Como construir um monitor de energia Arduino e registrador de dados

Sobre este projeto

Configuração

Circuito

• SCL - para comunicação I2C, vai para Arduino Uno A5
• SDA - para comunicação I2C, vai para Arduino Uno A4
• ZCD - Zero Cross Detection - não estamos usando este recurso neste exemplo
• Evento - Indicador de evento - não estamos usando este recurso neste exemplo
• GND - Conecte ao Arduino GND
• VIN - Conecte ao Arduino 5V
• 3.3v - Conecte-se ao Arduino 3.3v
• GND - Conecte ao Arduino GND (você só precisa conectar um dos pinos GND)

Sketch

  // veja se o cartão está presente e pode ser inicializado:if (! SD.begin (CHIP_SELECT)) {Serial.println (F ("O cartão falhou ou não está presente")); // não faça mais nada:} wattson.begin (); // Passe o endereço apropriado. O padrão é 0x74  

  // inicializa o pino digital como uma saída. pinMode (LED, OUTPUT);  

  #define BUTTON_PIN 4 // Conecte uma chave de botão tátil (ou algo semelhante) // do pino 4 do Arduino ao aterramento. #define PULLUP true // Para manter as coisas simples, usamos o resistor pullup interno do Arduino. # define INVERT true // Uma vez que o resistor pullup manterá o pino alto a menos que // a chave seja fechada, esta é uma lógica negativa, ou seja, um alto estado // significa que o botão NÃO está pressionado. (Assumindo um interruptor normalmente aberto.) # Define DEBOUNCE_MS 20 // Um ​​tempo de debounce de 20 milissegundos geralmente funciona bem para interruptores de botão tátil. Botão myBtn (BUTTON_PIN, PULLUP, INVERT, DEBOUNCE_MS); // Declare o botão  

  char filename [] ="DATA00.CSV"; setup () {... // cria um novo arquivo para (uint8_t i =0; i <100; i ++) {filename [4] =i / 10 + '0'; nome do arquivo [5] =i% 10 + '0'; if (! SD.exists (nome do arquivo)) {Serial.print (F ("Arquivo de dados é")); Serial.println (nome do arquivo); // só abre um novo arquivo se ele não existir break; // saia do loop! o nome do arquivo agora será o que desejamos}} ...}  

  void loop () {... myBtn.read (); // Leia o botão if (myBtn.wasReleased ()) {// Se o botão foi liberado, altere o estado do LED readData =! ReadData; digitalWrite (LED, readData); } if (readData) {... // lê os dados e salva no cartão SD, etc .......}  

  UpbeatLabs_MCP39F521_FormattedData fData; int readMCPretval =wattson.readMCP39F521 (&dados, NULL); longo sem sinal currentMillis =millis ();  

  // se o arquivo estiver disponível, escreva nele:Arquivo dataFile =SD.open (nome do arquivo, FILE_WRITE); if (dataFile) {dataFile.print (currentMillis); dataFile.print (","); dataFile.print (fData.currentRMS); dataFile.print (","); dataFile.print (fData.activePower); dataFile.print (","); dataFile.print (fData.reactivePower); dataFile.print (","); dataFile.println (fData.apparentPower); // imprime também na porta serial:dataFile.close (); } // se o arquivo não estiver aberto, exibe um erro:else {Serial.print (F ("erro ao abrir")); Serial.println (nome do arquivo); }  

Ação!

  Serial.write ("\ x1B" "c"); // Limpa a tela em um terminal regular wattson.printMCP39F521Data (&data);  

  $ screen /dev/tty.usbmodem1411 9600  

Traçando os dados no Excel

  timestamp, currentRMS, activePower, reactivePower, appearPower  

Conclusão

• rotinas de calibração
• ZCD (detector de cruzamento zero)
• Notificação de eventos (eventos de sobrecarga, sobrecarga de energia, queda / oscilação de tensão)
• a capacidade de personalizar a faixa de leituras (modificando os resistores de carga e / ou CT e recalibrando usando as rotinas de calibração mencionadas acima),
• usando vários Dr. Wattsons junto com um único MCU (alterando o endereçamento I2C configurável).

