電力モニターシールドV3の作り方

パソコンにグラフ表示する電力モニターです。

市販品との違い:
・パソコンが無いと何も表示できません
・基板のみのキットなので部品集めと組み立てが必要です
 上級者向けです。ハードは解らなくても問題有りませんがソフトの知識を要求します
 使用しながらバグ取りしているのでソフトが安定動作するのは2013年末になると思います。
・電池駆動では無いので停電が発生するとファイルに書き込まれていないデータは失われます
・メモリー容量は大きいですがサンプリング速度が速いので4日以上パソコンに繋がないとデータを失います
 -サンプリング間隔を長くすることで対応できますが瞬時値は解らなくなります
 -標準仕様では2秒間隔サンプリングで72時間データを蓄積できます。4秒サンプリングにすれば144時間になります
・AC100Vに繋ぐと電圧位相が計測されるため力率の低い機器の計測精度が高くなります
 繋がないと市販品と同程度の低い計測精度になります
・ソフトは全て公開されています
 ハードが解らなくてもソフトが解る人なら改造可能です
・ハードウェア回路も全て公開されています

現時点Windows7でのみテスト済みです。たぶんXP以上のOSならどれでも動きます。


2013-09-02

パソコン側の画面
・ピーク表示はリミッターを使用している電力会社用の機能
 ピーク値がリミッター容量より小さければ契約変更して基本料金を安く出来る
・CSVボタンはEXCEL等で解析するためのCSVファイルを書き出すための物
・縦軸固定は表示期間を変更したときに縦軸(Y軸)の目盛間隔が動的に変化しないようにするための物
・計測値はサンプリング間隔(標準状態で2秒間)における平均値
 数サイクル(大体3/50秒程度)の突入電流は平均されてしまうため計測値には現れない

gamen1.png

リアルタイム表示プログラムの画面
・以下の操作には対応している
   Arduinoをいきなり引き抜く
   パソコンを休止モードにする
 つまりプログラムはずっと起動したままにして良い
 バックアップ電源が無いのでパソコンの電源をいきなり落とすことには対応していない
・パソコンの電源を入れてプログラムを起動するとそれまでに蓄積されたデータのダウンロードが始まる
 これはかなり時間がかかる。ダウンロードが終わるまでリアルタイムの値を見ることは出来ない。
 1秒間で約3分間分のデータがダウンロードされる。24時間分のデータのダウンロードには7分かかる。
 サンプリング間隔を長くすればそれに反比例してダウンロード時間は短くなる
・送信機のブザーが鳴りっぱなしになる場合はEEPROMソケットの半田付け不良

gamenRT.png

センサーは2個使う

R0018306.jpg

位相計測用のAC100V接続。接続しないことも可能だが計測精度が落ちる

R0018310.jpg

部品表。部品番号の背景が赤くなっている物は基板と一緒に購入して下さい。

buhinhyo.PNG

送信機側。Arduinoシールドなので送信機/受信機側にそれぞれArduinoが必要。
 -CT1,CT2がセンサーに繋がっている電線、右下がAC100V。共に極性は無し
 -AC100Vの位相検出をやらない場合は点線の右側の部品がそっくり不要になる。OK1も不要
 -ICソケットを使用しているが安い部品なので壊して部品を流用することをしないならソケット不要
 -プログラムが安定動作したらUSB接続機能は不要なので、FT232を取り外せるタイプのArduino互換機を使用すると安上がり

