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Arduinoとアナログ電力量計で作る消費電力ロガー、完成しました

 このあいだから取り組んでいた誘導式の電力量計(電気メーター)とArduinoを使った消費電力ロガーが完成しました。実は完成したと言っても、ちょっと問題のある物になっているのですが、これ以上改善するのも難しそうなので現状を記事にしておきたいと思います。

 少し間が空いたので、測定原理からざっと説明しておきます。

▼電力量計
誘導式電力量計
 これはヤフオクで落とした機械式(誘導型)の電力量計です。この円盤の動きをレーザー光で検出して電力ロガーを作るというのが今回の試みです。

▼回路図 (クリックで別窓に拡大)
電力ロガーの回路図
 Arduinoを使って液晶表示とSDメモリーカードへデーターを記録します。

▼配線の様子
Arduinoで作る電力ロガー
 木で作った電力量計のスタンドの裏側に、Arduinoとブレッドボードを取り付けています。

 電力量計のパルスを読んで電力を計算するプログラムと、データーをSDメモリーカードに書き込むプログラムを既に作っているので、両者を合体させれば消費電力ロガーのプログラムが完成します。

 完成した電力ロガーのスケッチはこちら (Shift-JISエンコードになっています)

▼液晶表示
表示
 1行目は以前のSDカードロガーと同じで、先頭から記録インターバル表示、記録行数表示、温度表示です。2行目は現在の電力と、累積電力を表示します。なお、記録開始前には LogConf.txt で指定した記録条件の一部を表示しますが、ここは以前作ったSDカードロガーと同じです。

▼ログ出力例
ログの例
 csv ファイルをエクセルで表示したものです。

▼動作テスト
クリクラの電力測定
 ウォーターサーバー(クリクラ サーバー04Le)の消費電力を測定してみました。 仕様の銘板によると、73Wの冷凍用のコンプレッサーと、湯沸用の350Wのヒーターが入っているようです。実際に消費電力を記録してみると、最初は410Wくらいの消費電力で、時間が経って安定すると、ヒーターとコンプレッサーが各々断続運転モードに入っていました。

◆問題発覚
 これで、めでたく完成かと思っていたら、思わぬ問題がありました。

 このウォーターサーバーはヒーターなどが入っていない時は消費電力がほとんどゼロになりますが、そうなると電力量計の円盤が廻らないので電力の測定が出来ません。
 例えば直前に400Wの消費電力があって待機状態に移行したとします。この場合、新しい値が得られないので、測定結果はずっと400Wのままになってしまいます。実際の消費電力はゼロなので、これでは大きな測定誤差が発生してしまいます。

 長時間円盤が回転していないことはプログラムで検出できるので、補正をかけるようにすればある程度の解決策にはなりそうですが完全な補正は難しいと思います、それにアルゴリズムはかなり面倒になります。
 別の解決策として、5Wくらいのダミーロードを入れて、消費電力がゼロにならないようにしてしまう手があります。でもこれって、簡単ですが、あまりスマートな方法ではありません。

 あと、円盤の回転速度が遅い場合、レーザー光の立ち上がり速度が遅くなるため、検出パルスが割れてしまって異常に大きな消費電力として検出される問題があります。これはハードかソフトで対策可能ですが、上に書いたような本質的な問題が解決できたら考えることにします。

◆今後の予定
 作ってみたら本質的な問題にぶち当たってしましました。少なくても数ワットの消費電力はあると思っていたのですが、まさか完全にゼロになるものがあるとは思いませんでした。仕様検討不足です。

 電力が小さくなると測定時間が長くなるので感度を倍にするなどの手を打っていたのですが、完全にゼロになられるともうお手上げです。ということで、この話はおしまいにすることにします。いつもなら記事に掲載するプログラムは清書しているのですが、今回はモチベーションがすっかり下がってしまったので、書きっぱなしになっています。ご容赦ください。

 とは言っても、せっかく作ったロガーなので、データー取りが終わったら出力例のグラフをちょっとだけ次の記事で公開したいと思います。

ミニ水草水槽の照明にソーラータイマースイッチを接続

 ダイソーの電球型LEDライトを使ったミニ水草水槽はうまくいっている感じなので、LED照明の点灯を自動化しました。どうせやるなら人がやっていないことを、ということで最近作ったソーラータイマースイッチを使うことにしました。

▼ソーラータイマースイッチで水草水槽の照明を自動点灯
水草水槽と太陽同期照明コントローラー

 使うにあたってちょっとした問題がありました。それは、ソーラータイマースイッチは夜間に照明などを点灯するのが主な使い方ですが、水槽のライトは日中にONにする必要があります。つまり論理が逆です。

 この問題の解決にはソーラータイマースイッチのプログラムを書き換えればいいのですが、液晶の表示には、「ON time offset Sunset -10 min.」などという表現があり、日没でスイッチONすることが前提の表示がいろいろあります。またプログラムの中にも同じような表現が出てきます。後で判り易くするためにそうしているのですが、それが仇となって修正するのは結構面倒そうです。

