Arduino ऊर्जा मीटर - V2.0: 12 चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

नमस्कार दोस्तों, एक लंबे ब्रेक के बाद आपका स्वागत है। इससे पहले मैंने अरुडिनो एनर्जी मीटर पर एक इंस्ट्रक्शंस पोस्ट किया है जो मुख्य रूप से मेरे गांव में सौर पैनल (डीसी पावर) से बिजली की निगरानी के लिए बनाया गया था। यह इंटरनेट पर बहुत लोकप्रिय हो गया, दुनिया भर में बहुत से लोगों ने अपना खुद का निर्माण किया है। इतने सारे छात्रों ने मुझसे मदद लेकर अपने कॉलेज प्रोजेक्ट के लिए इसे बनाया है। फिर भी, अब मुझे एसी बिजली की खपत की निगरानी के लिए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर संशोधन के संबंध में लोगों से ईमेल और संदेश प्राप्त हो रहे हैं।

इसलिए इस निर्देश में, मैं आपको दिखाने जा रहा हूं कि Arduino / Wemos बोर्ड का उपयोग करके एक साधारण वाईफाई सक्षम AC एनर्जी मीटर कैसे बनाया जाता है। इस ऊर्जा मीटर का उपयोग करके आप किसी भी घरेलू उपकरण की बिजली की खपत को माप सकते हैं। प्रोजेक्ट के अंत में, मैंने इस प्रोजेक्ट के लिए एक अच्छा 3D प्रिंटेड एनक्लोजर बनाया।

ऊर्जा खपत के बारे में अधिक जागरूकता पैदा करने का लक्ष्य उपयोगकर्ता द्वारा ऊर्जा के उपयोग में अनुकूलन और कमी करना होगा। इससे उनकी ऊर्जा लागत कम होगी, साथ ही ऊर्जा की बचत भी होगी।

बेशक, ऊर्जा निगरानी के लिए बहुत सारे वाणिज्यिक उपकरण पहले से मौजूद हैं, लेकिन मैं अपना खुद का संस्करण बनाना चाहता था जो सरल और कम लागत वाला हो।

आप मेरे सभी प्रोजेक्ट यहां देख सकते हैं:

चरण 1: आवश्यक भाग और उपकरण

आवश्यक घटक:

1. Wemos D1 मिनी प्रो (अमेज़ॅन / बैंगगूड)

2. वर्तमान सेंसर -ACS712 (अमेज़ॅन)

3. OLED डिस्प्ले (अमेज़ॅन / बैंगगूड)

4. 5 वी बिजली की आपूर्ति (एलीएक्सप्रेस)

5. प्रोटोटाइप बोर्ड - 4 x 6 सेमी (अमेज़ॅन / बैंगगूड)

6. 24 एडब्ल्यूजी वायर (अमेज़ॅन)

7. हैडर पिन (अमेज़ॅन / बैंगगूड)

8. पुरुष-महिला जम्पर तार (अमेज़ॅन)

9. स्क्रू टर्मिनल (अमेज़ॅन)

10. गतिरोध (बैंगगूड)

11. एसी सॉकेट आउटलेट

12. एसी प्लग

13. स्प्रिंग-लोडेड कनेक्टर (बैंगगूड)

14. घुमाव स्विच (बैंगगूड)

15. पीएलए फिलामेंट-सिल्वर (गियरबेस्ट)

16. पीएलए फिलामेंट-रेड (गियरबेस्ट)

उपकरण की आवश्यकता:

1. सोल्डरिंग आयरन (अमेज़ॅन)

2. गोंद गन (अमेज़ॅन)

3. वायर कटर / स्ट्रिपर (अमेज़ॅन)

4.3डी प्रिंटर (क्रियलिटी सीआर10एस)

चरण 2: यह कैसे काम करता है?

