Medidor de consumo de energia WIFI com Arduino Mega, ESP8266 e Módulo PZEM004T

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Por Adriano AoliAtualizado 23/01/2022

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Transcrição

Quem me acompanha há algum tempo sabe que neste canal você encontra muitas medições de energia elétrica. Eu praticamente já medi o consumo de cada equipamento elétrico que existe dentro de uma casa, inclusive até alguns industriais, só que as vezes é muito complicado você fazer a medição do consumo de energia porque o consumo se altera ao longo do tempo; por exemplo: Uma furadeira, quando você está com ela na parede, ela tem um consumo, quando você tira ela, ela tem outro.

Uma máquina de lavar por exemplo tem vários estágios consome uma certa quantidade de energia quando está entrando a água, depois quando ela está rodando ela consome outra quantidade de energia... então não basta apenas você colocar o wattímetro ali e olhar o número e fazer o cálculo. É muito mais complexo.

A missão deste aparelho é funcionar como se fosse um eletrocardiograma: Se você já fez um eletrocardiograma, você já viu que é um papel comprido que vai mostrando as variações ao longo do tempo. Estas variações vão indicar para o médico como está a saúde do seu coração em um período de tempo. E é exatamente isso que este equipamento vai fazer. Eu vou medir um equipamento ao longo de um tempo e vou conseguir ver as nuances de consumo ao longo daquele período que eu medi. Vai ser sensacional.

Apesar de eu já ter um wattímetro aqui que produzia um gráfico, ele não era suficiente porque era bluetooth. Eu tinha que ficar próximo dele para que eu conseguisse captar estas variações de consumo de energia. Sem contar que ele era muito limitado porque ele exportava em um arquivo CSV e eu tinha que importar em outro programa ou seja.. era uma novela para que eu produzisse alguma coisa.

Eu resolvi montar o meu próprio wattímetro. Para que ele resolvesse todos estes problemas e ainda conseguisse me dar mais informações que eu não tinha neste outro que você já deve ter visto eu usando aqui no canal.

Este wattímetro que eu montei funciona via Wi-fi, o que quer dizer isso? eu posso colocar em qualquer lugar que tenha uma conexão de internet e posso monitorar remotamente ao-vivo ou gravado as nuances de energia, e assim eu vou ter muito mais flexibilidade.

Outra coisa também interessante é que já deixei pronto para este wattímetro medir temperatura, medir tempo, ou seja, as possiblidades são infinitas. Eu posso comparar uma grandeza com outra grandeza. Ao longo do vídeo eu vou explicar um pouquinho mais sobre isso.

As duas partes principais deste wattímetro são uma placa Arduino Mega e uma placa ESP8266. Estas duas partes estão dentro de uma mesma placa. Então dentro de uma mesma placa eu tenho o Arduino Mega eu tenho o ESP8266.

O módulo que mede a energia é o módulo PZEM004T, que mede até 100 amperes. Claro que eu não vou medir 100 amperes. Porém, vai me dar mais flexibilidade para medir equipamentos que gastam um pouco mais de energia: com por exemplo uma airfryer, sei lá.. um grill... alguma coisa assim.

Comprei também também um display de 20 colunas com 4 linhas que vai mostrar para mim os resultados ao vivo, enquanto eu não verifico a gravação dos dados. Ele vai funcionar como Data Logger... Isso significa que eu vou conseguir depois de 1 ano, depois de 2 anos o consumo daquele equipamento. Vai ficar gravado para sempre em um banco de dados, e isso , realmente me motivou a querer fazer este equipamento com tanta afinidade.

Como o Arduino Mega e o ESP8266 estão na mesma placa a primeira parte e acredito que tenha sido a mais tensa foi descobrir como programar um e outro. O ESP8266 vai ficar com a função de enviar os dados via WI-FI que o arduino colher. Então, o módulo de energia vai ler a corrente, tensão, fator de potência, frequência e vai enviar os dados para Arduino. A cada período determinado que pode ser de 500 milissegundos, 1 segundo, ou até um pouco mais, estes dados que serão colhidos serão enviados via Wi-fi para um servidor, e este servidor vai guardar estes dados em um banco de dados.

