Dispositivo de medidor elétrico de custo de energia Arduino: 13 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

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Faça seu próprio medidor elétrico de custo de energia portátil!

Veja como descobri o uso deste aparelho.

Etapa 1: Preparação. Ferramentas Parafusos e consumíveis

Você precisa de várias coisas para fazer este projeto.

• Computador doméstico com XOD IDE instalado.
• impressora 3d.

Ferramentas:

• Clippers.
• Chave de fenda.
• Alicates.
• Ferramentas de solda.
• Arquivo de agulha.

Consumíveis:

• Lixa.
• Tubos retráteis.
• Fios de 14 AWG ou menos para circuito de 220V.
• Fios de 24 ou 26 AWG para circuito lógico de 5V.

Parafusos:

• Parafuso M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm de comprimento.
• Parafuso M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) Comprimento de 10 mm.
• Parafuso M2 / M2.5 (DIN7981 ou outro).
• Porca hexagonal M3 (DIN 934 / DIN 985).

Etapa 2: Preparação. Eletrônicos

Para criar o dispositivo, você precisa de alguns componentes eletrônicos. Vamos descobrir quais.

Em primeiro lugar, você precisa de um sensor de corrente CA.

O dispositivo pode funcionar com alta corrente, então o sensor deve ser adequado. Na internet, encontrei um sensor ACS712 fabricado pela Allegro.

1 x intervalo de 20A Módulo do sensor de corrente ACS712 ~ 9 $;

Este sensor é analógico e mede a corrente usando o efeito Hall. Ele usa um fio para transmitir o valor medido. Pode não ser muito preciso, mas acho que é o suficiente para tal dispositivo. O sensor ACS712 pode ser de três tipos com diferentes limites máximos de medição:

• ACS712ELCTR-05B (5 amperes máx.);
• ACS712ELCTR-20A (máximo de 20 amperes);
• ACS712ELCTR-30A (30 amperes máx.).

Você pode escolher a versão de que precisa. Eu uso a versão de 20 amp. Não acho que a corrente nos meus soquetes exceda esse valor.

Você precisa de um controlador para ler os dados do sensor e realizar todos os outros cálculos.

Claro, escolhi o Arduino. Acho que não há nada mais conveniente para esses projetos DIY. Minha tarefa não é difícil, então não preciso de uma prancha sofisticada. Comprei o Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20 $;

O Arduino é alimentado por voltagem DC de até 12V enquanto eu ia medir a voltagem AC 220V. Além disso, o sensor ACS deve ser alimentado por 5 volts exatos. Para resolver o problema, comprei o conversor AC para DC de 220 para 5 volts.

1 x AC para DC Entrada de alimentação do módulo: AC86-265V Saída: 5V 1A ~ 7 $;

Eu uso este conversor para alimentar o Arduino e o sensor.

Para visualizar minhas medidas, exibo a quantidade de dinheiro gasta em uma tela. Eu uso este display LCD de 8x2 caracteres.

1 x 0802 LCD Módulo de exibição de LCD de 8x2 caracteres 5V ~ 9 $;

Este é pequeno, compatível com a tela do Arduino. Ele usa seu próprio barramento de dados para se comunicar com o controlador. Além disso, esta tela possui uma luz de fundo que pode ser de cores diferentes. Eu peguei o laranja.

Etapa 3: Preparação. Sonetores

O dispositivo deve ter seu próprio plugue e tomada.

É bastante desafiador fazer uma conexão de plugue confiável e de qualidade em casa. Além disso, eu queria que o dispositivo fosse portátil e compacto, sem cabos e fios.

Decidi comprar alguns soquetes e plugues universais na loja de ferragens para desmontá-los e usar suas peças. Os conectores que comprei são do tipo F ou como são chamados Shuko. Esta conexão é usada em toda a União Europeia. Existem diferentes tipos de conectores, por exemplo, os tipos A ou B são um pouco menores que F e são usados na América do Norte. As dimensões internas dos soquetes e as dimensões externas dos plugues são padronizadas para todos os conectores do tipo.

Para obter mais informações, você pode ler sobre os diferentes tipos de soquete aqui.

Desmontando alguns soquetes, descobri que suas partes internas podem ser facilmente removidas. Essas peças têm quase as mesmas dimensões mecânicas. Decidi usá-los.

Então, para criar seu próprio dispositivo, você precisa:

• Escolha o tipo de conexão;
• Encontre plugues e soquetes que você possa usar e que possam ser facilmente desmontados;
• Remova suas partes internas.

