Arduino Energiemonitor & Datenlogger (Dr. Wattson, MCP39F521) – Schritt-für-Schritt

Komponenten

• 1× Arduino UNO
• 1× Dr. Wattson Energy Monitoring Board (MCP39F521, bis 12 A, kalibriert 1 mA–4 A)
• 1× Gehäuse für Dr. Wattson (Acryl, mit IEC-Buchse & Flachstecker)
• 1× Adafruit MicroSD-Breakout (SPI)
• 1× Taster (mit Pull-Up, entprellt)
• 1× LED + 220 Ω Vorwiderstand (Logging-Status)
• Netzteil / USB für Arduino

Projektziel

Ein sicherer, kalibrierter Energiemonitor, der Strom, Spannung, Wirk-/Blind-/Scheinleistung sowie Power Factor misst und per Tastendruck CSV-Logs auf SD-Karte schreibt (Log-Rotation: DATA00.CSV … DATA99.CSV). Die Daten lassen sich direkt in Excel/Calc importieren & plotten.

Aufbau & Sicherheit

Das Dr.-Wattson-Board misst über Strom- & Spannungswandler galvanisch getrennt vom Netz. Der digitale Ausgang (I²C) ist potentialfrei – gefahrlos für den Arduino. Das Board wird in einem Acrylgehäuse mit IEC-Ein/Ausgang verbaut (max. 12 A, kalibriert bis 4 A).

Verdrahtung

• Taster: Pin 4 → GND (interner Pull-Up, invertierte Logik, Entprellung 20 ms via Button-Lib)
• LED: Pin 9 (Anode über 220 Ω, Kathode → GND)

Sketch-Highlights

Bibliotheken

• Wire.h (I²C)
• UpbeatLabs_MCP39F521.h (Dr. Wattson Library, GitHub: upbeatlabs/drwattson)
• SD.h
• Button.h (Jack Christensen, GitHub)

Setup

// SD-Karte prüfen
if (!SD.begin(CHIP_SELECT)) { /* Fehler */ }
wattson.begin(); // I²C-Adresse 0x74 (Default)

// Neue Log-Datei finden (DATA00.CSV ... DATA99.CSV)
for (uint8_t i = 0; i < 100; i++) {
  filename[4] = i/10 + '0';
  filename[5] = i%10 + '0';
  if (!SD.exists(filename)) break;
}
pinMode(LED, OUTPUT);

Loop (vereinfacht)

myBtn.read();
if (myBtn.wasReleased()) {
  readData = !readData;
  digitalWrite(LED, readData);
}

if (readData) {
  UpbeatLabs_MCP39F521_Data data;
  int ret = wattson.read(&data, NULL);
  unsigned long now = millis();

  if (ret == SUCCESS) {
    wattson.convertRawData(&data, &fData);
    // Serielle Ausgabe (für 'screen' Terminal mit Clear-Screen)
    Serial.write("\x1B""c");
    wattson.printMCP39F521Data(&fData);

    // CSV auf SD schreiben
    File f = SD.open(filename, FILE_WRITE);
    if (f) {
      f.print(now); f.print(',');
      f.print(fData.currentRMS); f.print(',');
      f.print(fData.activePower); f.print(',');
      f.print(fData.reactivePower); f.print(',');
      f.println(fData.apparentPower);
      f.close();
    }
  }
}

Datenanalyse in Excel

CSV-Datei öffnen, Spaltenköpfe ergänzen (timestamp, currentRMS, activePower, reactivePower, apparentPower), Diagramm erstellen. Beispiel: Kaltstart einer 14 W-CFL-Lampe zeigt Stromspitze ~0,21 A / 17 W, dann Einpendeln auf 0,18 A / 14,2 W. Warmstart verläuft schneller.

Fazit & Weiterführendes

Dr. Wattson liefert qualitativ hochwertige Energiedaten für Maker-Projekte. Die Library bietet Kalibrierroutinen, Zero-Cross-Detection, Event-Notifications (Überstrom, Überspannung), einstellbare Messbereiche (durch Burden-Resistor-Änderung & Rekalibrierung) und Multi-Board-Betrieb (adressierbar über Lötjumper). Ideal für Smart-Home-Monitoring, Lastprofil-Analyse, Standby-Leistungsmessung u.v.m.