جهاز عداد كهرباء Arduino لتكلفة الطاقة: 13 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

هل تدفع الكثير على فواتير الكهرباء الخاصة بك؟

هل تريد معرفة مقدار الكهرباء التي تستهلكها الغلاية أو السخان؟

اصنع عداد الكهرباء المحمول الخاص بك لتكلفة الطاقة!

شاهد كيف وجدت استخدام هذا الجهاز.

الخطوة الأولى: التحضير. أدوات البراغي والمواد الاستهلاكية

أنت بحاجة إلى عدة أشياء لعمل هذا المشروع.

• كمبيوتر منزلي مثبت عليه XOD IDE.
• طابعة 3D.

أدوات:

• كليبرز.
• مفك براغي.
• كماشة.
• أدوات اللحام.
• ملف إبرة.

مستهلكات:

• ورق زجاج.
• يتقلص الأنابيب.
• 14 سلكًا AWG أو أقل لدائرة 220 فولت.
• 24 أو 26 أسلاك AWG لدائرة منطقية 5V.

مسامير:

• برغي M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) بطول 20 مم.
• برغي M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) بطول 10 مم.
• برغي M2 / M2.5 (DIN7981 أو غيره).
• صمولة سداسية M3 (DIN 934 / DIN 985).

الخطوة الثانية: التحضير. إلكترونيات

لإنشاء الجهاز ، تحتاج إلى بعض المكونات الإلكترونية. دعونا نتعرف على أي منها.

بادئ ذي بدء ، أنت بحاجة إلى مستشعر تيار متردد.

يمكن للجهاز أن يعمل بتيار عالٍ ، لذا يجب أن يكون المستشعر مناسبًا. على الإنترنت ، عثرت على مستشعر ACS712 تم تصنيعه بواسطة Allegro.

1 × 20A المدى الحالي الاستشعار وحدة ACS712 ~ 9 دولار ؛

هذا المستشعر تناظري ويقيس التيار باستخدام تأثير هول. يستخدم سلكًا واحدًا لنقل القيمة المقاسة. قد لا يكون دقيقًا للغاية ، لكنني أعتقد أنه كافٍ لمثل هذا الجهاز. يمكن أن يكون حساس ACS712 من ثلاثة أنواع بحد أقصى مختلف للقياس:

• ACS712ELCTR-05B (5 أمبير كحد أقصى) ؛
• ACS712ELCTR-20A (20 أمبير كحد أقصى) ؛
• ACS712ELCTR-30A (30 أمبير كحد أقصى).

يمكنك اختيار الإصدار الذي تحتاجه. أنا استخدم نسخة 20 أمبير. لا أعتقد أن التيار في مآخذي يتجاوز هذه القيمة.

أنت بحاجة إلى وحدة تحكم لقراءة بيانات المستشعر وإجراء جميع العمليات الحسابية الأخرى.

بالطبع ، اخترت Arduino. أعتقد أنه لا يوجد شيء أكثر ملاءمة لمشاريع DIY هذه. مهمتي ليست صعبة ، لذلك لست بحاجة إلى لوحة فاخرة. اشتريت Arduino Micro.

1 × Arduino Micro ~ 20 دولارًا ؛

يتم تشغيل Arduino بجهد تيار مستمر يصل إلى 12 فولت بينما كنت سأقيس جهد التيار المتردد 220 فولت. علاوة على ذلك ، يجب أن يتم تشغيل مستشعر ACS بواسطة 5 فولت بالضبط. لحل المشكلة ، اشتريت محول التيار المتردد إلى التيار المستمر من 220 إلى 5 فولت.

1 × AC إلى DC وحدة تزويد الطاقة الإدخال: AC86-265V الإخراج: 5V 1A ~ 7 $ ؛

أستخدم هذا المحول لتشغيل Arduino وجهاز الاستشعار.

لتصور قياساتي ، أعرض مقدار الأموال التي تم إنفاقها على الشاشة. أستخدم شاشة LCD مقاس 8 × 2 حرف.