R0018305.jpg

受信機側。基板は共通の物を使う

R0018318.jpg

回路図。送信機からブザー関係、無線モジュール関係の物だけを残した物が受信機の回路。大きな回路図は添付の物を参照。電流検出回路の解説はV1の物参照(ページの一番最後に「回路図 解説付き」が添付してある)

wmschradioS.PNG
現行バージョン
ファイル ファイルタイプ 添付ファイルの解説
wattkitRadioServer1.0.1.zip arduino 受信機 Arduinoスケッチ
wattkitRadioClient1.0.3.zip arduino 送信機 Arduinoスケッチ レンジの自動切り替え機能はこのファームウェアでは使用していない
wattmeter1.2.zip OTHER リアルタイムモニタ+グラフ表示プログラム WindowsプログラムEXEファイルだけ EXEファイルなのでウイルス検出ソフトが反応すると思う 解凍してexeを実行 インストール不要 exeを置いたフォルダーに¥dataフォルダーを作る必要がある
wattmeter1.0.01.zip OTHER リアルタイムモニタ Windowsプログラムソース一式 これはソースを変更したい人用 Ver 1.0.01
WattmeterGraph1.2.02.zip OTHER グラフ表示 Windowsプログラムソース一式 これはソースを変更したい人用 Ver 1.2.02
wmschradioL.PNG PNG 特大 回路図
R0018312.jpg JPG 基板大写しの写真 表面
R0018314.jpg JPG 基板大写しの写真 裏面
Mirf.zip OTHER nRF24L01+通信モジュール用のライブラリー 以下の場所からCOPYしたものです
http://playground.arduino.cc/InterfacingWithHardware/Nrf24L01 にあります
解凍して C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries にフォルダー毎COPYします
旧バージョン
ファイル ファイルタイプ 添付ファイルの解説
wattkitRadioServer.zip arduino 受信機 Arduinoスケッチ
wattkitRadioClient1.0.1.zip arduino 送信機 Arduinoスケッチ レンジの自動切り替え機能はこのファームウェアでは使用していない
wattkitRadioClient.zip arduino 送信機 Arduinoスケッチ レンジの自動切り替え機能はこのファームウェアでは使用していない
wattmeter1.1.zip OTHER WindowsプログラムEXEファイルだけ EXEファイルなのでウイルス検出ソフトが反応すると思う 解凍してexeを実行 インストール不要 Ver 1.1 (グラフ表示速度改善)
wattmeter1.0.zip OTHER WindowsプログラムEXEファイルだけ EXEファイルなのでウイルス検出ソフトが反応すると思う 解凍してexeを実行 インストール不要 Ver 1.0
wattmeter.zip OTHER Windowsプログラム+サンプルデータ EXEファイルなのでウイルス検出ソフトが反応すると思う データはテスト中の物なので未計測時間帯がある 解凍してexeを実行 インストール不要 Ver 0.9.0
wattmeterRM.zip OTHER リアルタイムモニタ Windowsプログラムソース一式 これはソースを変更したい人用 Ver 0.9.0
WattmeterGraph1.1.02.zip OTHER グラフ表示 Windowsプログラムソース一式 これはソースを変更したい人用 Ver 1.1.02
WattmeterGraph1.0.00.zip OTHER グラフ表示 Windowsプログラムソース一式 これはソースを変更したい人用 Ver 1.0.00
WattmeterGraph.zip OTHER グラフ表示 Windowsプログラムソース一式 これはソースを変更したい人用 Ver 0.9.0

比較モードの画面

hikakumodo.png

ピーク値表示の画面

peak.png

週間表示。プログラム修正中で計測が数回停止している

week.png

月表示は棒グラフ

month.png

レンジ切り替え機能が不要な場合の作例。このように組み立てると分電盤に取り付けて使用するときは問題有りませんが、以下のWatt Loggerで使用できなくなります。
・電流検出抵抗 R10,R11を省略。R8,R9だけとする。
・IC1,IC3の1-2番ピン、10-11番ピンをショートさせる
・IC1,IC3制御用の抵抗R12~R15を省略

