Меню

Датчики мощности для электричества

Простое устройство мониторинга энергопотребления

Сейчас все больше и больше людей интересуются темой мониторинга потребляемого электричества.
В некоторых случаях эти знания имеют очень большое значение (например, для вашего загородного дома выделили 8кВт мощности и вам необходимо понять, насколько близко вы находитесь к разрешенному пределу и т.п.).
Есть уже готовые изделия, одно из них уже было героем обзора на Хабре.

Но мы не из тех, кто ищет легких путей и сделаем вот такое устройство:

В руки попал вот такой датчик:

Остальные компоненты будем использовать наиболее доступные и приоритет будем отдавать тем, что уже имеются в наличии.

Датчик, фото которого приведено выше — неинвазивный датчик тока (до 100А). Выход датчика — токовый.
Напрямую к аналоговому входу ардуинки этот датчик подключать нельзя (точнее можно, но пользы это не принесет никакой).
Чтобы получать адекватые значения измеряемой величины нам необходимо добавить несколько элементов и подключить датчик по следующей схеме:

Обоснование схемы и расчет номиналов элементов приводится по следующей ссылке.

Таким образом, значение тока сможем измерить, но наша цель — измерить потребляемую мощность.
Воспользуемся известной формулой: P=U*I.

И вроде бы как все значения в правой части известны. Но значение напряжения, к сожалению, может колебаться в достаточно больших пределах и по-хорошему следует еще и его измерять для получения более точных результатов.

Учитывая это замечание, сразу можно сказать, что прибор не будет отличаться большой точностью и скорее будет являться некоторым индикатором с возможностью оценки измеряемых значений, но с погрешностью, зависящей еще и от величины напряжения. В случае, если у вас установлен стабилизатор питания — эта погрешность уменьшается.

С подключением датчика разобрались, теперь нужно разобраться с остальными комплектующими.

От моих первых шагов по освоению ардуинки остались микросхема ATmega168 и ЖК-дисплей 12х2 с поддержкой кириллицы — их и будем использовать.

На этапе прототипирования выяснилось, что ATmega168 есть, а вот кварца с парой конденсаторов к нему — нет. Но, как все знают, атмега может спокойно работать на частоте 8МГц с внутренним осциллятором.

Этот режим работы совершенно нормальный, но точность внутреннего осциллятора невысока. Для создаваемого устройства это не критично.

Чтобы включить этот режим работы МК, необходимо поправить фьюзы. Фьюзы можно изменить с помощью среды Arduino, но делается это только в момент прошивки бутлоадера.

Составляющие успешной прошивки:

  1. Ардуинка с прошитым скетчем Arduino ISP
  2. Ардуинка с DIP-панелькой для «подопытного» МК (или беспаечная макетка, где собрана ардуинка с минимальным «обвесом»)
  3. Несколько проводков для соединения ардуинок (или ардуинки и макетки)
  4. Правильная запись для «новой платы» в файле boards.txt

atmega168ic8mhz.name=ATmega168 (internal clock 8MHz)

atmega168ic8mhz.upload.protocol=stk500
atmega168ic8mhz.upload.maximum_size=14336
atmega168ic8mhz.upload.speed=19200
atmega168ic8mhz.upload.using=arduino:arduinoisp

atmega168ic8mhz.bootloader.low_fuses=0xe2
atmega168ic8mhz.bootloader.high_fuses=0xdd
atmega168ic8mhz.bootloader.extended_fuses=0x00
atmega168ic8mhz.bootloader.path=arduino:atmega
atmega168ic8mhz.bootloader.file=ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex
atmega168ic8mhz.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega168ic8mhz.bootloader.lock_bits=0x0F

atmega168ic8mhz.build.mcu=atmega168
atmega168ic8mhz.build.f_cpu=8000000L
atmega168ic8mhz.build.core=arduino:arduino
atmega168ic8mhz.build.variant=arduino:standard

Внимание, если у вас МК уже с ардуиновским бутлоадером, то обновлять бутлоадер нужно с использованием кварцевого резонатора.