1 × 0802 LCD 8x2 شخصية شاشة عرض LCD 5V ~ 9 $ ؛

هذا صغير ومتوافق مع شاشة Arduino. يستخدم ناقل البيانات الخاص للتواصل مع وحدة التحكم. أيضًا ، تحتوي هذه الشاشة على إضاءة خلفية يمكن أن تكون بألوان مختلفة. حصلت على البرتقالية.

الخطوة الثالثة: التحضير. Sonnectors

يجب أن يكون للجهاز قابس ومقبس طاقة خاص به.

من الصعب جدًا إجراء اتصال قابس عالي الجودة وموثوق في المنزل. أيضًا ، كنت أرغب في أن يكون الجهاز محمولًا ومضغوطًا بدون أي أسلاك أو أسلاك.

قررت شراء بعض المقابس والمقابس العامة في متجر الأجهزة لتفكيكها لاستخدام أي من أجزائها. الموصلات التي اشتريتها من النوع F أو كما يطلق عليها Shuko. يتم استخدام هذا الاتصال في جميع أنحاء الاتحاد الأوروبي. هناك أنواع مختلفة من الموصلات ، على سبيل المثال ، الأنواع A أو B أصغر قليلاً من F وتستخدم في أمريكا الشمالية. الأبعاد الداخلية للمآخذ والأبعاد الخارجية للمقابس موحدة لجميع الموصلات من النوع.

لمزيد من المعلومات ، يمكنك أن تقرأ عن أنواع مختلفة من المقابس هنا.

عند تفكيك بعض المقابس ، وجدت أنه يمكن إزالة أجزائها الداخلية بسهولة. هذه الأجزاء لها نفس الأبعاد الميكانيكية تقريبًا. قررت استخدامها.

لذلك ، لإنشاء جهاز خاص ، تحتاج إلى:

• اختر نوع الاتصال ؛
• اعثر على المقابس والمآخذ التي يمكنك استخدامها ، والتي يمكن فكها بسهولة ؛
• قم بإزالة أجزائها الداخلية.

لقد استخدمت هذا المقبس:

1 × مقبس أنثى مؤرض 16A 250V ~ 1 $ ؛

وهذا القابس:

1 × قابس ذكر 16A 250V ~ 0 ، 50 $ ؛

الخطوة 4: التحضير. طباعة ثلاثية الأبعاد

لقد قمت بطباعة أجزاء من الجهاز على طابعة ثلاثية الأبعاد. لقد استخدمت بلاستيك ABS بألوان مختلفة.

فيما يلي قائمة الأجزاء:

• الجسم الرئيسي (أرجواني) - قطعة واحدة ؛
• الغطاء الخلفي (أصفر) - قطعة واحدة ؛
• علبة مقبس (وردي) - قطعة واحدة ؛
• علبة التوصيل (حمراء) - قطعة واحدة ؛

يحتوي الجسم الرئيسي على فتحات ملولبة لربط المستشعر الحالي والغطاء الخلفي.

يحتوي الغطاء الخلفي على فتحات لولبية لربط محول التيار المتردد والتيار المتردد ومفصل تثبيت لتوصيل Arduino Micro.

تحتوي جميع الأجزاء على فتحات لمسامير M3 لإصلاح حالات العرض والمقبس والمقبس.

انتبه إلى علبة المقبس وأجزاء علبة التوصيل.

تم تصميم الأسطح الداخلية لهذه الأجزاء مسبقًا خصيصًا للموصلات الخاصة بي. لتلك الموصلات المفككة من الخطوة السابقة.

وبالتالي ، إذا كنت ترغب في إنشاء جهاز خاص وتختلف موصلات التوصيل والمقبس عن جهازي ، فأنت بحاجة إلى إصلاح أو تعديل علبة المقبس ونماذج ثلاثية الأبعاد لعلبة التوصيل.

نماذج STL في المرفق. إذا لزم الأمر ، يمكنني إرفاق نماذج CAD المصدر.