Eu usei este soquete:

1 x plugue fêmea aterrado 16A 250V ~ 1 $;

E este plugue:

1 x plugue macho 16A 250V ~ 0, 50 $;

Etapa 4: Preparação. impressao 3D

Imprimi partes do corpo do dispositivo em uma impressora 3D. Usei plástico ABS de cores diferentes.

Aqui está a lista de peças:

• Corpo principal (roxo) - 1 peça;
• Capa traseira (amarela) - 1 peça;
• Caixa de soquete (rosa) - 1 peça;
• Caixa do plugue (vermelha) - 1 peça;

O corpo principal possui orifícios de rosca para prender o sensor de corrente e a tampa traseira.

A tampa traseira tem orifícios de rosca para prender o conversor AC-DC e uma junta de encaixe para prender o Arduino Micro.

Todas as peças têm orifícios para parafusos M3 para fixar a tela, plugue e caixas de soquete.

Preste atenção à caixa do soquete e às peças da caixa do plugue.

As superfícies internas dessas peças são pré-modeladas especificamente para meus conectores. Para os conectores desmontados da etapa anterior.

Assim, se você quiser fazer seu próprio dispositivo e seus conectores de plugue e soquete forem diferentes dos meus, você precisa consertar ou modificar os modelos 3D de caixa de soquete e caixa de plugue.

Os modelos STL estão no anexo. Se for necessário, posso anexar os modelos CAD de origem.

Etapa 5: montagem. Caixa de soquete

A lista de materiais:

1. Caixa de encaixe impressa em 3D - 1 peça;
2. Soquete - 1 peça;
3. Fios de alta tensão (14 AWG ou menos).

Processo de montagem:

Olhe o esboço. A imagem vai te ajudar na montagem.

• Prepare a tomada (pos. 2). O soquete deve se encaixar firmemente na caixa até a borda do batente. Se necessário, processe o contorno do alvéolo com uma lixa ou lima de agulha.
• Conecte os fios de alta tensão ao soquete. Use blocos de terminais ou solda.
• Insira a tomada (pos. 2) na caixa (pos. 1).

Opcional:

Fixe o soquete na caixa com um parafuso através da plataforma da caixa

Etapa 6: montagem. Corpo Principal

A lista de materiais:

1. Corpo principal impresso em 3D - 1 peça;
2. Caixa de soquete montada - 1 peça;
3. Sensor de corrente ACS 712 - 1 peça;
4. Visor LCD 8x2 - 1 peça;
5. Parafuso M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 20 mm de comprimento - 4 peças.
6. Parafuso M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm de comprimento - 4 peças.
7. Parafuso M2 / M2.5 (DIN7981 ou outro) - 2 peças.
8. Porca hexagonal M3 (DIN 934 / DIN 985) - 8 peças.
9. Fios de 24 ou 26 AWG.
10. Fios de alta tensão (14 AWG ou menos).

Processo de montagem:

Olhe o esboço. A imagem vai te ajudar na montagem.

• Prepare o orifício grande no corpo principal (pos. 1). A caixa de soquete montada deve se encaixar firmemente nela. Se necessário, processe o contorno do furo com uma lixa ou lima de agulha.
• Insira a caixa da tomada (pos. 2) no corpo principal (pos. 1) e fixe-a com parafusos (pos. 6) e porcas (pos. 8).
• Ligue os fios de alta tensão ao sensor de corrente (pos. 3). Use blocos de terminais.
• Fixe o sensor de corrente (pos. 3) com o corpo principal (pos. 1) usando parafusos (pos. 7).
• Ligue ou solde os fios ao ecrã (pos. 4) e ao sensor de corrente (pos. 3)
• Fixe o visor (pos. 4) com o corpo principal (pos. 1) usando parafusos (pos. 5) e porcas (pos. 8).

Etapa 7: montagem. Plug Case

A lista de materiais:

1. Caixa de plugue impressa em 3D - 1 peça;
2. Plug - 1 peça;
3. Fios de alta tensão (14 AWG ou menos).

Processo de montagem:

Olhe o esboço. A imagem vai te ajudar na montagem.

• Prepare a ficha (pos. 2). O plugue deve se encaixar firmemente na caixa até o fim. Se necessário, processe o contorno do alvéolo com uma lixa ou lima de agulha.
• Ligue os fios de alta tensão à ficha (pos. 2). Use blocos de terminais ou solda.
• Insira a ficha (pos. 2) na caixa (pos. 1).