  / ******************************************* **** -> https://www.tindie.com/products/UpbeatLabs/dr-wattson-energy-monitoring-board-2/ Este exemplo demonstra obter dados de energia do Dr. Wattson e gravá-los em um cartão SD separados por vírgula Formato (CSV). Um botão é usado para alternar a coleta de dados, para que você possa registrar os dados quando estiver pronto. Quando o botão alterna a medição, o esboço começa a pesquisar o módulo para dados de energia e os imprime. Para facilitar a visualização dos valores, use uma tela semelhante a um programa para exibir a saída serial. O serial grava os caracteres necessários para limpar a tela em um terminal regular, o que significa que a saída serial permanecerá no lugar e apenas será atualizada com o tempo. Ligue a alimentação de entrada para ver a tensão RMS, os valores da frequência da linha mudam para os valores apropriados. Ligue a carga anexada à sua saída para ver a corrente RMS, fator de potência, alteração dos valores de potência ativa, reativa e aparente. Todos esses valores são gravados no cartão SD em formato CSV, que pode então ser usado com um programa como o Excel para visualizar / plotar os dados. O nome do arquivo tem o formato DATAnn.CSV. No momento da configuração, é escolhido um novo nome de arquivo que ainda não existe, de forma que os arquivos serão DATA00.CSV, DATA01.CSV, DATA02.CSV e assim por diante. O registro gira para novos arquivos até DATA99.CSV. A comunicação acontece em I2C. 2 pinos são necessários para fazer a interface. Existem 4 possibilidades de endereço I2C selecionáveis ​​por placa (selecionáveis ​​através de dois jumpers de solda (que selecionam cada pino como alto ou baixo). Com base nisso, existem 4 endereços possíveis:Endereço I2C SJ1 SJ2 0x74 LOW LOW 0x75 LOW HIGH 0x76 HIGH LOW 0x77 HIGH HIGH Dr. Wattson tem duas saídas, ZCD ou Event, que são usadas para notificações e, portanto, normalmente serão conectadas a um pino externamente interrompível (como pin2 ou pin3 no Arduino Uno). Neste exemplo, ZCD e Event não são O botão está conectado ao pino 4. * Cartão SD conectado ao barramento SPI da seguinte maneira:** MOSI - pino 11 ** MISO - pino 12 ** CLK - pino 13 ** CS - pino 10 LED está conectado ao pino 9 Escrito por Sridhar Rajagopal para Upbeat Labs LLC. Licença BSD. Todo o texto acima deve ser incluído em qualquer redistribuição * / # include  #include "UpbeatLabs_MCP39F521.h" #include  #include  //https://github.com/JChristensen/Button#define BUTTON_PIN 4 // Conecte um botão tátil (ou algo semelhante) // do pino 4 do Arduino para aterrar. # define PULLUP true // Para manter as coisas simples, usamos o resistor pullup interno do Arduino. # define INVERT true // Uma vez que o resistor pullup manterá o pino alto a menos que // a chave seja fechada, esta é uma lógica negativa, ou seja, um estado alto // significa que o botão NÃO está pressionado. (Assumindo um interruptor normalmente aberto.) # Define DEBOUNCE_MS 20 // Um ​​tempo de debounce de 20 milissegundos normalmente funciona bem para interruptores de botão tátil. Botão myBtn (BUTTON_PIN, PULLUP, INVERT, DEBOUNCE_MS); // Declara o botão # define LED 9 // Conecte um LED (através de um resistor de 220ohm) do pino 9 (ânodo) ao GND (cátodo). #define CHIP_SELECT 10UpbeatLabs_MCP39F521 wattson =UpbeatLabs_MCP39F521 (); bool readData =false; char filename [] ="DATA00.CSV"; void setup () {Serial.begin (9600); // liga a comunicação serial Serial.println (F ("** Upbeat Labs Dr. Wattson Example Sketch **")); Serial.println (F ("Exemplo de registro de cartão SD de dados de energia Upbeat Labs Dr. Wattson"); Serial.println (F ("****************************************** *********************** ")); // inicializa o pino digital como uma saída. pinMode (LED, SAÍDA); pinMode (CHIP_SELECT, OUTPUT); // veja se o cartão está presente e pode ser inicializado:if (! SD.begin (CHIP_SELECT)) {Serial.println (F ("*** O cartão SD falhou ou não está presente ***")); // não faça mais nada:} wattson.begin (); // Passe o endereço apropriado. O padrão é 0x74 // cria um novo arquivo para (uint8_t i =0; i <100; i ++) {nome do arquivo [4] =i / 10 + '0'; nome do arquivo [5] =i% 10 + '0'; if (! SD.exists (nome do arquivo)) {Serial.print (F ("Arquivo de dados é")); Serial.println (nome do arquivo); // só abre um novo arquivo se ele não existir break; // saia do loop! o nome do arquivo será agora o que desejamos}} Serial.println (F ("** inicialização completa. **"));} void loop () {myBtn.read (); // Leia o botão if (myBtn.wasReleased ()) {// Se o botão foi liberado, altere o estado do LED readData =! ReadData; digitalWrite (LED, readData); } if (readData) {UpbeatLabs_MCP39F521_Data data; UpbeatLabs_MCP39F521_FormattedData fData; int readMCPretval =wattson.read (&data, NULL); currentMillis longo sem sinal =millis (); if (readMCPretval ==UpbeatLabs_MCP39F521 ::SUCCESS) {// Imprimir Serial.write ("\ x1B" "c"); // Limpa a tela em um terminal regular wattson.convertRawData (&data, &fData); printMCP39F521Data (&fData); // se o arquivo estiver disponível, escreva nele:Arquivo dataFile =SD.open (nome do arquivo, FILE_WRITE); if (dataFile) {dataFile.print (currentMillis); dataFile.print (","); dataFile.print (fData.currentRMS); dataFile.print (","); dataFile.print (fData.activePower); dataFile.print (","); dataFile.print (fData.reactivePower); dataFile.print (","); dataFile.println (fData.apparentPower); // imprime também na porta serial:dataFile.close (); } // se o arquivo não estiver aberto, exibe um erro:else {Serial.print (F ("erro ao abrir")); Serial.println (nome do arquivo); }} else {Serial.print (F ("Erro!")); Serial.println (readMCPretval); }}} void printMCP39F521Data (dados UpbeatLabs_MCP39F521_FormattedData *) {Serial.print (F ("Voltage =")); Serial.println(data->voltageRMS, 4); Serial.print(F("Current =")); Serial.println(data->currentRMS, 4); Serial.print(F("Line Frequency =")); Serial.println(data->lineFrequency, 4); Serial.print("Analog Input Voltage ="); Serial.println(data->analogInputVoltage, 4); Serial.print(F("Power Factor =")); Serial.println(data->powerFactor, 4); Serial.print(F("Active Power =")); Serial.println(data->activePower, 4); Serial.print(F("Reactive Power =")); Serial.println(data->reactivePower, 4); Serial.print(F("Apparent Power =")); Serial.println(data->apparentPower, 4);} 

