Mita ya Nishati ya Arduino - V2.0: Hatua 12 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Habari rafiki, karibu tena baada ya mapumziko marefu. Hapo awali nimechapisha Maagizo juu ya Mita ya Nishati ya Arduino ambayo ilikuwa iliyoundwa iliyoundwa kufuatilia nguvu kutoka kwa jopo la jua (DC Power) katika kijiji changu. Ilikuwa maarufu sana kwenye wavuti, watu wengi ulimwenguni kote wamejijengea wenyewe. Wanafunzi wengi wameifanya kwa mradi wao wa chuo kikuu kwa kuchukua msaada kutoka kwangu. Bado, sasa ninapokea barua pepe na ujumbe kutoka kwa watu walio na maswali kuhusu urekebishaji wa vifaa na programu kwa ufuatiliaji wa matumizi ya Nguvu ya AC.

Kwa hivyo Katika Maagizo haya, nitakuonyesha jinsi ya kutengeneza wifi rahisi iliyowezeshwa kwa mita ya Nishati ya AC kwa kutumia bodi ya Arduino / Wemos. Kwa kutumia mita hii ya Nishati, unaweza kupima matumizi ya nguvu ya vifaa vyovyote vya nyumbani. Mwisho wa mradi, nilifanya kiambatisho kizuri kilichochapishwa cha 3D kwa mradi huu.

Lengo la kuunda ufahamu zaidi juu ya matumizi ya nishati itakuwa optimization na kupunguzwa kwa matumizi ya nishati na mtumiaji. Hii itapunguza gharama zao za nishati, na vile vile kuhifadhi nishati.

Kwa kweli, vifaa vingi vya kibiashara tayari vipo kwa ufuatiliaji wa nishati, lakini nilitaka kujenga toleo langu ambalo litakuwa rahisi na la bei ya chini.

Unaweza kupata miradi yangu yote kwenye:

Hatua ya 1: Sehemu na Zana zinahitajika

Vipengele vinahitajika:

1. Wemos D1 mini pro (Amazon / Banggood)

2. Sura ya Sasa -ACS712 (Amazon)

Onyesho la OLED (Amazon / Banggood)

Ugavi wa Umeme wa 5V (Aliexpress)

5. Bodi ya Mfano - 4 x 6cm (Amazon / Banggood)

6. Waya 24 wa AWG (Amazon)

7. Pini za Kichwa (Amazon / Banggood)

8. Waya wa Jumper wa Kiume na Mwanamke (Amazon)

9. Kituo cha Parafujo (Amazon)

10. Msuguano (Banggood)

11. Kituo cha Tundu la AC

12. kuziba AC

13. Kontakt iliyobeba chemchemi (Banggood)

14. Kubadilisha Rocker (Banggood)

15. Filamu ya PLA-Fedha (GearBest)

16. Pla ya Nyekundu-Nyekundu (GearBest)

Zana zinahitajika:

1. Chuma cha Soldering (Amazon)

2. Bunduki ya Gundi (Amazon)

3. Mkata waya / Stripper (Amazon)

Printa ya 4.3D (Ubunifu CR10S)

Hatua ya 2: Jinsi inavyofanya kazi?

Mchoro wa block wa mradi mzima umeonyeshwa hapo juu.

Nguvu kutoka kwa umeme wa AC hutolewa na kupitishwa kupitia fuse ili kuzuia uharibifu wowote kwa bodi ya mzunguko wakati wa mzunguko mfupi wa bahati mbaya.

Kisha laini ya umeme ya AC inasambazwa katika sehemu mbili:

1. Kwa mzigo kupitia sensa ya sasa (ACS712)

2. Moduli ya Ugavi wa Nguvu ya AC / 5V DC

Moduli ya usambazaji wa umeme wa 5V hutoa nguvu kwa microcontroller (Arduino / Wemos), sensor ya sasa (ACS712) na onyesho la OLED.

