Tự làm đồng hồ đo năng lượng đa năng Arduino V1.0: 13 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách tạo một Đồng hồ đo năng lượng đa chức năng dựa trên Arduino. Đồng hồ đo nhỏ này là một thiết bị rất hữu ích hiển thị thông tin quan trọng về các thông số điện. Thiết bị có thể đo 6 thông số điện hữu ích: Điện áp, Dòng điện, Công suất, Năng lượng, Công suất và Nhiệt độ. Thiết bị này chỉ phù hợp với tải một chiều như hệ thống PV năng lượng mặt trời. Bạn cũng có thể sử dụng đồng hồ này để đo dung lượng pin.

Đồng hồ có thể đo đến dải điện áp từ 0 - 26V và dòng điện tối đa là 3.2A.

Quân nhu

Các thành phần được sử dụng:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. 0,96 OLED (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Pin Lipo (Amazon)

6. Thiết bị đầu cuối vít (Amazon)

7. Tiêu đề Nữ / Nam (Amazon)

8. Bảng đục lỗ (Amazon)

9. Dây 24 AWG (Amazon)

10. Công tắc trượt (Amazon)

Công cụ & Dụng cụ được sử dụng:

1. Sắt hàn (Amazon)

2. Wire Stripper (Amazon)

3. Đồng hồ vạn năng (Amazon)

4. Máy đo điện (Amazon)

Bước 1: Cách thức hoạt động?

Trái tim của Máy đo năng lượng là một bo mạch Arduino Pro Micro. Arduino cảm nhận dòng điện và điện áp bằng cách sử dụng cảm biến dòng INA219 và nhiệt độ được cảm biến bằng cảm biến nhiệt độ DS18B20. Theo điện áp và dòng điện này, Arduino thực hiện các phép toán để tính toán công suất và năng lượng.

Toàn bộ lược đồ được chia thành 4 nhóm

1. Arduino Pro Micro

Nguồn điện cần thiết cho Arduino Pro Micro được cung cấp từ Pin LiPo / Li-Ion thông qua một công tắc trượt.

2. Cảm biến hiện tại

Cảm biến hiện tại INA219 được kết nối với bảng Arduino ở chế độ giao tiếp I2C (chân SDA và SCL).

3. Màn hình OLED

Tương tự như Cảm biến hiện tại, màn hình OLED cũng được kết nối với bảng Arduino ở chế độ giao tiếp I2C. Tuy nhiên, địa chỉ cho cả hai thiết bị là khác nhau.

4. Cảm biến nhiệt độ

Ở đây tôi đã sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20. Nó sử dụng giao thức một dây để giao tiếp với Arduino.

Bước 2: Kiểm tra Breadboard

Đầu tiên, chúng ta sẽ tạo mạch trên Breadboard. Ưu điểm chính của bảng mạch không hàn là nó không hàn. Vì vậy, bạn có thể dễ dàng thay đổi thiết kế chỉ bằng cách rút các thành phần và dây dẫn khi bạn cần.

Sau khi thực hiện kiểm tra breadboard, tôi đã tạo mạch trên Bảng đục lỗ

Bước 3: Chuẩn bị bảng Arduino

Arduino Pro Micro đi kèm mà không cần hàn chân cắm của đầu cắm. Vì vậy, bạn phải hàn các tiêu đề vào Arduino trước.

Chèn các tiêu đề nam của bạn theo chiều dài từ trên xuống vào một bảng mạch. Bây giờ, với các tiêu đề đã được cài đặt, bạn có thể dễ dàng thả bảng Arduino vào vị trí trên đầu ghim tiêu đề. Sau đó hàn tất cả các chân vào Bảng Arduino.

Bước 4: Chuẩn bị tiêu đề

Để gắn Arduino, màn hình OLED, cảm biến dòng điện và cảm biến nhiệt độ, bạn cần một số chân cắm đầu thẳng nữ. Khi bạn mua các tiêu đề thẳng, chúng sẽ quá dài để các thành phần được sử dụng. Vì vậy, bạn sẽ cần phải cắt chúng xuống một độ dài thích hợp. Tôi đã sử dụng một cái kềm để cắt bớt nó.

Sau đây là chi tiết về tiêu đề:

1. Bảng Arduino - 2 x 12 chân

2. INA219 - 1 x 6 chân

3. OLED - 1 x 4 chân

4. Nhiệt độ. Cảm biến - 1 x 3 chân

Bước 5: Hàn các tiêu đề nữ

Sau khi chuẩn bị ghim tiêu đề nữ, hãy hàn chúng vào bảng đục lỗ. Sau khi hàn các chân tiêu đề, hãy kiểm tra xem tất cả các thành phần có khớp hoàn toàn hay không.

Lưu ý: Tôi sẽ khuyên bạn nên hàn trực tiếp cảm biến dòng điện vào bo mạch thay vì hàn qua đầu nối cái.