R0018356.jpg

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グラフ表示プログラム
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 Watt Loggerの仕様
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・ハードウェアは現時点の全てのワットメーターシールドV1,2,3に対応
・センサーは1つでも2つでも使用可能
・V1はハードウェアの仕様から皮相電力(ボルトアンペア)のみ計測可能
・V2,V3は有効電力(普通のワット)、皮相電力(ボルトアンペア)、力率が計測可能
 AC100Vに接続しないと皮相電力のみ計測される。AC100Vに接続しているときはブザーが3回鳴る
・V1,V2の液晶には計測値が表示されるのでパソコンに繋がなくても使用可能
 但しレンジが高精度モードになっているので200W程度が計測限界
・V2の液晶に表示される値はAC100に繋いでいると有効電力、繋がないと皮相電力を表示する
・電流検出抵抗を交換すればレンジを変更出来る
 但しソフトの仕様上計測可能な最大電流は65A(厳密には65536mAつまり16ビット)
・V3はメモリーを内蔵しているのでWindowsを休止モードにしても記録は続けられる
 最大65536秒間(18時間)休止モードに出来る。
 プログラムを終了すれば記録は終了するので記録中にWindowsをシャットダウンすると記録はそこで終了してしまう

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 ソフトの使い方概要
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・プログラムのインストールはダウンロード解凍して wattmeterM.exe を適当なフォルダーに置くだけ
 arduinoスケッチはV1,V2,V3共通になっているので修正が必要。以下の2カ所
  1.ハードウェアのバージョン
  2.50Hz,60Hzの設定
 V3の受信機用スケッチはそのまま無修正で使用する
・●RECボタンで計測値が記録開始される。ボタンの色が赤くなるのでそれとわかる。
 再度押すと記録終了。記録中で無くても計測されたデータで常にグラフは更新される
・ファイルはプログラムのあるフォルダーの\dataディレクトリーに作成される
 ファイル名は日時から自動生成される
・保存したファイルは「ファイル」メニューから開くことが出来る
 ファイル形式はCSVなのでEXCEL等でグラフ化することも可能
 Arduinoが繋がっていなくてもファイルの参照だけは出来る
・計測器は自動的にソフトが見つけてくれる
 見つからなかったときはソフトを再度起動してみる
 それでも見つからないときは接続を再確認
・グラフの範囲をドラッグするとその部分が拡大される
 縮小はグラフのスクロールバーの左にあるボタンを押す
・PAUSEにチェックを付けると表示が止まる
 プログラム上は「表示を止める」のでは無く「受信した計測データを捨てる」という処理になっている
・グラフをクリックするとその時点の計測値が表示される
 このときPAUSEにチェックが付いていないと送られてきたデータで上書きされてしまうので値の確認が出来ない
・最大電流はそのレンジで計測可能な最大電流値。これを超えた場合計測値は正しくない
・グラフの右下に表示される文字はarduinoのシリアルポートから送られてくるデータをそのままの状態で表示した物
・グラフの表示は負荷がかかる処理なので不要なときはチェックを外して表示を消しておく。
 特にV3のメモリー転送時は表示していると遅くなる

wattloggersc.png
プログラム現行バージョン
ファイル ファイルタイプ 添付ファイルの解説
wattmeterMexe1.1.01.zip OTHER Windowsプログラムです。解凍するとEXEになります
wattkitRadioCM1.0.01.zip arduino グラフ表示プログラム用のarduinoスケッチ センサーが付いている送信機側
wattkitRadioSM1.0.01.zip arduino グラフ表示プログラム用のarduinoスケッチ 無線モジュールだけの受信機側
wattmeterMsorc1.1.01.zip OTHER ソースファイル一式 Microsoft Visual Basic 2010 Express用
プログラム旧バージョン
ファイル ファイルタイプ 添付ファイルの解説
wattmeterMexe.zip OTHER Windowsプログラムです。解凍するとEXEになります
wattkitRadioCM1.0.00.zip arduino グラフ表示プログラム用のarduinoスケッチ センサーが付いている送信機側
wattkitRadioCM.zip arduino グラフ表示プログラム用のarduinoスケッチ センサーが付いている送信機側
wattkitRadioSM.zip arduino グラフ表示プログラム用のarduinoスケッチ 無線モジュールだけの受信機側
wattmeterMwinsorc.zip OTHER ソースファイル一式 Microsoft Visual Basic 2010 Express用
ご参考
ファイル ファイルタイプ 添付ファイルの解説
watt2FPCB_radio.zip EAGLE EAGLE4.16用