Sasa AC inayopita kwenye mzigo inahisiwa na moduli ya sensorer ya sasa (ACS712) na kulishwa kwa pini ya analog (A0) ya bodi ya Arduino / Wemos. Mara tu pembejeo ya analog inapopewa Arduino, kipimo cha nguvu / nishati hufanywa na mchoro wa Arduino.

Nguvu na nishati iliyohesabiwa na Arduino / Wemos inaonyeshwa kwenye moduli ya kuonyesha OLED 0.96.

Chip ya Inbuilt ya Wemos imeunganishwa na Router ya Nyumbani na imeunganishwa na App ya Blynk. Kwa hivyo unaweza kufuatilia vigezo na pia kurekebisha na kurekebisha mipangilio tofauti kutoka kwa Smartphone yako kupitia OTA.

Hatua ya 3: Kuelewa Misingi ya AC

Katika uchambuzi wa mzunguko wa AC, voltage na sasa zinatofautiana sinusoidally na wakati.

Nguvu halisi (P):

Hii ni nguvu inayotumiwa na kifaa kutoa kazi muhimu. Inaonyeshwa katika kW.

Nguvu halisi = Voltage (V) x Ya sasa (I) x cosΦ

Nguvu Tendaji (Q):

Hii mara nyingi huitwa nguvu ya kufikiria ambayo ni kipimo cha nguvu zinazozunguka kati ya chanzo na mzigo, ambayo haifanyi kazi yoyote muhimu.

Nguvu inayotumika = Voltage (V) x Ya sasa (I) x sinΦ

Nguvu inayoonekana (S):

Inafafanuliwa kama bidhaa ya Voltage ya Mzizi-Maana-Mraba (RMS) na RMS ya Sasa. Hii inaweza pia kufafanuliwa kama matokeo ya nguvu halisi na tendaji. Imeonyeshwa katika kVA

Nguvu inayoonekana = Voltage (V) x Sasa (I)

Uhusiano kati ya nguvu halisi, Tendaji na inayoonekana:

Nguvu halisi = Nguvu inayoonekana x cosΦ

Nguvu Tendaji = Nguvu inayoonekana x dhambiΦ

(kVA) ² = (kW) ² + (kVAr) ²

Sababu ya Nguvu (pf):

Uwiano wa nguvu halisi kwa nguvu inayoonekana katika mzunguko huitwa sababu ya nguvu.

Kiwango cha Nguvu = Nguvu halisi / Nguvu inayoonekana

Kutoka hapo juu ni wazi kwamba, tunaweza kupima kila aina ya nguvu na sababu ya nguvu kwa kupima voltage na ya sasa.

Mkopo wa picha: openenergymonitor.org

Hatua ya 4: Sensorer ya Currrent

AC ya sasa inapimwa kwa kawaida kwa kutumia transformer ya Sasa lakini kwa mradi huu, ACS712 ilichaguliwa kama sensa ya sasa kwa sababu ya gharama yake ndogo na saizi ndogo. Sensor ya sasa ya ACS712 ni sensorer ya sasa ya Athari ya Jumba ambayo hupima kwa usahihi wakati wa kushawishi. Sehemu ya sumaku inayozunguka waya ya AC hugunduliwa ambayo inatoa voltage inayofanana ya pato la analog. Pato la voltage ya Analog kisha husindika na microcontroller kupima mtiririko wa sasa kupitia mzigo.

Ili kujua zaidi kuhusu sensa ya ACS712, unaweza kutembelea tovuti hii. Kwa maelezo bora juu ya kufanya kazi kwa sensa ya athari ya ukumbi, nimetumia picha hapo juu kutoka kwa Maabara Iliyopachikwa.

Hatua ya 5: Upimaji wa Sasa na ACS712

Pato kutoka kwa Sensor ya Sasa ya ACS712 ni wimbi la voltage ya AC. Tunapaswa kuhesabu rms ya sasa, hii inaweza kufanywa kwa njia ifuatayo.

1. Kupima kilele kwa kiwango cha juu cha voltage (Vpp)

2. Gawanya kilele kwa kiwango cha juu cha voltage (Vpp) na mbili kupata voltage ya kiwango cha juu (Vp)

3. Zidisha kwa 0.707 kupata voltage ya rms (Vrms)

Kisha kuzidisha Usikivu wa sensa ya sasa (ACS712) ili kupata rms za sasa.