Opcional:

Fixe a ficha na caixa com um parafuso. O local para aparafusar é mostrado no esboço

Etapa 8: montagem. Contracapa

A lista de materiais:

1. Capa traseira impressa em 3D - 1 peça;
2. Caixa de plugue montada - 1 peça;
3. Conversor de tensão AC-DC - 1 peça;
4. Arduino Micro - 1 peça;
5. Parafuso M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10 mm de comprimento - 4 peças.
6. Parafuso M2 / M2.5 (DIN7981 ou outro) - 4 peças.
7. Porca hexagonal M3 (DIN 934 / DIN 985) - 4 peças.

Processo de montagem:

Olhe o esboço. A imagem vai te ajudar na montagem.

• Prepare o orifício grande na tampa posterior (pos. 1). A caixa do plugue montada (pos. 2) deve se encaixar bem. Se necessário, processe o contorno do furo com uma lixa ou lima de agulha.
• Insira a caixa da ficha (pos. 2) na tampa posterior (pos. 1) e fixe-a com parafusos (pos. 5) e porcas (pos. 7).
• Anexe o Arduino (pos. 4) à tampa traseira (pos. 1) usando a conexão de encaixe.
• Fixe o conversor de tensão AC-DC (pos. 3) à tampa posterior (pos. 1) com parafusos (pos. 6).

Etapa 9: montagem. De solda

A lista de materiais:

1. Fios de alta tensão (14 AWG ou menos).
2. Fios de 24 ou 26 AWG.

Montagem:

Solde todos os componentes juntos, como é mostrado no esboço.

Os fios de alta tensão do plugue são soldados ao conversor AC-DC e aos cabos do soquete.

O ACS712 é um sensor de corrente analógico e é alimentado por 5V. Você pode alimentar o sensor do Arduino ou do conversor AC-DC diretamente.

• Pino Vcc - pino 5V Arduino / pino 5V AC-DC;
• GND - pino GND Arduino / pino GND AC-DC;
• OUT - pino analógico A0 Arduino;

O display LCD LCD de 8x2 caracteres é alimentado por 3,3-5V e possui barramento de dados próprio. O display pode se comunicar no modo de 8 bits (DB0-DB7) ou 4 bits (DB4-DB7). Usei um de 4 bits. Você pode alimentar o display a partir do Arduino ou do conversor AC-DC.

• Pino Vcc - pino 5V Arduino / pino 5V AC-DC;
• GND - pino GND Arduino / pino GND AC-DC;
• Vo - pino GND Arduino / pino GND AC-DC;
• R / W - pino GND Arduino / pino GND AC-DC;
• RS - 12 pinos digitais do Arduino;
• E - pino digital 11 do Arduino;
• DB4 - pino digital 5 do Arduino;
• DB5 - pino digital de 4 Arduino;
• DB6 - pino digital de 3 Arduino;
• DB7 - pino digital de 2 Arduino;

Notificação:

Não se esqueça de isolar todos os fios de alta tensão com tubos retráteis! Além disso, isole os contatos soldados de alta tensão no conversor de tensão CA-CC. Além disso, isole os contatos soldados de alta tensão no conversor de tensão CA-CC.

Tenha cuidado com 220V. A alta tensão pode matar você!

Não toque em nenhum componente eletrônico quando o dispositivo estiver conectado à rede elétrica.

Não conecte o Arduino a um computador quando o dispositivo estiver conectado à rede elétrica.

Etapa 10: montagem. Terminar

A lista de materiais:

1. Corpo principal montado - 1 peça;
2. Capa traseira montada - 1 peça;
3. Parafuso M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) 10mm de comprimento - 4 peças.

Processo de montagem:

Olhe o esboço. A imagem vai te ajudar na montagem.

• Depois de terminar a soldadura, coloque todos os fios de forma segura no corpo principal (pos. 1).
• Certifique-se de que não haja contatos abertos em qualquer lugar. Os fios não devem se cruzar e seus locais abertos não devem entrar em contato com o corpo de plástico.
• Fixe a tampa traseira (pos. 2) ao corpo principal (pos. 1) com parafusos (pos. 3).

Etapa 11: XOD

Para programar controladores Arduino, uso o ambiente de programação visual XOD. Se você é novo na engenharia elétrica ou talvez apenas goste de escrever programas simples para controladores Arduino como eu, experimente o XOD. É o instrumento ideal para prototipagem rápida de dispositivos.

No XOD, você pode criar programas diretamente na janela do navegador. Pessoalmente, prefiro a versão desktop.

Para meu dispositivo ECEM, criei a biblioteca gabbapeople / medidor de eletricidade em XOD. Esta biblioteca contém todos os nós de que você precisa para fazer o mesmo programa. Também inclui o exemplo de programa preparado. Portanto, certifique-se de adicioná-lo ao seu espaço de trabalho XOD.

