Energy Monitor Shield - беспроводной энергомониторинг

Сегодня я покажу, как просто добавить в систему вашего умного дома модуль, который позволит очень просто получить информацию о текущем энергопотреблении.

Для этого нам потребуется Energy Monitor Shield (EM Shield):

Возможности этого устройства достаточно обширны:

1. Подключение до 3 датчиков тока
2. Интерфейс для подключения популярного дисплея (типа Nokia 5110)
3. Интерфейс для подключения трансивера nRF24l01+
4. Две тактовые кнопки
5. I2C-интерфейс для подключения дополнительных датчиков
6. Полная совместимость с Ethernet Shield 

Особенно радует комплект поставки этого шилда:

Помимо собственно шилда в комплекте идет дисплей и RF-модуль. 

Шилд работает с любой ардуино-совместимой платой. Я все буду реализовывать на базе ардуино с 328 "камушком".

За основу принципов радиообмена возьмем уже знакомый пример: Shield MaTrix и Sensor Node - его и расширим. 

С основопологающими принципами работы с токовым датчиком можно ознакомиться по следующей ссылке.

Для работы с токовым датчиком потребуется библиотека EmonLib.

Чтобы не томить читателей, сразу выкладываю ссылку на архив со скетчем и необходимыми библиотеками.

Примечание: наше изделие не будет являться каким-либо особенно точным прибором, но даст вполне адекватную качественную ("больше-меньше") оценку энергопотребления.

У меня в хозяйстве датчик тока только один (да и питание во всем доме однофазное), поэтому в этом примере буду использовать только один канал измерения. 

Инициализация этого канала измерения происходит следующим образом:

emon1.current(0, 111.1);

При этом, первый параметр (0) - это аналоговый пин, который используется для измерения (А0 в моем случае, вы можете задействовать еще A1 (второй канал) и A2 (третий канал измерения)).

Второй параметр - значение калибровки (масштаб). Этот параметр вы можете сами менять, чтобы подстроить "измеритель" на более адекватные значения (например, замерив потребление электричества, например, лампочки в 100Вт).

Но этого еще чуть-чуть не хватает для нормального использования. Необходимо еще убрать "постоянную составляющую" (иначе датчик, который просто подключен, но не "накинут" на провод будет выдавать ненулевой ток). Связано это с неидеальностью элеметов измерительного тракта, но это легко обходится простейшей калибровкой.

Калибровка делается следующим образом: в функции setup присутствует цикл, в котором производится ряд измерений (при которых датчик должен быть подключен в соответствующий разъем, но не "накинут" на провод). Дальше эти значения усредняются и на их основании считается значение параметра delta, который как раз скомпенсирует постоянную составляющую. Во время этого процесса на экране выводится надпись "Calibrating".

Примечание: вы можете самостоятельно доработать скетч таким образом, чтобы этот поправочный коэффициент не вычислялся при каждом запуске модуля, а например, сохранялся бы в EEPROM и при последующих загрузках сразу оттуда бы считывался (без процесса калибровки). Другой вариант решения - вести значение этого параметра в монитор порта (или на дисплей), а после этого - прописать его значение непосредственно в скетче.

Дальше все согласно примера из библиотеки EmonLib - вычисляем значение тока (параметр sIrms) и потребляемой мощности (Pcur).

Эти данные полезно вывести на наш экран для оперативного контроля.

С измерениями и отображением данных все понятно - осталось только организовать беспроводную передачу данных.

Дадим нашему модулю SID=400.

Структура, описывающая наш "энергетический" модуль будет следующая:

Parameter MySensors[NumSensors+1] = { // описание датчиков (и первичная инициализация)
NumSensors, "EM", // в поле "комментарий" указываем пояснительную информацию о датчике и количество сенсоров
0, "I, A", // ток
0, "P, kVt", // потребляемая мощность
};
Message sensor;

Как видно, в пакете передаваемых данных мы передаем как значение тока, так и потребляемой мощности (вообще можно передавать только один параметр, так как второй однозначно можно рассчитать по формуле, но мы экономить на этом несколько байт не будем).

Теперь нужно убедиться, что в эфир регулярно отправляются данные.

Для этого воспользуемся "старым знакомым" iBoard (эта плата нам очень пригодится в следующий раз - на ее основе организуем логирование данных от датчиков):

Сегодня же на базе этой платы реализуем "слухача" - плата будет просто выводить в монитор порта все полученные радио-данные.

Скетч для iBoard тоже находится в архиве. 

Если все сделано правильно, то в мониторе начнут выводиться соответствующие данные. Выглядит это примерно так:

В каждой строчке выводится следующая информация:

• Номер датчика
• Номер параметра
• Значение параметра
• Комментарий

Таким образом, мы видим, что наш "слухач" отлично справляется с поставленной задачей и с его помощью мы принимаем данные не только с модуля мониторинга энергопотребления, но и с погодных (подробнее о них - в предыдущем посте).

Продолжение следует...

Полезная информация:

• Wiki по Energy Monitor Shield
• Библиотека LCD5110_Graph с поддержкой аппаратного SPI
• Библиотека EmonLib 
• Библиотека RF24
• Простое устройство мониторинга электропотребления
• Система мониторинга потребления электричества