DIY Arduino multifunctionele energiemeter V1.0 - Ajarnpa

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

In deze Instructable laat ik je zien hoe je een op Arduino gebaseerde multifunctionele energiemeter kunt maken. Deze kleine meter is een zeer nuttig apparaat dat belangrijke informatie over elektrische parameters weergeeft. Het apparaat kan 6 nuttige elektrische parameters meten: spanning, stroom, vermogen, energie, capaciteit en temperatuur. Dit apparaat is alleen geschikt voor DC-belastingen zoals PV-systemen op zonne-energie. U kunt deze meter ook gebruiken voor het meten van de batterijcapaciteit.

De meter kan een spanningsbereik meten van 0 - 26V en een maximale stroomsterkte van 3,2A.

Benodigdheden

Gebruikte componenten:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazone)

3. 0,96 OLED (Amazone)

4. DS18B20 (Amazone)

5. Lipo-batterij (Amazon)

6. Schroefklemmen (Amazon)

7. Vrouwelijke / mannelijke headers (Amazon)

8. Geperforeerde plaat (Amazon)

9. 24 AWG-draad (Amazon)

10. Schuifschakelaar (Amazon)

Gebruikte gereedschappen en instrumenten:

1. Soldeerbout (Amazon)

2. Draadstripper (Amazon)

3. Multimeter (Amazone)

4. Elektrische tester (Amazon)

Stap 1: Hoe werkt het?

Het hart van de Energy Meter is een Arduino Pro Micro-bord. De Arduino detecteert de stroom en spanning met behulp van de INA219-stroomsensor en de temperatuur wordt gedetecteerd door temperatuursensor DS18B20. Volgens deze spanning en stroom doet Arduino de wiskunde voor het berekenen van vermogen en energie.

Het hele schema is verdeeld in 4 groepen:

1. Arduino Pro Micro

De stroom die nodig is voor Arduino Pro Micro wordt geleverd door een LiPo/Li-Ion batterij via een schuifschakelaar.

2. Huidige sensor

De stroomsensor INA219 is verbonden met het Arduino-bord in I2C-communicatiemodus (SDA- en SCL-pin).

3. OLED-scherm

Net als de huidige Sensor is het OLED-display ook verbonden met het Arduino-bord in de I2C-communicatiemodus. Het adres voor beide apparaten is echter anders.

4. Temperatuursensor:

Hier heb ik de DS18B20 temperatuursensor gebruikt. Het gebruikt een eendraadsprotocol om met de Arduino te communiceren.

Stap 2: Breadboard-testen

Eerst maken we het circuit op een Breadboard. Het belangrijkste voordeel van een soldeerloos breadboard is dat het soldeerloos is. U kunt het ontwerp dus eenvoudig wijzigen door componenten en kabels los te koppelen als dat nodig is.

Na het testen van het breadboard, heb ik het circuit op een geperforeerd bord gemaakt

Stap 3: Bereid het Arduino-bord voor

De Arduino Pro Micro wordt geleverd zonder de header-pin te solderen. Je moet dus eerst de headers in de Arduino solderen.

Plaats uw mannelijke headers met de lange kant naar beneden in een breadboard. Nu de headers zijn geïnstalleerd, kunt u het Arduino-bord eenvoudig op zijn plaats op de header-pin laten vallen. Soldeer vervolgens alle pinnen op het Arduino-bord.

Stap 4: Bereid de koppen voor

Om de Arduino, het OLED-display, de stroomsensor en de temperatuursensor te monteren, heb je een vrouwelijke rechte header-pin nodig. Wanneer u de rechte headers aanschaft, zijn ze te lang voor de componenten om te gebruiken. U moet ze dus op de juiste lengte inkorten. Ik heb een tang gebruikt om het af te knippen.

Hieronder volgen de details over de koppen:

1. Arduino-bord - 2 x 12 pinnen

2. INA219 - 1 x 6 pinnen

3. OLED - 1 x 4 pinnen

4. Temp. Sensor - 1 x 3 pinnen

Stap 5: Soldeer de vrouwelijke headers

Na het voorbereiden van de vrouwelijke headers-pin, soldeer ze aan het geperforeerde bord. Controleer na het solderen van de header-pinnen of alle componenten perfect passen of niet.

Opmerking: ik raad aan om de huidige sensor rechtstreeks op het bord te solderen in plaats van via de vrouwelijke header.

