DIY Multifunktions-Energiezähler V2.0 - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

In diesem Instructable zeige ich Ihnen, wie Sie ein Wemos (ESP8266) -basiertes Multifunktions-Energiemessgerät herstellen. Dieses kleine Messgerät ist ein sehr nützliches Gerät, das Spannung, Strom, Leistung, Energie und Kapazität überwacht. Darüber hinaus überwacht er auch die für die Photovoltaik-Anwendung wichtige Umgebungstemperatur. Dieses Gerät ist für fast jedes DC-Gerät geeignet. Dieses kleine Messgerät kann auch verwendet werden, um die tatsächliche Kapazität des Akkus oder der Powerbank mit einer Dummy-Last zu messen. Das Messgerät kann bis zu einem Spannungsbereich von 0 - 26 V und einem maximalen Strom von 3,2 A messen.

Dieses Projekt ist eine Fortsetzung meines früheren Energiezählerprojekts.

Im Folgenden sind die neuen Funktionen aufgeführt, die der früheren Version hinzugefügt wurden

1. Überwachen Sie die Parameter vom Smartphone aus

2. Automatischer Parameterbereich

3. Überwachung der Stromrechnung

4. USB-Gerätetester

Inspiriert habe ich mich von den folgenden zwei Projekten

1. Power Monitor” - Gleichstrom- und Spannungssensor (INA219)

2. Machen Sie Ihren eigenen Leistungsmesser/Logger

Mein besonderer Dank gilt den beiden oben genannten Projektautoren.

Lieferungen:

Verwendete Komponenten:

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. 0,96 OLED-Display (Amazon)

4. DS18B20 Temperatursensor (Amazon)

5. Lipo-Batterie (Amazon)

6. Schraubklemmen (Amazon)

7. Weibliche / männliche Header (Amazon)

8. Lochplatte (Amazon)

9. 24 AWG-Draht (Amazon)

10. Schiebeschalter (Amazon)

11. USB-Stecker (Amazon)

12. 11. USB-Buchse (Amazon)

12. PCB-Abstandshalter (Amazon)

13. Sonnenkollektoren (Voltaic)

Verwendete Werkzeuge & Instrumente:

1. Lötkolben (Amazon)

2. Abisolierzange (Amazon)

3. Multimeter (Amazon)

Schritt 1: Schritt 1: Wie funktioniert es?

Das Herzstück des Energy Meters ist ein ESP8266-basiertes Wemos-Board. Der ESP8266 erfasst Strom und Spannung mit dem Stromsensor INA219 und die Temperatur mit dem Temperatursensor DS18B20. Basierend auf dieser Spannung und diesem Strom führt ESP die Berechnungen von Leistung, Energie und Kapazität durch. Aus dem Energieverbrauch wird die Stromrechnung auf Basis des Energietarifs (Preis pro kWh) berechnet.

Der gesamte Schaltplan ist in 4 Gruppen unterteilt

1. Wemos D1 Mini Pro

Die benötigte Energie für das Wemos-Board wird von einer LiPovBattery über einen Schiebeschalter geliefert.

2. Stromsensor

Der Stromsensor INA219 wird im I2C-Kommunikationsmodus (SDA- und SCL-Pin) mit dem Arduino-Board verbunden.

3. OLED-Display

Ähnlich wie der aktuelle Sensor ist auch das OLED-Display im I2C-Kommunikationsmodus mit dem Arduino-Board verbunden. Die Adresse für beide Geräte ist jedoch unterschiedlich.

4. Temperatursensor

Hier habe ich den Temperatursensor DS18B20 verwendet. Es verwendet ein Ein-Draht-Protokoll, um mit dem Arduino zu kommunizieren.

Schritt 2: Bereiten Sie die Header Pins vor

Um das Arduino, das OLED-Display, den Stromsensor und den Temperatursensor zu montieren, benötigen Sie einige gerade Stiftleisten. Wenn Sie die geraden Kopfstücke kaufen, sind sie zu lang für die zu verwendenden Komponenten. Sie müssen sie also auf eine geeignete Länge kürzen. Ich habe eine Zange verwendet, um es zu trimmen.