Прошивка прошла успешно, МК заработал на внутреннем осцилляторе.

Теперь надо было подумать, как подключить дисплей и кнопки.

Задачка совсем несложная и можно подключить так, как делается во всех примерах (см.ссылки ниже).

Дисплей подключаем в 4-х битном режиме (для экономии используемых цифровых пинов).
Один из выводов дисплея отвечает за контрастность. Захотелось иметь возможность регулировать контрастность из скетча. Сказано-сделано: подключаем этот вывод к свободному пину с ШИМ (дополнительно ставим электролитический конденсатор на 10мкФ — для сглаживания).

Поскольку планировалось использовать две кнопки, то самым простым решением было бы повесить каждую кнопку на свой цифровой пин и мониторить их состояние, но это как-то тривиально.

Решил задействовать для кнопок всего один пин (аналоговый).

Схема очень простая — кнопки включаются последовательно друг за другом, параллельно каждой кнопке — свой резистор. Последовательно этой конструкции — еще один резистор. Вся эта цепь включена между «землей» и «питанием». Таким образом получается делитель напряжения.

Особенность схемы (и подобранных резисторов) такова, что позволяет отслеживать нажатие любой из кнопок и «бонусом» — факт нажатия двух кнопок сразу, чем мы и воспользуемся при написании скетча.

Сначала собрал прототип на беспаечной макетной плате:

Написал небольшой скетч, который опрашивал датчик, производил необходимые вычисления и выводил данные на дисплей — все заработало так, как ожидалось.

Единственной неожиданностью оказалось то, что датчик, который не подключен к проводу, ток в котором хотим измерить, дает ненулевые значения — имеется небольшая «постоянная составляющая» (обусловлена неидеальностью элементов между датчиком и аналоговым входом МК). Поэтому решено в скетч добавить простенький механизм «автокалибровки» для ее устранения.

Читайте также:  График зависимости мощности теплопотерь от времени

Теперь можно переходить к реализации «в железе».

Печатную плату ради одного устройства делать, имхо, нецелесообразно — решил все сделать на печатной макетной плате навесным монтажом.

Для прибора был приобретен корпус. Выбор был сделан «на глазок» (определяющим был размер дисплея и то, что рядом с ним должно быть две кнопки).

Фото некоторых комплектующих, которые использовались в последующих итерациях:

Для собственного удобства решил сделать устройство из двух плат.

На верхней расположил дисплей, кнопки, разъемы и большую часть «рассыпухи», отсносящуюся к дисплею и датчику.
На нижней плате — микросхема atmega168 в панельке, конденсаторы (по питанию) и разъем для подключения программатора. Эта плата получилась почти пустая.

Для соединения плат решил использовать штыревые разъемы:

Безусловно, все составляющие можно было разместить и на одной плате (микроконтроллер разместить под дисплеем), но не хотелось делать более плотный монтаж, да и оставить «резерв на развитие» — не лишнее (даже если и не понадобится).

«Бутерброд» в сборе:

Видно, что платы имеют «хитрую» конфигурацию — это для того, чтобы не нарушать внутреннее «убранство» приобретенного корпуса. Выступы в корпусе хорошо фиксируют «бутерброд» внутри и не дают свободно болтаться в корпусе.

На этом этапе проекта пришлось сильно думать, как же теперь разметить отверстия под дисплей, кнопки и разъемы, причем сделать это так, чтобы не пришлось делать фальш-панель?

Помогли направляющие и то, что платы были сделаны с минимальным зазором — люфт почти нулевой.

Разметку необходимых отверстий производил изнутри и использовал подручные средства.

Начал с кнопок: взял зубную пасту и намазал «верхушки» толкателей — после этого аккуратно вставил «бутерброд» в корпус по направляющим и добился отпечатка на внутренней стороне корпуса.
Дальше просверлил по полученным меткам отверстия сверлом нужного диаметра. И снова примерил плату — бинго! Кнопки оказались на своих местах.

