Prosty licznik zużytej energii elektrycznej

Monitoring zużycia energii w domu, może znacznie przyczynić się do obniżenia rachunku za prąd. Jednak zrobienie własnego miernika nie jest takie proste. Autor wpadł na pomysł, który całkowicie omija kłopotliwy pomiar natężenia i napięcia sieci oraz wykorzystuje istniejący licznik.

Szczypta teorii

Jednym z problemów przy pomiarze mocy w obwodzie prądu przemiennego jest fakt, że większość urządzeń domowych nie przemienia pobieranej energii całkowicie w ciepło. Urządzenia takie jak transformatory czy silniki elektryczne są odbiornikami, które oprócz mocy czynnej (użytecznej) tworzą moc bierną, która nie jest zamieniana na pracę bądź ciepło. Niemniej jednak, moc ta jest konieczna do poprawnej pracy. Obecność mocy biernej, powoduje przesunięcie fazowe pomiędzy natężeniem i napięciem, które w celu pomiaru energii musi być znane. Fakt ten komplikuje budowę całego układu i może odstraszać początkujących.



Pomysł autora

Skoro nowsze liczniki energii elektrycznej posiadają diodę LED, migającą odpowiednią ilość razy na każdą kilowatogodzinę zużytej energii, zdecydowano się na użycie układu, który zamienia sygnał świetlny na elektryczny. Do tego celu wykorzystano TSL257, gdyż jego napięcie wyjściowe jest wprost proporcjonalne do intensywności światła, które na niego pada. Chip ten cechuje się dużą czułością i relatywnie niską ceną (około 12zł kupując go z Chin). Dodano także pomiar temperatury i wilgotności za pomocą czujnika DHT22. Zbieranie danych i ich wysyłanie odbywa się za pomocą modułu Spark Core. Jest to płytka rozwojowa, która posiada łączność wifi. Więcej informacji na temat samej platformy znajduje się na stronie projektu. Za odbiór danych i sterowanie ekranem dotykowym Nextion, odpowiedzialny jest drugi Spark Core. Wszelkie dane są logowane i wizualizowane przez internetową aplikację emoncms, należącą do projektu OpenEnergyMonitor.



Działanie



źródło: http://hackaday.com/2015/09/12/simplest-electricity-monitoring-solution-yet/

W tym projekcie najbardziej brakuje wyświetlania aktualnej mocy, która pobierana jest przez urządzenia domowe. Chodzi o to by mobilizować użytkownika to oszczędności w ten sposób, że gdy widzi dużą moc pobieraną w danym momencie zaczyna się zastanawiać jak można by ją zmniejszyć, na przykład poprzez wyłączenie zbędnych urządzeń. Tak czy inaczej pomysł ciekawy, ale nie nowy, ponieważ były już projekty wykorzystujące diody w liczniku.

Bezsensem jest taka robota jak przedstawił autor....
Tańszym sposobem jest dołożenie licznika energi tzw. "S-kę" która ma już gotowe
wyjście na pomiar (1000 impulsów na 1kWh) i kosztuje około 50zł szt lub trójfazowa po 130zł.

Właśnie - tańsze i skuteczniejsze jest dołożenie wskaźnika z interfejsem - np rs485. Są bardzo dokładne - u mnie działa OR-WE504 i robi pomiary dla całego domu. Wyniki mam tu.

Na wykresie ładnie widać pracę lodówki, parę minut po 21 to czajnik.

To nie do końca prawda, że moc bierna nie jest zamieniana na ciepło. Jest zamieniana, ale głównie w przewodach dostarczających energię elektryczną.

dktr wrote:

Właśnie - tańsze i skuteczniejsze jest dołożenie wskaźnika z interfejsem - np rs485.

Ta dioda LED w standardowym liczniku pozwala też na bardzo precyzyjne pomiary:
https://inode.pl/upload/inode/images/energy.png
Mały krążek przyklejony do licznika rejestruje dane i bezprzewodowo przesyła je do PC lub smartfona: https://inode.pl/images/inode/0-1000/iNode_Energy_Meter_%5B128%5D_1200.jpg

Czy trzeba mieć na to zgodę dostawcy energii?

japko1024 wrote:

Czy trzeba mieć na to zgodę dostawcy energii?

Nie
U mnie licznik jest w szafce a przed nim (10-15 cm) znajduje się płyta z pleksi. Całość jest zaplombowana. Nie mam więc bezpośredniego dostępu do licznika. Czujnik rejestruje mignięcia diody LED z dużej odległości. Przykleiłem go więc do tej płyty z pleksi. Człowiek co odczytuje liczniki powiedział, że musi być jedynie wolny dostęp do portu optycznego i nie można zasłaniać wyświetlacza. Reszta go nie interesuje.

TvWidget wrote:

japko1024 wrote:

Czy trzeba mieć na to zgodę dostawcy energii?