Code

• Code snippet #1
• Code snippet #3
• Code snippet #4
• Code snippet #5
• Code snippet #7
• Code snippet #11

Code snippet #1Plain text

// see if the card is present and can be initialized:if (!SD.begin(CHIP_SELECT)) { Serial.println(F("Card failed, or not present")); // don't do anything more:} wattson.begin(); // Pass in the appropriate address. Defaults to 0x74

Code snippet #3Plain text

#define BUTTON_PIN 4 //Connect a tactile button switch (or something similar) //from Arduino pin 4 to ground. #define PULLUP true //To keep things simple, we use the Arduino's internal pullup resistor.#define INVERT true //Since the pullup resistor will keep the pin high unless the //switch is closed, this is negative logic, i.e. a high state //means the button is NOT pressed. (Assuming a normally open switch.)#define DEBOUNCE_MS 20 //A debounce time of 20 milliseconds usually works well for tactile button switches.Button myBtn(BUTTON_PIN, PULLUP, INVERT, DEBOUNCE_MS); //Declare the button

Code snippet #4Plain text

char filename[] ="DATA00.CSV";setup() { ... // create a new file for (uint8_t i =0; i <100; i++) { filename[4] =i/10 + '0'; filename[5] =i%10 + '0'; if (! SD.exists(filename)) { Serial.print(F("Data file is ")); Serial.println(filename); // only open a new file if it doesn't exist break; // leave the loop! filename will now be the one we desire } }...}

Code snippet #5Plain text

 myBtn.read(); //Read the button if (myBtn.wasReleased()) { //If the button was released, change the LED state readData =!readData; digitalWrite(LED, readData); } if (readData) { ... // read data and save to SD card, etc ....

