Esitelläänpäs taas yksi kesän elektroniikkaharrasteprojekti. Työpaikallani oli tuossa harrastelevypiirilevytilaus (tarkoitus syventää PADSin käyttötuntumaa layoutin osalta), johon mietiskelin sopivaa aihetta. Päätin toteuttaa laitteen, joka laskisi minuutin välein sähkömittarin ledin vilkahdukset, ja tallentaa ne flash-muistiin, josta ne voidaan tulostaa tietokoneelle analysointia varten.

Periaatteessa vehje on varsin simppeli, prosessorina on MSP430F169 6 MHz kellotaajuudella. Tietokoneliitäntää varten laitoin vehkeeseen USB-sarjaportin FT232-piirillä. RTC:n halusin olevan mahdollisimman tarkka, joten en käyttänyt tavallista kellokidettä, vaan Dallasin TCXO-oskillaattorilla varustettua RTC:tä DS3231. DS3231 speksattu heitto on ±2 ppm 0-40 asteen lämpötiloissa, eli suomeksi ~±1 min/vuosi. RTC antaa myös 1 Hz signaalin MCU:lle loggauksen aikaista ajanlaskennan kellopulssia varten.

Powerointi on pienellä muuntajalla, kun sähköä kuitenkin on yleensä tarjolla. Tämän vuoksi en kovin suureen tehonkulutuksen optimointiin ryhtynyt, vaikka käyttämällä mainittua kellokidettä RTC:nä, virrankulutus olisi varmasti mahdollista saada ainakin 1-2 dekadia pienemmäksi. Superkonkka varmistaa toiminnan lyhyen sähkökatkoksen aikana (ohjelma ei menetä ajantajuaan, eikä logattuja mutta vielä flashaamattomia tietoja). Tietenkin yksi mahdollisuus olisi ollut AC-muuntajasta ottaa verkkosynkka, mutta siinäkin on ongelmansa.

Flash-muistina on Atmelin 32 Mbit (4 megatavua) Dataflash, johon mahtuu 4 kilon sektori/päivä-varauksella vajaat 3 vuotta dataa. Mitään hienoa filesysteemiä en edes harkinnut, koska se ei oikeastaan olisi tuonut paljoakaan lisäarvoa, vehkeen toiminta kun on aika simppeli noin periaatteessa.

Softassa mutkikkuutta tuo se, että vehkeen loggaustoiminto ei saa häiriintyä jos dataa käy purkamassa. Tietenkin helpommalla olisi varmaankin päässyt käyttämällä jotain tarkoitukseen sopiva RTOSia, esim µC/OS II. Mutta tosimieshän tekee tietenkin kaiken itse Softaa saikin siten vääntää tosissaan, varsinkaan kun en ole ohjelmistosuunnittelija. Softa on kehitetty mspgcc-kääntäjällä, joka on hivenen karu käytöltään, mutta oikeastaan suurempaa puutetta ei ole muuta kuin että rinnakkaisportti-JTAG-sovittimella softan lataus on tuskaisen hidasta.

SPI- ja I2C-rutiineita debugatessa asiallinen skooppi oli kyllä ihan suorastaan välttämätön (tai sitten en vaan osaa koodata oikein ), olisi ollut muuten tuskaa varmistaa että kaikki toimii oikein, plus että skoopilla näkee helposti mikä asioiden keskenäinen ajastus on reaaliajassa. esimerkkimittaus SPI-väylän transaktion skooppauksesta.

Sokerina pohjalla laitteeseen on mahdollista kytkeä 1-wire-lämpötila-antureita, joten aion laajentaa systeemiä siten, että myös ulkolämpötilaa voidaan logata samalla. Sähköenergian mittauksesta 1 min resoluutiolla jää sen verran tilaa 4k sektoriin, että kaksi anturia 5 min näytteistyksellä mahtuisi, jos lämpötila tallennetaan 8 bitin tarkkuudella.

Ja sitten muutama kuva:





Jaa niin, puuttuuhan tuosta vielä vaihtoehtoinen oskillaattori reaaliaikakellolle, ds32kHz, mutta sitä ei näillä näkymin tule laitettua. Testasin nopeasti ilman flashille tallennusta, miltä data näyttää, tulos. Idea näyttäisi toimivan ihan ok.

Että tämmöistä tällä kertaa, kiitos jos jaksoitte lukea jaaritteluani tänne asti

t. Janne

Edit: kuvia lisätty & päivitetty

Vaikuttaa etevältä laitteelta. Sitten, kun sähköyhtiö hukkaa mittausdatat ja/tai mittarin etäluenta lakkaa toimimasta (been there, done that) voit myydä heille valmista mittausdataa kohtuullista korvausta vastaan .

