Medidor de energía multifunción DIY Arduino V1.0: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

En este Instructable, le mostraré cómo hacer un medidor de energía multifunción basado en Arduino. Este pequeño medidor es un dispositivo muy útil que muestra información importante sobre parámetros eléctricos. El dispositivo puede medir 6 parámetros eléctricos útiles: voltaje, corriente, potencia, energía, capacidad y temperatura. Este dispositivo es adecuado solo para cargas de CC, como sistemas solares fotovoltaicos. También puede utilizar este medidor para medir la capacidad de la batería.

El medidor puede medir hasta un rango de voltaje de 0 a 26 V y una corriente máxima de 3,2 A.

Suministros

Componentes utilizados:

1. Arduino Pro Micro (Amazon)

2. INA219 (Amazon)

3. OLED de 0.96 (Amazon)

4. DS18B20 (Amazon)

5. Batería Lipo (Amazon)

6. Terminales de tornillo (Amazon)

7. Encabezados femeninos / masculinos (Amazon)

8. Tablero perforado (Amazon)

9. Cable de 24 AWG (Amazon)

10. Deslice el interruptor (Amazon)

Herramientas e instrumentos utilizados:

1. Soldador (Amazon)

2. Pelacables (Amazon)

3. Multímetro (Amazon)

4. Comprobador eléctrico (Amazon)

Paso 1: ¿Cómo funciona?

El corazón del Energy Meter es una placa Arduino Pro Micro. El Arduino detecta la corriente y el voltaje utilizando el sensor de corriente INA219 y la temperatura es detectada por el sensor de temperatura DS18B20. De acuerdo con este voltaje y corriente, Arduino hace los cálculos para calcular la potencia y la energía.

El esquema completo se divide en 4 grupos

1. Arduino Pro Micro

La energía requerida para Arduino Pro Micro se suministra desde una batería LiPo / Li-Ion a través de un interruptor deslizante.

2. Sensor de corriente

El sensor de corriente INA219 está conectado a la placa Arduino en modo de comunicación I2C (pin SDA y SCL).

3. Pantalla OLED

Similar al sensor actual, la pantalla OLED también está conectada a la placa Arduino en el modo de comunicación I2C. Sin embargo, la dirección para ambos dispositivos es diferente.

4. Sensor de temperatura

Aquí he usado el sensor de temperatura DS18B20. Utiliza un protocolo de un solo cable para comunicarse con Arduino.

Paso 2: Prueba de la placa de pruebas

Primero, haremos el circuito en un Breadboard. La principal ventaja de una placa de pruebas sin soldadura es que no tiene soldadura. Por lo tanto, puede cambiar fácilmente el diseño simplemente desconectando los componentes y cables cuando lo necesite.

Después de hacer la prueba del tablero, hice el circuito en un tablero perforado

Paso 3: prepara la placa Arduino

El Arduino Pro Micro viene sin soldar el pin de los encabezados. Entonces, primero debes soldar los encabezados en el Arduino.

Inserte sus encabezados masculinos con el lado largo hacia abajo en una placa de pruebas. Ahora, con los encabezados instalados, puede colocar fácilmente la placa Arduino en su lugar en la parte superior del pin de los encabezados. Luego suelde todos los pines a la placa Arduino.

Paso 4: preparar los encabezados

Para montar el Arduino, la pantalla OLED, el sensor de corriente y el sensor de temperatura, necesita un pin de encabezado recto hembra. Cuando compre los encabezados rectos, serán demasiado largos para que se utilicen los componentes. Por lo tanto, deberá recortarlos a una longitud adecuada. Usé una pinza para recortarlo.

A continuación se muestran los detalles sobre los encabezados:

1. Placa Arduino - 2 x 12 pines

2. INA219 - 1 x 6 pines

3. OLED - 1 x 4 pines

4. Temp. Sensor - 1 x 3 pines

Paso 5: suelde los conectores hembra

Después de preparar el pin de los encabezados hembra, suéltelos a la placa perforada. Después de soldar los pines del cabezal, compruebe si todos los componentes encajan perfectamente o no.

Nota: Recomendaré soldar el sensor de corriente directamente a la placa en lugar de hacerlo a través del cabezal hembra.

