大家都會同意，我們的家用電器耗電量高，令人十分困擾，我們每個月都在盡力減少電費。不僅如此，為了了解和監(jiān)測電力使用情況，我們不斷檢查安裝在家里或辦公室的電表。如果我們可以通過智能手機(jī)隨時隨地監(jiān)控電費會怎么樣?是的，在物聯(lián)網(wǎng)的幫助下，我們可以使用智能電表輕松監(jiān)控功耗。我們之前做過其他基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控項目，如溫度和濕度監(jiān)測，電池監(jiān)測，食品監(jiān)測，空氣質(zhì)量監(jiān)測等。

很長一段時間以來，我一直在試圖找到一種簡單而準(zhǔn)確的方法來測量和監(jiān)控任何地方的電力使用情況，無論是在家里、辦公室還是在旅途中。經(jīng)過一番研究，我決定通過使用帶有NodeMCU的電流傳感器構(gòu)建一個簡單的電流值，并將測量的電流值發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)云平臺。這可以在Adafruit MQTT物聯(lián)網(wǎng)平臺的幫助下完成，該平臺是免費的，不需要訂閱。要制作這個電能表，你只需要很少的組件和互聯(lián)網(wǎng)連接。

所需的材料

?ACS712電流傳感器

?NODE MCU ESP8266模塊

?移動充電器和USB連接線(用于供電和程序上傳&用于串行監(jiān)視器讀取)

?燈座

?穩(wěn)定負(fù)載-這里是100瓦的燈泡

?一些電線

電流傳感的不同方法

測量導(dǎo)線電流的方法有很多種，本文討論了常用的電流傳感方法。電流傳感有兩種方式，即直接傳感法和間接傳感法。直接感應(yīng)法使用歐姆定律來測量電流流過導(dǎo)線時發(fā)生的電壓降，但ACS712使用間接電流感應(yīng)法(通過應(yīng)用法拉第定律或安培定律計算磁場來測量)，因此載流導(dǎo)線上不會有外部負(fù)載，也不需要直接接觸。它類似于鉗形儀表的工作原理。我們將在本文后面討論更多關(guān)于ACS712工作的內(nèi)容。

另一種流行的電流傳感方法是使用電流互感器(CT)。它也是一種間接電流傳感方法。它的工作原理與載流導(dǎo)線穿過CT變壓器的中心孔相同，CT變壓器由一個線圈組成，該線圈將接收載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁通量。通過測量線圈中感應(yīng)的電壓，我們可以計算出通過導(dǎo)線的電流。一個典型的電流互感器如下所示。

ACS712電流傳感器

ACS712基于1879年埃德溫·霍爾博士發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)理論。根據(jù)這一原理，當(dāng)載流導(dǎo)體置于磁場中時，會在其邊緣產(chǎn)生垂直于電流和磁場方向的電壓。這個電壓被稱為霍爾電壓，它的典型值是幾毫伏。因此，通過測量霍爾電壓，我們將能夠計算流過傳感器的電流量。典型的ACS712電流傳感器如下圖所示。

當(dāng)電子流過導(dǎo)線或路徑時，會在其周圍產(chǎn)生磁場。該磁場由霍爾效應(yīng)IC感測并產(chǎn)生電壓輸出，該輸出可直接饋送到微控制器或ESP板。該傳感器位于從相位輸入輸出的粗銅導(dǎo)電路徑上的IC表面。

ACS712傳感器有4個變體(185mV=5A模塊，100mV=10A和66mV，適用于20A和30A模塊)，每個變體的額定電流值不同。您可以根據(jù)自己的要求選擇其中任何一個，但為了更好地校準(zhǔn)，每安培的毫伏值應(yīng)正確分配給編碼。請注意，隨著傳感器電流額定值的增加，精度會降低。

NodeMCU電能表電路圖

基于物聯(lián)網(wǎng)的電能表的完整電路圖如下所示。雖然它非常簡單，但您應(yīng)該遵循圖形表示以更好地理解并確保連接是正確的。請注意，使用主電源需要練習(xí)，因此，如果您不確定如何做，請不要構(gòu)建此電路。

我們將NodeMCU與ACS712電流傳感器一起使用，電流傳感器將測量交流負(fù)載消耗的電流，NodeMCU將測量該電流，計算功率(假設(shè)電壓恒定)并將功率值發(fā)送到Adafruit IO等云平臺。為了您的方便，下面還提供了一個直觀的信息圖形電路圖。

正如您所看到的，NodeMCU將通過USB端口使用5V移動充電器供電，交流負(fù)載將通過我們的ACS712電流傳感器連接到220V交流電源。

該傳感器在VCC上的最大輸入電壓為5V，但在較低電壓下也能正常工作。請注意，ASC712輸出偏置電壓依賴于其工作電壓(一般為工作電壓的一半)。由于我們從ESP 3V輸出引腳上電模塊，當(dāng)沒有電流流過時，ACS712模塊輸出偏置電壓為1.5伏(1500 mv)。ESP內(nèi)部有一個板載分壓器電路，所以我們從ACS712輸出直接輸入到A0輸入引腳。

按照上面的電路進(jìn)行連接。我直接焊接了NodeMCU和ACS712傳感器之間的電線，但您也可以使用面包板和連接線。準(zhǔn)備好后，我的設(shè)置如下所示。