الخطوة 5: التجميع. حالة المقبس

قائمة المواد:

1. علبة مقبس مطبوعة ثلاثية الأبعاد - قطعة واحدة ؛
2. مقبس - قطعة واحدة ؛
3. أسلاك عالية الجهد (14 AWG أو أقل).

عملية التجميع:

انظر إلى الرسم. سوف تساعدك الصورة في التجميع.

• تحضير المقبس (مفتاح 2). يجب أن يثبت المقبس بإحكام في العلبة حتى حافة التوقف. إذا لزم الأمر ، قم بمعالجة محيط المقبس بورق صنفرة أو ملف إبرة.
• قم بتوصيل أسلاك الجهد العالي بالمقبس. استخدم الكتل الطرفية أو اللحام.
• أدخل المقبس (مفتاح 2) في العلبة (مفتاح 1).

اختياري:

ثبت المقبس في العلبة بمسمار من خلال المنصة الموجودة في العلبة

الخطوة 6: التجميع. الجسم الرئيسي

قائمة المواد:

1. الجسم الرئيسي المطبوع ثلاثي الأبعاد - قطعة واحدة ؛
2. علبة مقبس مجمعة - قطعة واحدة ؛
3. مستشعر التيار ACS 712 - قطعة واحدة ؛
4. شاشة عرض LCD مقاس 8 × 2 - قطعة واحدة ؛
5. برغي M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) طول 20 مم- 4 قطع.
6. برغي M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) بطول 10 مم - 4 قطع.
7. برغي M2 / M2.5 (DIN7981 أو غيره) - قطعتان.
8. صامولة سداسية M3 (DIN 934 / DIN 985) - 8 قطع.
9. 24 أو 26 AWG الأسلاك.
10. أسلاك عالية الجهد (14 AWG أو أقل).

عملية التجميع:

انظر إلى الرسم. سوف تساعدك الصورة في التجميع.

• جهز الفتحة الكبيرة في الجسم الرئيسي (مفتاح 1). يجب أن يتلاءم صندوق المقبس المُجمَّع بداخله بإحكام. إذا لزم الأمر ، قم بمعالجة محيط الثقب بورق صنفرة أو ملف إبرة.
• أدخل صندوق المقبس (مفتاح 2) في الجسم الرئيسي (مفتاح 1) وقم بربطه باستخدام البراغي (مفتاح 6) والصواميل (البند 8).
• قم بتوصيل أسلاك الجهد العالي بجهاز الاستشعار الحالي (مفتاح 3). استخدم الكتل الطرفية.
• اربط مستشعر التيار (مفتاح 3) بالجسم الرئيسي (مفتاح 1) باستخدام البراغي (مفتاح 7).
• قم بتوصيل أو لحام الأسلاك بالشاشة (مفتاح 4) والمستشعر الحالي (مفتاح 3)
• اربط الشاشة (المفتاح 4) بالجسم الرئيسي (المفتاح 1) باستخدام البراغي (المفتاح 5) والصواميل (البند 8).

الخطوة 7: التجميع. حالة التوصيل

قائمة المواد:

1. علبة سدادة مطبوعة ثلاثية الأبعاد - قطعة واحدة ؛
2. قابس - قطعة واحدة ؛
3. أسلاك عالية الجهد (14 AWG أو أقل).

عملية التجميع:

انظر إلى الرسم. سوف تساعدك الصورة في التجميع.

• تحضير القابس (مفتاح 2). يجب أن يثبت القابس بإحكام في العلبة حتى التوقف. إذا لزم الأمر ، قم بمعالجة محيط المقبس بورق صنفرة أو ملف إبرة.
• قم بتوصيل أسلاك الجهد العالي بالقابس (مفتاح 2). استخدم الكتل الطرفية أو اللحام.
• أدخل القابس (مفتاح 2) في العلبة (مفتاح 1).