Аналогично «измазал» рамку дисплея (он еще под упаковочной пленкой был) и повторил манипуляции. Результат можно видеть ниже.

Последняя «примерка», все выглядит сносно:

Сначала не планировал делать разъем для подключения программатора: думал, что сделаю аппаратную часть, напишу всю программную начинку, прошью и все соберу в корпусе, но оказалось, что вывести разъем достаточно просто и это удобнее, чем разбирать устройство для каждой корректировки ПО.

Программирование устройства с помощью программатора на FT232RL:

Прибор в сборе (правда, софт еще не дописан):

Демонстрация работы прибора и его основных возможностей (тут уже «финальная» версия софта):

Прошу прощения за качество — очень неудобно одной рукой держать «камеру», а другой — подключать, нажимать, включать кондиционер и т.п.

Архив со скетчем и необходимой библиотекой доступен по ссылке.

Список покупок

Привожу ссылки, где приобретал комплектующие. Безусловно, можно найти дешевле.

  • ATmega 168 — 145 руб.
  • Датчик тока — 529 руб.
  • Разъем jack 3.5мм — 79 руб. (в наборе три, нужен только один)
  • Резисторы и конденсаторы — 189 руб. (из набора нужно далеко не все)
  • Штыревые разъемы — 319 руб. (опять же из набора нужно далеко не все)
  • Гнездо питания — 20 руб.
  • ЖК-дисплей 16х2 (англо-русский) — 650 руб.
  • Кнопка тактовая (h=13мм) — 19 руб. (2 шт.)
  • Корпус — 88 руб.
  • Макетная плата — 870 руб. (нужна не вся)

Получается больше 2.5 тыс.руб.

Немало, но если брать только нужные элементы (а не наборы) и приобретать в «правильных» местах — можно будет существенно сэкономить (правда, ждать придется дольше).

Дополнительно была использована макетная плата, набор соединительных проводов, программатор, ардуинка (в роли ISP-программатора) и т.п. Поскольку эти вещи были ранее и используются в этом «проекте» только временно — не включил их в стоимость созданного устройства.

Еще нужен блок питания на 5В (стабилизированный) — его тоже не включил в стоимость, поскольку нашел у себя в залежах и даже не представляю, от какого устройства он остался.

В результате: создан еще один девайс, который позволяет вполне адекватно оценить текущее потребление электроэнергии.
Точность прибора невысока, но при включении электропотребителей с известными характеристиками (чайник, духовой шкаф, кондиционер, светильники и т.п.) — значения, выводимые на дисплей, достаточно точно соответствуют заявленным производителем (погрешность примерно на уровне 5-10%).
Устройство отслеживает как максимальные, так и минимальные значения электропотребления (ожидаемо, что самое низкое потребление зафиксированно в ночные часы и у меня составило 0.58кВт — компьютеры, сетевое хранилище, холодильник, всяческие зарядки и несколько устройств в режиме ожидания).

Когда видишь цифры текущего потребления — это заставляет задуматься об эффективности использования электроэнергии и сразу хочется выяснить, за счет чего можно их уменьшить.

Читайте также:  Формула расчета мощности 3 фазной нагрузки

Источник



8 лучших ваттметров

Ваттметр, – энергомер, компактный счётчик мощности (Ватты). Определяет количество электроэнергии (Киловатт/час), потребляемой бытовым или иным прибором. Более крупный аналог – стационарный счётчик, устанавливаемый на входе электрической сети в помещение. Ответственен за суммарную мощность всех потребителей энергии. Бытовой прибор применяется частным порядком для отдельного потребителя, в мастерских по ремонту бытовой электротехники, электронных устройств. Современное развитие ваттметров – «умные» розетки с дистанционным управлением по интернету через смартфон.

Ваттметр

Лучшие бытовые ваттметры

Представляет собой компактное устройство, параллельно подключаемое в сеть. Чаще всего, совмещает в одном корпусе измерительный блок и розетку. Оснащены функцией определения потреблённой мощности (минимальную и максимальную) в единицу времени.

