DIY multifunkčný merač energie Arduino V1.0: 13 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

V tomto návode vám ukážem, ako vytvoriť multifunkčný merač energie na báze Arduina. Tento malý merač je veľmi užitočné zariadenie, ktoré zobrazuje dôležité informácie o elektrických parametroch. Zariadenie môže merať 6 užitočných elektrických parametrov: napätie, prúd, výkon, energia, kapacita a teplota. Toto zariadenie je vhodné iba pre jednosmerné zaťaženia, ako sú solárne FV systémy. Tento merač môžete použiť aj na meranie kapacity batérie.

Merač môže merať až do rozsahu napätia od 0 do 26 V a maximálneho prúdu 3,2 A.

Zásoby

Použité komponenty:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. 0,96 OLED (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Lipo batéria (Amazon)

6. Skrutkovacie terminály (Amazon)

7. Ženské / mužské hlavičky (Amazon)

8. Perforovaná doska (Amazon)

9. 24 AWG Wire (Amazon)

10. Posuvný prepínač (Amazon)

Použité nástroje a nástroje:

1. Spájkovačka (Amazon)

2. Stripper (Amazon)

3. Multimeter (Amazon)

4. Elektrický tester (Amazon)

Krok 1: Ako to funguje?

Srdcom merača energie je doska Arduino Pro Micro. Arduino sníma prúd a napätie pomocou prúdového snímača INA219 a teplotu sníma snímač teploty DS18B20. Podľa tohto napätia a prúdu robí Arduino matematiku na výpočet energie a energie.

Celá schéma je rozdelená do 4 skupín

1. Arduino Pro Micro

Energia potrebná pre Arduino Pro Micro je dodávaná z LiPo/ Li-Ion batérie prostredníctvom posuvného prepínača.

2. Senzor prúdu

Senzor prúdu INA219 je pripojený k doske Arduino v komunikačnom režime I2C (pin SDA a SCL).

3. OLED displej

Podobne ako pri súčasnom senzore je aj OLED displej spojený s doskou Arduino v komunikačnom režime I2C. Adresa oboch zariadení je však odlišná.

4. Snímač teploty

Tu som použil snímač teploty DS18B20. Na komunikáciu s Arduinom používa jednovodičový protokol.

Krok 2: Testovanie Breadboard

Najprv si vytvoríme obvod na Breadboarde. Hlavnou výhodou nepájkovanej doštičky je, že je nespájkovaná. Dizajn tak môžete ľahko zmeniť jednoduchým odpojením komponentov a káblov podľa potreby.

Po testovaní na breadboarde som urobil obvod na perforovanej doske

Krok 3: Pripravte dosku Arduino

Arduino Pro Micro je dodávaný bez spájkovania kolíka záhlavia. Hlavičky teda musíte najskôr spájkovať do Arduina.

Vložte svoje mužské hlavičky dlhou stranou nadol do nepájivej dosky. Teraz, keď sú nainštalované hlavičky, môžete dosku Arduino jednoducho nasadiť na miesto v hornej časti kolíka záhlavia. Potom spájkujte všetky kolíky na dosku Arduino.

Krok 4: Pripravte si hlavičky

Na montáž displeja Arduino, OLED, prúdového senzora a teplotného senzora potrebujete kolíkový kolík. Keď si kúpite rovné hlavičky, budú príliš dlhé na to, aby sa komponenty mohli používať. Budete ich teda musieť orezať na primeranú dĺžku. Na orezanie som použil kliešť.

Nasledujú podrobnosti o hlavičkách:

1. Doska Arduino - 2 x 12 pinov

2. INA219 - 1 x 6 pinov

3. OLED - 1 x 4 piny

4. Teplota Senzor - 1 x 3 piny

Krok 5: Spájkujte ženské hlavičky

Po príprave kolíka samičích hlavičiek ich spájkujte s dierovanou doskou. Po spájkovaní kolíkov záhlavia skontrolujte, či všetky súčasti dokonale sedia alebo nie.

Poznámka: Odporúčam spájkovať prúdový snímač priamo na dosku namiesto cez zásuvku.

