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Spesso vi sarà capitato di voler sapere quanta potenza assorbe la vostra lavatrice, piuttosto che il vostro televisore, il climatizzatore o l’intera abitazione. Ancora più spesso, a coloro che dispongono di un impianto fotovoltaico, sarà capitato di voler conoscere quanta potenza si sta cedendo alla rete elettrica in un preciso istante e quando si sta consumando “a gratis” l’energia. Una maggior consapevolezza permette, infatti, di modificare i propri consumi garantendo una maggiore sostenibilità sia economica, sia ambientale.
Spinto da questa curiosità ho deciso di realizzare un dispositivo che fosse semplice e istantaneo nella lettura; l’obiettivo era conoscere i miei consumi istantanei in poco più di un batter d’occhio, eliminando la scomodità di dover accedere a qualche app nello smartphone o nel PC.
Nel seguito pubblicherò gli schemi elettrici e il firmware realizzati, in modo da permettere ai più smanettoni di poter replicare, modificare e/o migliorare il progetto.
FUNZIONAMENTO
Visto che il contatore di scambio dell’Enel è già “bello e pronto”, ho deciso di prendere la lettura della potenza direttamente dal LED impulsivo “Ra”. Questo led esegue 1000 lampeggi per ogni kWh di energia attiva misurata dal contatore. Ciò equivale a dire che se sto assorbendo 1 kW di potenza dalla rete, il led in un’ora lampeggerà 1000 volte, ossia emetterà 1 impulso ogni 3,6 secondi. Se la potenza assorbita fosse stata pari a 100 W, gli impulsi si sarebbero ridotti ad 1 ogni 36 secondi.
RILEVATORE DI IMPULSI
Il primo circuito da realizzare è proprio il rilevatore di impulsi ottici. Siccome mi piace recuperare tutto quello che ho in laboratorio, ho deciso di modificare un transistor in formato metallico tipo 2N2222 per trasformarlo in un foto-transistor rilevatore. Un transistor è costituito da un piccolo wafer di silicio diviso in 3 aree: una centrale drogata in un modo e le altre due laterali drogate all’opposto. L’area centrale è chiamata base, le altre due aree collettore ed emettitore. Se sulla base si inietta una piccola corrente, tra collettore ed emettitore scorrerà una corrente molto più alta; per questo si dice che il transistor è un amplificatore di corrente. Se sulla stessa area di base, invece di iniettarci degli elettroni (corrente) ci iniettiamo dei fotoni (luce), il comportamento sarà simile a quello di una cella fotovoltaica, ciò equivarrà a far scorrere una corrente elettronica in tale regione e quindi a richiamare una corrente più alta che fluirà tra collettore ed emettitore. Basterà quindi “scoperchiare” un transistor metallico per mettere in luce il piccolo chip di silicio ed applicargli una goccia di resina epossidica trasparente per proteggere il chip dagli agenti contaminanti esterni. Il terminale della base può essere eliminato. Nelle foto che seguono è più chiaro quanto descritto.
Transistor 2N2222 scoperchiato
Transistor 2N2222 resinato
Foto-rilevatore installato su contatore enel
Il segnale ottico, così trasformato in segnale elettrico, viene amplificato da un mosfet ed inviato alla scheda del visualizzatore.
Schema elettrico del fotorilevatore. La resistenza R1 non è stata resinata insieme al resto del circuito, ma portata all'esterno. Ciò permette di eseguire una eventuale regolazione del guadagno.
Visualizzatore della potenza a LED RGB
Prelievo 1200W
Prelievo 1800W
Scambio zero
Immissione 500W
Il cuore del circuito è un microcontrollore PIC 16F870 ad 8 bit della Microchip. L’unico motivo per il quale ho utilizzato questo modello è perché ne ho una carriola piena avanzata da vecchi progetti. Per chi volesse migliorare il circuito, consiglio di adottare un microcontrollore con un maggior numero di I/O, così si è liberi di utilizzare altre uscite per, ad esempio, far suonare un buzzer al superamento di una certa potenza assorbita, oppure per attivare uno o più elettrodomestici (o qualsiasi altro carico) al superamento di un determinato surplus di potenza immessa in rete.
