DIY Arduino Multifunction Energy Meter V1.0: 13 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงวิธีสร้างเครื่องวัดพลังงานมัลติฟังก์ชั่นบน Arduino เครื่องวัดขนาดเล็กนี้เป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากซึ่งแสดงข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า อุปกรณ์นี้สามารถวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่มีประโยชน์ได้ 6 ค่า ได้แก่ แรงดันไฟ กระแสไฟ กำลังไฟฟ้า พลังงาน ความจุ และอุณหภูมิ อุปกรณ์นี้เหมาะสำหรับโหลด DC เช่นระบบ Solar PV เท่านั้น คุณยังสามารถใช้มิเตอร์นี้เพื่อวัดความจุของแบตเตอรี่ได้

มิเตอร์สามารถวัดแรงดันได้ตั้งแต่ 0 - 26V และกระแสไฟสูงสุด 3.2A

เสบียง

ส่วนประกอบที่ใช้:

1. Arduino Pro Micro (อเมซอน)

2. INA219 (อเมซอน)

3. 0.96 OLED (อเมซอน)

4. DS18B20 (อเมซอน)

5. แบตลิโพ (อเมซอน)

6. ขั้วเกลียว (อเมซอน)

7. ส่วนหัวหญิง / ชาย (Amazon)

8. กระดานเจาะรู (อเมซอน)

9. 24 AWG Wire (อเมซอน)

10. สวิตช์สไลด์ (Amazon)

เครื่องมือและเครื่องมือที่ใช้:

1. หัวแร้ง (อเมซอน)

2. คีมปอกสายไฟ (อเมซอน)

3. มัลติมิเตอร์ (อเมซอน)

4. เครื่องทดสอบไฟฟ้า (อเมซอน)

ขั้นตอนที่ 1: มันทำงานอย่างไร

หัวใจของเครื่องวัดพลังงานคือบอร์ด Arduino Pro Micro Arduino ตรวจจับกระแสและแรงดันโดยใช้เซ็นเซอร์กระแส INA219 และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18B20 ตรวจจับอุณหภูมิ จากแรงดันและกระแสนี้ Arduino จะทำการคำนวณเพื่อคำนวณกำลังและพลังงาน

แผนผังทั้งหมดแบ่งออกเป็น 4 กลุ่ม

1. Arduino Pro Micro

พลังงานที่จำเป็นสำหรับ Arduino Pro Micro นั้นมาจากแบตเตอรี่ LiPo/ Li-Ion ผ่านสวิตช์แบบสไลด์

2. เซ็นเซอร์ปัจจุบัน

เซ็นเซอร์ปัจจุบัน INA219 เชื่อมต่อกับบอร์ด Arduino ในโหมดการสื่อสาร I2C (ขา SDA และ SCL)

3. จอแสดงผล OLED

เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ปัจจุบัน จอแสดงผล OLED ยังเชื่อมต่อกับบอร์ด Arduino ในโหมดการสื่อสาร I2C อย่างไรก็ตาม ที่อยู่ของอุปกรณ์ทั้งสองนั้นแตกต่างกัน

4. เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

ที่นี่ฉันใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18B20 ใช้โปรโตคอลแบบสายเดียวเพื่อสื่อสารกับ Arduino

ขั้นตอนที่ 2: การทดสอบเขียงหั่นขนม

ขั้นแรกเราจะสร้างวงจรบนเขียงหั่นขนม ข้อได้เปรียบหลักของเขียงหั่นขนมแบบบัดกรีคือไม่มีบัดกรี ดังนั้น คุณสามารถเปลี่ยนการออกแบบได้อย่างง่ายดายเพียงแค่ถอดปลั๊กส่วนประกอบและสายนำออกตามที่คุณต้องการ

หลังจากทำการทดสอบเขียงหั่นขนม ฉันสร้างวงจรบนกระดานเจาะรู

ขั้นตอนที่ 3: เตรียมบอร์ด Arduino

Arduino Pro Micro มาโดยไม่ต้องบัดกรีหมุดส่วนหัว ดังนั้นคุณต้องประสานส่วนหัวเข้ากับ Arduino ก่อน

