電力計測のためのAruduinoスケッチ、プログラム

クランプ式電流センサーを用いた消費電力記録およびXBee送信用のプログラムです。168時間分データをメモリーに記録し、15秒に一回送信します。0-167時間について、１時間ごとの消費電力量(Wh)を送信します。168時間になると、0時間のデータから上書きしていきます。1週間に一度パソコンでデータ収集すればOKです。

プログラムのポイント

aveB=600, sumN=100とすることで、15秒間の平均の消費電力が測定されます。ArduinoのAD変換は家庭の交流周波数(50Hz,60Hz)よりもとても高い(約10KHz)です。そのためサイン波から外れた電流を多く含む家庭の消費電力を測定するには、高速に電流を計測して二乗の平均を測定する必要があります。ここでは、600回の平均を高速に行って、ピークの鋭い電流も測定しています。また、データ送信間隔を広げるため、この測定を100回行って、平均値を送信しています。送信間隔がもっと広くてもよい場合にはsumN=1000などとすると、XBeeの消費電力を低減することができます。

//クランプ式電流センサーを用いたArduino消費電力測定のプログラム(スケッチ) // XBee(またはUSB)経由のシリアル通信でデータ送信 int aveN=600; //average time 600で 1 scan/15秒程度 int sumN=100; // average time, 100回の平均 float sensV0 = 0; // variable to store the value coming from the sensor float sensV1 = 0; // variable to store the value coming from the sensor float sensV0ave = 0; // variable to store the value coming from the sensor float sensV1ave = 0; // variable to store the value coming from the sensor float SumW=0; //total Voltage float Read0=0; //読み取った値0 float Read1=0; //読み取った値1 float TotalW[168]={ 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; //1week=168時間分のデータを記録する。 byte TimeNow=0; //0-167h byte TimeBefore=167;//0-167時間のうち、どの時間を計測しているか。 long MsecNow=0; //Arduino起動から経過した時間(ミリ秒) long SecNow=0; //Arduino起動から経過した時間(秒) long MsecBefore=0; //1回前の測定のミリ秒。消費電力量を求めるため、一回の測定に要した時間を計算する。 float dwell=0; //積分時間。 float Coeff=42.96875; //センサーが出力する電流量(A,アンペア)から電力(W,ワット)を求める係数。 //電流計は150mV=30A=3000W設定。電圧計測1.1V=1024 void setup() { Serial.begin(9600); //シリアル通信を開始。 analogReference(INTERNAL);//電圧計測の基準として、内部電圧の1.1Vを使用する。 } //これより下を繰り返して測定およびデータ送信する。 void loop() { sensV0ave=0; //600回平均を100回平均するための値の初期化 sensV1ave=0; for (int j=0;j < aveN; j++){ sensV0=0; //600回の平均を取る値の初期化 sensV1=0; // //1000回の平均を取る。 for (int i=0; i < sumN; i++){ Read0=(float) analogRead(0); //Analog INの0番端子の電圧を読む。 Read1=(float) analogRead(3); //Analog INの3番端子の電圧を読む。 sensV0=sensV0+Read0*Read0/sumN; //二乗の和をとる。電力は電流の二乗に比例。 sensV1=sensV1+Read1*Read1/sumN; } sensV0ave=sensV0ave + Coeff*sqrt(sensV0)/aveN; //600回計測して平均値を求める。 sensV1ave=sensV1ave + Coeff*sqrt(sensV1)/aveN; } SumW=sensV0ave+sensV1ave; //200Vでは2本の端子の和で総電力量となる。 Total(); //関数Totalを呼んで、メモリに消費電力量を記入。 //現在の消費電力を出力。 Serial.print("sec="); Serial.print(SecNow); //現在の時間(秒) Serial.print(",Pin0="); Serial.print(sensV0ave); //Pin0の電力 Serial.print(",Pin1="); Serial.print(sensV1ave); //Pin1の電力 Serial.print(",Total="); Serial.println(SumW); //総電力 } void Total(){ MsecNow=millis(); //ミリ秒を求める。 dwell=float (MsecNow-MsecBefore)/1000; //1回の測定に要した時間(sec) MsecBefore=millis(); //次の測定の時に呼び出して、積算時間を算出するための「前回の測定時間」 SecNow=MsecNow/1000; //秒 TimeNow=((SecNow/3600) % 168) ; //少数は切り捨てられる。 if (TimeNow > TimeBefore){TotalW[TimeNow]=0;} //1時間をまたいだ時に、TimeNow(整数)が1増えるため、がTotalW(消費電力量)を0に戻す。これにより、１時間の消費電力が求まる。 TimeBefore=TimeNow; //1回前に測定した時間。 TotalW[TimeNow]=TotalW[TimeNow]+SumW*dwell/3600; //現在の時間の和を計算。1秒の時、1/3600だけ１時間の和に加える。 for (int i=167; i< =0; i--){ ///過去24時間について１時間ごとの平均を出力。 if (i==TimeNow){Serial.print("Now");} //現在和を計算している時間を示す。これにより、0-167hのうち、現在測定している時間が示される。 Serial.print("H"); Serial.print(i); Serial.print("="); Serial.println(TotalW[i]); //消費電力量を表示する。 delay(10); //シリアル通信の遅れに対応するためにdelayで少し処理を遅くする。 } }