Dispositif de compteur électrique Arduino Energy Cost : 13 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Vous payez trop cher vos factures d'électricité ?

Vous souhaitez connaître la consommation électrique de votre bouilloire ou de votre chauffage ?

Créez votre propre compteur électrique portable pour le coût de l'énergie !

Regardez comment j'ai trouvé l'utilisation de cet appareil.

Étape 1: Préparation. Outils Vis et Consommables

Vous avez besoin de plusieurs choses pour faire ce projet.

• Ordinateur personnel avec XOD IDE installé.
• Imprimante 3D.

Outils:

• Tondeuses.
• Tournevis.
• Pinces.
• Outils de soudure.
• Lime à aiguilles.

Consommables:

• Papier de verre.
• Tubes rétractables.
• Fils 14 AWG ou moins pour circuit 220V.
• Fils 24 ou 26 AWG pour circuit logique 5V.

Des vis:

• Vis M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) longueur 20mm.
• Vis M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) longueur 10mm.
• Vis M2 / M2.5 (DIN7981 ou autre).
• Écrou hexagonal M3 (DIN 934/DIN 985).

Étape 2: Préparation. Électronique

Pour créer l'appareil, vous avez besoin de certains composants électroniques. Voyons lesquels.

Tout d'abord, vous avez besoin d'un capteur de courant alternatif.

L'appareil peut fonctionner avec un courant élevé, le capteur doit donc être adapté. Sur internet, j'ai trouvé un capteur ACS712 fabriqué par Allegro.

1 module de capteur de courant de gamme 20A ACS712 ~ 9 $;

Ce capteur est analogique et mesure le courant par effet Hall. Il utilise un fil pour transmettre la valeur mesurée. Ce n'est peut-être pas très précis, mais je pense que c'est suffisant pour un tel appareil. Le capteur ACS712 peut être de trois types avec des limites maximales de mesure différentes:

• ACS712ELCTR-05B (5 ampères maximum);
• ACS712ELCTR-20A (20 ampères max);
• ACS712ELCTR-30A (30 ampères maxi).

Vous pouvez choisir la version dont vous avez besoin. J'utilise la version 20 ampères. Je ne pense pas que le courant dans mes prises dépasse cette valeur.

Vous avez besoin d'un contrôleur pour lire les données des capteurs et effectuer tous les autres calculs.

Bien sûr, j'ai choisi Arduino. Je pense qu'il n'y a rien de plus pratique pour de tels projets de bricolage. Ma tâche n'est pas difficile, je n'ai donc pas besoin d'un tableau sophistiqué. J'ai acheté Arduino Micro.

1 x Arduino Micro ~ 20$;

Arduino est alimenté par une tension continue jusqu'à 12V alors que j'allais mesurer une tension alternative à 220V. De plus, le capteur ACS doit être alimenté par 5 volts exacts. Pour résoudre le problème, j'ai acheté le convertisseur AC/DC de 220 à 5 volts.

1 x entrée d'alimentation du module d'alimentation ca à cc: AC86-265V sortie: 5V 1A ~ 7$;

J'utilise ce convertisseur pour alimenter Arduino et le capteur.

Pour visualiser mes mesures, j'affiche la somme d'argent dépensée sur un écran. J'utilise cet écran LCD 8x2 caractères.

1 x 0802 Module d'affichage LCD 8x2 caractères 5V ~ 9$;

C'est petit, compatible avec l'affichage Arduino. Il utilise son propre bus de données pour communiquer avec le contrôleur. En outre, cet écran a un rétro-éclairage qui peut être de différentes couleurs. J'ai l'orange.

Étape 3: Préparation. Sonnectors

L'appareil doit avoir sa propre fiche et prise d'alimentation.

Il est assez difficile d'établir une connexion de qualité et fiable à la maison. De plus, je voulais que l'appareil soit portable et compact sans cordons ni fils.