Vp = Vpp / 2

Vrms = Vp x 0.707

Irms = Vrms x Usikivu

Usikivu wa moduli ya ACS712 5A ni 185mV / A, moduli 20A ni 100mV / A na moduli ya 30A ni 66mV / A.

Uunganisho wa sensa ya sasa ni kama ilivyo hapo chini

ACS712 Arduino / Wemos

VCC ------ 5V

OUT ----- A0

GND ----- GND

Hatua ya 6: Hesabu ya Nguvu na Nishati

Hapo awali nilielezea misingi ya aina anuwai ya Nguvu ya AC. Kuwa mtumiaji wa kaya, nguvu halisi (kW) ndio wasiwasi wetu kuu. Ili kuhesabu nguvu halisi tunahitaji kupima voltage ya rms, rms ya sasa na sababu ya nguvu (pF).

Kawaida, voltage kuu katika eneo langu (230V) ni karibu kila wakati (kushuka kwa thamani ni kidogo). Kwa hivyo ninaacha sensorer moja kupima voltage. Bila shaka ikiwa utashikilia sensor ya voltage, usahihi wa kipimo ni bora basi kwa upande wangu. Kwa hivyo, njia hii ni njia rahisi na rahisi ya kukamilisha mradi na kutimiza lengo.

Sababu nyingine ya kutotumia sensorer ya voltage ni kwa sababu ya upeo wa pini ya Analog ya Wemos (moja tu). Ingawa sensa ya ziada inaweza kushikamana kwa kutumia ADC kama ADS1115, kwa sasa, ninaiacha. Katika siku zijazo, nikipata wakati hakika nitaiongeza.

Sababu ya nguvu ya mzigo inaweza kubadilishwa wakati wa programu au kutoka kwa programu ya Smartphone.

Nguvu halisi (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (inajulikana)

Pf = 0.85 (inajulikana)

Irms = kusoma kutoka kwa sensa ya sasa (haijulikani)

Mkopo wa picha: imgoat

Hatua ya 7: Kuingiliana na Programu ya Blynk

Kwa kuwa bodi ya Wemos imeunda chip ya Wifi, nilifikiri kuiunganisha kwenye router yangu na kufuatilia Nishati ya vifaa vya nyumbani kutoka kwa Smartphone yangu. Faida za kutumia bodi ya Wemos badala ya Arduino ni: upimaji wa kihisi na kubadilisha kiwango cha parameter kutoka kwa smartphone kupitia OTA bila kupanga programu ndogo ya kudhibiti microcontroller.

Nilitafuta chaguo rahisi ili kila mtu aliye na uzoefu mdogo aweze kuifanya. Chaguo bora nimepata ni kutumia Programu ya Blynk. Blynk ni programu ambayo inaruhusu udhibiti kamili juu ya Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison na vifaa vingi zaidi. Ni patanifu na wote Android na iPhone. Huko Blynk kila kitu kinaendeshwa kwa nguvu ya nguvu. Unapounda akaunti mpya, unapata 2️2, 000 kuanza kujaribu; Kila Widget inahitaji Nishati fulani kufanya kazi. Kwa mradi huu, unahitaji 24️2400, kwa hivyo lazima ununue nishati ya ziada ️⚡️400 (gharama ni chini ya $ 1)

i. Upimaji - 2 x 200️200 = 400400

ii. Uonyesho wa Thamani Iliyowekwa - 2 x ⚡️400 = 800800

iii. Slider - 4 x 200️200 = 800800

iv. Menyu - 1x 400️400 = 400️400

Nishati yote inayohitajika kwa mradi huu = 400 + 800 + 800 + 400 = 24️2400

Fuata hatua zifuatazo:

Hatua-1: Pakua programu ya Blynk

1. Kwa Android

2. Kwa iPhone

Hatua-2: Pata Ishara ya Auth

Ili kuunganisha Programu ya Blynk na vifaa vyako, unahitaji ishara ya Auth. Unda akaunti mpya katika Programu ya Blynk.