Отражают величину напряжения сети, время работы потребителя электроэнергии, расчёт стоимости электричества за рабочий промежуток времени.

ROBITON PM-1 – недорогой

ROBITON PM-1 – недорогой

Прибор для контроля за расходом электроэнергии из бытовой сети одним потребителем. Совмещает в одном корпусе вилку, розетку, электронный блок и экран дисплея для считывания полученных результатов.

Позволяет вычислить мощность единичной, подключённой через прибор, нагрузки. Определит количество потребляемой электроэнергии за определённый промежуток времени и рассчитает стоимость израсходованной энергии.

Плюсы:

  • Компактный, простой, стоит недорого.
  • Можно работать со всей бытовой техникой.
  • Определяет количество электроэнергии, потребляемой нагревателем.

Минусы:

  • Непродуман механизм обнуления.
  • Работает только в тепле.

HiDANCE 3680W AC Power Meter – цифровой прибор

HiDANCE 3680W AC Power Meter – цифровой прибор

Компактный бытовой электронный прибор с расширенными функциями. Позволяет определить величину напряжения переменного тока и силу тока. Рассчитывает потребляемую мощность и коэффициент мощности.

Встроена опция вычисления стоимости потреблённой электроэнергии. Прибор удобен при тестировании бытовых приборов, электронных устройств и электронагревателей всех типов для расчёта экономической эффективности.

Плюсы:

  • Симпатичный, аккуратно собранный цифровой приборчик.
  • Точность измерений, наглядное отображение результатов.
  • Несколько режимов.

Минусы:

  • Приходится вновь вводить цену после обнуления полученных результатов.
  • Штырьки у вилки не припаяны, а приварены.

Espada TSL 1500WB – оптимален для дома

Espada TSL 1500WB – оптимален для дома

Простой в освоении и применении электронный ваттметр для тестирования бытовых приборов по уровню потребляемой электроэнергии. Очень удобен для проверки энергопотребления при выборе обогревателя. Прибор в короткое время покажет уровень реальной мощности, затраты и стоимость электроэнергии.

Поможет рассчитать тепловую эффективность и затраты в течение теплового сезона. Предусмотрена возможность введение данных при двухтарифном счётчике. Просигнализирует о нештатном режиме или превышении силы тока, мощности.

Плюсы:

  • Хорошая точность, скорость замера.
  • Подсветка дисплея, крупные цифры.
  • Расчёт стоимости электроэнергии.

Минусы:

  • Подсветка не постоянна.
  • Затруднённая смена источника питания.

МЕГЕОН 71016 – с жидкокристаллическим дисплеем

МЕГЕОН 71016 – с жидкокристаллическим дисплеем

Портативный цифровой прибор для регистрации затраченной электроэнергии одним потребителем. Инструмент оснащён жидкокристаллическим дисплеем со светодиодной подсветкой для работы в тёмное время суток или условиях плохой освещённости.

Расчёт показателей осуществляется в непрерывном режиме, на всём протяжении работы потребителя электроэнергии. Дополнительная опция – определение объёма выбросов углекислого газа, что важно для замкнутых помещений.

Плюсы:

  • Размеры, функционал, стоимость.
  • Следит за выбросом углекислого газа.
  • Подсветка ЖК-дисплея.

Минусы:

  • Цена, заказ в Китае дешевле.
  • Для мастерской скорее нужен, домой – побаловаться.

Brennenstuhl PM 231 – высокое качество

Brennenstuhl PM 231 – высокое качество

Бытовой прибор со стильным дизайном корпуса (Primera-Line). Снабжён двухтарифным счётчиком, – функция «день-ночь». Измеряет напряжение сети, силу тока, частоту.

Вычисляет потребляемую мощность. Рассчитывает количество потреблённой электроэнергии. Фиксирует время в часах и минутах. Обладает повышенной безопасностью, – предусмотрена защита от детей.

Плюсы:

  • Отличное качество изготовления, точность.
  • Стильный дизайн, безотказен в работе.
  • Показывает реальную мощность, а не декларируемую.

