DIY Arduino Multifunkční měřič energie V1.0: 13 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

V tomto Instructable vám ukážu, jak vyrobit multifunkční měřič energie na bázi Arduina. Tento malý měřič je velmi užitečné zařízení, které zobrazuje důležité informace o elektrických parametrech. Zařízení může měřit 6 užitečných elektrických parametrů: napětí, proud, výkon, energie, kapacita a teplota. Toto zařízení je vhodné pouze pro stejnosměrné zátěže, jako jsou solární FV systémy. Tento měřič můžete také použít k měření kapacity baterie.

Měřič může měřit rozsah napětí od 0 do 26 V a maximální proud 3,2 A.

Zásoby

Použité komponenty:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. 0,96 OLED (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Lipo baterie (Amazon)

6. Šroubové svorky (Amazon)

7. Záhlaví žen / mužů (Amazon)

8. Perforovaná deska (Amazon)

9. 24 AWG Wire (Amazon)

10. Slide Switch (Amazon)

Použité nástroje a nástroje:

1. Páječka (Amazon)

2. Stripper (Amazon)

3. Multimetr (Amazon)

4. Elektrický tester (Amazon)

Krok 1: Jak to funguje?

Srdcem měřiče energie je deska Arduino Pro Micro. Arduino snímá proud a napětí pomocí proudového senzoru INA219 a teplotu snímá teplotní senzor DS18B20. Podle tohoto napětí a proudu dělá Arduino matematiku pro výpočet výkonu a energie.

Celé schéma je rozděleno do 4 skupin

1. Arduino Pro Micro

Potřebná energie pro Arduino Pro Micro je dodávána z LiPo/ Li-Ion baterie přes posuvný přepínač.

2. Senzor proudu

Senzor proudu INA219 je připojen k desce Arduino v komunikačním režimu I2C (pin SDA a SCL).

3. OLED displej

Podobně jako u aktuálního senzoru je OLED displej také připojen k desce Arduino v komunikačním režimu I2C. Adresa pro obě zařízení je však odlišná.

4. Teplotní senzor

Zde jsem použil teplotní senzor DS18B20. Ke komunikaci s Arduinem používá jednodrátový protokol.

Krok 2: Testování Breadboard

Nejprve si vytvoříme obvod na prkénku. Hlavní výhodou nepájivé desky je, že je bez pájky. Tak můžete snadno změnit design pouhým odpojením komponent a vodičů, jak potřebujete.

Po testování na prkénku jsem vytvořil obvod na děrované desce

Krok 3: Připravte desku Arduino

Arduino Pro Micro je dodáváno bez pájení kolíků záhlaví. Nejprve tedy musíte připájet hlavičky do Arduina.

Vložte své mužské záhlaví dlouhou stranou dolů do prkénka. Nyní, když jsou nainstalované záhlaví, můžete desku Arduino snadno umístit na místo na čepu záhlaví. Poté připájejte všechny piny k desce Arduino.

Krok 4: Připravte záhlaví

K montáži Arduina, OLED displeje, proudového senzoru a teplotního senzoru potřebujete nějaký kolíkový kolíkový konektor. Když si zakoupíte přímé záhlaví, budou příliš dlouhé na to, aby mohly být komponenty použity. Takže je budete muset zkrátit na vhodnou délku. K oříznutí jsem použil kleště.

Níže jsou uvedeny podrobnosti o hlavičkách:

1. Deska Arduino - 2 x 12 pinů

2. INA219 - 1 x 6 pinů

3. OLED - 1 x 4 piny

4. Teplota Senzor - 1 x 3 piny

Krok 5: Pájejte ženské záhlaví

Poté, co připravíte kolík samičího záhlaví, pájejte je na děrovanou desku. Po pájení kolíků záhlaví zkontrolujte, zda všechny součásti dokonale sedí nebo ne.

Poznámka: Doporučím připájet proudový senzor přímo na desku místo přes zásuvku.