2. Bonyeza ikoni ya QR kwenye mwambaa wa menyu ya juu. Unda picha ya Mradi huu kwa kutambaza nambari ya QR iliyoonyeshwa hapo juu. Mara tu ilipogunduliwa kwa mafanikio, mradi wote utakuwa kwenye simu yako mara moja.

3. Baada ya mradi huo kuundwa, tutakutumia Auth Token kupitia barua pepe.

4. Angalia kikasha chako cha barua pepe na upate Ishara ya Auth.

Hatua ya 3: Kuandaa Arduino IDE kwa Bodi ya Wemos

Ili kupakia nambari ya Arduino kwenye bodi ya Wemos, lazima ufuate Maagizo haya

Hatua-4: Sakinisha Maktaba

Kisha lazima uingize maktaba kwenye IDE yako ya Arduino

Pakua Maktaba ya Blynk

Pakua maktaba kwa OLED Onyesho: i. Adafruit_SSD1306 ii. Maktaba ya Adafruit-GFX

Hatua-5: Mchoro wa Arduino

Baada ya kusanikisha maktaba hapo juu, weka nambari ya Arduino iliyopewa hapa chini.

Ingiza nambari ya auth kutoka hatua-1, ssid na nywila ya router yako.

Kisha pakia nambari hiyo.

Hatua ya 8: Andaa Bodi ya Mzunguko

Ili kufanya mzunguko nadhifu na safi, nilitengeneza bodi ya mzunguko kwa kutumia bodi ya mfano ya cm 4x6. Kwanza niliuza Bodi ya Vichwa vya Kiume kwa Bodi ya Wemos. Kisha nikauza vichwa vya kike kwenye bodi ya mfano ili kuweka bodi tofauti:

1. Bodi ya Wemos (2 x 8 Pini Kichwa cha Kike)

2. Bodi ya Ugavi wa Umeme ya 5V DC (pini 2 + pini3 Kichwa cha Kike)

3. Moduli ya Sensorer ya Sasa (Pini 3 Kichwa cha Kike)

Onyesho la OLED (4pini Kichwa cha Kike)

Mwishowe, niliuza kiwambo cha pini 2 cha kuingiza usambazaji wa AC kwa kitengo cha usambazaji wa umeme.

Baada ya kuuza pini zote za vichwa, fanya unganisho kama inavyoonyeshwa hapo juu. Nilitumia waya wa kuuza 24 wa AWG kwa unganisho lote.

Uunganisho ni kama ifuatavyo

1. ACS712:

Wanawake wa ACS712

Vcc - 5V

Gnd - GND

Kelele - A0

Onyesho la OLED:

Wanawake wa OLED

Vcc - 5V

Gnd - GND

SCL - D1

SDA - D2

3. Moduli ya Ugavi wa Nguvu:

Pini ya pembejeo ya AC (pini 2) ya moduli ya usambazaji wa umeme iliyounganishwa na terminal ya screw.

Pato la V1pin limeunganishwa na Wemos 5V na pini ya GND imeunganishwa na pini ya Wemos GND.

Hatua ya 9: Kifungo kilichochapishwa cha 3D

Ili kutoa muonekano mzuri wa bidhaa za kibiashara, nilitengeneza kiambatisho cha mradi huu. Nilitumia Autodesk Fusion 360 kutengeneza kiunga. Ufungaji una sehemu mbili: kifuniko cha chini na cha juu. Unaweza kupakua faili za. STL kutoka Thingiverse.

Sehemu ya Chini imeundwa kutoshea PCB kuu (4 x6 cm), Sensor ya Sasa na Mmiliki wa Fuse. Kifuniko cha juu ni kuweka tundu la AC na OLED Display.

Nilitumia printa yangu ya Creality CR-10S 3D na PLA ya fedha 1.75 mm na filamenti nyekundu ya PLA kuchapisha sehemu hizo. Ilinichukua kama masaa 5 kuchapisha mwili kuu na karibu masaa 3 kuchapisha kifuniko cha juu.