Минусы:

  • Маловат шрифт на экране.

Лучшие интеллектуальные ваттметры

Современное развитие бытовых ваттметров – наличие внутреннего электронного блока для связи с владельцем посредством интернета. Управление осуществляется дистанционно, через смартфон или другой носитель.

Расширен функционал за счёт увеличения программ, – отключение при нештатных режимах или аварийной ситуации, передача сигнала на телефон или электронную почту. Кроме бытовых задач, цифровой ваттметр полезен для лабораторий, занимающихся разработкой бытовой техники, – предусмотрено построение графиков и диаграмм с учётом реального времени.

TP-Link HS110 – замеры на расстоянии

TP-Link HS110 – замеры на расстоянии

Управление и произведение измерений на расстоянии с помощью интернета через смартфон или другое электронное устройство. Предусмотрена возможность автоматического подключения или отключения потребителей электроэнергии.

Дистанционный мониторинг энергопотребления позволит выбрать оптимальный режим работы бытовых приборов или систем отопления, поможет выставить необходимый уровень мощности.

Плюсы:

  • Возможность дистанционного управления и контроля.
  • Небольшая, работает со всеми бытовыми приборами.
  • Цена, для такого уровня.

Минусы:

  • Чувствителен к качеству интернета и наличию связи.
Читайте также:  Как определить мощность трансформатора по сопротивлению первичной обмотки

Edimax SP 2101W – интеллектуальный прибор

Edimax SP 2101W – интеллектуальный прибор

Интеллектуальный ваттметр-выключатель с функцией измерения мощности. Подключаем к любой классической розетке.

Осуществляет взаимосвязь электроники и человека, –управляет уровнем потребления электроэнергии, подключает или отключает бытовые потребители вручную, по команде или по заложенному расписанию.

Следит за работой бытового устройства, автоматически отключая питание при нештатных ситуациях. Дополнительная опция – передача тревожного сигнала в автоматическом режиме.

Плюсы:

  • Самая настоящая «умная» розетка с контролем мощности.
  • Помощь в выработке экономного режима.
  • Сохранение результата в течение года.

Минусы:

  • Возможно, цена. Сэкономленной энергии не так уж много, не окупится.

Energenie EGM-PWM – зелёная энергетика

Energenie EGM-PWM – зелёная энергетика

Ваттметр из серии приборов «зелёная» экономная энергетика. Снимает параметры электрической сети, вычисляет уровень мощности, выстраивает графики и диаграммы.

Программное приложение рассчитывает потребление электроэнергии в требуемый промежуток времени. Отсутствует постоянная привязка к персональному компьютеру, связь может осуществляться по внешней команде или заложенному расписанию.

Плюсы:

  • Точность, снятие информации в любое время.
  • Программирование на заданное время.
  • Удобен при отоплении дачи.

Минусы:

  • Купив один, попользовавшись, хочется докупить ещё. Но оправданы траты?

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Я уже писал, что к моему дому подключено 3 фазы от деревенской сети 380В. Когда я собирал свой первый щиток для 3-фазной сети, то предусмотрел там установку приборов, которые измеряют напряжение на каждой фазе и силу тока.

В основной щиток мне эти приборы измерения поставить не удалось (места не хватило) и я взял небольшой щиток дополнительный

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

На картинке видно, что есть один прибор для измерения напряжения отдельно по 3 фазам и 3 амперметра на каждую фазу.

Многие так делают, но с развитием технологий захотелось поставить какой-то более современный прибор, который меряет по всем фазам напряжение, силу тока и мощность, считает все вместе и т.д. Плюс, чтобы можно было данные этих параметров хранить где-то на сервере, чтобы можно было наблюдать динамику, брать данные для оплаты счетов за электроэнергию из города и т.д.

И вот, спустя некоторые время, я наткнулся на такой интересный прибор.