Adafruit IO能源監(jiān)測

當(dāng)一切完成后，是時候在“Adafruit IO”物聯(lián)網(wǎng)平臺上開設(shè)賬戶，并將我們的電路與Adafruit服務(wù)器連接起來，實時監(jiān)控電能表讀數(shù)。請按照以下步驟逐步操作：

對于Adafruit IO設(shè)置，您需要做的第一件事是注冊Adafruit IO。

2. 在此之后，將彈出一個窗口，您需要在其中填寫詳細(xì)信息。

在注冊窗口，填寫您的詳細(xì)信息，如您的姓名，郵件id，用戶名等。然后點擊保存設(shè)置，你的賬戶就創(chuàng)建好了。要獲得AIO密鑰，請單擊“查看AIO密鑰”。

3. 一個窗口將彈出與您的Adafruit IO AIO密鑰。復(fù)制這個鍵，稍后在python代碼中會用到它。

4. 現(xiàn)在，您需要創(chuàng)建一個提要。要創(chuàng)建提要，請單擊“feed”。然后點擊“Actions”，你會看到一些選項，點擊“Create a New Feed”。

5. 在此之后，將打開一個新窗口，您需要輸入：

名稱-在名稱選項中，為提要寫一個簡短的描述性名稱。您可以使用字母、數(shù)字和空格。

描述-對數(shù)據(jù)的長格式描述。該字段不是必需的，但是您可以編寫數(shù)據(jù)的描述。

6. 點擊“創(chuàng)建”，您將被重定向到您的新提要。

7. 接下來，要添加一個新的Toggle Block，您需要創(chuàng)建一個儀表板。創(chuàng)建Dashboard和創(chuàng)建Feed是一樣的。所以請遵循相同的步驟?，F(xiàn)在要添加一個塊，單擊屏幕右上角的“加號”，然后單擊第一個選項。

8. 現(xiàn)在，選擇我們之前創(chuàng)建的提要，然后點擊“下一步”。

9. 如果你想改變塊的設(shè)置，或者保持原樣，然后點擊“創(chuàng)建塊”。

NodeMCU物聯(lián)網(wǎng)電能表程序

完整的物聯(lián)網(wǎng)電能表代碼可以在本文末尾找到，但我們需要下載一些代碼庫。你可以通過庫管理器下載，也可以從下面的鏈接下載，并使用Arduino IDE上的“import library”選項添加。

?ESP8266WIFI

?Adafruit MQTT

?Adafruit MQTT客戶機(jī)

首先，我們將包括ESP8266和Adafruit MQTT的所有庫。

然后，我們定義您的wifi網(wǎng)絡(luò)的SSID和PASSWORD。

這部分代碼定義了“Adafruit服務(wù)器”，這是網(wǎng)站本身的鏈接，以及Adafruit服務(wù)器“端口”，您的帳戶“用戶名”和您的“AIO密鑰”。

然后我們有一個可變的毫伏/安培靈敏度，必須在編碼中提到，這對于ACS712傳感器的所有變體都是不同的(5Amp模塊185mV， 10A 100mV， 20 & 30安培模塊66mv)。

在VOID設(shè)置下，我們剛剛連接到wifi。

在loop函數(shù)中，首先，我們連接MQTT并從傳感器獲取電壓值。

在這個函數(shù)中，我們在1秒內(nèi)取值，在這1秒內(nèi)，我們將從傳感器讀取值，然后我們將計算最大值和最小值。所以，基本上在這1秒內(nèi)我們要存儲電壓的最小值和電壓的最大值結(jié)果是電壓的最大值和最小值之間的差值乘以5再除以1024所有這些都是用來轉(zhuǎn)換成電流的它與校準(zhǔn)因子有關(guān)。

如果你看一下我為大家準(zhǔn)備的手工圖表，你可以看到有兩條線，上面的線是我給的名字(Vp)，表示電壓的最大值，下面是(-Vp)，表示電壓的最小值。如果你取這兩條線之間的差，你會得到(Vpp)電壓峰值到峰值的值。

然后我們回到main函數(shù)。在環(huán)路下，您可以看到我們將使用上面解釋的公式將峰值電壓轉(zhuǎn)換為有效值。注意，我們將測量電壓除以2，得到正極或負(fù)極的值。

之后，我們將電壓轉(zhuǎn)換為電流，為此我們將Vrms值除以電流傳感器的毫伏/安培值(我使用30安培模塊，因此它是66毫安培)并乘以1000，以便我們將其轉(zhuǎn)換為安培而不是毫安。

然后，我們將在Arduino IDE的串行監(jiān)視器以及MQTT物聯(lián)網(wǎng)平臺上打印此當(dāng)前值。

基于NodeMCU的物聯(lián)網(wǎng)電能表的工作

通過這種方式，您可以構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的電能表，可以從世界任何地方進(jìn)行監(jiān)控。建立連接并上傳代碼之后，您應(yīng)該會在AdafruitIO控制臺上看到電源讀數(shù)。

我們在不同的負(fù)載條件下測試了它，比如100瓦的燈泡，200瓦的燈泡，500瓦的鹵素?zé)舻取Ｒ韵率荕QTT物聯(lián)網(wǎng)平臺上0到100瓦負(fù)載條件下的屏幕截圖。

除了圖形之外，MQTT上還打印了該值，并將其與串行監(jiān)視器進(jìn)行比較，如下所示。

本文編譯自iotdesignpro