J'ai décidé d'acheter des douilles et des fiches universelles dans la quincaillerie pour les démonter afin d'utiliser leurs pièces. Les connecteurs que j'ai achetés sont de type F ou comme on les appelle Shuko. Cette connexion est utilisée dans toute l'Union européenne. Il existe différents types de connecteurs, par exemple, les types A ou B sont un peu plus petits que F et sont utilisés en Amérique du Nord. Les dimensions internes des prises et les dimensions externes des fiches sont normalisées pour tous les connecteurs du type.

Pour plus d'informations, vous pouvez en savoir plus sur les différents types de socket ici.

En démontant quelques douilles, j'ai constaté que leurs parties intérieures peuvent être facilement retirées. Ces pièces ont presque les mêmes dimensions mécaniques. J'ai décidé de les utiliser.

Donc, pour créer votre propre appareil, vous avez besoin de:

• Choisissez le type de connexion;
• Trouvez des fiches et des prises que vous pouvez utiliser et qui peuvent être facilement démontées;
• Retirez leurs parties internes.

J'ai utilisé cette prise:

1 x prise femelle mise à la terre 16A 250V ~ 1$;

Et cette prise:

1 x prise mâle 16A 250V ~ 0,50$;

Étape 4: Préparation. impression en 3D

J'ai imprimé des parties du corps de l'appareil sur une imprimante 3D. J'ai utilisé du plastique ABS de différentes couleurs.

Voici la liste des pièces:

• Corps principal (violet) - 1 pièce;
• Couverture arrière (jaune) - 1 pièce;
• Boîtier de douille (rose) - 1 pièce;
• Boîtier de prise (rouge) - 1 pièce;

Le corps principal a des trous de filetage pour fixer le capteur de courant et le couvercle arrière.

Le couvercle arrière a des trous de filetage pour fixer le convertisseur AC-DC et un joint à encliquetage pour attacher Arduino Micro.

Toutes les pièces ont des trous pour les vis M3 pour fixer les boîtiers d'affichage, de prise et de prise.

Faites attention au boîtier de la prise et aux pièces du boîtier de la prise.

Les surfaces intérieures de ces pièces sont pré-modélisées spécifiquement pour mes connecteurs. Pour les connecteurs démontés de l'étape précédente.

Ainsi, si vous souhaitez créer votre propre appareil et que vos connecteurs de prise et de prise diffèrent des miens, vous devez réparer ou modifier les modèles 3D de boîtier de prise et de boîtier de prise.

Les modèles STL sont en pièce jointe. Si nécessaire, je peux joindre les modèles CAO sources.

Étape 5: Assemblage. Boîtier de prise

La liste du matériel:

1. Boîtier de douille imprimé en 3D - 1 pièce;
2. Prise - 1 pièce;
3. Fils haute tension (14 AWG ou moins).

Processus d'assemblage:

Regardez le croquis. L'image vous aidera avec l'assemblage.

• Préparer la prise (pos. 2). La douille doit s'insérer fermement dans le boîtier jusqu'au rebord d'arrêt. Si nécessaire, traitez le contour de la douille avec un papier de verre ou une lime à aiguille.
• Connectez les fils haute tension à la prise. Utilisez des borniers ou des soudures.
• Insérez la douille (pos. 2) dans le boîtier (pos. 1).

Optionnel:

Fixez la douille dans le boîtier avec une vis à travers la plate-forme sur le boîtier

Étape 6: Assemblage. Corps principal

La liste du matériel:

1. Corps principal imprimé en 3D - 1 pièce;
2. Boîtier de douille assemblé - 1 pièce;
3. Capteur de courant ACS 712 - 1 pièce;
4. Écran LCD 8x2 - 1 pièce;
5. Vis M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) longueur 20mm - 4 pièces.
6. Vis M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) longueur 10mm - 4 pièces.
7. Vis M2 / M2.5 (DIN7981 ou autre) - 2 pièces.
8. Écrou hexagonal M3 (DIN 934/ DIN 985) - 8 pièces.
9. Fils 24 ou 26 AWG.
10. Fils haute tension (14 AWG ou moins).

Processus d'assemblage:

Regardez le croquis. L'image vous aidera avec l'assemblage.