Im Folgenden sind die Details zu den Headern aufgeführt:

1. Wemos-Board - 2 x 8 Pins

2. INA219 - 1 x 6-polig

3. OLED - 1 x 4 Pins

4. Temperatur Sensor - 1 x 3 Pins

Schritt 3: Löten Sie die Buchsenleisten

Nachdem Sie die Buchsenleisten vorbereitet haben, löten Sie sie an die perforierte Platine.

Überprüfen Sie nach dem Löten der Header-Pins, ob alle Komponenten perfekt passen oder nicht.

Schritt 4: Schraubklemmen, USB-Port und Schalter löten

Zuerst die 3 Schraubklemmen verlöten, die Schraubklemmen dienen zum Anschluss von 1. Quelle 2. Last und 3. Batterie

Die oberen Klemmen werden für den Anschluss von Quelle und Last verwendet und die untere Klemme auf der Seite des Schalters wird für den Anschluss des Akkus verwendet.

Dann den Schiebeschalter verlöten. Der Schiebeschalter schaltet die Stromversorgung des Wemos-Boards ein und aus.

Löten Sie zuletzt die USB-Buchse. Die Befestigungsbeine des USB-Ports sind etwas größer als die Löcher im perforierten Loch, daher müssen Sie das Loch mit einem Bohrer breiter machen. Drücken Sie dann den USB-Port in diese Löcher und löten Sie alle Pins.

Schritt 5: Bereiten Sie den INA219-Sensor vor

Der Sensor INA219 wird mit 6-poligen Stiftleisten und einer Schraubklemme geliefert. Die Stiftleisten sind für die I2C-Verbindung mit dem Mikrocontroller und die Schraubklemme für den Stromleitungsanschluss zum Messen des Stroms.

Hier habe ich die 6-Pin-Steckerstifte an den INA219 gelötet und die Schraubklemme belassen, um ein ästhetisches Aussehen zu berücksichtigen. Dann löte ich direkt zwei Drähte an das für die Schraubklemme angegebene Lötpad, wie im obigen Bild gezeigt.

Schritt 6: Montieren Sie den Temperatursensor

Hier verwende ich den Temperatursensor DS18B20 im TO-92-Paket. Unter Berücksichtigung des einfachen Austauschs habe ich eine 3-polige Buchsenleiste verwendet. Sie können den Sensor aber direkt an die Lochplatte anlöten.

Das Pin-Diagramm für DS18B20 ist im obigen Bild gezeigt.

Schritt 7: Machen Sie die Schaltung

Nach dem Löten der Buchsenleisten und Schraubklemmen müssen Sie die Pads gemäß dem oben gezeigten Schaltplan verbinden.

Die Verbindungen sind ziemlich einfach

INA219 / OLED -> Wemos

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D1

DS18B20 -> Wemos

GND -> GND

DQ -> D4 über einen 4.7K Pull-Up-Widerstand

VCC -> VCC

Schließen Sie zuletzt die Schraubklemmen gemäß Schaltplan an.

Ich habe 24AWG farbige Drähte verwendet, um die Schaltung herzustellen. Löten Sie den Draht gemäß dem Schaltplan.

Schritt 8: Bereiten Sie den Akku vor

Hier habe ich einen 700-mAh-Akku verwendet, um das Wemos-Board mit Strom zu versorgen. Der Akkupack ist auf der Rückseite der Platine montiert. Um den Akku zu montieren, habe ich 3M doppelseitiges Klebeband verwendet.

Ein paar Gedanken:

1. Wenn Sie keinen Akku verwenden möchten, können Sie die Wemos-Platine mithilfe einer Spannungsreglerschaltung mit Strom versorgen.

2. Sie können ein TP4056-Ladeboard hinzufügen, um den LiPo-Akku aufzuladen.

Schritt 9: Montage der Abstandshalter

Montieren Sie nach dem Löten und Verdrahten die Abstandshalter an 4 Ecken. Es bietet ausreichend Abstand zu den Lötstellen und Drähten vom Boden.