 ということで、とりあえずプログラムの修正は行わず回路で論理を反転させることにしました。

▼接続回路図
反転回路
 本体(ソーラータイマースイッチ)には手を付けず、外部にパワーFETを入れて論理を反転させました。

▼論理反転回路
論理反転アダプタ
 出力コネクタ上に空中配線で作りました。パワーFETも小さなものを使いました。

▼出力コネクタに挿す
LEDの接続コネクタ
 ソーラータイマースイッチのコネクタに接続して配線完了です。

▼照明点灯の自動化完成
水草水槽

 これで日の出/日の入り時刻に同期したタイミングで照明のON/OFFが出来るようになりました。

 ところで、現在の季節では日の入りは17:20になりますが、この時刻に水槽の照明を消すのはちょっと早すぎます。水槽はインテリアなので、せめて夕食の頃までは水槽の照明を点灯させておきたいです。ということで、ソーラータイマースイッチの動作時刻のオフセットを最大の+99分に設定して19:00頃までは照明が消えないようにしました。

 実は、もう二時間くらいは点灯時間を延長したいところですが、現在のプログラムではそんなに大きなオフセット値を設定出来ないので、とりあえずは現状で我慢することにしました。

◆まとめ
 これでミニ水槽の照明を自動点灯させることが出来るようになりました。これ大げさに言うと、太陽同期で動く仕掛けになっています。見掛けは貧相ですが、裏では結構ハイテクなことをやっていて、このアンバランスが面白いと思います。

 しばらくはこの状態で動かしてみたいと思います。水槽の状態が安定していたら、アクアリウム用の照明コントローラーのプログラムを書くのも、面白いかなと思います。

ダイソーの電球型LEDライトを使って、ミニ水草水槽を作ってみた。

 今年のMFT2017で密封容器の中で水草を育てている展示(閉鎖ビオトープ)があり、そのユニークさと美しさに感心しました。それ以来、同じようなものを作ってみたいと思い、素材を集めていたのですが、何とか似たようなものが出来ました。と言ってもまだ閉鎖系にはなっていないのですが、その様子をご披露します。

 容器はとりあえず食物保存用の密封式のガラス瓶を使うことにしました。問題は照明をどうするかです。こういう用途向けに専用の照明器具が売られていますが、値段が高くて、ちょっと試しにやってみたい程度の動機では、なかなか手が出ません。

 たかがLED照明なので、秋月あたりで買ったデバイスを使うことを最初に考えました。しかしそんなことするより、100円ショップのLEDライトを流用する方がずっと簡単でした。

▼ダイソーの電球型LEDライトです。
ダイソーのLEDライト
 この写真は先端のドームを外した状態です。中には大きめのチップLEDが10個入っていて、なかなかの明るさです。水草の育成には赤い光があった方が良いらしいので、赤色のLEDを追加した方が良いかも知れませんが、とりあえずこのままでいくことにしました。

 ドームは取り外して使いますが、そのままではケースのフチが下の板に密着して空気が流れないので、LEDの温度が上がる恐れがあります。ということで、小さな木片を3か所ホットボンドで接着してスタンドオフを作り、空気が入るスキマを作りました。なお、スタンドオフを接着するとLED基板の固定も出来るので、一石二鳥です。
 あと、ランプシェードが中途半端に光ると感じが悪いので、内側にアルミテープを貼って遮光しましたが、このあたりはお好みでやればいいでしょう。

 ここまでやれば準備は完了。お店で水草と底砂を買ってきて、水槽に入れればミニ水草水槽の完成です。

▼瓶の上に照明を乗せる
瓶の蓋にLEDライトを乗せる
 LEDの電源はUSBのAC電源アダプタから取ります。電流は約350mAだったので、どのACアダプタを使っても大丈夫だと思います。

▼全体
ミニ水草水槽
 本来は密閉用のシリコンゴムパッキン付きの容器ですが、とりあえず外しています。ということで外気の出入りが少しある状態です。

▼水草
水草
 なかなか綺麗です。写真に写っていませんが、ミナミヌマエビの小さいのを二匹入れています。

 これでミニ水草水槽の完成です。濾過が無いので水が透明になるまで1日以上かかりましたが、現在はクリアになっています。また、最初は小さな泡があちこちに付着していて目障りだったのですが、エビが動きまわってくれたおかげか、泡は無くなりました。こういう状態をいつまで維持できるかが問題ですが、このまま様子を見たいと思います。

◆まとめ
 これでめでたく水草水槽のオーナーになれました。子供たちが小さかった頃は熱帯魚の水槽を置いていましたが、メンテナンスがかなり大変だった記憶があります。今回の水槽ならそういう手間はほとんどかからないのではないか、と期待しています。

 ところで、水槽の照明を毎日入れるのは面倒です。ということで、Arduinoで作ったタイマーを使うことにしました。せっかくなので、以前作ったソーラータイマースイッチを使い、太陽の動きに同期したタイミングで照明を点灯させたいと思います。実はこの仕掛けは既に完成していて、2枚目と3枚目の写真にその姿が少し写っていますが、詳しくは次の記事で紹介予定です。
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