पूरी परियोजना का ब्लॉक आरेख ऊपर दिखाया गया है।

आकस्मिक शॉर्ट सर्किट के दौरान सर्किट बोर्ड को किसी भी नुकसान से बचने के लिए एसी मेन से बिजली खींची जाती है और फ्यूज के माध्यम से पारित की जाती है।

फिर एसी पावर लाइन को दो भागों में बांटा गया है:

1. वर्तमान सेंसर (ACS712) के माध्यम से लोड करने के लिए

2. 230V एसी / 5V डीसी बिजली आपूर्ति मॉड्यूल

5V बिजली आपूर्ति मॉड्यूल माइक्रोकंट्रोलर (Arduino / Wemos), करंट सेंसर (ACS712) और OLED डिस्प्ले को शक्ति प्रदान करता है।

लोड से गुजरने वाले एसी करंट को करंट सेंसर मॉड्यूल (ACS712) द्वारा महसूस किया जाता है और Arduino/Wemos बोर्ड के एनालॉग पिन (A0) को फीड किया जाता है। एक बार Arduino को एनालॉग इनपुट दिए जाने के बाद, Arduino स्केच द्वारा शक्ति/ऊर्जा का मापन किया जाता है।

Arduino/Wemos द्वारा परिकलित शक्ति और ऊर्जा को 0.96 OLED डिस्प्ले मॉड्यूल पर प्रदर्शित किया जाता है।

Wemos की इनबिल्ट वाईफाई चिप होम राउटर से जुड़ी है और Blynk ऐप से जुड़ी है। तो आप मापदंडों की निगरानी के साथ-साथ ओटीए के माध्यम से अपने स्मार्टफ़ोन से विभिन्न सेटिंग्स को कैलिब्रेट और संशोधित कर सकते हैं।

चरण 3: एसी मूल बातें समझना

एसी सर्किट विश्लेषण में, वोल्टेज और करंट दोनों समय के साथ साइनसॉइड रूप से भिन्न होते हैं।

वास्तविक शक्ति (पी):

यह उपकरण द्वारा उपयोगी कार्य करने के लिए उपयोग की जाने वाली शक्ति है। इसे kW में व्यक्त किया जाता है।

वास्तविक शक्ति = वोल्टेज (V) x करंट (I) x cosΦ

प्रतिक्रियाशील शक्ति (क्यू):

इसे अक्सर काल्पनिक शक्ति कहा जाता है जो स्रोत और भार के बीच दोलन करने वाली शक्ति का एक माप है, जो कोई उपयोगी कार्य नहीं करता है। इसे kVAr में व्यक्त किया जाता है।

प्रतिक्रियाशील शक्ति = वोल्टेज (वी) x करंट (I) x sinΦ

स्पष्ट शक्ति (एस):

इसे रूट-मीन-स्क्वायर (RMS) वोल्टेज और RMS करंट के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया गया है। इसे वास्तविक और प्रतिक्रियाशील शक्ति के परिणाम के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है। यह kVA. में व्यक्त किया जाता है

स्पष्ट शक्ति = वोल्टेज (V) x करंट (I)

वास्तविक, प्रतिक्रियाशील और स्पष्ट शक्ति के बीच संबंध:

वास्तविक शक्ति = स्पष्ट शक्ति x cosΦ

प्रतिक्रियाशील शक्ति = स्पष्ट शक्ति x sinΦ

(केवीए)² = (किलोवाट)² + (केवीएआर)²

पावर फैक्टर (पीएफ):

किसी परिपथ में वास्तविक शक्ति और प्रत्यक्ष शक्ति के अनुपात को शक्ति कारक कहा जाता है।

पावर फैक्टर = वास्तविक शक्ति/स्पष्ट शक्ति

ऊपर से यह स्पष्ट है कि, हम वोल्टेज और करंट को मापकर सभी प्रकार की शक्ति के साथ-साथ पावर फैक्टर को भी माप सकते हैं।

