Medidor de energia multifuncional DIY Arduino V1.0: 13 etapas (com imagens)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Neste Instructable, vou mostrar a você como fazer um medidor de energia multifuncional baseado em Arduino. Este pequeno medidor é um dispositivo muito útil que exibe informações importantes sobre os parâmetros elétricos. O dispositivo pode medir 6 parâmetros elétricos úteis: Tensão, Corrente, Potência, Energia, Capacidade e Temperatura. Este dispositivo é adequado apenas para cargas DC, como sistemas fotovoltaicos solares. Você também pode usar este medidor para medir a capacidade da bateria.

O multímetro pode medir até uma faixa de tensão de 0 a 26 V e uma corrente máxima de 3,2 A.

Suprimentos

Componentes usados:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. OLED de 0,96 (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Bateria Lipo (Amazon)

6. Terminais de parafuso (Amazon)

7. Cabeçalhos Feminino / Masculino (Amazon)

8. Placa perfurada (Amazon)

9. Cabo 24 AWG (Amazon)

10. Botão deslizante (Amazon)

Ferramentas e instrumentos usados:

1. Ferro de soldar (Amazon)

2. Descascador de fios (Amazon)

3. Multímetro (Amazon)

4. Testador elétrico (Amazon)

Etapa 1: Como funciona?

O coração do medidor de energia é uma placa Arduino Pro Micro. O Arduino detecta a corrente e a tensão usando o sensor de corrente INA219 e a temperatura é detectada pelo sensor de temperatura DS18B20. De acordo com essa tensão e corrente, o Arduino faz as contas para calcular a potência e a energia.

Todo o esquema é dividido em 4 grupos

1. Arduino Pro Micro

A energia necessária para o Arduino Pro Micro é fornecida por uma bateria LiPo / Li-Ion por meio de uma chave deslizante.

2. Sensor de corrente

O sensor de corrente INA219 é conectado à placa Arduino no modo de comunicação I2C (pino SDA e SCL).

3. Display OLED

Semelhante ao sensor atual, o display OLED também é conectado à placa Arduino no modo de comunicação I2C. No entanto, o endereço para ambos os dispositivos é diferente.

4. Sensor de temperatura

Aqui, usei o sensor de temperatura DS18B20. Ele usa um protocolo de um fio para se comunicar com o Arduino.

Etapa 2: teste de placa de ensaio

Primeiro, faremos o circuito em uma placa de ensaio. A principal vantagem de uma placa de ensaio sem solda é que ela não tem solda. Assim, você pode facilmente alterar o design apenas desconectando componentes e terminais conforme necessário.

Depois de fazer o teste da placa de ensaio, fiz o circuito em uma placa perfurada

Etapa 3: preparar a placa Arduino

O Arduino Pro Micro vem sem soldar o pino dos conectores. Portanto, primeiro você precisa soldar os cabeçalhos no Arduino.

Insira seus cabeçalhos masculinos com o lado mais longo para baixo em uma placa de ensaio. Agora, com os cabeçalhos instalados, você pode facilmente colocar a placa Arduino no lugar em cima do pino dos cabeçalhos. Em seguida, solde todos os pinos na placa Arduino.

Etapa 4: preparar os cabeçalhos

Para montar o Arduino, a tela OLED, o sensor de corrente e o sensor de temperatura, você precisa de um pino de cabeçote reto fêmea. Quando você compra os cabeçalhos retos, eles são muito longos para que os componentes sejam usados. Portanto, você precisará cortá-los em um comprimento apropriado. Usei uma pinça para apará-lo.

A seguir estão os detalhes sobre os cabeçalhos:

1. Placa Arduino - 2 x 12 pinos

2. INA219 - 1 x 6 pinos

3. OLED - 1 x 4 pinos

4. Temp. Sensor - 1 x 3 pinos

Etapa 5: soldar os cabeçotes femininos

Depois de preparar o pino fêmea, solde-o na placa perfurada. Depois de soldar os pinos do cabeçalho, verifique se todos os componentes se encaixam perfeitamente ou não.