Nie
U mnie licznik jest w szafce a przed nim (10-15 cm) znajduje się płyta z pleksi. Całość jest zaplombowana. Nie mam więc bezpośredniego dostępu do licznika. Czujnik rejestruje mignięcia diody LED z dużej odległości. Przykleiłem go więc do tej płyty z pleksi. Człowiek co odczytuje liczniki powiedział, że musi być jedynie wolny dostęp do portu optycznego i nie można zasłaniać wyświetlacza. Reszta go nie interesuje.

Nie masz problemów z zakłóceniami od innych źródeł światła?

Skoro jest w szafce to raczej nie

Skrzynka z licznikiem jest zamykana i nie ma okienka. Nie dostaje się do niej światło z zewnątrz. Po otworzeniu szafki czujnik przestaje działać. Jeśli przyklei się go bezpośrednio do licznika i zasłoni to zapewne będzie bardziej odporny na zakłócenia.

djkomprez wrote:

Bezsensem jest taka robota jak przedstawił autor....
Tańszym sposobem jest dołożenie licznika energi tzw. "S-kę" która ma już gotowe
wyjście na pomiar (1000 impulsów na 1kWh) i kosztuje około 50zł szt lub trójfazowa po 130zł.

Też użyłem s'ki + esp8266 i wynik wrzuca tutaj i u mnie też widać jak lodówka chodzi
https://thingspeak.com/channels/28460

szikaka wrote:

Też użyłem s'ki + esp8266 i wynik wrzuca tutaj i u mnie też widać jak lodówka chodzi

Możesz coś więcej powiedzieć? Co i jak z tym ESP8266.

piterek-23 wrote:

szikaka wrote:

Też użyłem s'ki + esp8266 i wynik wrzuca tutaj i u mnie też widać jak lodówka chodzi

Możesz coś więcej powiedzieć? Co i jak z tym ESP8266.

Ska ma wyjście impulsowe 1000imp/kWh w Lua napisałem skrypt który używa jednego wejścia jak przerwania, każde przerwanie inkrementuje licznik, dodatkowo uruchomiony jest timer na 60sekund który wysyła przez net liczbę przerwań (Wh) i to wszystko jak coś wieczorem mogę podesłać skrypt, chociaż przy takiej prostocie chyba nie potrzeba

Dla zainteresowanych gotowiec :

Link

Co do kolegi DKTR możesz coś więcej powiedzieć o swoim projekcie ?

Sprawa jest prosta, serwer HTTP który odbiera dane od rozproszonych czujników - w tej tabeli są pomiary z kilku lokalizacji, większość temperatur pobieram za pomocą ds18b20+tplink740n z openwrt. Ten tplink ma kilka GPIO. Jeden używam do sprawdzania czy mam zamknięty zamek w drzwiach. Ciśnienie i wilgotność to DHT11+BMP180+mega8+tplink.

Aktualny pobór mocy mam cały czas na fajnym wyświetlaczu VFD (futaba+mega8) i podłączone to przez UART do... tplinka

szikaka wrote:

w Lua napisałem skrypt który używa

http://www.thalin.se/2015/05/power-meter-pulse-logger-with-esp8266.html

Oj się spóźniłem z linkiem a co do samego licznika energii, to jeśli już ktoś chce użyć dodatkowego procesora to dodając do zwykłego procka tani przekładnik prądowy + dzielnik napięcia + zasilacz beztransformatorowy można zbudować taki prostu układ. Tyle, że przy cenie niecałych 50zł za gotowiec z alledrogo nie koniecznie jest sens się bawić.

Kolego @dktr, Twój projekt jest świetny, przedstawiłbyś go na forum. Na pewno każdy podziękuje. Brak na elektrodzie ostatnio praktycznych a zarazem ciekawych rozwiązań. Twoje widzę działa już całkiem sporo.

Brakuje schematów, wsadów, przykładów podłączenia. Jest wielu początkujących elektroników na forum. Zaprezentuj jak łączysz się z siecią czujników, jak zbudowany jest serwer, jakie oprogramowanie. Na pewno będzie to świetny materiał.

Pozdrawiam.

kmmepl wrote:

Obecność mocy biernej, powoduje przesunięcie fazowe pomiędzy natężeniem i napięciem, które w celu pomiaru energii musi być znane. Fakt ten komplikuje budowę całego układu i może odstraszać początkujących.

