Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT

ghost666 10 Sty 2016 17:55 9780 7
  • Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT
    Autor opisanego poniżej projektu nabył niedawno dom i rozpoczął rozmaite projekty wokół domu. Jak w większości domów skrzynka elektryczna, wraz z miernikiem zużycia energii elektrycznej jest wystawiona na widok osób wchodzących do domu. W związku z tym, autor postanowił uczynić ten element domu ładniejszym i zbudował miernik energii elektrycznej, który w estetyczny sposób prezentował zużycie energii w domu w danym momencie.

    Obudowa zakryła całą skrzynkę, tak, że wystaje z niej tylko miernik energii i zbudowany przez autora wskaźnik. Do zbudowania wskaźnika autor wykorzystał dosyć nietypowy element - lampy Nixie. Wyświetlacz LCD czy LED byłby niezbyt czytelny w tej lokalizacji, poza tym - lampy Nixie wyglądają o wiele ładniej, szczególnie w towarzystwie mechanicznego miernika zużycia energii elektrycznej.

    Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT


    Projekt

    Autor od dawna chciał wykorzystać w jakimś projekcie lampy Nixie, wręcz nawet przymierzał się do wykonania zwykłego zegara, ale udało się zrobić coś ciekawszego - opisywany wskaźnik zużywanej energii. Niestety moduł z lampami nie został zaprojektowany przez autora - jako takowy zakupił on gotowy moduł lamp Nixie, pracujący przy zasilaniu 5 V i kontrolowany poprzez SPI. To bardzo prosty i szybki sposób w jaki można dołączyć do projektu lampy Nixie. Nie jest on tani, jednak jakość wykonania układu w pełni usprawiedliwia cenę, nie mówiąc już o tym, ile ułatwia taki układ - projektowanie sterownika lamp Nixie nie jest proste.

    W pierwszej chwili autor chciał spiąć układ z modułem Arduino, który miał go kontrolować, jednakże jednocześnie chciał, aby możliwe było strumieniowanie danych w sieci i funkcjonalność Internetu Rzeczy. W związku z tym układ został zbudowany na mikrokontrolerze ESP8266. Układ ten wyposażony jest już w WiFi, więc umożliwia prostą komunikację z siecią. Niestety wykorzystanie Arduino okazało się także konieczne, gdyż ESP8266 nie posiada przetwornika analogowo-cyfrowego, jaki miał zostać wykorzystany do pomiaru prądu.





    Wyświetlacz

    Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT


    Z uwagi na wysoki koszt wyświetlacza i spory pobór mocy przed lampy Nixie (każda pobiera około 300 mA z zasilania 5 V) autor wykorzystał w swoim projekcie jedynie dwie lampy. W związku z tym, aby móc wyświetlać informacje o szerokim zakresie wartości dodał do swojego wyświetlacza informację o rzędzie wielkości, tzn o jednostkach. Dzięki temu układ może wyświetlać o informacje o mocy w jednostkach od watów do megawatów - od 0 W do 99 MW. Oczywiście układ wyświetla jedynie dwie cyfry znaczące, ale z uwagi na rozdzielczość toru pomiarowego - przetwornika prądowego, ADC itp - to w zupełności wystarczy.

    Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT


    Biblioteka do lamp Nixie i dodanie wyświetlaczy jednostki w notacji SI bardzo pomogło w napisaniu prostego programu do obsługi wyświetlacza:

    Kod: c
    Zaloguj się, aby zobaczyć kod


    Pomiary mocy

    Pomiar mocy realizowany jest z pomocą sensora - przekładnika prądowego z opornikiem pomiarowym SCT-013. Nakłada się go na kabel z prądem i tyle. Opornik pomiarowy polaryzowany jest połową napięcia odniesienia, dzięki czemu unipolarny ADC w module Arduino może poprawnie mierzyć wartość prądu płynącego w układzie.

    Autor wykorzystał bibliotekę Open Energy Meter do realizacji pomiarów. Układ próbkuję przepływ prądu z określoną częstotliwością (będąc w zgodnej fazie z sieciowym 50 Hz) i zwraca prąd RMS. Wykorzystując zmierzoną wartość prądu i zakładając napięcie sieci równe 230 V układ oblicza aktualnie pobieraną moc z wzoru P = I x U. Oczywiście jest to prawdziwa moc tylko dla obciążeń rezystancyjnych, ale dla potrzeb opisywanego projektu jest to w pełni wystarczający pomiar.

    Jeśli chcemy wyznaczać realną moc dla innego rodzaju obciążeń trzeba by prowadzić dokładniejszą analizę z uwzględnieniem nieliniowych efektów związanych z obciążeniami indukcyjnymi czy pojemnościowymi, takimi jak silniki elektryczne i przetwornice DC-DC. Opis pakietu Open Energi Monitor zawiera informacje o tym jak to zrobić.

    Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT


    Autor dodatkowo rozważył możliwość zwiększenia precyzji pomiarów, poprzez pomiar napięcia sieciowego. Dzwonek do drzwi wykorzystuje klasyczny transformator do działania, który ma wyjścia 3 V, 5 V i 8 V (przy wejściu 230 V). Mierząc któreś z tych napięć można by mierzyć wartość napięcia w sieci, co zwiększyłoby precyzję obliczania mocy, w porównaniu do zakładania, że napięcie w gniazdku równe jest 230 V. Oczywiście wtedy na dokładność wpływałyby takie rzeczy jak dokładność wykorzystanego do pomiaru ADC, tolerancja oporników i elementów w torze pomiarowym etc.

    Kontrola nad układem

    Jako że na panelu układu nie miało być żadnych przycisków, a dodatkowo układ miał generować raportu dotyczące zużycia mocy, autor wykorzystał interfejs sieciowy do komunikacji z układem. Korzystając z modułu z układem ESP8266 z standardowym oprogramowaniem przesyłał on pakiety TCP z Arduino do komputera. Biblioteka ESP8266wifi doskonale pasowała do tego wykorzystania, jednakże uniemożliwiała ona regularne odświeżanie wyświetlacza, gdyż blokowała działanie Arduino co jakiś czas w oczekiwaniu na połączenia i informacje z ESP8266 odebrane poprzez sieć WiFi. Dlatego też autor stworzył, na podstawie tego projektu, własną bibliotekę, dodając bufor portu szeregowego, co umożliwiło korzystanie z połączenia z ESP8266 bez obciążania Arduino w sposób uniemożliwiający regularny odczyt z ADC czy odświeżanie kontrolowanego poprzez SPI wyświetlacza.

    Gdy układ odbierze wiadomość, uruchamia się na Arduino prosty interpreter wysyłanych wiadomości:

    Kod: c
    Zaloguj się, aby zobaczyć kod


    Poszczególne komendy pozwalają na przesyłanie danych w formacie JSON, a w planach jest stworzenie lokalnego serwera Node.js na Raspberry Pi, który zbierałby strumień JSON i aktualizował bazę danych i prezentował wyniki, jednakże to zostanie, ewentualnie, opisane w innym projekcie.

    Lampy Nixie wyposażone są w podświetlenie RGB, więc dodana została komenda, która pozwala na kontrolowanie jego kolorów i zmian w czasie w funkcji poszczególnych sekund, minut, godzin czy nawet dni.

    Rezultaty



    Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT


    Źródło: http://engineer.john-whittington.co.uk/2015/12/nixie-tube-energy-meter/


    Fajne!
  • #2 10 Sty 2016 20:07
    axelus
    Poziom 10  

    Witam.

    Dlaczego nie świeci się litera h ?
    Moim zdaniem powinny być użyte przegrody do podświetlenia liter. Bez tego nic nie widać. Mało czytelny sposób informowania o jednostce zużycia.

  • #3 10 Sty 2016 20:32
    M. S.
    Poziom 34  

    Łał. Wyciągnął z sieci 1 megawat (1MW), szacun.

  • #4 10 Sty 2016 20:35
    Szymon Tarnowski
    Poziom 27  

    Nie podobają mi się te literki wycięte, IMHO do takich celów powinno się użyć alfanumerycznych nixie, najlepiej tych z gotowymi znakami a nie segmentowymi.
    Wyświetlacz zużycia energii elektrycznej w domu na lampach Nixie z IoT

    No i te obwódki wokół lamp, trochę jak wiejski tuning.

  • #5 11 Sty 2016 08:12
    Gruby__
    Poziom 16  

    A to nie powinno być tak, że wskaźnik zużycia energii powinien być jak najbardziej energooszczędny? Bo lampy nixie do takich nie należą wg mnie... ;)

    EDIT: O chorobcia, jeden taki moduł Nixie do Arduino kosztuje $34.50 ... :shocked!:

  • #6 11 Sty 2016 08:52
    byrrt
    Poziom 21  

    Lampy nie zużywają dużo prądu - to neonówki :)

  • #7 11 Sty 2016 12:08
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Gruby__ napisał:
    A to nie powinno być tak, że wskaźnik zużycia energii powinien być jak najbardziej energooszczędny? Bo lampy nixie do takich nie należą wg mnie... ;)

    EDIT: O chorobcia, jeden taki moduł Nixie do Arduino kosztuje $34.50 ... :shocked!:


    Z tego co pisze autor - 300 mA ;) nie tak mało.

    No koszt spory, bo płacisz za lampę, kontroler z sterowaniem po SPI i przetwornicę (całość zasila się 5 V).

  • #8 12 Sty 2016 00:29
    maciej_333
    Poziom 34  

    Projekty takiego typu już niejednokrotnie pojawiały się w dziale DIY Zagranica. Autor jak to często bywa w innych krajach zasobniejszy jest w pieniądze, a nie wiedzę. Powstał bardzo drogi gadżet.
    1. Rozdzielczość jest żadna.
    2. Błąd pomiaru ogromny.
    3. Daleko idące uproszczenia. W zasadzie wyznaczana jest zgrubna wartość mocy pozornej.
    4. W końcu to urządzenie jest watomierzem, czy licznikiem energii ?