اختياري:

قم بإصلاح القابس في العلبة بمسمار. يظهر مكان المسمار في الرسم التخطيطي

الخطوة 8: التجميع. غطاء خلفي

قائمة المواد:

1. غطاء خلفي مطبوع ثلاثي الأبعاد - قطعة واحدة ؛
2. علبة سدادة مجمعة - قطعة واحدة ؛
3. محول الجهد AC-DC - قطعة واحدة ؛
4. اردوينو مايكرو - قطعة واحدة ؛
5. برغي M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) بطول 10 مم - 4 قطع.
6. برغي M2 / M2.5 (DIN7981 أو غيره) - 4 قطع.
7. صامولة سداسية M3 (DIN 934 / DIN 985) - 4 قطع.

عملية التجميع:

انظر إلى الرسم. سوف تساعدك الصورة في التجميع.

• جهز الفتحة الكبيرة في الغطاء الخلفي (مفتاح 1). يجب أن تثبت علبة السدادة المجمعة (البند 2) بإحكام. إذا لزم الأمر ، قم بمعالجة محيط الثقب بورق صنفرة أو ملف إبرة.
• أدخل علبة القابس (مفتاح 2) في الغطاء الخلفي (مفتاح 1) وقم بتثبيته باستخدام البراغي (المفتاح 5) والصواميل (البند 7).
• قم بتوصيل Arduino (مفتاح 4) بالغطاء الخلفي (مفتاح 1) باستخدام اتصال Snap-fit.
• اربط محول الجهد AC-DC (مفتاح 3) بالغطاء الخلفي (مفتاح 1) باستخدام البراغي (مفتاح 6).

الخطوة 9: التجميع. اللحيم

قائمة المواد:

1. أسلاك عالية الجهد (14 AWG أو أقل).
2. 24 أو 26 AWG الأسلاك.

تجميع:

قم بتلحيم جميع المكونات معًا كما هو موضح في الرسم التخطيطي.

يتم لحام أسلاك الجهد العالي من القابس بمحول التيار المتردد والتيار المتردد والكابلات من المقبس.

ACS712 عبارة عن مستشعر تيار تناظري ، ويتم تشغيله بجهد 5 فولت. يمكنك تشغيل المستشعر من Arduino أو من محول AC-DC مباشرة.

• Vcc pin - 5V Arduino pin / 5V AC-DC pin ؛
• GND - دبوس GND Arduino / دبوس GND AC-DC ؛
• OUT - دبوس A0 Arduino التناظري ؛

يتم تشغيل شاشة LCD 8x2 Character LCD بواسطة 3.3-5V ولها ناقل بيانات خاص. يمكن للشاشة الاتصال في وضع 8 بت (DB0-DB7) أو وضع 4 بت (DB4-DB7). لقد استخدمت 4 بت واحد. يمكنك تشغيل الشاشة من Arduino أو من محول AC-DC.

• Vcc pin - 5V Arduino pin / 5V AC-DC pin ؛
• GND - دبوس GND Arduino / دبوس GND AC-DC ؛
• Vo - GND Arduino pin / GND AC-DC pin ؛
• R / W - دبوس GND Arduino / دبوس GND AC-DC ؛
• RS - دبوس رقمي 12 اردوينو ؛
• ه - 11 دبوس اردوينو الرقمي ؛
• DB4 - دبوس أردوينو رقمي 5 ؛
• DB5 - دبوس اردوينو رقمي 4 ؛
• DB6 - دبوس اردوينو رقمي 3 ؛
• DB7 - دبوس أردوينو رقمي 2 ؛

تنبيه:

لا تنس عزل جميع أسلاك الجهد العالي بأنابيب الانكماش! أيضًا ، قم بعزل جهات الاتصال الملحومة ذات الجهد العالي في محول الجهد AC-DC. أيضًا ، قم بعزل جهات الاتصال الملحومة ذات الجهد العالي في محول الجهد AC-DC.

يرجى توخي الحذر مع 220 فولت. الجهد العالي يمكن أن يقتلك!

لا تلمس أي مكون إلكتروني عند توصيل الجهاز بشبكة الكهرباء.

