Der Stromverbrauchmesser SmartPower 3 von Hardkernel erlaubt das präzise Messen von Verbrauchern mit einer sehr geringer Leistungsaufnahme, an denen herkömmliche Messgeräte häufig scheitern.
Wie man mit dem RasPi Spannung und Strom eines Verbrauchers misst, hat der Artikel “Laboreinsatz” aus RPG 06/2018 [1] gezeigt. Das Projekt zum Nachbauen finden Sie auf der Github-Seite des Autors [2]. Prinzipiell funktioniert es nach folgendem Schema: Ein zwischen Stromquelle und Verbraucher eingeschleifter Sensor misst Spannung und Stromstärke und liefert die Werte an ein Messsystem für die Ausgabe.
Das Messsystem im erwähnten Projekt besteht aus einem ein Raspberry Pi. Bei einfachen Steckdosengeräten aus dem Baumarkt sowie USB-Zwischensteckern kommt ein Mikrokontroller zum Einsatz. Sowohl Steckdosenmesser als auch USB-Stecker haben dabei ein Problem gemeinsam: Bei sehr geringen Stromstärken scheitern sie und liefern keine kontinuierliche Datenaufzeichnung.
Das selbstgebaute Messgerät (Abbildung 1) löst dieses Problem, der Autor nutzt es regelmäßig zum Beurteilen von Kleinrechnern und Bauteilen. Das Interface mit einem 20×4-Display (im Bild nicht sichtbar) wirkt etwas altbacken, die Verkabelung ist abenteuerlich, aber das System tut treu seinen Dienst. Auf dem integrierten Zero läuft ein kleiner Webserver, der nicht nur das Steuern übernimmt, sondern auch für die Visualisierung der Ergebnisse sorgt.
Abbildung 1: Das vom Autor auf Basis eines Raspberry Pi selbst gebaute Strommessgerät.
Dem System fehlt eine gewisse mechanische Robustheit, der größte Nachteil besteht aber in der fest eingestellten Spannung sowie der Begrenzung des Messbereichs auf ungefähr 2 Ampere.
Ausstattung
Professioneller geht es Hardkernel mit seinem SmartPower 3 an (Abbildung 2). Das Messgerät, das es für etwa 60 Euro bei Pollin zu kaufen gibt [3], kommt in einem stabilen Gehäuse und verfügt über ein Display, einen Regler sowie diverse Knöpfe. Der Distributor legt eine knappe, aber ausreichende deutsche Anleitung bei. Zum Lieferumfang gehören darüber hinaus zwei Anschlusskabel mit Hohlstecker (5,5/2,1 Millimeter) und ein kurzes USB-C-Kabel. Das Netzteil muss mindestens 15 Volt/4 Ampere und darf maximal 21 Volt liefern. Pollin bietet ein passendes Netzteil für 14 Euro separat an [4].
Abbildung 2: Das Smart Power 3 überzeugt durch große Flexibilität und ein robustes Gehäuse.
Die Hohlstecker legt der Hersteller auf seine eigenen SBCs aus – die Odroids besitzen im Gegensatz zum RasPi passende Buchsen. Um einen Raspberry Pi zu vermessen möchte, muss man entweder ein USB-Kabel selbst aufschneiden oder gleich ein Micro-USB-Kabel mit offenen Enden mitbestellen. Analoges gilt für den RasPi4 mit seiner USB-C-Stromversorgung. Die Schraubanschlüsse an der Vorderseite verkraften blanke Kabel, als elegantere Alternative eignen sich aber Bananenstecker mit einem Durchmesser von 4 Millimetern.
Die Firmware läuft auf einem ESP32-WROOM-32E und ist wie alles an diesem Gerät quelloffen. Hardkernel stellt sogar die KiCad-Design-Dateien online, womit im Prinzip jedermann diese Platine nachproduzieren könnte. Ein ausführliches Wiki [5] dient als Dokumentation. Es beschreibt nicht nur die grundlegende Anwendung, sondern auch komplexere Aufgaben wie den Bau der Firmware direkt aus den Quellen.
Inbetriebnahme
Sobald Sie das SmartPower 3 mit Strom versorgen, bootet der Mikroprozessor. Mit dem großen Drehknopf samt integriertem Taster für beide Ausgabekanäle der Versorgungsspannung konfigurieren Sie die Stromstärke. Die Ausgabespannung hält das Gerät selbst unter Last sehr stabil.
Das Einstellen der Stromstärke dient aktuell nur kosmetischen Zwecken, denn Hardkernel musste die ursprünglich angedachte Strombegrenzung wieder entfernen, da sich der verwendete Powermanagement-IC für einen stabilen Betrieb als zu volatil erwies. Die nominelle Obergrenze für die Stromstärke von 3 Ampere überschritt Hardkernel in internen Tests monatelang ohne Probleme.
Mithilfe der Tasten oberhalb des Drehknopfs schalten Sie die Kanäle an und aus. Im Betrieb zeigt das Display die aktuelle Spannung und den Strom an. Über das Menü, das Sie über den Taster rechts oben erreichen, stellen Sie die Baud-Rate der seriellen Schnittstelle ein. Ebenso aktivieren Sie dort das Logging, also die kontinuierliche Ausgabe der Messwerte über die serielle Schnittstelle.
Als Letztes sollten Sie die Firmware-Version kontrollieren und gegebenenfalls aktualisieren [6]. Während dieser Artikel entstand, erschienen mehrere Aktualisierungen, wovon jede zusätzliche Funktionen mitbrachte. Das Hardkernel-Wiki stellt dafür eine ausführlich bebilderte Anleitung sowohl für Windows als auch für Linux bereit.