छवि क्रेडिट: openenergymonitor.org

चरण 4: वर्तमान सेंसर

एसी करंट को पारंपरिक रूप से करंट ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करके मापा जाता है, लेकिन इस परियोजना के लिए, ACS712 को इसकी कम लागत और छोटे आकार के कारण वर्तमान सेंसर के रूप में चुना गया था। ACS712 करंट सेंसर एक हॉल इफेक्ट करंट सेंसर है जो प्रेरित होने पर करंट को सटीक रूप से मापता है। एसी तार के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र का पता लगाया जाता है जो समकक्ष एनालॉग आउटपुट वोल्टेज देता है। एनालॉग वोल्टेज आउटपुट को लोड के माध्यम से वर्तमान प्रवाह को मापने के लिए माइक्रोकंट्रोलर द्वारा संसाधित किया जाता है।

ACS712 सेंसर के बारे में अधिक जानने के लिए, आप इस साइट पर जा सकते हैं। हॉल इफेक्ट सेंसर के काम करने की बेहतर व्याख्या के लिए, मैंने एंबेडेड-लैब से उपरोक्त चित्र का उपयोग किया है।

चरण 5: ACS712. द्वारा वर्तमान मापन

ACS712 करंट सेंसर से आउटपुट एक AC वोल्टेज वेव है। हमें rms करंट की गणना करनी है, यह निम्न तरीके से किया जा सकता है

1. पीक टू पीक वोल्टेज (वीपीपी) को मापना

2. पीक वोल्टेज (वीपी) प्राप्त करने के लिए पीक से पीक वोल्टेज (वीपीपी) को दो से विभाजित करें

3. rms वोल्टेज (Vrms) प्राप्त करने के लिए इसे 0.707 से गुणा करें

फिर rms करंट प्राप्त करने के लिए करंट सेंसर (ACS712) की सेंसिटिविटी को गुणा करें।

वीपी = वीपीपी/2

वीआरएमएस = वीपी x 0.707

इर्म्स = वीआरएमएस x संवेदनशीलता

ACS712 5A मॉड्यूल की संवेदनशीलता 185mV/A, 20A मॉड्यूल 100mV/A और 30A मॉड्यूल 66mV/A है।

वर्तमान सेंसर के लिए कनेक्शन नीचे जैसा है

ACS712 Arduino/Wemos

वीसीसी ------ 5वी

बाहर ----- ए0

जीएनडी ----- जीएनडी

चरण 6: शक्ति और ऊर्जा गणना

इससे पहले मैंने एसी पावर के विभिन्न रूपों की मूल बातें बताई हैं। घरेलू उपयोगकर्ता होने के नाते, वास्तविक शक्ति (kW) हमारी मुख्य चिंता है। वास्तविक शक्ति की गणना करने के लिए हमें rms वोल्टेज, rms करंट और पावर फैक्टर (pF) को मापने की आवश्यकता होती है।

आमतौर पर, मेरे स्थान (230V) में मुख्य वोल्टेज लगभग स्थिर होता है (उतार-चढ़ाव नगण्य है)। इसलिए मैं वोल्टेज मापने के लिए एक सेंसर छोड़ रहा हूं। इसमें कोई संदेह नहीं है कि यदि आप वोल्टेज सेंसर को जोड़ते हैं, तो मेरे मामले में माप सटीकता बेहतर होती है। वैसे भी, यह विधि परियोजना को पूरा करने और उद्देश्य को पूरा करने का एक सस्ता और सरल तरीका है।

वोल्टेज सेंसर का उपयोग न करने का एक अन्य कारण वेमोस एनालॉग पिन (केवल एक) की सीमा के कारण है। हालाँकि ADS1115 जैसे ADC का उपयोग करके अतिरिक्त सेंसर को जोड़ा जा सकता है, कुछ समय के लिए, मैं इसे छोड़ रहा हूँ। भविष्य में समय मिला तो जरूर जोड़ूंगा।

प्रोग्रामिंग के दौरान या स्मार्टफोन ऐप से लोड के पावर फैक्टर को बदला जा सकता है।

वास्तविक शक्ति (W) = Vrms x Irms x Pf

Vrms = 230V (ज्ञात)

पीएफ = 0.85 (ज्ञात)

Irms = वर्तमान सेंसर से पढ़ना (अज्ञात)