Ik heb verbinding gemaakt via de header-pin om de INA219 opnieuw te gebruiken voor andere projecten.

Stap 6: Monteer de temperatuursensor

Hier gebruik ik de DS18B20-temperatuursensor in het TO-92-pakket. Door de gemakkelijke vervanging te overwegen, heb ik een 3-pins vrouwelijke header gebruikt. Maar u kunt de sensor direct op het geperforeerde bord solderen.

Stap 7: Soldeer de schroefklemmen

Hier worden schroefklemmen gebruikt voor externe aansluiting op het bord. De externe aansluitingen zijn:

1. Bron (batterij / zonnepaneel)

2. Laden:

3. Voeding naar Arduino

De blauwe schroefklem wordt gebruikt voor de voeding van de Arduino en twee groene klemmen worden gebruikt voor de bron- en belastingaansluiting.

Stap 8: Maak het circuit

Na het solderen van de vrouwelijke headers en schroefklemmen, moet u de pads aansluiten volgens het bovenstaande schematische diagram.

De verbindingen zijn vrij rechttoe rechtaan

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND - > GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND - > GND

DQ -> D4 via een 4,7K pull-up weerstand

VCC -> VCC

Sluit ten slotte de schroefklemmen aan volgens het schema.

Ik heb 24AWG gekleurde draden gebruikt om het circuit te maken. Soldeer de draad volgens het schakelschema.

Stap 9: De afstandhouders monteren

Monteer na het solderen en bedraden de afstandhouders op 4 hoeken. Het zorgt voor voldoende afstand tot de soldeerverbindingen en draden vanaf de grond.

Stap 10: PCB-ontwerp

Ik heb een aangepaste PCB ontworpen voor dit project. Vanwege de huidige pandemische COVID-19-situatie kan ik geen bestelling plaatsen voor deze PCB. Ik heb de print dus nog niet getest.

U kunt de Gerber-bestanden downloaden van PCBWay

Wanneer u een bestelling plaatst bij PCBWay, krijg ik een donatie van 10% van PCBWay voor een bijdrage aan mijn werk. Uw kleine hulp kan me aanmoedigen om in de toekomst meer geweldig werk te doen. Bedankt voor je medewerking.

Stap 11: Kracht en energie

Vermogen: Vermogen is het product van spanning (volt) en stroom (Amp)

P=VxI

Eenheid van vermogen is Watt of KW

Energie: Energie is het product van vermogen (watt) en tijd (uur)

E= Pxt

Eenheid van energie is Wattuur of Kilowattuur (kWh)

Capaciteit: capaciteit is het product van stroom (ampère) en tijd (uur)

C = ik x t

Eenheid van capaciteit is Ampère-uur

Om het vermogen en de energie te bewaken is bovenstaande logica geïmplementeerd in software en worden de parameters weergegeven op een 0,96-inch OLED-display.

Afbeelding tegoed: imgoat

Stap 12: Software en bibliotheken

Download eerst de onderstaande code. Download vervolgens de volgende bibliotheken en installeer ze.

1. Adafruit INA219-bibliotheek

2. Adafruit SSD1306-bibliotheek

3. DallasTemperatuur

Nadat u alle bibliotheken hebt geïnstalleerd, stelt u het juiste bord en de COM-poort in en uploadt u vervolgens de code.

Stap 13: Laatste testen

Om het bord te testen heb ik een 12V batterij als bron aangesloten en een 3W LED als belasting.

De batterij is aangesloten op de schroefklem onder de Arduino en de LED is aangesloten op de schroefklem onder de INA219. De LiPo-batterij wordt aangesloten op de blauwe schroefklem en schakel vervolgens de schakeling in met behulp van de schuifschakelaar.

U kunt zien dat alle parameters op het OLED-scherm worden weergegeven.

De parameters in de eerste kolom zijn:

1. Spanning:

2. Huidige

3. Vermogen

De parameters in de tweede kolom zijn:

1. Energie

2. Capaciteit:

3. Temperatuur

Om de nauwkeurigheid te controleren, gebruikte ik mijn multimeter en een tester zoals hierboven weergegeven. De nauwkeurigheid ligt dicht bij hen. Ik ben erg tevreden met deze gadget op zakformaat.

Bedankt voor het lezen van mijn Instructable. Als je mijn project leuk vindt, vergeet dan niet om het te delen. Opmerkingen en feedback zijn altijd welkom.