Nota: Vou recomendar soldar o sensor de corrente diretamente na placa em vez de através do conector fêmea.

Eu conectei através do pino do cabeçalho para reutilização do INA219 para outros projetos.

Etapa 6: monte o sensor de temperatura

Aqui estou usando o sensor de temperatura DS18B20 no pacote TO-92. Considerando a fácil substituição, usei um cabeçalho fêmea de 3 pinos. Mas você pode soldar diretamente o sensor à placa perfurada.

Etapa 7: Solde os terminais de parafuso

Aqui, terminais de parafuso são usados para conexão externa à placa. As conexões externas são

1. Fonte (bateria / painel solar)

2. Carregar

3. Fonte de alimentação para Arduino

O terminal de parafuso azul é usado para fonte de alimentação para o Arduino e dois terminais verdes são usados para conexão de fonte e carga.

Etapa 8: faça o circuito

Depois de soldar os cabeçotes fêmeas e os terminais de parafuso, você deve unir as almofadas de acordo com o diagrama esquemático mostrado acima.

As conexões são bastante diretas

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 através de um resistor pull-up de 4,7K

VCC -> VCC

Por fim, conecte os terminais de parafuso conforme o esquema.

Usei fios coloridos 24AWG para fazer o circuito. Solde o fio de acordo com o diagrama do circuito.

Etapa 9: montagem dos espaçadores

Após a soldagem e a fiação, monte os espaçadores nos 4 cantos. Ele fornecerá espaço suficiente para as juntas de solda e fios do solo.

Etapa 10: Design de PCB

Eu projetei um PCB personalizado para este projeto. Devido à atual situação pandêmica de COVID-19, não posso fazer um pedido para este PCB. Portanto, ainda não testei o PCB.

Você pode baixar os arquivos Gerber do PCBWay

Quando você fizer um pedido da PCBWay, receberei uma doação de 10% da PCBWay por uma contribuição para o meu trabalho. Sua pequena ajuda pode me encorajar a fazer um trabalho mais incrível no futuro. Obrigado pela sua cooperação.

Etapa 11: Força e energia

Potência: a potência é o produto da tensão (volt) e da corrente (Amp)

P = VxI

Unidade de potência é Watt ou KW

Energia: a energia é o produto da potência (watt) e do tempo (hora)

E = Pxt

Unidade de energia é Watt-hora ou Quilowatt-hora (kWh)

Capacidade: a capacidade é produto da corrente (Amp) e do tempo (hora)

C = I x t

Unidade de capacidade é Amp-hora

Para monitorar a potência e a energia acima, a lógica é implementada no software e os parâmetros são exibidos em um display OLED de 0,96 polegadas.

Crédito da imagem: imgoat

Etapa 12: Software e Bibliotecas

Primeiro, baixe o código anexado abaixo. Em seguida, baixe as seguintes bibliotecas e instale-as.

1. Biblioteca Adafruit INA219

2. Biblioteca Adafruit SSD1306

3. DallasTemperature

Depois de instalar todas as bibliotecas, defina a placa e a porta COM corretas e faça upload do código.

Etapa 13: Teste Final

Para testar a placa, conectei uma bateria de 12 V como fonte e um LED de 3 W como carga.

A bateria é conectada ao terminal de parafuso abaixo do Arduino e o LED é conectado ao terminal de parafuso abaixo do INA219. A bateria LiPo é conectada ao terminal de parafuso azul e, em seguida, LIGUE o circuito usando o interruptor deslizante.

Você pode ver que todos os parâmetros são exibidos na tela OLED.

Os parâmetros da primeira coluna são

1. Tensão

2. Atual

3. Poder

Os parâmetros da segunda coluna são

1. Energia

2. Capacidade

3. Temperatura

Para verificar a precisão, usei meu multímetro e um testador conforme mostrado acima. A precisão está próxima deles. Estou muito satisfeito com este gadget de bolso.

Obrigado por ler meu Instructable. Se você gosta do meu projeto, não se esqueça de compartilhá-lo. Comentários e feedback são sempre bem-vindos.