La visualizzazione della potenza è affidata a 33 LED RGB, pilotati in multiplexing. Il LED centrale è sempre acceso e di colore bianco; indica che il misuratore è funzionante e se ad essere acceso è solo lui, significa che la potenza scambiata con la rete vale 0W. Man mano che aumenta l’assorbimento di potenza dalla rete, i 16 LED del quadrante di destra iniziano ad accendersi. Se assorbiamo 100 W si accenderà solo il primo led, con 200 W vedremo acceso il primo e il secondo, con 1600 W vedremo tutti i 16 LED del quadrante di destra accesi. Se la potenza raggiunge i 1800 W, i LED cambiano il peso, indicando una potenza di 200 W a LED. Ovviamente cambia anche il colore, passano da giallo a rosso. In questo modo, quando tutti i led sono accesi e di colore rosso, significa che stiamo assorbendo 3,2 kW dalla rete. Se, invece, la potenza generata da un impianto di produzione (es. fotovoltaico domestico) supera quella prelevata dalla rete, si accenderanno i LED del quadrante di sinistra. Anche in questo caso, per potenze immesse in rete fino a 1600 W, il colore dei LED sarà azzurro. Per potenze maggiori di 1800 W cambieranno colore diventando verdi.
Riporto nel seguito lo schema elettrico della scheda di controllo del visualizzatore e il firmware scritto in linguaggio C, utilizzando il compilatore MikroC. Non sono un programmatore, perciò il firmware si potrebbe scrivere in modo più elegante. Avevo usato pochi cicli iterativi per svolgere la funzione in modo molto più snello, ma non era stabile. Non avendo molto tempo a disposizione ho deciso di tornare indietro e usare la versione più “contadina”.
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Come si può notare dallo schema, il microcontrollore, oltre ad acquisire il segnale elettrico impulsivo che replica gli impulsi ottici del contatore (PULSE-IN) , acquisisce anche un secondo segnale chiamato “DIR”. Questo segnale vale 5 volt se la potenza viene prelavata dalla rete e 0 volt quando la potenza viene immessa in rete. Il circuito che permette di ottenere questo segnale l’ho battezzato direzionale di potenza ed andrò ad illustrarlo nel prossimo post.
Spinto da questa curiosità ho deciso di realizzare un dispositivo che fosse semplice e istantaneo nella lettura; l’obiettivo era conoscere i miei consumi istantanei in poco più di un batter d’occhio, eliminando la scomodità di dover accedere a qualche app nello smartphone o nel PC.
Nel seguito pubblicherò gli schemi elettrici e il firmware realizzati, in modo da permettere ai più smanettoni di poter replicare, modificare e/o migliorare il progetto.
FUNZIONAMENTO
Visto che il contatore di scambio dell’Enel è già “bello e pronto”, ho deciso di prendere la lettura della potenza direttamente dal LED impulsivo “Ra”. Questo led esegue 1000 lampeggi per ogni kWh di energia attiva misurata dal contatore. Ciò equivale a dire che se sto assorbendo 1 kW di potenza dalla rete, il led in un’ora lampeggerà 1000 volte, ossia emetterà 1 impulso ogni 3,6 secondi. Se la potenza assorbita fosse stata pari a 100 W, gli impulsi si sarebbero ridotti ad 1 ogni 36 secondi.