Processo:

• Instale o software XOD IDE em seu computador.
• Adicione a biblioteca gabbapeople / medidor de eletricidade à área de trabalho.
• Crie um novo projeto e chame-o de smth.

A seguir, descreverei como programar este dispositivo em XOD.

Também anexei a captura de tela com a versão estendida do programa na última etapa instrutível.

Etapa 12: Programação

Aqui estão os nós de que você precisa:

O nó do sensor de corrente acs712-20a-ac-ac

Este é o primeiro nó a ser colocado no patch. É usado para medir a corrente momentânea. Nesta biblioteca, existem 3 tipos diferentes de nós. Eles diferem no tipo de tampa de medição de amperagem. Escolha aquele que corresponde ao seu tipo de sensor. Eu coloco o nó do sensor de corrente acs712-20a-ac. Este nó emite um valor da intensidade da corrente em amperes.

No pino PORT deste nó, devo colocar o valor do pino Arduino Micro ao qual conectei meu sensor atual. Soldei o pino de sinal do sensor ao pino A0 do Arduino, então coloquei o valor A0 no pino PORT.

O valor no pino UPD deve ser definido como Continuamente, para medir a intensidade da corrente continuamente após ligar o dispositivo. Também para medição AC, preciso especificar a frequência. Na minha rede elétrica, a frequência AC é igual a 50 Hz. Eu coloquei o valor 50 no pino de FRQ de frequência.

O nó de multiplicação

Calcula a energia elétrica. A energia elétrica é o produto da multiplicação entre a corrente e a voltagem.

Coloque o nó de multiplicação e conecte um de seus pinos ao nó do sensor e coloque o valor da tensão CA no segundo pino. Eu coloquei o valor 230. Refere-se à tensão na minha rede elétrica.

O nó integration-dt

Com dois nós anteriores, a corrente e a potência do dispositivo podem ser medidos instantaneamente. Mas, você precisa calcular como o consumo de energia muda ao longo do tempo. Para isso, você pode integrar o valor instantâneo de energia usando o nó integrate-dt. Este nó acumulará o valor de energia atual.

O pino UPD dispara uma atualização de valor acumulado, enquanto o pino RST redefine o valor acumulado para zero.

O nó to-money

Após a integração, na saída do nó integration-dt, você obtém o consumo de energia elétrica em watts por segundo. Para tornar mais conveniente contar o dinheiro gasto, coloque o nó to-money no patch. Este nó converte o consumo de energia de watts por segundo em quilowatts por hora e multiplica o valor acumulado pelo custo de um quilowatt por hora.

Coloque o preço de um quilowatt por hora no pino PRC.

Com o nó to-money, o valor acumulado do consumo de eletricidade é convertido na quantidade de dinheiro gasta. Este nó gera a saída em dólares.

Tudo o que você precisa fazer é exibir esse valor no visor da tela.

O nó text-lcd-8x2

Usei display LCD com 2 linhas e 4 8 caracteres. Eu coloquei o nó text-lcd-8x2 para este display e configurei todos os valores de pino de porta. Os pinos dessa porta correspondem às micro portas do Arduino às quais a tela está soldada.

Na primeira linha do display, no pino L1, escrevi a string “Total:”.

Liguei o pino de saída do nó to-money ao pino L2, para mostrar a quantidade de dinheiro na segunda linha do display.

O patch está pronto.

Pressione Implementar, escolha o tipo de placa e carregue-o no dispositivo.

Etapa 13: Programa estendido

Você pode estender o programa da etapa anterior por conta própria. Por exemplo, veja a imagem em anexo.

Como o patch pode ser modificado?

• Vincule a saída do sensor de corrente acs712-20a-ac diretamente ao nó de exibição para emitir o valor da corrente momentânea na tela sem outros cálculos.
• Vincule a saída do nó de multiplicação diretamente ao nó de exibição para produzir energia elétrica que é consumida agora;
• Vincule a saída do nó integration-dt diretamente ao nó de exibição para gerar o valor de consumo acumulado;
• Reinicie o contador pressionando um botão. É uma boa ideia, mas esqueci de adicionar um local para um botão no meu dispositivo =). Coloque o nó do botão no patch e vincule seu pino PRS ao pino RST do nó integrate-dt.
• Você pode criar um dispositivo com uma tela maior que 8x2 e exibir todos os parâmetros ao mesmo tempo. Se você for usar a tela 8x2 como eu, use os nós concat, format-number, pad-with-zeros para ajustar todos os valores em linhas.

Faça seu próprio aparelho e descubra a técnica mais gananciosa em casa!

Você pode achar este dispositivo muito útil em casa para economizar eletricidade.

Vejo você em breve.