• Préparez le grand trou au niveau du corps principal (pos. 1). Le boîtier de la douille assemblé doit s'y insérer fermement. Si nécessaire, traitez le contour du trou avec un papier de verre ou une lime à aiguille.
• Insérez le boîtier de la douille (pos. 2) sur le corps principal (pos. 1) et fixez-le à l'aide des vis (pos. 6) et des écrous (pos. 8).
• Connectez les fils haute tension au capteur de courant (pos. 3). Utilisez des borniers.
• Fixer le capteur de courant (pos. 3) avec le corps principal (pos. 1) à l'aide de vis (pos. 7).
• Connecter ou souder les fils à l'afficheur (pos. 4) et au capteur de courant (pos. 3)
• Fixer l'écran (pos. 4) avec le corps principal (pos. 1) à l'aide de vis (pos. 5) et d'écrous (pos. 8).

Étape 7: Assemblage. Cas de prise

La liste du matériel:

1. Boîtier de prise imprimé en 3D - 1 pièce;
2. Bouchon - 1 pièce;
3. Fils haute tension (14 AWG ou moins).

Processus d'assemblage:

Regardez le croquis. L'image vous aidera avec l'assemblage.

• Préparer le bouchon (pos. 2). Le bouchon doit s'insérer fermement dans le boîtier jusqu'à la butée. Si nécessaire, traitez le contour de la douille avec un papier de verre ou une lime à aiguille.
• Connectez les fils haute tension à la prise (pos. 2). Utilisez des borniers ou des soudures.
• Insérer la fiche (pos. 2) dans le boîtier (pos. 1).

Optionnel:

Fixez le bouchon dans le boîtier avec une vis. L'endroit à visser est indiqué sur le croquis

Étape 8: Assemblage. Quatrième de couverture

La liste du matériel:

1. Couverture arrière imprimée en 3D - 1 pièce;
2. Boîtier de prise assemblé - 1 pièce;
3. Convertisseur de tension AC-DC - 1 pièce;
4. Arduino Micro - 1 pièce;
5. Vis M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) longueur 10mm - 4 pièces.
6. Vis M2 / M2.5 (DIN7981 ou autre) - 4 pièces.
7. Écrou hexagonal M3 (DIN 934/ DIN 985) - 4 pièces.

Processus d'assemblage:

Regardez le croquis. L'image vous aidera avec l'assemblage.

• Préparez le grand trou sur le couvercle arrière (pos. 1). Le boîtier de prise assemblé (pos. 2) doit s'y insérer fermement. Si nécessaire, traitez le contour du trou avec un papier de verre ou une lime à aiguille.
• Insérer le boîtier de prise (pos. 2) sur le couvercle arrière (pos. 1) et le fixer à l'aide de vis (pos. 5) et d'écrous (pos. 7).
• Fixez l'Arduino (pos. 4) au capot arrière (pos. 1) à l'aide de la connexion à encliquetage.
• Fixer le convertisseur de tension AC-DC (pos. 3) au couvercle arrière (pos. 1) à l'aide de vis (pos. 6).

Étape 9: Assemblage. Soudure

La liste du matériel:

1. Fils haute tension (14 AWG ou moins).
2. Fils 24 ou 26 AWG.

Assemblage:

Soudez tous les composants ensemble comme indiqué sur le croquis.

Les fils haute tension de la fiche sont soudés au convertisseur AC-DC et aux câbles de la prise.

L'ACS712 est un capteur de courant analogique, et il est alimenté en 5V. Vous pouvez alimenter le capteur depuis Arduino ou depuis le convertisseur AC-DC directement.

• Broche Vcc - Broche Arduino 5V / Broche AC-DC 5V;
• GND - Broche GND Arduino / Broche GND AC-DC;
• OUT - broche analogique A0 Arduino;

L'écran LCD LCD 8x2 caractères est alimenté par 3.3-5V et possède son propre bus de données. L'écran peut communiquer en mode 8 bits (DB0-DB7) ou 4 bits (DB4-DB7). J'en ai utilisé un 4 bits. Vous pouvez alimenter l'écran depuis Arduino ou depuis le convertisseur AC-DC.