لا تقم بتوصيل Arduino بجهاز كمبيوتر عندما يكون الجهاز متصلاً بشبكة الكهرباء.

الخطوة 10: التجميع. ينهي

قائمة المواد:

1. الجسم الرئيسي المجمع - قطعة واحدة ؛
2. غطاء خلفي مُجمَّع - قطعة واحدة ؛
3. برغي M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) طول 10 مم - 4 قطع.

عملية التجميع:

انظر إلى الرسم. سوف تساعدك الصورة في التجميع.

• بعد الانتهاء من اللحام ، ضع جميع الأسلاك بإحكام في الجسم الرئيسي (مفتاح 1).
• تأكد من عدم وجود جهات اتصال مفتوحة في أي مكان. يجب ألا تتقاطع الأسلاك ، ويجب ألا تلامس أماكنها المفتوحة الجسم البلاستيكي.
• اربط الغطاء الخلفي (المفتاح 2) بالجسم الرئيسي (المفتاح 1) باستخدام البراغي (البند 3).

الخطوة 11: XOD

لبرمجة وحدات تحكم Arduino ، أستخدم بيئة البرمجة المرئية XOD. إذا كنت جديدًا في الهندسة الكهربائية أو ربما ترغب فقط في كتابة برامج بسيطة لوحدات تحكم Arduino مثلي ، فجرّب XOD. إنها الأداة المثالية للنماذج الأولية السريعة للجهاز.

في XOD يمكنك إنشاء برامج مباشرة في نافذة المتصفح. أنا شخصياً أفضل إصدار سطح المكتب.

بالنسبة لجهاز ECEM الخاص بي ، قمت بإنشاء مكتبة gabbapeople / عداد الكهرباء في XOD. تحتوي هذه المكتبة على جميع العقد التي تحتاجها لإنشاء نفس البرنامج. ويتضمن أيضًا مثال البرنامج المُعد. لذا ، تأكد من إضافته إلى مساحة عمل XOD الخاصة بك.

معالجة:

• قم بتثبيت برنامج XOD IDE على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
• أضف مكتبة gabbapeople / عداد الكهرباء إلى مساحة العمل.
• قم بإنشاء مشروع جديد وقم بتسميته

بعد ذلك ، سأصف كيفية برمجة هذا الجهاز في XOD.

لقد أرفقت أيضًا لقطة الشاشة بالإصدار الموسع من البرنامج في الخطوة الأخيرة القابلة للتوجيه.

الخطوة 12: البرمجة

فيما يلي العقد التي تحتاجها:

عقدة استشعار التيار المتردد acs712-20a

هذه هي العقدة الأولى التي يتم وضعها على الرقعة. يتم استخدامه لقياس التيار اللحظي. توجد في هذه المكتبة ثلاثة أنواع مختلفة من العقد. وهي تختلف في نوع غطاء قياس التيار الكهربائي. اختر النوع المناسب لنوع المستشعر الخاص بك. أضع عقدة مستشعر التيار المتردد acs712-20a. تنتج هذه العقدة قيمة شدة التيار بالأمبير.

في دبوس PORT لهذه العقدة ، يجب أن أضع قيمة دبوس Arduino Micro الذي قمت بتوصيل مستشعر التيار به. لقد قمت بلحام دبوس إشارة المستشعر بدبوس A0 Arduino ، لذلك وضعت قيمة A0 على دبوس PORT.

يجب ضبط القيمة عند دبوس UPD على باستمرار ، لقياس شدة التيار باستمرار بعد تشغيل الجهاز. أيضًا لقياس التيار المتردد ، أحتاج إلى تحديد التردد. في شبكة الكهرباء الخاصة بي ، تردد التيار المتردد يساوي 50 هرتز. أضع القيمة 50 على تردد دبوس FRQ.

عقدة الضرب

يحسب الطاقة الكهربائية. الطاقة الكهربائية هي نتاج التيار إلى مضاعفة الجهد.

