전력 소비를 측정하고 기록하기 위한 에너지 로거 구축

전기 에너지의 생성 또는 소비에 대한 지속적인 기록이 의미 있는 많은 잠재적인 응용 분야가 있습니다. 집안의 특정 회로의 에너지 소비나 발코니 발전소 또는 대규모 태양광 발전 시스템에서 공급되는 에너지를 생각해 보십시오. 기록을 위한 기성 솔루션이 있지만 적합한 로거를 직접 구축할 수도 있습니다. 여기에 제시된 로거는 S0 출력이 있는 미터를 사용하여 전력 소비를 기록합니다. 적합한 계량기를 €20 미만의 가격으로 구입할 수 있습니다(예: Amazon, eBay 또는 극동 지역에서 직접). 이를 통해 여기에 설명된 전자 장치를 사용하여 연결된 주 전원 회로의 에너지 소비 또는 광전지 시스템의 생산량을 측정하고 "기록"하거나 기록할 수 있습니다.

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결국, 마이크로컨트롤러는 무엇을 위해 발명되었습니까? 이런 종류의 응용 프로그램에는 거의 적합합니다. 컴퓨터 시대 이전에는 시간에 따른 에너지 소비나 발전량을 기록하는 것이 가정에서 사용하기 어렵고 사실상 불가능했습니다. 뛰어난 기능을 모두 갖춘 저렴한 마이크로 컨트롤러 덕분에 오늘날 디지털 로깅은 문제가 되지 않을 뿐만 아니라 Wi-Fi 연결 등과 같은 고급 기능도 가능해졌습니다. 에너지 로거가 수행할 수 있는 작업은 다음에서 확인할 수 있습니다.특징 상자. 완성된 솔루션의 느낌은 다음과 같습니다.수치1, 플라스틱 분배기 상자에 설치된 전원 공급 장치를 포함하여 미터와 로거의 조합을 보여줍니다.

마이크로컨트롤러 덕분에 에너지 로거 회로(수치2 )은 매우 간단합니다. 왼쪽에는 전기 절연을 위한 다수의 옵토커플러가 있으며, 이를 통해 미터의 S0 인터페이스의 데이터가 마이크로컨트롤러의 해당 입력으로 전송됩니다. 이는 펄스가 손실되지 않도록 인터럽트 제어됩니다. 컴퓨팅 성능이 충분하고 Wi-Fi 인터페이스도 갖추고 있기 때문에 저렴한 ESP32 모듈을 사용했습니다. 오른쪽에는 대용량 저장을 위한 SD 카드용 슬롯과 SD 카드에 대한 쓰기 주기 수를 줄이기 위해 5분 동안 데이터를 일시적으로 버퍼링하는 추가 FRAM 모듈이라는 두 개의 메모리 모듈이 있습니다.

회로가 너무 간단해서 브레드보드에 만들어 보았습니다. 두 개의 연한 파란색 블록에서 볼 수 있듯이 안전상의 이유로 두 개의 별도 전원 공급 장치가 제공됩니다. 왼쪽 S0 인터페이스의 경우 6.5V이면 충분합니다. 회로의 나머지 부분은 5V 전원 공급 장치(오른쪽)로 전원이 공급됩니다. 각각 0.5A의 부하 용량이면 충분합니다. 전기 절연을 위해 전원 공급 장치의 두 GND 라인은 어떤 상황에서도 연결되어서는 안 됩니다. 또한 광커플러 아래(입력과 출력 사이) 모든 구리는 최소 4mm 이상 제거되어야 합니다.수치삼 이것이 어떻게 보일지 보여줍니다. 두 개의 별도 전원 공급 장치를 통한 전기적 절연을 통해 ESP32를 PC의 USB 인터페이스에 연결할 수도 있습니다(예: 향후 업데이트를 설치된 컨트롤러로 전송할 수 있음). 두 개의 전원 공급 장치를 사용하는 대신 전류 부하가 더 높은 하나의 전원 공급 장치와 절연 DC/DC 변환기 및 전압 조정기를 갖춘 솔루션도 가능했지만 실제로는 더 쉽거나 저렴하지 않습니다.

이미 언급했듯이 두 개의 메모리 모듈을 사용하는 것은 사치가 아닙니다. S0 인터페이스는 때때로 초당 여러 펄스를 전달할 수 있습니다. 측정된 값이 마이크로 컨트롤러의 내부 메모리에 수집된 경우 재설정 중에 데이터가 손실될 수 있습니다. 반면, SD 카드에 즉시 기록하면 카드의 서비스 수명이 크게 단축됩니다. 초당 하나의 값만 사용하면 연간 3,150만 번의 쓰기 주기가 발생합니다. 그러나 SD 카드의 메모리 셀은 쓰기 주기가 1,000~3,000회만 지나면 수명이 다합니다. 따라서 대용량 카드라도 1년이 지나기 전에는 거의 확실히 결함이 나타납니다. 이를 방지하기 위해 안정적인 버퍼가 제공됩니다. 여기에 사용된 외부 FRAM 모듈의 저장 용량은 8kB에 불과하지만 꽤 많은 값을 수집하기에 충분합니다. FRAM의 가장 큰 장점은 제조업체에 따라 최소 1010회 이상 쓸 수 있다는 것입니다. 일반적으로 이러한 메모리는 수천조의 쓰기 주기도 견딜 수 있습니다. 5분마다 FRAM에 수집된 데이터가 SD 카드로 전송됩니다. 이는 연간 쓰기 작업이 100,000번이 조금 넘는다는 의미이며, SD 카드에는 메모리 셀이 많기 때문에 몇 년 동안 문제 없이 작동할 수 있습니다. 또한 로거의 재시작 횟수가 FRAM에 기록되므로 재설정이 실행된 빈도를 언제든지 확인할 수 있습니다. 또한 SD에는 매일 새로운 파일이 생성되어 그날의 데이터가 저장됩니다. 메모리 공간을 절약하기 위해 자정 이후 미터 값 중 하나가 변경된 경우에만 녹음이 시작됩니다. 에너지 로거를 사용하여 전력 소비를 기록하는 경우 이 기능은 실제로 불필요합니다. 그러나 태양계의 에너지 생산을 모니터링하는 경우 일출 이후(즉, 첫 번째 전기가 생성될 때)에만 기록을 시작하는 것이 유용합니다.