DIY Arduino Multifunktions-Energiezähler V1.0 - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

In diesem Instructable zeige ich Ihnen, wie Sie ein Arduino-basiertes Multifunktions-Energiemessgerät herstellen. Dieses kleine Messgerät ist ein sehr nützliches Gerät, das wichtige Informationen über elektrische Parameter anzeigt. Das Gerät kann 6 nützliche elektrische Parameter messen: Spannung, Strom, Leistung, Energie, Kapazität und Temperatur. Dieses Gerät ist nur für DC-Lasten wie Solar PV-Anlagen geeignet. Sie können dieses Messgerät auch zur Messung der Batteriekapazität verwenden.

Das Messgerät kann bis zu einem Spannungsbereich von 0 - 26 V und einem maximalen Strom von 3,2 A messen.

Lieferungen

Verwendete Komponenten:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. 0,96 OLED (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Lipo-Batterie (Amazon)

6. Schraubklemmen (Amazon)

7. Weibliche / männliche Header (Amazon)

8. Lochplatte (Amazon)

9. 24 AWG-Draht (Amazon)

10. Schiebeschalter (Amazon)

Verwendete Werkzeuge & Instrumente:

1. Lötkolben (Amazon)

2. Abisolierzange (Amazon)

3. Multimeter (Amazon)

4. Elektrischer Tester (Amazon)

Schritt 1: Wie funktioniert es?

Das Herzstück des Energy Meters ist ein Arduino Pro Micro Board. Der Arduino misst den Strom und die Spannung mithilfe des Stromsensors INA219 und die Temperatur wird vom Temperatursensor DS18B20 erfasst. Anhand dieser Spannung und Stromstärke führt Arduino die Berechnungen von Leistung und Energie durch.

Der gesamte Schaltplan ist in 4 Gruppen unterteilt

1. Arduino Pro Micro

Die benötigte Energie für Arduino Pro Micro wird von einem LiPo/Li-Ion Akku 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: Breadboard-Tests

Zuerst machen wir die Schaltung auf einem Steckbrett. Der Hauptvorteil eines lötfreien Steckbretts besteht darin, dass es lötfrei ist. So können Sie das Design ganz einfach ändern, indem Sie Komponenten und Kabel nach Bedarf abziehen.

Nachdem ich den Steckbretttest gemacht hatte, machte ich die Schaltung auf einem perforierten Brett

Schritt 3: Bereiten Sie das Arduino-Board vor

Das Arduino Pro Micro wird ohne Löten des Header-Pins geliefert. Sie müssen also zuerst die Header in den Arduino einlöten.

Stecken Sie Ihre männlichen Header mit der langen Seite nach unten in ein Steckbrett. Jetzt, wenn die Header installiert sind, können Sie die Arduino-Platine einfach auf den Header-Pin legen. Dann alle Pins auf das Arduino Board löten.

Schritt 4: Vorbereiten der Header

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. Arduino-Board - 2 x 12 Pins

2. INA219 - 1 x 6-polig

3. OLED - 1 x 4 Pins

4. Temperatur Sensor - 1 x 3 Pins

Schritt 5: 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.

Hinweis: Ich empfehle, den Stromsensor direkt auf die Platine zu löten, anstatt durch die Buchsenleiste.

Ich habe durch den Header-Pin verbunden, um den INA219 für andere Projekte wiederzuverwenden.

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.

Schritt 7: Löten Sie die Schraubklemmen

Hier werden Schraubklemmen für den externen Anschluss an die Platine verwendet. Die externen Anschlüsse sind

1. Quelle (Batterie / Solarpanel)

2. Laden

3. Stromversorgung für Arduino

Die blaue Schraubklemme dient der Stromversorgung des Arduino und zwei grüne Klemmen werden für den Quellen- und Lastanschluss verwendet.

Schritt 8: 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 -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

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 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: PCB-Design

Ich habe eine benutzerdefinierte Leiterplatte für dieses Projekt entworfen. Aufgrund der aktuellen COVID-19-Pandemie kann ich keine Bestellung für diese Leiterplatte aufgeben. Also ich habe die Platine noch nicht getestet.

Sie können die Gerber-Dateien von PCBWay herunterladen

Wenn Sie eine Bestellung bei PCBWay aufgeben, erhalte ich eine Spende von 10% von PCBWay für einen Beitrag zu meiner Arbeit. Ihre kleine Hilfe kann mich ermutigen, in Zukunft noch mehr großartige Arbeit zu leisten. Danke für Ihre Kooperation.

Schritt 11: Leistung und Energie

Leistung: Leistung ist das Produkt aus Spannung (Volt) und Strom (Ampere)

P=VxI

Leistungseinheit ist Watt oder KW

Energie: Energie ist das Produkt aus Leistung (Watt) und Zeit (Stunde)

E= Pxt

Energieeinheit ist Wattstunde oder Kilowattstunde (kWh)

Kapazität: Die Kapazität ist das Produkt aus Strom (Ampere) und Zeit (Stunde)

C = I x t

Kapazitätseinheit ist Amperestunde

Zur Überwachung der Leistung und Energie ist die obige Logik in Software implementiert und die Parameter werden in einem 0,96-Zoll-OLED-Display angezeigt.

Bildnachweis: Imgoat

Schritt 12: Software und Bibliotheken

Laden Sie zuerst den unten angehängten Code herunter. Laden Sie dann die folgenden Bibliotheken herunter und installieren Sie sie.

1. Adafruit INA219-Bibliothek

2. Adafruit SSD1306-Bibliothek

3. DallasTemperatur

Nachdem Sie alle Bibliotheken installiert haben, stellen Sie das richtige Board und den richtigen COM-Port ein und laden Sie dann den Code hoch.

Schritt 13: Abschlussprüfung

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

Der Akku wird an die Schraubklemme unter dem Arduino angeschlossen und die LED wird an die Schraubklemme unter dem INA219 angeschlossen. Der LiPo-Akku wird an die blaue Schraubklemme angeschlossen und dann mit dem Schiebeschalter den Stromkreis 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

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.