Tôi đã kết nối thông qua chân tiêu đề để sử dụng lại INA219 cho các dự án khác.

Bước 6: Gắn cảm biến nhiệt độ

Ở đây tôi đang sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 trong gói TO-92. Bằng cách xem xét việc thay thế dễ dàng, tôi đã sử dụng một tiêu đề nữ 3 pin. Nhưng bạn có thể hàn trực tiếp cảm biến vào bảng đục lỗ.

Bước 7: Hàn các thiết bị đầu cuối vít

Ở đây các thiết bị đầu cuối vít được sử dụng để kết nối bên ngoài với bo mạch. Các kết nối bên ngoài là

1. Nguồn (Pin / Bảng điều khiển năng lượng mặt trời)

2. Tải

3. Cấp nguồn cho Arduino

Đầu cuối vít màu xanh lam được sử dụng để cấp nguồn cho Arduino và hai đầu cuối màu xanh lá cây được sử dụng để kết nối nguồn và tải.

Bước 8: Tạo mạch

Sau khi hàn các đầu nối cái và đầu nối vít, bạn phải nối các miếng đệm theo sơ đồ thể hiện ở trên.

Các kết nối khá thẳng về phía trước

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 thông qua một điện trở kéo lên 4,7K

VCC -> VCC

Cuối cùng, kết nối các đầu cuối vít theo sơ đồ.

Tôi đã sử dụng dây màu 24AWG để làm mạch. Hàn dây theo sơ đồ mạch.

Bước 9: Gắn Standoffs

Sau khi hàn và nối dây, hãy lắp các chân đế ở 4 góc. Nó sẽ cung cấp đủ độ hở cho các mối hàn và dây dẫn từ mặt đất.

Bước 10: Thiết kế PCB

Tôi đã thiết kế một PCB tùy chỉnh cho dự án này. Do tình hình đại dịch COVID-19 hiện tại, tôi không thể đặt hàng PCB này. Vì vậy tôi vẫn chưa thử nghiệm PCB.

Bạn có thể tải xuống các tệp Gerber từ PCBWay

Khi bạn đặt hàng từ PCBWay, tôi sẽ nhận được khoản quyên góp 10% từ PCBWay cho những đóng góp cho công việc của tôi. Sự giúp đỡ nhỏ của bạn có thể khuyến khích tôi làm những công việc tuyệt vời hơn trong tương lai. Cảm ơn bạn đã hợp tác của bạn.

Bước 11: Nguồn và Năng lượng

Công suất: Công suất là tích số của điện áp (vôn) và dòng điện (Amp)

P = VxI

Đơn vị công suất là Watt hoặc KW

Năng lượng: Năng lượng là sản phẩm của công suất (watt) và thời gian (Giờ)

E = Pxt

Đơn vị năng lượng là Watt giờ hoặc Kilowatt giờ (kWh)

Công suất: Công suất là tích số của Dòng điện (Amp) và thời gian (Giờ)

C = I x t

Đơn vị công suất là Amp-Hour

Để theo dõi công suất và năng lượng, logic trên được thực hiện trong phần mềm và các thông số được hiển thị trên màn hình OLED 0,96 inch.

Tín dụng hình ảnh: imgoat

Bước 12: Phần mềm và Thư viện

Đầu tiên, hãy tải xuống đoạn mã được đính kèm bên dưới. Sau đó tải xuống các thư viện sau và cài đặt chúng.

1. Thư viện Adafruit INA219

2. Thư viện Adafruit SSD1306

3. Nhiệt độ Dallas

Sau khi cài đặt tất cả các thư viện, hãy đặt đúng bo mạch và cổng COM, sau đó tải mã lên.

Bước 13: Thử nghiệm cuối cùng

Để kiểm tra bo mạch, tôi đã kết nối một pin 12V làm nguồn và một đèn LED 3W làm tải.

Pin được kết nối với đầu cuối vít bên dưới Arduino và đèn LED được kết nối với đầu cuối vít bên dưới INA219. Pin LiPo được kết nối với đầu nối vít màu xanh và sau đó BẬT mạch bằng cách sử dụng công tắc trượt.

Bạn có thể thấy tất cả các thông số đang hiển thị trên màn hình OLED.

Các thông số trong cột đầu tiên là

1. Điện áp

2. Hiện tại

3. Quyền lực

Các thông số trong cột thứ hai là

1. Năng lượng

2. Công suất

3. Nhiệt độ

Để kiểm tra độ chính xác, tôi đã sử dụng đồng hồ vạn năng và một Tester như hình trên. Độ chính xác gần với chúng. Tôi thực sự hài lòng với tiện ích bỏ túi này.

Cảm ơn bạn đã đọc bài có thể hướng dẫn của tôi. Nếu bạn thích dự án của tôi, đừng quên chia sẻ nó. Nhận xét và phản hồi luôn được chào đón.