ضع عقدة المضاعفة واربط أحد مساميرها مع عقدة المستشعر وضع قيمة جهد التيار المتردد في الدبوس الثاني. أضع القيمة 230. إنه يشير إلى الجهد في شبكة الكهرباء الخاصة بي.

عقدة الدمج

من خلال عقدتين سابقتين ، يمكن قياس تيار وقوة الجهاز على الفور. لكن عليك أن تحسب كيف يتغير استهلاك الطاقة بمرور الوقت. لهذا ، يمكنك دمج قيمة الطاقة الفورية باستخدام عقدة الدمج. ستجمع هذه العقدة قيمة الطاقة الحالية.

يقوم دبوس UPD بتشغيل تحديث القيمة المتراكمة ، بينما يقوم دبوس RST بإعادة تعيين القيمة المتراكمة إلى الصفر.

عقدة تحويل الأموال

بعد التكامل ، عند إخراج عقدة الدمج ، تحصل على استهلاك الطاقة الكهربائية بالواط في الثانية. لجعل حساب الأموال التي يتم إنفاقها أكثر ملاءمة ، ضع عقدة تحويل الأموال على التصحيح. تقوم هذه العقدة بتحويل استهلاك الطاقة من واط في الثانية إلى كيلوواط في الساعة وتضاعف القيمة المتراكمة بتكلفة كيلو واط واحد في الساعة.

ضع سعر كيلو وات واحد في الساعة على دبوس PRC.

باستخدام عقدة تحويل الأموال ، يتم تحويل القيمة المتراكمة لاستهلاك الكهرباء إلى المبلغ الذي يتم إنفاقه. هذه العقدة تخرجها بالدولار.

كل ما عليك فعله هو عرض هذه القيمة على شاشة العرض.

العقدة text-lcd-8x2

لقد استخدمت شاشة LCD مع سطرين وأربعة 8 أحرف. أضع عقدة text-lcd-8x2 لهذه الشاشة وقمت بإعداد جميع قيم طرف المنفذ. تتوافق دبابيس المنفذ هذه مع منافذ Arduino الصغيرة التي يتم لحام الشاشة بها.

في السطر الأول من الشاشة ، عند الدبوس L1 ، كتبت سلسلة "Total:".

لقد قمت بربط دبوس الإخراج لعقدة تحويل الأموال إلى دبوس L2 ، لإظهار مبلغ المال في السطر الثاني من الشاشة.

التصحيح جاهز.

اضغط على Deploy ، واختر نوع اللوحة وقم بتحميله على الجهاز.

الخطوة 13: البرنامج الموسع

يمكنك تمديد البرنامج من الخطوة السابقة بنفسك. على سبيل المثال ، انظر إلى لقطة الشاشة المرفقة.

كيف يمكن تعديل التصحيح؟

• قم بربط خرج مستشعر التيار المتردد acs712-20a مباشرة إلى عقدة العرض لإخراج القيمة الحالية اللحظية على الشاشة دون حسابات أخرى.
• ربط خرج العقدة المضاعفة مباشرة بعقدة العرض لإخراج الطاقة الكهربائية المستهلكة الآن ؛
• ربط إخراج عقدة الدمج مباشرة مع عقدة العرض لإخراج قيمة الاستهلاك المتراكمة ؛
• أعد ضبط العداد بالضغط على زر. إنها فكرة جيدة ، لكنني نسيت إضافة مكان لزر على جهازي =). ضع عقدة الزر على التصحيح واربط دبوس PRS الخاص بها مع دبوس RST لعقدة الدمج.
• يمكنك إنشاء جهاز بشاشة أكبر من 8 × 2 وعرض جميع المعلمات في نفس الوقت. إذا كنت ستستخدم شاشة 8 × 2 مثلي ، فاستخدم عقد concat ، و format-number ، و pad-with-zeroes لتناسب جميع القيم في صفوف.

اصنع جهازك الخاص واكتشف التقنية الأكثر جشعًا في المنزل!

يمكنك ان تجد هذا الجهاز مفيد جدا في المنزل لتوفير الكهرباء.

اراك قريبا.