Pripojil som sa cez kolíkový konektor na opätovné použitie INA219 na iné projekty.

Krok 6: Namontujte snímač teploty

Tu používam snímač teploty DS18B20 v balení TO-92. Vzhľadom na jednoduchú výmenu som použil 3 -kolíkovú zásuvku. Senzor však môžete priamo spájkovať s dierovanou doskou.

Krok 7: Spájkujte skrutkové svorky

Tu sa skrutkové svorky používajú na vonkajšie pripojenie k doske. Externé pripojenia sú

1. Zdroj (batéria / solárny panel)

2. Zaťaženie

3. Napájanie Arduina

Modrá skrutkovacia svorka slúži na napájanie Arduina a dve zelené svorky slúžia na pripojenie zdroja a záťaže.

Krok 8: Vytvorte obvod

Po spájkovaní zásuviek a skrutkových svoriek musíte podložky spojiť podľa vyššie uvedeného schematického diagramu.

Spojenia sú celkom priame

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 cez 4,7K výsuvný odpor

VCC -> VCC

Nakoniec zapojte skrutkové svorky podľa schémy.

Na výrobu obvodu som použil farebné vodiče 24AWG. Spájkujte drôt podľa schémy zapojenia.

Krok 9: Montáž podpery

Po spájkovaní a zapojení zapojte stojany do 4 rohov. Poskytne dostatočnú vzdialenosť od spájkovacích spojov a drôtov od zeme.

Krok 10: Návrh DPS

Pre tento projekt som navrhol vlastnú PCB. Vzhľadom na súčasnú situáciu s pandémiou COVID-19 nemôžem vykonať objednávku tejto DPS. DPS som teda ešte netestoval.

Súbory Gerber si môžete stiahnuť z PCBWay

Keď zadáte objednávku z PCBWay, dostanem 10% dar od PCBWay za príspevok k mojej práci. Vaša malá pomoc ma môže povzbudiť do ďalšej úžasnej práce. Ďakujem za spoluprácu.

Krok 11: Výkon a energia

Napájanie: Výkon je súčin napätia (voltov) a prúdu (Amp)

P = VxI

Jednotka výkonu je Watt alebo KW

Energia: Energia je súčinom energie (watt) a času (hodiny)

E = Pxt

Jednotka energie je watthodina alebo kilowatthodina (kWh)

Kapacita: Kapacita je súčinom prúdu (Amp) a času (hodiny)

C = I x t

Jednotka kapacity je Amp-Hour

Na monitorovanie výkonu a energie je logika implementovaná v softvéri a parametre sú zobrazené na 0,96-palcovom OLED displeji.

Obrazový kredit: imgoat

Krok 12: Softvér a knižnice

Najprv si stiahnite nižšie priložený kód. Potom si stiahnite nasledujúce knižnice a nainštalujte ich.

1. Knižnica Adafruit INA219

2. Knižnica Adafruit SSD1306

3. DallasTeplota

Po inštalácii všetkých knižníc nastavte správnu dosku a port COM a potom nahrajte kód.

Krok 13: Záverečné testovanie

Na testovanie dosky som pripojil 12 V batériu ako zdroj a 3 W LED ako záťaž.

Batéria je pripojená k skrutkovaciemu terminálu pod Arduino a LED je pripojená k skrutkovaciemu terminálu pod INA219. Batéria LiPo je pripojená k modrej skrutkovacej svorke a potom zapnite obvod pomocou posuvného spínača.

Na OLED obrazovke môžete vidieť všetky parametre, ktoré sa zobrazujú.

Parametre v prvom stĺpci sú

1. Napätie

2. Aktuálne

3. Moc

Parametre v druhom stĺpci sú

1. Energia

2. Kapacita

3. Teplota

Na kontrolu presnosti som použil multimetr a tester, ako je uvedené vyššie. Presnosť je im blízka. S touto pomôckou vreckovej veľkosti som skutočne spokojný.

Ďakujem, že ste si prečítali môj návod. Ak sa vám môj projekt páči, nezabudnite ho zdieľať. Pripomienky a spätná väzba sú vždy vítané.