Mateka

Pokusný web

Kontakt

Ing. Karel Matějíček

Závodu míru 98/88

Karlovy Vary

360 17

 

tel.: 353 564 573

Login Form

Měření okamžité spotřeby elektřiny

V dnešní době je důležité optimalizovat spotřebu elektrické energie nejen proto, že je stále dražší, ale i proto, že je proti minulosti k elektrické síti připojeno neskutečné množství přístrojů. Člověk se potom při ročním vyúčtování nestačí divit. I já už několik let v době placení doplatků přemýšlel o tom, proč je v naší domácnosti tak vysoká spotřeba.

První snahy

Postupně jsem nakoupil dva zásuvkové měřiče spotřeby a plánoval, že je vždy na několik dní připojím k jednotlivým spotřebičům a tak zjistím, kde jsou ti žrouti elektřiny. Bohužel mě to většinou po krátké době přestalo bavit. Za rok se sice nadšení obnovilo, ale se stejným výsledkem. Přemýšlel jsem o tom, jak celou akci zkrátit tak, aby prvotní elán vydržel až do nějakého rozumného výsledku. První nápad byl takový, že pomocí klešťového ampérmetru budu měřit okamžitý celkový proud do domu a postupně vypínat a zapínat jednotlivé okruhy a pro detailní výsledky i jednotlivé přístroje. Toto řešení zkrachovalo na tom, že mám v domě třífázový přívod. Potřeboval bych tedy nejraději tři „klešťáky“ a hlavně se dostat k přívodním vodičům. Takže opět nic!

Arduino

Když jsem si začal hrát s arduinem, jeden z prvních plánovaných projektů byla právě pomůcka pro kontrolu okamžitého odběru elektřiny. Na elektroměru na mě totiž neustále provokativně blikala ledka, která indikuje procházející proud. Protože vedle ledky je i údaj, udávající počet impulzů na jednu kWh, lze snadno z intervalu mezi impulzy vypočítat, jaký je okamžitý odběr. Začel jsem tedy hledat na internetu, protože mně bylo jasné, že už to někdo vyřešil. Našel jsem sice několik řešení, ale žádné mně nevyhovovalo. Většinou šlo jen o to, že se načítala spotřeba a ta se zobrazovala. Někdy se zařízení vylepšilo o snímání plynoměru a vodoměru. To je sice pěkné, ale pro můj účel většinou nepoužitelné a hlavně zbytečně složité. Proto jsem se do řešení pustil sám.

 

Zobrazení okamžité spotřeby domácnosti pomocí Arduina

 

Zapojení

Použil jsem to, co jsem měl doma. Proto netvrdím, že je to nejlepší řešení, ale mně vyhovuje.

 

Zapojení 

 Buďte shovívaví. Je to můj první obrázek vytvořený programem fritzing.

 

Propojení LCD s Arduinem
signál GND +5V kontrast RS R/W E DB4 DB5

DB6

DB7

LCD 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14
Arduino       9   8 4 5 6 7

 

K Arduinu nano je připojen LCD displej 8x2 pomocí čtyř datových vodičů a dvou řídících. Pin řídící kontrast je připojen přes trimr 10k. Je to klasické zapojení popsané už mnohokrát. Pro snímání pulzů jsem použil fototranzistor ze šuplíku (určitě bude fungovat například LTR3208). Po zesílení tranzistorem BC547 je signál přiveden na 74LS14 (schmitt invertor), který má za úkol upravit hrany. Pomocí trimru se nastaví spolehlivé spínání.

Snímač pulzů

Fototranzistor jsem zasunul do černé bužírky a izolepou přichytil proti ledce na elektroměru.