Parece complexo mas não é tanto assim. Para o ESP8266 eu montei um software que lê a entrada serial. A entrada serial vai receber os dados que vêm lá do Arduino que são potência, corrente e tudo mais. Quando ele receber via serial isso, ele irá disparar via Wi-fi. Este foi o meu primeiro passo para construção deste medidor.

Depois disso eu tive que programar o Arduino em si. O Arduino inicialmente conversa com o display e vai mostrando ao vivo o que vai acontecendo só que ele tem que ler também o módulo de energia. O PZEM004T. Há uma conversa serial entre estes dois módulos e ele (Arduino) Capta esta informação mostra no display e a cada x tempo, a cada 500 milisegundos ele manda para o ESP8266.

Fazer esta conversa entre o módulo ESP e o Arduino, apesar de estarem na mesma placa não foi tão obvio assim porque já existe um padrão de conexão dentro das placas. Eu tive que descobrir como que isso funcionava, não foi tão fácil assim, e também mudar umas chaves que existem no meio das placas. A chave DIP. E com isso eu conseguia informar para a placa se o que eu estava programando era o ESP, se o que eu estava programando era o Arduino ou seja... deu um trabalho.. eu gastei uma manhã para fazer esta parte de conversa, esta integração entre as duas unidades.

Eu fiz um teste então de 24h em uma geladeira só que usando uma caixa destas de freezer, uma espécie de Tupperware como falam por ai. Então eu usei esta caixa, fiz um recorte bem grosseiro para testar o equipamento e enquanto ele estava em teste, durante 24 horas, já mandando os dados via Wi-fi eu aprimorei um painel antigo que eu tinha que era usado em um medidor antigo.

Como eu expliquei antes eu importava os dados de um arquivo CSV, um Excel e então este gráfico mostrava, só que agora este gráfico tem que funcionar ao vivo e tem que funcionar gravado também; sem contar que algumas informações que eu não conseguia colher no medidor antigo agora eu consigo. Então eu resolvi fazer tudo isso dentro do painel antigo que eu já tinha, porém com algumas grandes melhorias.

Sem contar que eu consegui mais precisão na leitura dos quilowatts-hora que é o alvo deste canal aqui, e consigo também mostrar mais informações ao mesmo tempo. Este painel então ao longo do tempo vai mostrando as variações no consumo de energia e a cereja do bolo, é claro, é que consigo analisar muitos anos depois, eles ficam todos no mesmo banco de dados ao contrário do que era feito antigamente que era um arquivo por vez; então agora fica tudo dentro de um banco de dados com todas as informações sem contar que eu posso, como eu disse, monitorar mais grandezas ao mesmo tempo: Digamos que eu coloque um termômetro nesta placa Arduino e eu receba também junto com a tensão, com a corrente, com o consumo, eu receba a temperatura que aquele equipamento estava no momento daquela corrente, ou então eu posso colocar um luxímetro, ou eu posso colocar um sensor de volume, ou seja, eu posso misturar tudo, todas as grandezas dentro de um só equipamento e medir tudo de uma vez.

Bacana né?! Olha, sinceramente acho que foi a coisa mais gostosa que eu já fiz em todos estes anos.

Depois que eu testei 24horas este equipamento chegou a hora de montar ele no case que foi comprado. Eu comprei um case da marca Patola, para montar ele e ficar bonito. Para você ver ele na sua casa bem bonito e não ficar achando que eu estou fazendo as coisas de qualquer jeito né?! Então eu peguei um case da Patola, uma caixa plástica, passei primeiro fita crepe no painel, desenhei com régua para ficar tudo certinho e fiz as furações em cima da fita crepe.

Depois disso eu realize o corte usando uma faca quente, usando limas, usando lixas para que ficasse perfeito, e removi então a fica crepe para que não arranhasse o painel. Eu comecei a montagem colocando as placas dentro do case e colocando elas de uma forma que eu economizasse nos fios. Tudo que tem que ficar bem próximo mesmo para que eu não precise colocar cabos longos e acabe gerando interferência dentro do equipamento. Isso eu não quero de jeito nenhum. Depois de tudo montado, no lugar, eu coloquei também os pinos, os plugs, os botões que são as funções do painel. Eu coloque 4 funções neste painel.

