如何构建 Arduino 能源监视器和数据记录器

如果再次切换按钮，我将停止数据读取/记录。

行动！

将草图编译并上传到我的 Arduino 后，获取能量数据非常容易。

我插入了选择的负载 — 一个 CFL 灯。我想从冷启动和热启动的角度查看电流和能耗。我插上了灯，但没有打开。

我按下电路上的按钮开始能量测量 — 在记录时，红色 LED 告诉我！然后我打开 CFL 灯，一直等到我认为我已经获得了足够的数据 — 你看，CFL 在启动时消耗的能量比宣传的要多（在我的例子中是一个 14W 的 CFL 灯泡），然后稳定下来最终达到14W左右。我一直等到读数稳定下来。然后我按下按钮关闭阅读。

我现在可以弹出我的 SD 卡并开始查看数据！

PS — 要从其他设备记录数据，您所要做的就是重置Arduino — 它会选择下一个可用的DATAXX.CSV来记录数据，因此您可以轻松地将数据分开。

注意： 我没有使用 Arduino 串行监视器，而是使用 Mac 终端上的内置“屏幕”命令作为串行终端。在我的 Sketch 中，我将能量数据打印到 Serial，并发出“clearscreen”命令，因此输出不会移动

Serial.write("\x1B" "c"); // 清除普通终端上的屏幕 wattson.printMCP39F521Data(&data); 

这仅适用于可以接受上述终端命令的常规终端，不幸的是，它不适用于 Arduino 串行监视器。然而，一旦你尝试 屏幕 ，你可能永远不会回到 Arduino 串行监视器！

命令将是这样的：

$ screen /dev/tty.usbmodem1411 9600 

其中第一个参数是“串行端口”，第二个参数是您在 Arduino 草图中为串行连接配置的速度。

在 Excel 中绘制数据

因为文件是 CSV 格式，所以在 Excel 中加载和绘制它非常容易。我不会在这里详细介绍，因为有很多在 Excel 中创建图表的教程。我插入了一行包含列标题

时间戳、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率 

（请注意自我 — 这将是我 Sketch 的未来增强功能 — 直接在 CSV 中添加列标题！）

我选择了上面的数据点来记录和绘图。随着时间的推移，电流消耗显然很有趣。为什么选择有功功率、无功功率和视在功率？根据设备的电气特性，它可以是阻性负载、无功负载或介于两者之间，因此这三个功率参数告诉我们它的整体特性，以及它们是否随时间变化。或者我认为......

让我们来看看冷启动 CFL 灯的结果：

电流在 0.21 安培左右达到峰值，然后最终稳定在 0.18 安培左右。

有功功率峰值约为 17 瓦，然后最终稳定在 14.2 瓦左右。

在它稳定下来后，我关闭 CFL 并等待了一会儿，然后再次打开它（因此上图中的电流下降）。您可以看到，一旦 CFL“预热”，它就会迅速稳定到稳定状态。

结论

您可以使用来自电器和设备的能源数据进行许多有趣的数据和实验。我很高兴开始着手处理一些数据并与您分享！

我与 Wattson 博士的目标是为 Maker 提供高质量的能源数据并使其更易于访问，这样您就可以将其用作您疯狂想法的基石。

Wattson 博士的设计确保使用安全（尤其是外壳），经过校准（因此您可以立即获得高质量的能源数据），但也为认真的用户提供了更复杂的功能

• 校准程序
• ZCD（过零检测器）
• 事件通知（过电流、过功率、电压骤降/浪涌事件）
• 能够自定义读数范围（通过修改负载电阻器和/或 CT 并使用上述校准程序重新校准），
• 将多个 Dr. Wattsons 与单个 MCU 结合使用（通过更改可配置的 I2C 寻址）。

如果您对能源监测感兴趣并喜欢 Wattson 博士，请在 (https://upbeatlabs-wattson.launchrock.com/) 注册以了解新闻和更新！

干杯，

斯里达尔

这是整个Sketch，供您参考！您还可以在 Upbeat Labs drwattson GitHub 存储库中找到它和 Dr. Wattson 库，以及许多其他示例。