छवि क्रेडिट: इम्गोएट

चरण 7: ब्लिंक ऐप के साथ इंटरफेसिंग

जैसा कि Wemos बोर्ड में इनबिल्ट वाईफाई चिप है, मैंने इसे अपने राउटर से कनेक्ट करने और अपने स्मार्टफ़ोन से घरेलू उपकरण की ऊर्जा की निगरानी करने के बारे में सोचा। Arduino के बजाय Wemos बोर्ड का उपयोग करने के फायदे हैं: सेंसर का अंशांकन और OTA के माध्यम से स्मार्टफोन से पैरामीटर मान को भौतिक रूप से माइक्रोकंट्रोलर को बार-बार प्रोग्रामिंग किए बिना बदलना।

मैंने सरल विकल्प की खोज की ताकि कम अनुभव वाला कोई भी व्यक्ति इसे बना सके। सबसे अच्छा विकल्प जो मैंने पाया वह है ब्लिंक ऐप का उपयोग करना। Blynk एक ऐसा ऐप है जो Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison और बहुत अधिक हार्डवेयर पर पूर्ण नियंत्रण की अनुमति देता है। यह एंड्रॉइड और आईफोन दोनों के साथ संगत है। Blynk में सब कुछ ️Energy पर चलता है। जब आप एक नया खाता बनाते हैं, तो आपको प्रयोग शुरू करने के लिए ️2, 000 मिलते हैं; प्रत्येक विजेट को संचालित करने के लिए कुछ ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस परियोजना के लिए, आपको ️2400 की आवश्यकता है, इसलिए आपको अतिरिक्त ऊर्जा ️⚡️400 खरीदनी होगी (लागत $1 से कम है)

मैं। गेज - 2 x ️200 = ️400

ii. लेबल मूल्य प्रदर्शन - 2 x ️400 =⚡️800

iii. स्लाइडर - 4 x ️200 = ️800

iv. मेनू - 1x ️400 = ️400

इस परियोजना के लिए आवश्यक कुल ऊर्जा = 400+800+800+400 = ️2400

नीचे दिए गए चरणों का पालन करें:

Step-1: Blynk ऐप डाउनलोड करें

1. एंड्रॉइड के लिए

2. आईफोन के लिए

चरण -2: प्रामाणिक टोकन प्राप्त करें

Blynk App और अपने हार्डवेयर को जोड़ने के लिए, आपको एक Auth Token.1 की आवश्यकता है। Blynk ऐप में एक नया अकाउंट बनाएं।

2. शीर्ष मेनू बार पर क्यूआर आइकन दबाएं। ऊपर दिखाए गए क्यूआर कोड को स्कैन करके इस प्रोजेक्ट का क्लोन बनाएं। एक बार इसका सफलतापूर्वक पता चलने के बाद, पूरी परियोजना तुरंत आपके फोन पर आ जाएगी।

3. प्रोजेक्ट बनने के बाद, हम आपको ईमेल पर प्रामाणिक टोकन भेजेंगे।

4. अपना ईमेल इनबॉक्स जांचें और प्रामाणिक टोकन ढूंढें।

चरण -3: Wemos बोर्ड के लिए Arduino IDE तैयार करना

Wemos बोर्ड पर Arduino कोड अपलोड करने के लिए, आपको इस निर्देश का पालन करना होगा

चरण -4: पुस्तकालय स्थापित करें

फिर आपको पुस्तकालय को अपने Arduino IDE पर आयात करना होगा

ब्लिंक लाइब्रेरी डाउनलोड करें

OLED डिस्प्ले के लिए लाइब्रेरी डाउनलोड करें: i. Adafruit_SSD1306 ii। एडफ्रूट-जीएफएक्स-लाइब्रेरी

चरण -5: अरुडिनो स्केच

उपरोक्त पुस्तकालयों को स्थापित करने के बाद, नीचे दिए गए Arduino कोड को पेस्ट करें।