• Broche Vcc - Broche Arduino 5V / Broche AC-DC 5V;
• GND - Broche GND Arduino / Broche GND AC-DC;
• Vo - Broche GND Arduino / Broche GND AC-DC;
• R/W - Broche GND Arduino / Broche GND AC-DC;
• RS - broche numérique Arduino 12;
• E - broche Arduino numérique 11;
• DB4 - broche numérique 5 Arduino;
• DB5 - 4 broches Arduino numériques;
• DB6 - broche Arduino numérique 3;
• DB7 - 2 broches Arduino numériques;

Notification:

N'oubliez pas d'isoler tous les fils haute tension avec des gaines thermorétractables ! Isolez également les contacts soudés haute tension sur le convertisseur de tension AC-DC. Isolez également les contacts soudés haute tension sur le convertisseur de tension AC-DC.

S'il vous plaît soyez prudent avec 220V. La haute tension peut vous tuer !

Ne touchez aucun composant électronique lorsque l'appareil est connecté au réseau électrique.

Ne connectez pas l'Arduino à un ordinateur lorsque l'appareil est connecté au réseau électrique.

Étape 10: Assemblage. Finir

La liste du matériel:

1. Corps principal assemblé - 1 pièce;
2. Couverture arrière assemblée - 1 pièce;
3. Vis M3 (DIN7985 / DIN 84 / DIN 912) longueur 10mm - 4 pièces.

Processus d'assemblage:

Regardez le croquis. L'image vous aidera avec l'assemblage.

• Après avoir terminé la soudure, placez tous les fils solidement dans le corps principal (pos. 1).
• Assurez-vous qu'il n'y a aucun contact ouvert nulle part. Les fils ne doivent pas se croiser et leurs emplacements ouverts ne doivent pas entrer en contact avec le corps en plastique.
• Fixez le couvercle arrière (pos. 2) au corps principal (pos. 1) à l'aide de vis (pos. 3).

Étape 11: XOD

Pour programmer les contrôleurs Arduino, j'utilise l'environnement de programmation visuel XOD. Si vous débutez en génie électrique ou si vous aimez simplement écrire des programmes simples pour les contrôleurs Arduino comme moi, essayez XOD. C'est l'instrument idéal pour le prototypage rapide d'appareils.

Dans XOD, vous pouvez créer des programmes directement dans la fenêtre du navigateur. Personnellement, je préfère la version de bureau.

Pour mon appareil ECEM, j'ai créé la bibliothèque gabbapeople/electricity-meter dans XOD. Cette bibliothèque contient tous les nœuds dont vous avez besoin pour créer le même programme. Il comprend également l'exemple de programme préparé. Alors, assurez-vous de l'ajouter dans votre espace de travail XOD.

Traiter:

• Installez le logiciel XOD IDE sur votre ordinateur.
• Ajoutez la bibliothèque gabbapeople/electricity-meter à l'espace de travail.
• Créez un nouveau projet et appelez-le smth.

Ensuite, je vais décrire comment programmer cet appareil dans XOD.

J'ai également joint la capture d'écran avec la version étendue du programme à la dernière étape instructable.

Étape 12: Programmation

Voici les nœuds dont vous avez besoin:

Le nœud acs712-20a-ac-current-sensor

C'est le premier nœud à placer sur le patch. Il est utilisé pour mesurer le courant momentané. Dans cette bibliothèque, il existe 3 types de nœuds différents. Ils diffèrent par le type de capuchon de mesure d'ampérage. Choisissez celui correspondant à votre type de capteur. Je place le nœud acs712-20a-ac-current-sensor. Ce nœud délivre une valeur de l'intensité du courant en ampères.

A la broche PORT de ce nœud, je dois mettre la valeur de la broche Arduino Micro à laquelle j'ai connecté mon capteur de courant. J'ai soudé la broche de signal du capteur à la broche A0 Arduino, j'ai donc mis la valeur A0 sur la broche PORT.