/*********************************************** ************************************ 这是 Upbeat Labs Dr. Wattson Energy Monitoring Breakout 的示例草图--> https://www.tindie.com/products/UpbeatLabs/dr-wattson-energy-monitoring-board-2/ 此示例演示了从 Wattson 博士那里获取能源数据并将其以逗号分隔的形式写入 SD 卡(CSV) 格式。一个按钮用于切换数据收集，因此您可以在准备好时记录数据。当按钮切换测量时，草图开始轮询模块以获取能量数据并将其打印出来。为便于查看值，请使用 screen 之类的程序来显示串行输出。串行写入在常规终端上清除屏幕所需的字符，这意味着串行输出将保持原位并随着时间的推移而更新。打开输入电源查看电压有效值，线频值变化到合适的值。打开连接到输出的负载以查看电流 RMS、功率因数、有功、无功和视在功率值的变化。所有这些值都以 CSV 格式写入 SD 卡，然后可以与 Excel 等程序一起使用以查看/绘制数据。文件名的格式为 DATAnn.CSV。在设置时，选择了一个不存在的新文件名，因此文件将是 DATA00.CSV、DATA01.CSV、DATA02.CSV 等。日志会循环到新文件，直到 DATA99.CSV。通信通过 I2C 进行。接口需要 2 个引脚。每块板有 4 个可选的 I2C 地址可能性（可通过两个焊料跳线选择（选择每个引脚为高电平或低电平）。基于此，有 4 个可能的地址： I2C 地址 SJ1 SJ2 0x74 LOW LOW 0x75 LOW HIGH 0x76 HIGH LOW 0x77 HIGH HIGH Dr. Wattson 有两个输出，ZCD 或 Event，用于通知，因此通常会连接到外部可中断引脚（如 Arduino Uno 上的 pin2 或 pin3）。在这个例子中，ZCD 和 Event 不是使用。按钮连接到引脚 4。 * SD 卡连接到 SPI 总线如下：** MOSI - 引脚 11 ** MISO - 引脚 12 ** CLK - 引脚 13 ** CS - 引脚 10 LED 连接到引脚 9 写作者：Sridhar Rajagopal for Upbeat Labs LLC。BSD 许可。以上所有文本必须包含在任何重新分发中*/#include #include "UpbeatLabs_MCP39F521.h"#include #include  //https://github.com/JChristensen/Button#define BUTTON_PIN 4 //连接一个触觉按钮开关（或类似的东西）//来自Arduino pin 4接地。#define PULLUP true //为了简单起见，我们使用Arduino的内部上拉电阻。#define INVERT true //因为除非开关关闭，否则上拉电阻将保持引脚高电平，这是负逻辑，即一个高状态//意味着按钮没有被按下。 （假设一个常开开关。）#define DEBOUNCE_MS 20 //20 毫秒的去抖动时间通常适用于触觉按钮开关。Button myBtn(BUTTON_PIN, PULLUP, INVERT, DEBOUNCE_MS); //声明按钮#define LED 9 //将LED（通过220ohm电阻）从引脚9（阳极）连接到GND（阴极）。 #define CHIP_SELECT 10UpbeatLabs_MCP39F521 wattson =UpbeatLabs_MCP39F521();bool readData =false;char filename[] ="DATA00.CSV";void setup() { Serial.begin(9600); //开启串口通讯Serial.println(F("**Upbeat Labs Dr. Wattson Example Sketch**")); Serial.println(F("Upbeat Labs Dr. Wattson Energy Data SD Card Logging Example Sketch")); Serial.println(F("*********************************************** ************************")); // 将数字引脚初始化为输出。 pinMode（LED，输出）； pinMode（芯片选择，输出）； // 查看卡是否存在并且可以初始化： if (!SD.begin(CHIP_SELECT)) { Serial.println(F("*** SD Card failed, or not present ***")); // 不要再做任何事情：} wattson.begin(); // 传入合适的地址。默认为 0x74 // 创建一个新文件 for (uint8_t i =0; i <100; i++) { filename[4] =i/10 + '0';文件名[5] =i%10 + '0'; if (!SD.exists(filename)) { Serial.print(F("Data file is ")); Serial.println(文件名); // 只打开一个不存在的新文件 break; // 离开循环！文件名现在将是我们想要的文件名 } } Serial.println(F("**initialization complete.**"));}void loop() { myBtn.read(); //读取按钮 if (myBtn.wasReleased()) { //如果按钮被释放，改变 LED 状态 readData =!readData;数字写入（LED，读取数据）； } if (readData) { UpbeatLabs_MCP39F521_Data 数据； UpbeatLabs_MCP39F521_FormattedData fData; int readMCPretval =wattson.read(&data, NULL); unsigned long currentMillis =millis(); if (readMCPretval ==UpbeatLabs_MCP39F521::SUCCESS) { // 打印出来 Serial.write("\x1B" "c"); // 清除普通终端上的屏幕 wattson.convertRawData(&data, &fData);打印MCP39F521Data(&fData); // 如果文件可用，则写入： File dataFile =SD.open(filename, FILE_WRITE); if (dataFile) { dataFile.print(currentMillis); dataFile.print(","); dataFile.print(fData.currentRMS); dataFile.print(","); dataFile.print(fData.activePower); dataFile.print(","); dataFile.print(fData.reactivePower); dataFile.print(","); dataFile.println(fData.apparentPower); // 也打印到串口：dataFile.close(); } // 如果文件没有打开，弹出一个错误： else { Serial.print(F("error opening ")); Serial.println(文件名); } } else { Serial.print(F("Error!")); Serial.println(readMCPretval); } }}void printMCP39F521Data(UpbeatLabs_MCP39F521_FormattedData *data){ Serial.print(F("Voltage =")); Serial.println(数据->电压有效值，4); Serial.print(F("Current =")); Serial.println(data->currentRMS, 4); Serial.print(F("行频 =")); Serial.println(data->lineFrequency, 4); Serial.print("模拟输入电压 ="); Serial.println(data->analogInputVoltage, 4); Serial.print(F("功率因数 =")); Serial.println(data->powerFactor, 4); Serial.print(F("Active Power =")); Serial.println(data->activePower, 4); Serial.print(F("无功功率 =")); Serial.println(data->reactivePower, 4); Serial.print(F("视在功率 =")); Serial.println(data->apparentPower, 4);}