Nie jest to prawda. Chcąc wyznaczyć moc czynną nie trzeba mierzyć kąta pomiędzy prądem i napięciem. Byłoby to zresztą bardziej kłopotliwe, niż się wydaje. Wygodną metodę mamy tutaj: https://pl.wikipedia.org/wiki/Moc_czynna
Wystarczy zebrać próbki prądu i napięcia w tych samych chwilach czasowych za jeden okres. Całkę można łatwo zamienić na sumę całkową i obliczać ją numerycznie. Najprościej metodą prostokątów. Mając próbki prądu i napięcia można policzyć wartości skuteczne i wyznaczyć moc pozorną. Potem łatwo o moc bierną. Energia to całka po mocy w czasie. Potrzeba do tego jednak trochę mocy obliczeniowej i odpowiednich przetworników A/C.

dktr wrote:

Sprawa jest prosta, serwer HTTP który odbiera dane od rozproszonych czujników - w tej tabeli są pomiary z kilku lokalizacji, większość temperatur pobieram za pomocą ds18b20+tplink740n z openwrt. Ten tplink ma kilka GPIO. Jeden używam do sprawdzania czy mam zamknięty zamek w drzwiach. Ciśnienie i wilgotność to DHT11+BMP180+mega8+tplink.

Aktualny pobór mocy mam cały czas na fajnym wyświetlaczu VFD (futaba+mega8) i podłączone to przez UART do... tplinka

Fajnie bo domyślam się jak to właśnie zrobiłeś ale bardziej interesuje mnie programowa strona serwera http .... co to za skryp w php bo bardzo ładnie wygląda

Ja wiem czy tak ładnie... GUI czy tam frontend to moja słaba strona i nie umiem robić ładnych interfejsów. Za to spełnia swoją funkcję doskonale ale tylko w Firefoxie - w chromie nie działa wybór wykresów. Najlepsze co mi się w tym udało to to że wszystko jest odświeżane na bieżąco bez przeładowania całej strony nawet wykres rysuje się "live". Jak się ustawi zakres 15 minut to widać jak się ładnie przesuwa

właśnie o to chodzi że jest prosty bez zbędnych bajerów i najważniejsze nie czeka się 500 lat na załadowanie flashy itp...
Zdążyłem zauważyć że zrobiłeś go na jquery Wysłałem Ci PW bo mam pare pytań a niechce tu już "śmiecić"

djkomprez wrote:

Bezsensem jest taka robota jak przedstawił autor....
Tańszym sposobem jest dołożenie licznika energi tzw. "S-kę" która ma już gotowe
wyjście na pomiar (1000 impulsów na 1kWh) i kosztuje około 50zł szt lub trójfazowa po 130zł.

Będę wdzięczny za informację co to jest ta S-ka, jakis model itp

Cos takiego jak tutaj https://hurtownia.elektromag.pl/licznik-energ...erzFaWL7DPRUnAwcXQYRfuJqLeEurJ66qfRoCK4zw_wcB .
S-ka to standard mocowania i rozmiarów Link mocowania bezpieczników i innego rodzaju osprzętu na szynie DIN.

Ja u siebie używam ELS LCD-1F w którym jest 2000 imp. / kWh

dktr wrote:

Jeden używam do sprawdzania czy mam zamknięty zamek w drzwiach.

Ja mam pytanie do Kolegi dktr - w jaki sposób jest sprawdzany stan zamka ? tzn. jaki czujnik został wykorzystany ?

Popieram Kolegów - projekt Kolegi dktr kwalifikuje się do publikacji.

Quote:

jaki czujnik został wykorzystany ?

Najzwyklejsza krańcówka którą udało się zamontować wewnątrz futryny. Obok zamka jest dioda która informuje że krańcówka zadziałała - ale nie jest to jakoś równolegle połączone a dioda ma osobne GPIO i informuje jeszcze o innych sprawach. Jest jeszcze czujka PIR wewnątrz mieszkania obok drzwi, i mogę to sobie tak skonfigurować że np 3 minuty po zamknięciu zamka jeśli nie wzbudzi się czujka "system" uzna że wyszedłem z domu i automatycznie się uzbraja - kolejne wzbudzenie czujki spowoduje wysłanie SMSa że ktoś mi po domu gania a być go tam nie powinno. Alarm rozbrajam pilotem (radiolinia z elmesa podłączona pod GPIO tplinka)
Dodatkowo jest zapięta taśma RGB przez 3 tranzystory do tplinka i odpowiednim kolorem mam dodatkowe informacje, np jak ktoś wchodzi na stronę z pomiarami mam czerwone mignięcie i wczoraj migało cały wieczór

Kolego TvWidget czy miałeś przyjemność używać tych czujników inode?
Może ktoś inny ich używał? Jak one się sprawują w praktyce?

Kolego dktr czy możemy się spodziewać, że opublikujesz swój projekt

Skoro jest takie ciśnienie to w wolnej chwili opiszę projekt, ale niech ktoś nie liczy na gotowca

dktr wrote:

Za to spełnia swoją funkcję doskonale ale tylko w Firefoxie - w chromie nie działa wybór wykresów.

Dziwne bo u mnie w chrome działa wybór wykresów. Od 15min do miesięcznego i z wypełnieniem lub bez.

Pozdrawiam Kamil