Připojil jsem se přes pin záhlaví pro opětovné použití INA219 pro jiné projekty.

Krok 6: Namontujte teplotní senzor

Zde používám teplotní senzor DS18B20 v balení TO-92. Vzhledem k snadné výměně jsem použil 3kolíkovou zásuvku. Senzor ale můžete přímo připájet na děrovanou desku.

Krok 7: Pájejte šroubové svorky

Zde se používají šroubové svorky pro externí připojení k desce. Externí připojení jsou

1. Zdroj (baterie / solární panel)

2. Zatížení

3. Napájení Arduina

Modrý šroubový terminál slouží k napájení Arduina a dva zelené terminály slouží k připojení zdroje a zátěže.

Krok 8: Vytvořte obvod

Po pájení zásuvek a šroubových svorek musíte spojit podložky podle výše uvedeného schematického schématu.

Spojení jsou docela přímočará

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 přes 4,7K pull -up odpor

VCC -> VCC

Nakonec připojte šroubové svorky podle schématu.

K vytvoření obvodu jsem použil barevné vodiče 24AWG. Pájejte vodič podle schématu zapojení.

Krok 9: Montáž distančních sloupků

Po pájení a zapojení namontujte distanční sloupky ve 4 rozích. Zajistí dostatečnou vůli pájeným spojům a vodičům od země.

Krok 10: Návrh DPS

Pro tento projekt jsem navrhl vlastní desku plošných spojů. Vzhledem k současné pandemické situaci COVID-19 nemohu provést objednávku této DPS. PCB jsem tedy ještě netestoval.

Soubory Gerber si můžete stáhnout z PCBWay

Když zadáte objednávku z PCBWay, dostanu 10% dar od PCBWay za příspěvek k mé práci. Vaše malá pomoc mě může povzbudit k další úžasné práci v budoucnosti. Děkujeme za spolupráci.

Krok 11: Energie a energie

Napájení: Výkon je součinem napětí (voltů) a proudu (Amp)

P = VxI

Jednotka výkonu je Watt nebo KW

Energie: Energie je součinem energie (wattů) a času (hodiny)

E = Pxt

Jednotka energie je watthodina nebo kilowatthodina (kWh)

Kapacita: Kapacita je součinem proudu (ampér) a času (hodiny)

C = I x t

Jednotka kapacity je Amp-Hour

Pro monitorování výkonu a energie je logika implementována v softwaru a parametry jsou zobrazeny na 0,96palcovém OLED displeji.

Obrazový kredit: imgoat

Krok 12: Software a knihovny

Nejprve si stáhněte níže přiložený kód. Poté si stáhněte následující knihovny a nainstalujte je.

1. Knihovna Adafruit INA219

2. Knihovna Adafruit SSD1306

3. DallasTeplota

Po instalaci všech knihoven nastavte správnou desku a port COM a poté nahrajte kód.

Krok 13: Závěrečné testování

Pro testování desky jsem připojil 12V baterii jako zdroj a 3W LED jako zátěž.

Baterie je připojena ke šroubovému terminálu pod Arduino a LED je připojena ke šroubovému terminálu pod INA219. Baterie LiPo je připojena k modrému šroubovému terminálu a poté zapíná obvod pomocí posuvného spínače.

Na obrazovce OLED můžete vidět všechny parametry, které se zobrazují.

Parametry v prvním sloupci jsou

1. Napětí

2. Aktuální

3. Napájení

Parametry ve druhém sloupci jsou

1. Energie

2. Kapacita

3. Teplota

Ke kontrole přesnosti jsem použil svůj multimetr a tester, jak je uvedeno výše. Přesnost je jim blízká. S touto kapesní miniaplikací jsem opravdu spokojen.

Děkujeme, že jste si přečetli můj Instructable. Pokud se vám můj projekt líbí, nezapomeňte ho sdílet. Komentáře a zpětná vazba jsou vždy vítány.