अपने राउटर के स्टेप-1, ssid और पासवर्ड से ऑथेंटिक कोड दर्ज करें।

फिर कोड अपलोड करें।

चरण 8: सर्किट बोर्ड तैयार करें

सर्किट को साफ-सुथरा बनाने के लिए, मैंने 4x6 सेमी के प्रोटोटाइप बोर्ड का उपयोग करके एक सर्किट बोर्ड बनाया। सबसे पहले मैंने मेल हेडर्स पिन को वेमोस बोर्ड में मिलाया। फिर मैंने अलग-अलग बोर्डों को माउंट करने के लिए प्रोटोटाइप बोर्ड पर महिला हेडर को मिलाया:

1. Wemos बोर्ड (2 x 8 पिन महिला हैडर)

2. 5वी डीसी बिजली आपूर्ति बोर्ड (2 पिन +3 पिन महिला हैडर)

3. वर्तमान सेंसर मॉड्यूल (3 पिन महिला हैडर)

4. OLED डिस्प्ले (4pins महिला हैडर)

अंत में, मैंने बिजली आपूर्ति इकाई को इनपुट एसी आपूर्ति के लिए 2 पिन स्क्रू टर्मिनल मिलाया।

सभी हेडर पिन को टांका लगाने के बाद, ऊपर दिखाए अनुसार कनेक्शन बनाएं। मैंने सभी कनेक्शन के लिए 24 AWG सोल्डरिंग वायर का उपयोग किया।

कनेक्शन इस प्रकार है

1. एसीएस७१२:

ACS712 Wemos

वीसीसी-- 5वी

GND -- GND

वाउट--A0

2. ओएलईडी डिस्प्ले:

OLED Wemos

वीसीसी-- 5वी

Gnd-- GND

एससीएल-- D1

एसडीए--D2

3. बिजली आपूर्ति मॉड्यूल:

स्क्रू टर्मिनल से जुड़े बिजली आपूर्ति मॉड्यूल का एसी इनपुट पिन (2 पिन)।

आउटपुट V1pin Wemos 5V से जुड़ा है और GND पिन Wemos GND पिन से जुड़ा है।

चरण 9: 3डी प्रिंटेड एनक्लोजर

एक अच्छा व्यावसायिक उत्पाद रूप देने के लिए, मैंने इस परियोजना के लिए एक संलग्नक तैयार किया। मैंने बाड़े को डिजाइन करने के लिए ऑटोडेस्क फ्यूजन 360 का उपयोग किया। बाड़े में दो भाग होते हैं: नीचे और ऊपर का ढक्कन। आप थिंगविवर्स से. STL फाइलें डाउनलोड कर सकते हैं।

नीचे का हिस्सा मूल रूप से मुख्य पीसीबी (4 x6 सेमी), करंट सेंसर और फ्यूज होल्डर को फिट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। शीर्ष ढक्कन एसी सॉकेट और OLED डिस्प्ले को माउंट करने के लिए है।

मैंने अपने Creality CR-10S 3D प्रिंटर और 1.75 मिमी सिल्वर PLA और लाल PLA फिलामेंट का उपयोग पुर्जों को प्रिंट करने के लिए किया। मुख्य भाग को प्रिंट करने में मुझे लगभग 5 घंटे लगे और शीर्ष ढक्कन को प्रिंट करने में लगभग 3 घंटे लगे।

मेरी सेटिंग्स हैं:

प्रिंट गति: 60 मिमी / एस

परत की ऊँचाई: 0.3

घनत्व भरें: १००%

एक्सट्रूडर तापमान: 205 डिग्री सेल्सियस

बिस्तर का तापमान: 65 डिग्री सेल्सियस

चरण 10: एसी वायरिंग आरेख

एसी पावर कॉर्ड में 3 तार होते हैं: लाइन (लाल), तटस्थ (काला) और ग्राउंड (हरा)।

पावर कॉर्ड से लाल तार फ्यूज के एक टर्मिनल से जुड़ा होता है। फ्यूज का दूसरा टर्मिनल स्प्रिंग लोडेड दो टर्मिनल कनेक्टर्स से जुड़ा है। ब्लैक वायर सीधे स्प्रिंग लोडेड कनेक्टर से जुड़ा होता है।