WiFi Измеритель мощности электроэнергии (ваттметр) HN-PM1/3F

 Устройство HN-PM1/3F (энергомер, ваттметр) позволяет непрерывно вести контроль за параметрами сети 220/380В, измеряя RMS значения напряжения и тока, активную мощность и потребленную электроэнергию, переданную через контролируемую сеть и постоянно передавать измеренные значения на сервера посредством сети WiFi. WiFi Измеритель мощности электроэнергии HN-PM1/3F фактически осуществляет беспроводной мониторинг электрических сетей, самостоятельно подключается к сети Интернет, синхронизирует внутренние часы с одним из серверов точного времени, и периодически, раз в 5 минут передает измеренные значения на сервер. Измеритель мощности (энергомонитор) HN-PM1/3F оснащен энергонезависимой памятью, что позволяет хранить настройки и значения счетчиков электроэнергии при полном отключении питания на всех линиях. Существуют разновидности приборов для контроля одной или трех фаз линии 220/380В. Также есть модификации с OLED дисплеем, и без него. При отсутствии WiFi (беспроводного) соединения, поднимает собственную точку доступа, что позволяет подключиться к HN-PM1/3F с любого мобильного устройства и осуществить настройки подключения к местной точке доступа. Измеритель мощности имеет web-интерфейс, через который можно посмотреть графики изменения измеряемых параметров за различные периоды времени, скачать накопленые в памяти измерения для их дальнейшего анализа в сторонних программах, осуществить настройки, а также обновить аппаратную прошивку по воздуху, не снимая и не отключая прибор. Поддерживается трехтарифный учет электроэнергии.

Ну собственного говоря это было то, что нужно!

В итоге я заказал прибор у производителя. Вот собственно, что пришло

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Т.е. видно сам прибор, который крепится на дин-рейку и занимает 8 юнитов. Видно провода, с помощью которых прибор подключается к электросети. Я так же заказал датчик температуры и влажности и силовое реле на 3А внутри ваттметра.

Открыл крышку. Все сделано аккуратно

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Схема подключения к сети

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Поставил в щиток

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Удобно, что можно на дисплее видеть все параметры. Мелковато, конечно, но вполне читабельно.

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Далее я подключил этот прибор к моей WiFi сети в доме.

После этого надо подключить прибор к сайту Народный мониторинг . Все это делается очень просто, потому что каждый прибор имеет свой уникальный номер и достаточно его указать при регистрации прибора на сайте. После этого прибор начинает передавать данные на сайт народного мониторинга

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Что передается:

1. Напряжение отдельно по 3 фазам

2. Среднее напряжение 3-фазной сети

3. Сила тока отдельно по 3 фазам

4. Общая сила тока на 3 фазах

5. Мощность отдельно по 3 фазам

6. Общая мощность сети.

7. Потребление мощности нарастающим итогом по каждой из 3 фаз

8. Общее потребление мощности нарастающим итогом

9. Температура/влажность с датчика (моя опция)

10. Параметры работы силового реле (вкл/выкл) (моя опция)

Соответственно для анализа можно выгружать данные с сервера в разных форматах, а так же строить разные графики комбинирую различные значения.

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Как я уже писал у народного мониторинга есть свое мобильное приложение, где тоже удобно смотреть значения датчиков и строить графики.

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Вот, например, график общей мощности сети за месяц

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Как видно всплескам мощности соответствуют выходные, когда мы приезжаем в деревню и активно пользуемся электричеством. А когда уезжаем, то работает только холодильник, роутер и газовый котел (потребление не больше 200Вт).

Удобно считать потребленную энергию по всем 3 фазам и отдельно. Так же можно замерять потребление отдельных приборов или групп потребителей. Система поддерживает 3 тарифный учет электроэнергии.

На каждый параметр можно задать диапазон допустимых значений, при выходе из которого вы получите сообщение системы на e-mail.

Примеры других щитков с таким прибором

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Как я контролирую свои 3 фазы в деревне из города. WiFi измеритель мощности электросети.

Вот такой интересный приборчик. Я лично им доволен.

Спасибо, что дочитали! Впереди еще много интересного!

Источник