Me he conectado a través del pin de encabezado para reutilizar el INA219 para otros proyectos.

Paso 6: monte el sensor de temperatura

Aquí estoy usando el sensor de temperatura DS18B20 en el paquete TO-92. Al considerar el reemplazo fácil, he usado un cabezal hembra de 3 pines. Pero puede soldar directamente el sensor a la placa perforada.

Paso 7: suelde los terminales de tornillo

Aquí se utilizan terminales de tornillo para la conexión externa a la placa. Las conexiones externas son

1. Fuente (batería / panel solar)

2. Cargar

3. Fuente de alimentación para Arduino

El terminal de tornillo azul se usa para el suministro de energía al Arduino y dos terminales verdes se usan para la conexión de fuente y carga.

Paso 8: haz el circuito

Después de soldar los conectores hembra y los terminales de tornillo, debe unir las almohadillas según el diagrama esquemático que se muestra arriba.

Las conexiones son bastante sencillas.

INA219 / OLED -> Arduino

VCC -> VCC

GND -> GND

SDA -> D2

SCL-> D3

DS18B20 -> Arduino

GND -> GND

DQ -> D4 a través de una resistencia pull-up de 4.7K

VCC -> VCC

Por último, conecte los terminales de tornillo según el esquema.

He usado cables de colores de 24 AWG para hacer el circuito. Suelde el cable según el diagrama del circuito.

Paso 9: Montaje de los separadores

Después de soldar y cablear, monte los separadores en las 4 esquinas. Proporcionará suficiente espacio libre para las juntas de soldadura y los cables del suelo.

Paso 10: Diseño de PCB

He diseñado un PCB personalizado para este proyecto. Debido a la situación actual de la pandemia de COVID-19, no puedo realizar un pedido de esta PCB. Así que todavía no he probado la PCB.

Puede descargar los archivos Gerber de PCBWay

Cuando hagas un pedido de PCBWay, recibiré una donación del 10% de PCBWay como contribución a mi trabajo. Su pequeña ayuda puede animarme a hacer un trabajo más asombroso en el futuro. Gracias por su cooperación.

Paso 11: Poder y energía

Potencia: la potencia es el producto del voltaje (voltios) y la corriente (amperios)

P = VxI

La unidad de potencia es Watt o KW

Energía: la energía es el producto de la potencia (vatios) y el tiempo (hora)

E = Pxt

La unidad de energía es vatios hora o kilovatios hora (kWh)

Capacidad: la capacidad es producto de la corriente (amperios) y el tiempo (hora)

C = yo x t

La unidad de capacidad es Amp-hora

Para monitorear la potencia y la energía, la lógica anterior se implementa en el software y los parámetros se muestran en una pantalla OLED de 0.96 pulgadas.

Crédito de la imagen: imgoat

Paso 12: software y bibliotecas

Primero, descargue el código adjunto a continuación. Luego descargue las siguientes bibliotecas e instálelas.

1. Biblioteca Adafruit INA219

2. Biblioteca Adafruit SSD1306

3. Temperatura de Dallas

Después de instalar todas las bibliotecas, configure la placa y el puerto COM correctos, luego cargue el código.

Paso 13: Prueba final

Para probar la placa, he conectado una batería de 12V como fuente y un LED de 3W como carga.

La batería está conectada al terminal de tornillo debajo del Arduino y el LED está conectado al terminal de tornillo debajo del INA219. La batería LiPo se conecta al terminal de tornillo azul y luego enciende el circuito usando el interruptor deslizante.

Puede ver que todos los parámetros se muestran en la pantalla OLED.

Los parámetros de la primera columna son

1. Voltaje

2. Actual

3. Poder

Los parámetros de la segunda columna son

1. Energía

2. Capacidad

3. Temperatura

Para verificar la precisión, usé mi multímetro y un probador como se muestra arriba. La precisión está cerca de ellos. Estoy realmente satisfecho con este dispositivo de bolsillo.

Gracias por leer mi Instructable. Si te gusta mi proyecto, no olvides compartirlo. Los comentarios y sugerencias son siempre bienvenidos.