ใส่ส่วนหัวของผู้ชายโดยคว่ำด้านยาวลงในเขียงหั่นขนม เมื่อติดตั้งส่วนหัวแล้ว คุณสามารถวางบอร์ด Arduino ไว้ที่ด้านบนของหมุดส่วนหัวได้อย่างง่ายดาย จากนั้นประสานหมุดทั้งหมดเข้ากับบอร์ด Arduino

ขั้นตอนที่ 4: เตรียมส่วนหัว

ในการติดตั้ง Arduino, จอแสดงผล OLED, เซ็นเซอร์ปัจจุบัน และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ คุณต้องมีหมุดหัวตรงตัวเมีย เมื่อคุณซื้อส่วนหัวแบบตรง ส่วนประกอบจะยาวเกินไปสำหรับส่วนประกอบที่จะใช้ ดังนั้น คุณจะต้องตัดมันให้มีความยาวที่เหมาะสม ฉันใช้ก้ามตัดมัน

ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับส่วนหัว:

1. บอร์ด Arduino - 2 x 12 พิน

2. INA219 - 1 x 6 พิน

3. OLED - 1 x 4 พิน

4. อุณหภูมิ เซนเซอร์ - 1 x 3 พิน

ขั้นตอนที่ 5: ประสานส่วนหัวของหญิง

หลังจากเตรียมหมุดส่วนหัวของตัวเมียแล้ว ให้ประสานเข้ากับบอร์ดที่มีรูพรุน หลังจากบัดกรีหมุดส่วนหัวแล้ว ให้ตรวจสอบว่าส่วนประกอบทั้งหมดพอดีหรือไม่

หมายเหตุ: ฉันจะแนะนำให้ประสานเซ็นเซอร์ปัจจุบันเข้ากับบอร์ดโดยตรงแทนที่จะผ่านส่วนหัวของตัวเมีย

ฉันได้เชื่อมต่อผ่านพินส่วนหัวเพื่อใช้ INA219 ซ้ำสำหรับโครงการอื่นแล้ว

ขั้นตอนที่ 6: ติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

ฉันใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18B20 ในแพ็คเกจ TO-92 เมื่อพิจารณาถึงการเปลี่ยนที่ง่าย ฉันได้ใช้หัวต่อตัวเมีย 3 พิน แต่คุณสามารถประสานเซ็นเซอร์เข้ากับบอร์ดที่มีรูพรุนได้โดยตรง

ขั้นตอนที่ 7: บัดกรีขั้วต่อสกรู

ที่นี่ใช้ขั้วสกรูสำหรับเชื่อมต่อภายนอกกับบอร์ด การเชื่อมต่อภายนอกคือ

1. แหล่งที่มา (แบตเตอรี่ / แผงโซลาร์เซลล์)

2. โหลด

3. แหล่งจ่ายไฟให้กับ Arduino

ขั้วต่อสกรูสีน้ำเงินใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับ Arduino และขั้วต่อสีเขียวสองขั้วใช้สำหรับการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายและโหลด

ขั้นตอนที่ 8: สร้างวงจร

หลังจากบัดกรีส่วนหัวและขั้วต่อสกรูแล้ว คุณต้องต่อแผ่นอิเล็กโทรดตามแผนผังที่แสดงด้านบน

การเชื่อมต่อค่อนข้างตรงไปตรงมา

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 ผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้น 4.7K

VCC -> VCC

ในที่สุด เชื่อมต่อขั้วสกรูตามแผนผัง

ฉันใช้สายสี 24AWG เพื่อสร้างวงจร บัดกรีลวดตามแผนภาพวงจร

ขั้นตอนที่ 9: การติดตั้ง Standoffs

หลังจากบัดกรีและเดินสายแล้ว ให้ติดตั้งส่วนรองที่มุมทั้ง 4 ด้าน มันจะให้ช่องว่างที่เพียงพอต่อข้อต่อบัดกรีและสายไฟจากพื้นดิน