O botão de baixo faz o reset do quilowatt-hora o primeiro botão entra nos modos de Menu onde eu posso comandar qual é a taxa de leitura, quando é o tempo entre uma leitura e outra e quando eu entro no menu eu consigo aumentar inclusive a quantidade de vezes que as informações são enviadas; As informações são enviadas a cada quantas leituras? isso porque as vezes não vale a pena você ficar medindo de 1 em 1 segundo, de meio em meio segundo, não vale a pena porque a gente sabe que não vai mudar tanto assim. Seria um desperdício de banco de dados, seria um desperdício de informações sem contar que se eu sobrecarrego a minha rede com tantas informações assim pode ser que alguma não chegue, então isso foi muito importante para que tudo funcionasse corretamente.

Eu fiz também mais testes enquanto isso para verificar se estava tudo funcionando e depois eu fiz a furação do painel de trás para colocar as tomadas. Eu estou utilizando duas tomadas de 20 amperes. Então eu construí cabos que são, macho e macho, que vão na tomada. Um cabo tem uma ponta de 10 amperes e a outra é 20, macho e macho e ele vai entrar atrás do meu medidor.

Quando eu for fazer uma medição que for mais de 10 amperes então eu vou utilizar um cabo que é 20 amperes e 20 amperes. Certo?!

Na outra tomada que sobra eu ligo o equipamento. Claro que uma tomada é a entrada de energia e a outra tomada é a saída de energia. Isso está identificado. Eu fiz então a ligação dos fios das tomadas no módulo de medição de energia, no PZEM004T e fiz mais testes ainda, para que tudo saísse perfeitamente bem.

Como eu disse, esta caixa, este wattímetro meu pode ficar ligado agora em qualquer lugar: eu posso deixar ele na casa de um amigo meu, e ele fazer os testes para mim e eu ver on-line aqui com estão as coisas. Eu ver aqui os consumo de energia, as variações e também estudar em cima disso. Como eu disse: existem equipamentos que variam demais ao longo do tempo.

Depois que eu fiz a montagem de tudo apareceram mais duas ideias que eu vou implementar neste medidor. A primeira ideia é um LED RGB que vai mudar de cor de acordo com a quantidade de potência que está sendo medida; e a segunda melhoria que eu vou fazer neste projeto que mau começou seria, um apito, uma buzina para que eu pressionar os botões, as teclas deste medidor ele soar e ficar mais interessante de se usar.

Como o Arduino Mega possui uma quantidade enorme de entradas e saídas analógicas e digitais fica fácil eu manipular isso. Então eu posso colocar 4 termômetros, posso colocar mais indicadores de luz, eu posso colocar mais entradas, está muito bacana e eu vou conseguir com certeza aproveitar muito bem para mostrar para você ai as variações de consumo de energia de vários equipamentos.

Depois de tudo isso também eu comparei a potencia que este equipamento está medindo com o wattímetro em que eu media antes, e basicamente foi a mesma, as variações são muito pequenas, o que mostra que este módulo de energia é muito confiável. Valeu muito a pena comprar ele. E está muito bem calibrado com o outro que eu já usava. Eu vou conseguir ter certeza das medições que eu realizei.

Eu espero você então nos próximos vídeos aqui deste canal onde eu vou mostrar este wattímetro com muita frequência para realização de medias de potencia, de tensão, de corrente, de vários equipamentos eletrônicos que nós temos em casa.

Se você ficou com alguma dúvida, deixe aqui nos comentários que eu faço questão de responder para você. Espero que você tenha aprendido algo comigo, aqui neste vídeo, e é isso! Se não for inscrito, se inscreva, curta e compartilhe o vídeo! Um abraço e até mais!

Descrição

Veja como fiz um medidor de energia elétrica usando um Arduino Mega, ESP8266 e Módulo PZEM004T.

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O foco deste vídeo é mostrar as etapas de construção não aprofundando em fundamentos técnicos. Caso haja interesse poderei fazer um vídeo mais aprofundado.

Material usado:

Arduino Mega + ESP8266

Módulo PZEM004T

Display LCD 20x4

Fonte de alimentação de 9V

4 Chaves NA

Flat Cable

2 Tomadas 20 Amperes

Caixa Patola

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