Code snippet #7Plain text

 // if the file is available, write to it:File dataFile =SD.open(filename, FILE_WRITE); if (dataFile) { dataFile.print(currentMillis); dataFile.print(","); dataFile.print(data.currentRMS); dataFile.print(","); dataFile.print(data.activePower); dataFile.print(","); dataFile.print(data.reactivePower); dataFile.print(","); dataFile.println(data.apparentPower); // print to the serial port too:dataFile.close(); } // if the file isn't open, pop up an error:else { Serial.print(F("error opening ")); Serial.println(filename); } 

Code snippet #11Plain text

/*************************************************** This is a example sketch for Upbeat Labs Dr. Wattson Energy Monitoring BreakoutThe communication happens over I2C. 2 pins are required to interface. There are 4 selectable I2C address possibilities per board (selectable via two solder jumpers (that select each pin to be high or low). Based on this, there are 4 possible addresses:I2C address SJ1 SJ2 0x74 LOW LOW 0x75 LOW HIGH 0x76 HIGH LOW 0x77 HIGH HIGHDr. Wattson has two outputs, ZCD or Event, that are used for notifications, and therefore will usually be connected to an externally interruptable pin (like pin2 or pin3 on Arduino Uno). In this example, ZCD and Event are not used.Button is connected to pin 4. * SD card attached to SPI bus as follows:** MOSI - pin 11 ** MISO - pin 12 ** CLK - pin 13 ** CS - pin 10 LED is connected to pin 9 Written by Sridhar Rajagopal for Upbeat Labs LLC. BSD license. All text above must be included in any redistribution */ #include #include "MCP39F521.h"#include #include  //https://github.com/JChristensen/Button#define BUTTON_PIN 4 //Connect a tactile button switch (or something similar) //from Arduino pin 4 to ground . #define PULLUP true //To keep things simple, we use the Arduino's internal pullup resistor.#define INVERT true //Since the pullup resistor will keep the pin high unless the //switch is closed, this is negative logic, i.e. a high state //means the button is NOT pressed. (Assuming a normally open switch.)#define DEBOUNCE_MS 20 //A debounce time of 20 milliseconds usually works well for tactile button switches.Button myBtn(BUTTON_PIN, PULLUP, INVERT, DEBOUNCE_MS); //Declare the button#define LED 9 // Connect an LED (via a 220ohm resistor) from pin 9 (anode) to GND (cathode).#define CHIP_SELECT 10MCP39F521 wattson =MCP39F521();bool readData =false;char filename[] ="DATA00.CSV";void setup() { Serial.begin(9600); //turn on serial communication Serial.println(F("**Upbeat Labs Dr. Wattson Example Sketch**")); // initialize the digital pin as an output. pinMode(LED, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); // see if the card is present and can be initialized:if (!SD.begin(CHIP_SELECT)) { Serial.println(F("Card failed, or not present")); // don't do anything more:} wattson.begin(); // Pass in the appropriate address. Defaults to 0x74// create a new file for (uint8_t i =0; i <100; i++) { filename[4] =i/10 + '0'; filename[5] =i%10 + '0'; if (! SD.exists(filename)) { Serial.print(F("Data file is ")); Serial.println(filename); // only open a new file if it doesn't exist break; // leave the loop! filename will now be the one we desire } } Serial.println(F("**initialization complete.**")); }// This is what MCP39F521Data looks like, for reference!//typedef struct MCP39F521Data {// uint16_t systemStatus;// uint16_t systemVersion;// uint16_t voltageRMS;// uint16_t lineFrequency;// uint16_t analogInputVoltage;// int16_t powerFactor;// uint32_t currentRMS;// uint32_t activePower;// uint32_t reactivePower;// uint32_t apparentPower;//} MCP39F521Data; void loop() { myBtn.read(); //Read the button if (myBtn.wasReleased()) { //If the button was released, change the LED state readData =!readData; digitalWrite(LED, readData); } if (readData) { MCP39F521Data data; int readMCPretval =wattson.readMCP39F521(&data, NULL); unsigned long currentMillis =millis(); if (readMCPretval) { // Print stuff out Serial.write("\x1B" "c"); // Clear the screen on a regular terminal wattson.printMCP39F521Data(&data); // if the file is available, write to it:File dataFile =SD.open(filename, FILE_WRITE);if (dataFile) { dataFile.print(currentMillis); dataFile.print(","); dataFile.print(data.currentRMS); dataFile.print(","); dataFile.print(data.activePower); dataFile.print(","); dataFile.print(data.reactivePower); dataFile.print(","); dataFile.println(data.apparentPower); // print to the serial port too:dataFile.close(); } // if the file isn't open, pop up an error:else { Serial.print(F("error opening ")); Serial.println(filename); } } else { Serial.println(F("Error!")); } }}

Github

Upbeat Labs Dr. Wattson Energy Monitoring Board Library

Schematics