Stromzähler

Mit diesem Gerät ist es möglich, den aktuellen Stromverbrauch (Leistung) abzulesen. Desweiteren soll, ähnlich wie beim digitalen Thermometer, der Verbrauch (Arbeit pro Viertelstunde) über die Zeit aufgetragen werden, so dass man ihn sich später komfortabel am PC angegucken kann.

Die Umsetzung

Hardware

Zunächst einmal musste ich für mein Gerät einen Sensor bauen, der in der Lage war, den aktuellen Stromverbrauch zu erfassen.
Die meisten (alle?) Stromzähler besitzen eine silberne Drehscheibe mit einer roten Markierung an einer bestimmten Stelle. Mithilfe dieser Markierung ist es möglich, eine komplette Umdrehung der Drehscheibe zu erkennen. Nun musste diese optische Information nur noch in einen elektrischen Impuls umgewandelt werden. Dafür gibt es sog. Reflexkoppler, die man fertig kaufen oder selber bauen kann. Da ich keinen fertigen Reflexkoppler im Haus hatte, habe ich selbst einen gebaut. Ein Reflexkoppler besteht nämlich nur aus einer IR-LED und einem Fototransistor, die direkt nebeneinander angeordnet sind. Beide Bauelemente werden nun so an den Stromzähler angebracht, dass sie beide die Drehscheibe "sehen".
Wie oben bereits erwähnt, ist die Drehscheibe bis auf die Markierung silber. Da der silberne Teil Licht sehr gut reflektieren kann, wird ein Großteil des Lichtes von der IR-LED zurückreflektiert. Da sich unmittelbar daneben der Fototransistor befindet, kann er das Infrarotlicht aufnehmen und durchschalten. Der fertige Reflexkoppler ist unten in den Bildern abgebildet. Als Gehäuse habe ich einfach ein Standard D-SUB-Gehäuse genommen. Die rote Markierung dagegen reflektiert das Licht so gut wie gar nicht, so dass der Fototransistor sperrt.
Bei entsprechender externen Beschaltung liefert der Übergang "silber-rot" einen Spannungshub von fast 4V! Ein dahintergeschalteter Komparator wird dazu verwendet, die Schaltschwelle mit einem Potentiometer einzustellen und um einen stabilen High-Low-Pegel für den Mikrocontroller (AVR ATmega8) zu schaffen.
Wird nun die Zeit zwischen zwei Umdrehungen gemessen, lässt sich per Dreisatz mit der Zählerkonstante des Stromzählers (in meinem Fall 75 Umdrehungen pro Kilowattstunde) die aktuelle Leistung berechnen. Werden die Impulse pro Viertelstunde gezählt, erhält man mit der Zählerkonstante die Arbeit in diesem Zeitraum.
Desweiteren besteht die Schaltung aus einem RTC-Baustein (DS1337), der mit einem Goldcap gepuffert wird. Damit läuft die interne Uhr auch ohne externe Spannungsversorung tagelang weiter. Leider habe ich keinen passenden Uhrenquarz für den Baustein gefunden. Der RTC erfordert nämlich einen Quarz mit einer Lastkapazität von 6pF. Die meisten Quarze erfordern jedoch 12pF oder 12,5pF. Diese Abweichung sorgt dafür, dass der RTC etwas zu schnell läuft, so dass sich pro Monat eine Abweichung von einigen Minuten ergibt. Ein parallel geschalteter Kondensator kompensiert die Ungenauigkeit ein bisschen, aber nicht vollständig. Da aber das Gerät meistens sowieso nur einige Tage am Stück läuft (maximale Aufnahmekapazität beträgt in etwa 10 Tage), können diese Abweichungen vernachlässigt werden.
Ein 2KB großer EEPROM von Microchip (24LC16BP) speichert die Messdaten.

Software

Das Projekt besteht zum Einen aus der Firmware für den Mikrocontroller und zum Anderen aus dem Konfigurationsmodul für den PC. Die Firmware arbeitet momentan mit einem Stromzähler mit einer Zählerkonstante von 75 Umdrehungen/kWh zusammen. Die Zählerkonstante kann aber problemlos in der config.h-Datei geändert werden.

Schaltbild/Layout

Schaltbild (PDF)
Layout (PDF)
Eagle (.sch & .brd) (RAR)

Firmware

In den nächsten Tagen.

Bilder


Reflexkoppler (innen)

Reflexkoppler (außen)


Letztes Update: 18.11.2010 12:14 Uhr