Připevnění snímače
Připevnění snímače
Výsledek
Výsledek

 

Další estetické úpravy jsem zatím nedělal, protože pro můj účel to stačí. Na displeji krásně odečítám aktuální spotřebu celého domu. Postupně připojuji a odpojuji jednotlivé spotřebiče a krásně vidím, jakou mají v tom okamžiku spotřebu. Trochu zdlouhavé je čekat na údaj při velmi malých odběrech, kdy je doba mezi impulzy dost dlouhá. To ale u mě moc nehrozí. Spotřeba při zapnutí nejdůležitějších spotřebičů (některá světla, PC, router s Wifi, …) je už taková, že blikání je dostatečně rychlé. Já pak při připojení měřeného přístroje zjistím, o kolik se zvednul příkon. Jen je dobré v době měření nemít zapnuté spotřebiče, u kterých se příkon mění (lednice, pračka, topení s termostatem, …).


Obslužný program

Přerušení

Program je velmi jednoduchý. V hardwarovém přerušení od pinu D2 se zjistí rozdíl mezi aktuálním časem (pulseTime) a časem kdy proběhlo minulé přerušení (lastTime). To je vzdálenost mezi pulzy (interval). Aktuální čas se uloží do lastTime a přerušení končí.
Hlavní smyčka
V hlavní smyčce se pouze jednou za sekundu vypočítá příkon a ten se vypíše na LCD. V programu jsou ještě výpisy na sériový monitor, které jsem používal pro ladění. Ty je samozřejmě možné vynechat.
//---------------------------------------------------------
//Snímač impulzů elektroměru, přepočet na okamžitý příkon
//a zobrazení na LCD 8x2
//---------------------------------------------------------
#define vst 2 //vstup impulsů na pin D2
#include <LiquidCrystal.h> //Knihovna LCD
LiquidCrystal lcd(9, 8, 4, 5, 6, 7); //nastaveni pinu LCD
unsigned long pulseTime;
unsigned long lastTime;
unsigned long interval;
unsigned long power;
//-------------------------------------------------------------------------
void setup ()
{
lcd.begin(8, 2); //inicializace displeje
Serial.begin(9600); //pro ladění využívám sériový monitor (může se vynechat)
pinMode(vst, INPUT); // nastaveni vst jako vstup
attachInterrupt(0, preruseni, FALLING); //nastavení přerušení na D2
Serial.println("START"); //pro ladění (může se vynechat)
lcd.clear(); //smazání LCD
}
//---------------------------------------------------------------------------
void loop ()
{
power = (3600000.0 / (interval)) / 10; //výpočet příkonu ze vzdálenosti pulzů
Serial.print(power); //výpis pro ladění (může se vynechat)
Serial.println(" W"); //pro ladění (může se vynechat)//tisk vypočítaného výkonu na první řádek
lcd.setCursor(0, 0); //nastavení kurzoru
lcd.print (power); //tisk hodnoty
delay(1000); //čekání 1s (obnova displeje jednou za s)
lcd.clear(); //vymazání displeje
}
//-----------------------------------------------------------------
void preruseni() {
unsigned long pulseTime = millis(); //zaznamenání okamžiku přerušení
interval = pulseTime - lastTime; //výpočet časového intervalu mezi dvěma impulzy
lastTime = pulseTime;


Závěr

Mně toto udělátko konečně donutilo vysledovat, co kolik „žere“. Byl jsem překvapený, kolik přístrojů je připojeno k síti a jak „watt k watu snadno udělá kilowat“. Zkrátka „Stokrát nic umořilo osla“, v tomto případě naší peněženku. Teď mě jen čeká vyhodnocení naměřených hodnot a optimalizace. Doufám, že k nějaké úspoře dojde.
Ještě uvažuji o vylepšení, které by přes wifi přenášelo údaje do sítě. Nemusel bych běhat od spotřebičů k elektroměru, ale hodnoty bych měl na mobilu. V bytě to asi není tak zajímavé, ale já bydlím v rodinném domě s dvěma podlažími, podkrovím, mezipatrem, garáží, kotelnou, dílnou a sklepem. A to už se člověk naběhá. No, a když už to bude v síti, mohou vzniknout krásné grafy s průběhem spotřeby v čase atd. Potom už jen zbývá připojit ten vodoměr a plynoměr …