Ні, ця стаття не про черговий спосіб обдурити цей злощасний прилад. Тут піде мова про те, як за допомогою Arduino і середовища LabView перетворити свій лічильник електроенергії на засіб моніторингу споживаної потужності або навіть в амперметр!
Найперший лічильник електроенергії був індукційним. Принцип його роботи до смішного простий - по суті це електродвигун, ротором якого є алюмінієвий диск, що обертає циферблат. Чим більше споживаний ток- тим швидше крутиться диск. Пристрій чисто аналоговий.
Однак сьогодні індукційні лічильники здають свої позиції, поступаючись місцем своїм дешевшим електронним побратимам. І якраз один такий і стане піддослідним:
Принцип роботи не сильно змінився - в даному випадку диск замінений електронікою, яка генерує імпульси відповідно до величини споживаної електроенергії. Зазвичай, у більшості приладів ці імпульси показує світлодіодний індикатор. Відповідно, чим швидше блимає ця лампочка - тим більше спалюється дорогоцінних кВт.
Крім того, на особовій панелі будь-якого пристрою є передавальне співвідношення лічильника А - число імпульсів на 1 кВт * год. Як видно з фото, у піддослідного А = 12800. З цієї інформації можна зробити такі висновки:
- З кожним імпульсом лічильник фіксує споживання, що дорівнює 1/12800 частині від 1 кВт * год. Якщо включити до лічильника навантаження і почати просто рахувати імпульси, то потім легко отримати спожиту нею кількість електроенергії (кВт * год), розділивши кількість імпульсів на передавальне співвідношення.
- Оскільки індикатор змінює швидкість свого моргання, то можна вивести залежність між потужністю (кВт) і часом одного імпульсу лічильника, що дозволить отримати дані про потужність/струм.
Не будемо завантажувати статтю розрахунками, але якщо потрібно те
ось вони
Воістину, передавальне число лічильника - велика річ, оскільки знаючи її можна висловити як потужність так і струм:
Складемо пропорцію з нашого передавального співвідношення (А = 12800 ^/кВт * год) і невідомого передавального співвідношення, яке буде при навантаженні X і за час одного єдиного імпульсу (моргання лампочки):
Тут X - невідома потужність, а t - час одного імпульсу. Висловлюємо звідси невідому потужність і ось воно:
Струм вважається із застосуванням наступної пропорції передавальних співвідношень і струмів відомих і невідомих при навантаженні X.:
Що загалом призводить до ідентичної формули, але для струму (струм вимірюється в Амперах а індекси означають навантаження, при якому буде даний струм):
Тут можна помітити підводний камінь - потрібно знати струм при ідеальному навантаженні в 1 кВт. Якщо необхідна гарна точність - краще її виміряти самостійно, а якщо нет- то приблизно можна порахувати за формулою (напруга і потужність відомі), але буде більш грубо, оскільки не враховується коефіцієнт потужності.
Таким чином, все впирається у вимірювання часу одного імпульсу (моргання індикатора). У своїх вишукуваннях я спирався на цей чудовий проект. Якийсь італієць зробив у середовищі Labview інтерфейс для моніторингу потужності і придумав схему для вимірювання імпульсів. Але в його проекті красувалося величезне недопрацювання - він підходив тільки лише для лічильників з передавальним співвідношенням 1000 ^/кВт * год.
Верхній графік - середня потужність за 5 хвилин, нижній - в реальному часі. Інтерфейс досить гнучкий і легко модифікується під свої потреби. Якщо Ви ще не мали справи з середовищем LabView - рекомендую познайомитися.
Щоб все запрацювало, виявилося достатньо внести один єдиний блок в алгоритм програми, відповідно до формули вище.
Виглядає це наступним чином
Здавалося б просто, але до цього треба ще додуматися!
Отже, якщо Ви все-таки вирішите реалізувати моніторинг потужності, тобто два варіанти:
1. Ваш лічильник закритий і запломбований по саме не балуйся. А значить, зчитувати імпульси можна тільки за допомогою фоторезистора, який реагує на моргання лампочки. Його необхідно прикріпити синьою ізолентою навпроти світлодіодного індикатора на особовій панелі лічильника.
Схема буде виглядати наступним чином:
Схема для безконтактного зняття імпульсів
Програма просто порівнює значення опору на фоторезисторі та потенціометрі. Причому останній дозволяє виставити чутливість такого датчика, щоб уникнути помилкового спрацьовування і налаштуватися під яскравість індикатора.
2. У Вас є доступ до імпульсного виходу лічильника. На багатьох моделях є імпульсний вихід, який дублює миготіння лапочки. Це зроблено для того, щоб була можливість підключати прилад до системи автоматизованого обліку. Це транзистор, що відкривається при палаючому індикаторі і закривається при погаслому. Підключитися безпосередньо до нього не складає труднощів - для цього потрібно всього один підтягуючий резистор. Однак перш ніж робити це, упевніться що це саме імпульсний вихід, а не щось інше! (у паспорті завжди є схема)
Схема для з "єднання з телеметричним виходом
У моєму випадку - доступ повний, тому заморочуватися я особливо не став. Встановлюємо LabView і вперед вимірювати! Всі графіки являють собою потужність (Вт) в реальному часі.
Першим під роздачу потрапив багатостраждальний чайник. Кришечка говорить що потужність у нього 2,2 кВт, проте судячи з графіка, справно споживає лише 1700 Вт. Зверніть увагу, що споживання більш-менш постійно в часі. Це означає, що нагрівальний елемент (швидше за все ніхром) дуже слабо змінює свій опір протягом всього процесу вскипячування.
Зовсім інша справа клеєвий пістолет - заявлена потужність 20 Вт.Він поводиться відповідно до законів фізики - при нагріванні опір нагрівача збільшується, а струм відповідно зменшується. Перевіряв мультиметром - все так і є.
Старий радіоприймач «Весна». Тут графік пішов вгору на початку через те, що я запустив вимірювання під час імпульсу, відповідно це вплинуло на дані. Гірки на графіку показують, як я крутив ручку гучності. Чим голосніше - тим більше радіо їде.
Перфоратор із заявленою потужністю 700 Вт. Натиснув на кнопку до упору, трохи трохи почекав і відпустив, але не плавно. На графіку добре видно кидок струму при пуску двигуна. Саме тому моргає світло, коли добрий сусід починає довбати свою улюблену стіну.
А тепер найцікавіше. Я провів невеликий експеримент зі своїм стареньким ноутбуком, результат якого наведений на картинці:
Помаранчевою точкою відзначено час, коли я запустив відразу кілька «важких» програм. Як бачите, графіки завантаження процесора і зростання споживання мають щось спільне між собою. Нещодавно була одна цікава стаття яка наштовхує на деякі думки. Не впевнений що за допомогою моніторингу потужності можна злити ключі шифрування, однак факт очевидний.
(Тримайте параноїки!)
Загалом, зі звичайного лічильника і дешевої Arduino, можна зробити досить просте і цікаве рішення для саморобного «розумного будинку». Крім, власне, моніторингу споживання електроенергії є цілком непогана можливість організувати систему контролю включених приладів, яка зі зміни споживання і його характеру буде вгадувати що включили. Без будь-яких додаткових датчиків.
Вихідники скетчу для Arduino і файл LabView можна завантажити на сторінці автора. Після встановлення доопрацювати напильником додати блок відповідно до опису вище.