Mipangilio yangu ni:

Kasi ya kuchapisha: 60 mm / s

Urefu wa Tabaka: 0.3

Jaza wiani: 100%

Joto la Extruder: 205 degC

Kitanda cha kitanda: 65 degC

Hatua ya 10: Mchoro wa Wiring wa AC

Kamba ya umeme ya AC ina waya 3: Line (nyekundu), Neutral (nyeusi) na Ground (kijani).

Waya nyekundu kutoka kwa kamba ya nguvu imeunganishwa na terminal moja ya fuse. Kituo kingine cha fuse kimeunganishwa na chemchemi iliyobeba viunganisho viwili vya wastaafu. Waya mweusi umeunganishwa moja kwa moja na kontakt iliyobeba chemchemi.

Sasa nguvu inayohitajika kwa bodi ya mzunguko (Wemos, OLED, na ACS712) imezimwa baada ya kiunganishi kilichosheheni chemchemi. Ili kutenganisha bodi kuu ya mzunguko, swichi ya rocker imeunganishwa kwa safu. Tazama mchoro wa mzunguko hapo juu.

Kisha waya mwekundu (laini) umeunganishwa na tundu la AC "L" na waya wa kijani (ardhi) imeunganishwa na kituo cha katikati (kilichowekwa alama kama G).

Kituo cha upande wowote kimeunganishwa na terminal moja ya sensa ya sasa ya ACS712. Kituo kingine cha ACS712 kimeunganishwa tena kwenye kontakt iliyojaa chemchemi.

Wakati miunganisho yote ya nje imekamilika fanya ukaguzi wa uangalifu sana wa bodi na usafishe ili kuondoa mabaki ya mtiririko wa soldering.

Kumbuka: Usiguse sehemu yoyote ya mzunguko wakati iko chini ya nguvu. Kugusa kwa bahati mbaya kunaweza kusababisha kuumia vibaya au kifo. Kuwa salama wakati wa kufanya kazi, sitawajibika kwa upotezaji wowote.

Hatua ya 11: Sakinisha Vipengele vyote

Ingiza vifaa (Soketi ya AC, Rocker switch, na OLED Display) kwenye sehemu za juu za kifuniko kama inavyoonyeshwa kwenye picha. Kisha salama screws. Sehemu ya chini ina msimamo 4 wa kuweka bodi kuu ya PCB. Kwanza, ingiza msimamo wa shaba kwenye shimo kama inavyoonyeshwa hapo juu. Kisha salama 2M screw kwenye pembe nne.

Weka Kishikiliaji cha Fuse na sensorer ya Sasa kwenye nafasi inayotolewa kwenye kiambatisho cha chini. Nilitumia mraba wa kuweka 3M kuziweka kwenye msingi. Kisha pita waya zote vizuri.

Mwishowe, weka kifuniko cha juu na salama karanga 4 (3M x16) kwenye pembe.

Hatua ya 12: Upimaji wa Mwisho

Chomeka kamba ya umeme ya mita ya Nishati kwa duka kuu.

Badilisha vigezo vifuatavyo kutoka kwa programu ya Blynk

1. Telezesha kitelezi cha CALIBRATE kupata sifuri ya sasa wakati hakuna mzigo umeunganishwa.

2. Pima voltage ya usambazaji wa AC nyumbani kwa kutumia multimeter na uweke kwa kutelezesha kitelezi cha VOLTAGE YA VIFAA.

3. Weka Nguvu ya Nguvu

4. Ingiza ushuru wa nishati kwenye eneo lako.

Kisha ingiza kifaa ambacho nguvu yake inaweza kupimwa kwa tundu kwenye mita ya Nishati. Sasa uko tayari kupima nguvu inayotumiwa nayo.

Natumahi ulifurahiya kusoma juu ya mradi wangu kama vile nilivyofurahiya wakati wa kuijenga.

Ikiwa una maoni yoyote ya maboresho, tafadhali toa maoni hapa chini. Asante!

Mkimbiaji Juu katika Mashindano ya Microcontroller