अब स्प्रिंग-लोडेड कनेक्टर के बाद सर्किट बोर्ड (Wemos, OLED, और ACS712) के लिए आवश्यक शक्ति को बंद कर दिया जाता है। मुख्य सर्किट बोर्ड को अलग करने के लिए, एक घुमाव स्विच श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। उपरोक्त सर्किट आरेख देखें।

फिर लाल तार (लाइन) को एसी सॉकेट "एल" टर्मिनल से जोड़ा जाता है और ग्रीन वायर (ग्राउंड) को केंद्र टर्मिनल (जी के रूप में चिह्नित) से जोड़ा जाता है।

तटस्थ टर्मिनल ACS712 वर्तमान सेंसर के एक टर्मिनल से जुड़ा है। ACS712 का दूसरा टर्मिनल वापस स्प्रिंग-लोडेड कनेक्टर से जुड़ा है।

जब सभी बाहरी कनेक्शन समाप्त हो गए हों तो बोर्ड का बहुत सावधानीपूर्वक निरीक्षण करें और सोल्डरिंग फ्लक्स अवशेषों को हटाने के लिए इसे साफ करें।

नोट: सर्किट के किसी भी हिस्से को बिजली के अधीन होने पर स्पर्श न करें। किसी भी आकस्मिक स्पर्श से घातक चोट या मृत्यु हो सकती है। कार्य के दौरान सुरक्षित रहें, किसी भी प्रकार की हानि के लिए मेरी कोई जिम्मेदारी नहीं होगी।

चरण 11: सभी घटकों को स्थापित करें

चित्र में दिखाए अनुसार शीर्ष ढक्कन स्लॉट पर घटकों (एसी सॉकेट, रॉकर स्विच और ओएलईडी डिस्प्ले) डालें। फिर शिकंजा सुरक्षित करें। मुख्य पीसीबी बोर्ड को माउंट करने के लिए नीचे के हिस्से में 4 गतिरोध हैं। सबसे पहले, ऊपर दिखाए गए अनुसार पीतल के स्टैंडऑफ को छेद में डालें। फिर चारों कोनों पर 2M स्क्रू को सुरक्षित करें।

फ्यूज होल्डर और करंट सेंसर को नीचे के बाड़े पर दिए गए स्लॉट पर रखें। मैंने उन्हें आधार पर चिपकाने के लिए 3M बढ़ते वर्गों का उपयोग किया। फिर सभी तारों को ठीक से रूट करें।

अंत में, शीर्ष ढक्कन रखें और कोनों पर 4 नट्स (3M x16) सुरक्षित करें।

चरण 12: अंतिम परीक्षण

ऊर्जा मीटर के पावर कॉर्ड को मुख्य आउटलेट में प्लग करें।

Blynk ऐप से निम्नलिखित पैरामीटर बदलें

1. कोई लोड कनेक्ट न होने पर वर्तमान शून्य प्राप्त करने के लिए कैलिब्रेट स्लाइडर को स्लाइड करें।

2. एक मल्टीमीटर का उपयोग करके होम एसी आपूर्ति वोल्टेज को मापें और इसे आपूर्ति वोल्टेज स्लाइडर को स्लाइड करके सेट करें।

3. पावर फैक्टर सेट करें

4. अपने स्थान पर ऊर्जा शुल्क दर्ज करें।

फिर उस उपकरण में प्लग करें जिसकी शक्ति को ऊर्जा मीटर पर सॉकेट में मापा जाना है। अब आप इसके द्वारा खपत की गई ऊर्जा को मापने के लिए तैयार हैं।

आशा है कि आपको मेरे प्रोजेक्ट के बारे में पढ़ने में उतना ही मज़ा आया जितना मुझे इसके निर्माण के दौरान मिला।

यदि आपके पास सुधार के लिए कोई सुझाव है, तो कृपया इसे नीचे टिप्पणी करें।धन्यवाद!

माइक्रोकंट्रोलर प्रतियोगिता में उपविजेता