RILEVATORE DI IMPULSI
Il primo circuito da realizzare è proprio il rilevatore di impulsi ottici. Siccome mi piace recuperare tutto quello che ho in laboratorio, ho deciso di modificare un transistor in formato metallico tipo 2N2222 per trasformarlo in un foto-transistor rilevatore. Un transistor è costituito da un piccolo wafer di silicio diviso in 3 aree: una centrale drogata in un modo e le altre due laterali drogate all’opposto. L’area centrale è chiamata base, le altre due aree collettore ed emettitore. Se sulla base si inietta una piccola corrente, tra collettore ed emettitore scorrerà una corrente molto più alta; per questo si dice che il transistor è un amplificatore di corrente. Se sulla stessa area di base, invece di iniettarci degli elettroni (corrente) ci iniettiamo dei fotoni (luce), il comportamento sarà simile a quello di una cella fotovoltaica, ciò equivarrà a far scorrere una corrente elettronica in tale regione e quindi a richiamare una corrente più alta che fluirà tra collettore ed emettitore. Basterà quindi “scoperchiare” un transistor metallico per mettere in luce il piccolo chip di silicio ed applicargli una goccia di resina epossidica trasparente per proteggere il chip dagli agenti contaminanti esterni. Il terminale della base può essere eliminato. Nelle foto che seguono è più chiaro quanto descritto.
Transistor 2N2222 scoperchiato
Transistor 2N2222 resinato
Foto-rilevatore installato su contatore enel
Il segnale ottico, così trasformato in segnale elettrico, viene amplificato da un mosfet ed inviato alla scheda del visualizzatore.
Schema elettrico del fotorilevatore. La resistenza R1 non è stata resinata insieme al resto del circuito, ma portata all'esterno. Ciò permette di eseguire una eventuale regolazione del guadagno.
Visualizzatore della potenza a LED RGB
Prelievo 1200W
Prelievo 1800W
Scambio zero
Immissione 500W
Il cuore del circuito è un microcontrollore PIC 16F870 ad 8 bit della Microchip. L’unico motivo per il quale ho utilizzato questo modello è perché ne ho una carriola piena avanzata da vecchi progetti. Per chi volesse migliorare il circuito, consiglio di adottare un microcontrollore con un maggior numero di I/O, così si è liberi di utilizzare altre uscite per, ad esempio, far suonare un buzzer al superamento di una certa potenza assorbita, oppure per attivare uno o più elettrodomestici (o qualsiasi altro carico) al superamento di un determinato surplus di potenza immessa in rete.
La visualizzazione della potenza è affidata a 33 LED RGB, pilotati in multiplexing. Il LED centrale è sempre acceso e di colore bianco; indica che il misuratore è funzionante e se ad essere acceso è solo lui, significa che la potenza scambiata con la rete vale 0W. Man mano che aumenta l’assorbimento di potenza dalla rete, i 16 LED del quadrante di destra iniziano ad accendersi. Se assorbiamo 100 W si accenderà solo il primo led, con 200 W vedremo acceso il primo e il secondo, con 1600 W vedremo tutti i 16 LED del quadrante di destra accesi. Se la potenza raggiunge i 1800 W, i LED cambiano il peso, indicando una potenza di 200 W a LED. Ovviamente cambia anche il colore, passano da giallo a rosso. In questo modo, quando tutti i led sono accesi e di colore rosso, significa che stiamo assorbendo 3,2 kW dalla rete. Se, invece, la potenza generata da un impianto di produzione (es. fotovoltaico domestico) supera quella prelevata dalla rete, si accenderanno i LED del quadrante di sinistra. Anche in questo caso, per potenze immesse in rete fino a 1600 W, il colore dei LED sarà azzurro. Per potenze maggiori di 1800 W cambieranno colore diventando verdi.
Riporto nel seguito lo schema elettrico della scheda di controllo del visualizzatore e il firmware scritto in linguaggio C, utilizzando il compilatore MikroC. Non sono un programmatore, perciò il firmware si potrebbe scrivere in modo più elegante. Avevo usato pochi cicli iterativi per svolgere la funzione in modo molto più snello, ma non era stabile. Non avendo molto tempo a disposizione ho deciso di tornare indietro e usare la versione più “contadina”.
Come si può notare dallo schema, il microcontrollore, oltre ad acquisire il segnale elettrico impulsivo che replica gli impulsi ottici del contatore (PULSE-IN) , acquisisce anche un secondo segnale chiamato “DIR”. Questo segnale vale 5 volt se la potenza viene prelavata dalla rete e 0 volt quando la potenza viene immessa in rete. Il circuito che permette di ottenere questo segnale l’ho battezzato direzionale di potenza ed andrò ad illustrarlo nel prossimo post.
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