Schritt 10: Software und Bibliotheken

1. Vorbereiten der Arduino IDE für das Wemos Board

Um den Arduino-Code auf das Wemos-Board hochzuladen, müssen Sie diesen Anweisungen folgen

Stellen Sie die richtige Karte und den richtigen COM-Port ein.

2. Installieren Sie die Bibliotheken

Dann müssen Sie die Bibliothek in Ihre Arduino IDE importieren

Laden Sie die folgenden Bibliotheken herunter

1. Blynk-Bibliothek

2. Adafruit_SSD1306

3. Adafruit_INA219

4. DallasTemperatur

5. OneWire

3. Arduino-Skizze

Fügen Sie nach der Installation der obigen Bibliotheken den unten angegebenen Arduino-Code ein. Geben Sie den Authentifizierungscode aus Schritt 1, ssid und das Passwort Ihres Routers ein.

Laden Sie dann den Code hoch.

Schritt 11: Schnittstelle mit Blynk App

Da das Wemos-Board über einen eingebauten WiFi-Chip verfügt, können Sie es mit Ihrem Router verbinden und alle Parameter von Ihrem Smartphone aus überwachen. Hier habe ich die Blynk-App verwendet, um die Smartphone-Überwachungs-App zu erstellen.

Blynk ist eine App, die die volle Kontrolle über Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison und vieles mehr ermöglicht. Es ist sowohl mit Android als auch mit iPhone kompatibel.

In Blynk läuft alles auf ⚡️Energie. Wenn Sie ein neues Konto erstellen, erhalten Sie 2.000 ⚡, um mit dem Experimentieren zu beginnen. Jedes Widget benötigt etwas Energie, um zu funktionieren.

Befolgen Sie die folgenden Schritte:

Schritt 1: Laden Sie die Blynk-App herunter

1. Für Android

2. Für iPhone

Schritt 2:

Holen Sie sich den Auth Token Um die Blynk App und Ihre Hardware zu verbinden, benötigen Sie einen Auth Token.

1. Erstellen Sie ein neues Konto in der Blynk-App.

2. Drücken Sie auf das QR-Symbol in der oberen Menüleiste.

Erstellen Sie einen Klon dieses Projekts, indem Sie den oben gezeigten QR-Code scannen. Sobald es erfolgreich erkannt wurde, befindet sich das gesamte Projekt sofort auf Ihrem Telefon.

3. Nachdem das Projekt erstellt wurde, sendet Ihnen das Blynk-Team ein Auth-Token über die registrierte E-Mail-ID.

4. Überprüfen Sie Ihren E-Mail-Posteingang und suchen Sie das Auth Token.

Schritt 12: Testen der Schaltung

Zum Testen der Platine habe ich eine 12V Batterie als Quelle und eine 3W LED als Last angeschlossen.

Die Batterie ist an die Schraubklemme der Quelle und die LED an die Schraubklemme der Last angeschlossen. Der LiPo-Akku wird an die Akku-Schraubklemme angeschlossen und dann den Stromkreis mit dem Schiebeschalter eingeschaltet. Sie können alle Parameter auf dem OLED-Bildschirm sehen.

Die Parameter in der ersten Spalte sind 1. Spannung 2. Strom 3. Leistung Die Parameter in der zweiten Spalte sind 1. Energie 2. Kapazität 3. Temperatur

Öffnen Sie nun die Blynk-App, um alle oben genannten Parameter von Ihrem Smartphone aus zu überwachen.

Um die Genauigkeit zu überprüfen, habe ich mein Multimeter und einen Tester wie oben gezeigt verwendet. Die Genauigkeit liegt ihnen nahe.

Ich bin mit diesem Gadget im Taschenformat sehr zufrieden.

Vielen Dank für das Lesen meines Instructable. Wenn Sie mein Projekt mögen, vergessen Sie nicht, es zu teilen.

Kommentare und Feedback sind immer willkommen.