La valeur au niveau de la broche UPD doit être définie sur Continuellement, pour mesurer l'intensité du courant en continu après avoir allumé l'appareil. Aussi pour la mesure AC, je dois spécifier la fréquence. Dans mon réseau électrique, la fréquence AC est égale à 50 Hz. J'ai mis la valeur 50 sur la broche de fréquence FRQ.

Le nœud de multiplication

Il calcule la puissance électrique. La puissance électrique est le produit de la multiplication du courant par la tension.

Mettez le nœud multiplié et reliez l'une de ses broches au nœud du capteur et placez la valeur de la tension alternative sur la deuxième broche. J'ai mis la valeur 230. Il s'agit de la tension de mon réseau électrique.

Le nœud d'integration-dt

Avec deux nœuds précédents, le courant et la puissance de l'appareil peuvent être mesurés instantanément. Mais, vous devez calculer comment la consommation d'énergie change au fil du temps. Pour cela, vous pouvez intégrer la valeur de puissance instantanée à l'aide du nœud integrated-dt. Ce nœud accumulera la valeur de puissance actuelle.

La broche UPD déclenche une mise à jour de la valeur accumulée, tandis que la broche RST remet la valeur accumulée à zéro.

Le nœud to-money

Après intégration, à la sortie du nœud integrated-dt, vous obtenez la consommation électrique en watts par seconde. Pour faciliter le comptage de l'argent dépensé, placez le nœud to-money sur le patch. Ce nœud convertit la consommation électrique de watts par seconde en kilowatts par heure et multiplie la valeur accumulée par le coût d'un kilowatt par heure.

Mettez le prix d'un kilowatt par heure sur la broche PRC.

Avec le nœud to-money, la valeur cumulée de la consommation d'électricité est convertie en montant d'argent dépensé. Ce nœud le génère en dollars.

Il ne vous reste plus qu'à afficher cette valeur sur l'affichage de l'écran.

Le nœud text-lcd-8x2

J'ai utilisé un écran LCD avec 2 lignes quatre 8 caractères. J'ai mis le nœud text-lcd-8x2 pour cet affichage et configuré toutes les valeurs de broche de port. Les broches de ce port correspondent aux micro-ports Arduino auxquels l'écran est soudé.

Sur la première ligne de l'affichage, à la broche L1, j'ai écrit la chaîne « Total: ».

J'ai lié la broche de sortie du nœud to-money à la broche L2, pour afficher le montant d'argent sur la deuxième ligne de l'écran.

Le patch est prêt.

Appuyez sur Déployer, choisissez le type de carte et téléchargez-le sur l'appareil.

Étape 13: Programme étendu

Vous pouvez étendre vous-même le programme à partir de l'étape précédente. Par exemple, regardez la capture d'écran ci-jointe.

Comment le patch peut-il être modifié ?

• Reliez la sortie du capteur acs712-20a-ac-current-sensor directement au nœud d'affichage pour afficher la valeur de courant momentanée à l'écran sans autres calculs.
• Reliez la sortie du nœud de multiplication directement au nœud d'affichage pour produire l'énergie électrique qui est consommée en ce moment;
• Reliez la sortie du nœud d'intégration-dt directement au nœud d'affichage pour sortir la valeur de consommation accumulée;
• Réinitialisez le compteur en appuyant sur un bouton. C'est une bonne idée, mais j'ai oublié d'ajouter un emplacement pour un bouton sur mon appareil =). Placez le nœud du bouton sur le patch et reliez sa broche PRS à la broche RST du nœud integrated-dt.
• Vous pouvez créer un appareil avec un écran plus grand que 8x2 et afficher tous les paramètres en même temps. Si vous allez utiliser l'écran 8x2 comme moi, utilisez les nœuds concat, format-number, pad-with-zeroes pour insérer toutes les valeurs dans des lignes.

Fabriquez votre propre appareil et découvrez la technique la plus gourmande à la maison !

Vous pouvez trouver cet appareil très utile dans le ménage pour économiser de l'électricité.

À bientôt.