupując proste nagłówki, będą one zbyt długie, aby można było użyć komponentów. Musisz więc przyciąć je do odpowiedniej długości. Użyłem szczypiec, aby go przyciąć.

Poniżej znajdują się szczegóły dotyczące nagłówków:

1. Płytka Arduino - 2 x 12 pinów

2. INA219 - 1 x 6 pinów

3. OLED-1 x 4 piny

4. Temp. Czujnik - 1 x 3 piny

Krok 5: Przylutuj żeńskie nagłówki

Po przygotowaniu szpilki żeńskiej główki, przylutuj je do płyty perforowanej. Po przylutowaniu pinów głowicy sprawdź, czy wszystkie elementy pasują idealnie, czy nie.

Uwaga: polecam przylutować czujnik prądu bezpośrednio do płytki zamiast przez żeński nagłówek.

Połączyłem się przez pin nagłówka do ponownego wykorzystania INA219 do innych projektów.

Krok 6: Zamontuj czujnik temperatury

Tutaj korzystam z czujnika temperatury DS18B20 w pakiecie TO-92. Biorąc pod uwagę łatwą wymianę, użyłem 3-pinowego złącza żeńskiego. Ale możesz bezpośrednio przylutować czujnik do płyty perforowanej.

Krok 7: Przylutuj zaciski śrubowe

Tutaj zaciski śrubowe są używane do zewnętrznego połączenia z płytą. Połączenia zewnętrzne są

1. Źródło (bateria / panel słoneczny)

2. Załaduj

3. Zasilanie Arduino

Niebieski zacisk śrubowy służy do zasilania Arduino, a dwa zielone zaciski służą do podłączenia źródła i obciążenia.

Krok 8: Wykonaj obwód

Po przylutowaniu gniazd żeńskich i zacisków śrubowych należy połączyć pady zgodnie ze schematem przedstawionym powyżej.

Połączenia są dość proste

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL->D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 przez rezystor podciągający 4,7 K

VCC -> VCC

Na koniec podłącz zaciski śrubowe zgodnie ze schematem.

Do wykonania obwodu użyłem kolorowych przewodów 24AWG. Przylutuj przewód zgodnie ze schematem obwodu.

Krok 9: Montaż wsporników

Po lutowaniu i okablowaniu zamontuj wsporniki w 4 rogach. Zapewni dostateczny odstęp od ziemi do złączy lutowniczych i przewodów.

Krok 10: Projektowanie PCB

Zaprojektowałem niestandardową płytkę PCB do tego projektu. Ze względu na obecną sytuację pandemiczną COVID-19 nie mogę złożyć zamówienia na tę płytkę drukowaną. Więc nie testowałem jeszcze PCB.

Możesz pobrać pliki Gerber z PCBWay

Kiedy złożysz zamówienie od PCBWay, otrzymam 10% darowizny od PCBWay na wkład w moją pracę. Twoja niewielka pomoc może zachęcić mnie do dalszej pracy w przyszłości. Dziękuję za współpracę.

Krok 11: Moc i energia

Moc: Moc jest iloczynem napięcia (wolt) i prądu (Amp)

P=VxI

Jednostka mocy to Wat lub KW

Energia: Energia jest iloczynem mocy (wat) i czasu (godzina)

E= Pxt

Jednostka energii to watogodzina lub kilowatogodzina (kWh)

Pojemność: Pojemność jest iloczynem prądu (A) i czasu (godzina)

C = I x t

Jednostka pojemności to Amp-Godzina

Do monitorowania mocy i energii powyższa logika jest zaimplementowana w oprogramowaniu, a parametry wyświetlane są na 0,96-calowym wyświetlaczu OLED.

Źródło obrazu: imgoat

Krok 12: Oprogramowanie i biblioteki

Najpierw pobierz kod załączony poniżej. Następnie pobierz poniższe biblioteki i zainstaluj je.

1. Biblioteka Adafruit INA219

2. Biblioteka Adafruit SSD1306

3. Dallas Temperatura

Po zainstalowaniu wszystkich bibliotek ustaw odpowiednią płytkę i port COM, a następnie wgraj kod.

Krok 13: Testy końcowe

Aby przetestować płytkę podłączyłem akumulator 12V jako źródło i 3W diodę LED jako obciążenie.

Akumulator jest podłączony do zacisku śrubowego pod Arduino, a dioda LED jest podłączona do zacisku śrubowego pod INA219. Akumulator LiPo podłączamy do niebieskiego zacisku śrubowego, a następnie włączamy obwód za pomocą przełącznika suwakowego.

Możesz zobaczyć wszystkie parametry wyświetlane na ekranie OLED.

Parametry w pierwszej kolumnie to

1. Napięcie

2. Prąd

3. Moc

Parametry w drugiej kolumnie to

1. Energia

2. Pojemność

3. Temperatura

Aby sprawdzić dokładność, użyłem multimetru i testera, jak pokazano powyżej. Dokładność jest im bliska. Jestem naprawdę zadowolona z tego kieszonkowego gadżetu.

Dziękuję za przeczytanie mojego Instructable. Jeśli podoba Ci się mój projekt, nie zapomnij go udostępnić. Komentarze i opinie są zawsze mile widziane.