ขั้นตอนที่ 10: การออกแบบ PCB

ฉันได้ออกแบบ PCB แบบกำหนดเองสำหรับโครงการนี้ เนื่องจากสถานการณ์การระบาดของ COVID-19 ในปัจจุบัน ฉันไม่สามารถสั่งซื้อ PCB นี้ได้ ดังนั้นฉันยังไม่ได้ทดสอบ PCB

คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ Gerber ได้จาก PCBWay

เมื่อคุณสั่งซื้อจาก PCBWay ฉันจะได้รับเงินบริจาค 10% จาก PCBWay สำหรับผลงานของฉัน ความช่วยเหลือเล็กๆ น้อยๆ ของคุณอาจกระตุ้นให้ฉันทำงานที่ยอดเยี่ยมกว่านี้ในอนาคต ขอบคุณสำหรับความร่วมมือ.

ขั้นตอนที่ 11: พลังงานและพลังงาน

พลังงาน: พลังงานเป็นผลคูณของแรงดัน (โวลต์) และกระแส (แอมป์)

P=VxI

หน่วยของกำลังคือ วัตต์ หรือ KW

พลังงาน: พลังงานเป็นผลคูณของกำลัง (วัตต์) และเวลา (ชั่วโมง)

E= Pxt

หน่วยของพลังงานคือวัตต์ชั่วโมงหรือกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh)

ความจุ: ความจุเป็นผลคูณของกระแส (แอมป์) และเวลา (ชั่วโมง)

C = ฉัน x t

หน่วยความจุคือ Amp-Hour

ในการตรวจสอบพลังงานและพลังงานเหนือตรรกะนั้นถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์และพารามิเตอร์จะแสดงในจอแสดงผล OLED ขนาด 0.96 นิ้ว

เครดิตภาพ: imgoat

ขั้นตอนที่ 12: ซอฟต์แวร์และไลบรารี

ขั้นแรก ดาวน์โหลดโค้ดที่แนบมาด้านล่าง จากนั้นดาวน์โหลดไลบรารีต่อไปนี้และติดตั้ง

1. ห้องสมุดอดาฟรุต INA219

2. ห้องสมุด Adafruit SSD1306

3. อุณหภูมิดัลลัส

หลังจากติดตั้งไลบรารีทั้งหมดแล้ว ให้ตั้งค่าบอร์ดและพอร์ต COM ที่ถูกต้อง จากนั้นอัปโหลดโค้ด

ขั้นตอนที่ 13: การทดสอบขั้นสุดท้าย

เพื่อทดสอบบอร์ด ฉันได้เชื่อมต่อแบตเตอรี่ 12V เป็นแหล่งพลังงานและ LED 3W เป็นโหลด

แบตเตอรี่เชื่อมต่อกับขั้วต่อสกรูด้านล่าง Arduino และ LED เชื่อมต่อกับขั้วต่อสกรูด้านล่าง INA219 แบตเตอรี่ LiPo เชื่อมต่อกับขั้วสกรูสีน้ำเงินแล้วเปิดวงจรโดยใช้สวิตช์เลื่อน

คุณสามารถดูพารามิเตอร์ทั้งหมดที่แสดงบนหน้าจอ OLED

พารามิเตอร์ในคอลัมน์แรกคือ

1. แรงดันไฟฟ้า

2. ปัจจุบัน

3. พลัง

พารามิเตอร์ในคอลัมน์ที่สองคือ

1. พลังงาน

2. ความจุ

3. อุณหภูมิ

เพื่อตรวจสอบความถูกต้อง ฉันใช้มัลติมิเตอร์และเครื่องทดสอบดังที่แสดงด้านบน ความแม่นยำอยู่ใกล้พวกเขา ฉันพอใจมากกับแกดเจ็ตขนาดพกพานี้

ขอบคุณที่อ่านคำแนะนำของฉัน หากคุณชอบโครงการของฉันอย่าลืมแชร์ ความคิดเห็นและข้อเสนอแนะยินดีต้อนรับเสมอ