Kellon synkronoimisesta verkkotaajuuteen voisi todeta sen verran, että se on pitkällä aikavälillä hyvinkin tarkka, mutta hetkellisesti se saattaa poiketa yllättävän paljon. +-30 s heitot ovat mahdollisia. Eli vähän päinvastoin kuin kiteellä. Tätä voi seurata linkistä:



Siellä näkyy kohdassa "aikapoikkeama" reaaliaikainen tieto kumulatiivisesta taajuuspoikkemasta. Se kertoo, paljonko verkkoon synkronoitu kello on tällä hetkellä pielessä.

Ajattelin, että etäluenta on käytössä, kun mittari jo etulevyssään mainostaa DLMS-kyvykkyyttään. Mutta taitaa rajoittua etuseinän optoportin kautta käytettäväksi. Siinä olisikin toinen tapa saada mittarista dataa ulos: optoprobe kiinni ja DLMS-protokollalla keskustelemaan mittarin kanssa. Jokin aika sitten DLMS:n toteuttaneena en kyllä suosittele hommaa kenellekään: olipa yksi viheliäisimmistä protokollista, joita olen koskaan toteuttanut. Lisäksi speksit ovat maksulliset, mikä vähentänee myöskin harrastajien mielenkiintoa.

Optisen portin käyttö oli ensiksi mielessä, vaan "onneksi" en löytänyt siihen töistä speksejä, vaikka sen kanssa on jotkut pelanneet Ainut puute tuossa yksinkertaisessa lediä seuraavassa systeemissä on se, että sen kautta ei saa absoluuttista energialukemaa selville, ainoastaan muutoksen tiettynä aikana. Puute ei minusta tosin ole suuren suuri tässä käyttötarkoituksessa. Joutuiko DLMS-protokollan spekseihin allekirjoittamaan mitään NDA:ta vai oliko pelkkä maksu?

Outoa tosiaan ettei etälukua käytetä, voi kyllä olla että se jossain vaiheessa tulee. Näin se vaan täällä pitää kerran vuoteen itse ilmoittaa.

Asiasta kukkapurkkiin, sain tuossa nyt lopulta toteutettua aikomani 1-wire lämpötila-anturien luvun tuohon loggeriin, joten systeemi alkaa olla valmiina tuotantokäyttöön. Enää puuttuu vain ulkolämpötila-anturin asennus sopivaan paikkaan.

t. Janne

Pientä tilannepäivitystä:

Homma on ollut nyt koko laajuudessaan toiminnassa noin kuukauden päivät. Lämpötilan loggaus on toiminut ongelmitta kahdella anturilla, joista toisen kaapelin mitta on 20 metriä. Pientä trabelia oli softan kanssa, 31.8. jälkeen ei ollutkaan softan mielestä 1.9. vaan 0.9., aivan kuten olin koodiin ansiokkaasti kirjoittanut Sen siitä saa kun yö kahteen nysvää koodia silmät ristissä. No siitä ei onneksi suurta ongelmaa aiheutunut, pieni katkos loggaukseen kun korjasin moisen ominaisuuden.

Pitäisi kehitellä myös statistiikkoja vähän pitemmiltä ajoilta jotta ulkolämpötilan muutoksen saisi vähän selvemmin näkyviin.

Olen myös vertaillut ledistä laskettuja energialukemia mittarissa näkyviin lukemiin ja homma näyttäisi pitävän kutiaan. Myös RTC on pysynyt ajassaan, mutta sen ei kyllä pitäisikään heittää kovin montaa sekuntia vuodessa. Seuranta jatkuu.

t. Janne

juu yöllä nukutaan eikä tehdä mitään muuta itse päästin vanhasta koneestani savut pihalle kun yöllä rupesin asentamaan ledejä...

Tässä pieni tähänastisista (lokakuun loppuun) tuloksista. Pientä korrelaatiota on jo nähtävissä, saapa nähdä miten tilanne kehittyy.

t. Janne

Tähän nyt "tyhmä" kysymys. Kuinka saan laskettua hetkellisen kulutuksen (W tai kW) kun yksi ledin vilautus vastaa 1,667Wh kulutusta?
Tämä pitäisi tietysti osata itsekin ratkaista mutta nyt ei aivolohkot toimi

Eipä ole tullut tätäkään topiccia hetkeen päivitettyä, joten nyt lienee aika tehdä niin. Kuten aikoinaan meinasin tehdä, niin nyt noin 790000 energiapistettä ja 155000 lämpötilamittausta myöhemmin, laadin tietokannan ja excelin avulla X-Y-käppyrän jossa X-akselilla on sisä- ja ulkolämpötilojen keskiarvojen erotus ja Y-akselilla saman päivän aikana kulutettu energia jaettuna 24:llä (ts. keskimääräinen teho). Näin sain nätin pistejoukon johon sai sovitettua suoran aika nätisti:



Melkein tuli koulun fysiikan labrat mieleen tuosta kun väänsi tuon käppyrän Eli näyttäisi siltä että tässä talossa sähköteho kasvaa noin 80 W/°C lämpötilaeron noustessa. Isompi lämpötilaero tarkoittaa kylmempää ulkoilmaa tai lämpimämpää sisäilmaa.

t. Janne