Sistema de monitoramento de energia inteligente: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Em Kerala (Índia), o consumo de energia é monitorado e calculado por frequentes visitas de campo de técnicos do departamento de eletricidade / energia para o cálculo da tarifa de energia, o que é uma tarefa demorada, pois haverá milhares de casas na área. Não há previsão de verificar ou analisar o consumo individual de energia das residências em um determinado período de tempo, nem criar um relatório do fluxo de energia em uma determinada área. Este não é apenas o caso de Kerala, mas em muitos lugares do mundo. Estou propondo um sistema de monitoramento de energia inteligente com a ajuda do Arduino para facilitar a inspeção, o monitoramento, a análise e o cálculo da tarifa de energia. O sistema carrega constantemente dados de consumo de energia (usando um ID de usuário exclusivo) para um banco de dados em nuvem com a ajuda da conectividade em nuvem do dispositivo. Além disso, permitirá a geração de gráficos e relatórios específicos do usuário ou da área para analisar o consumo de energia e o fluxo de energia de uma casa individual ou de uma região.

Suprimentos

1. Arduino Uno
2. Tela de LCD
3. Sensor de corrente (ACS712)

Etapa 1: Introdução

Em Kerala (Índia), o consumo de energia é monitorado e calculado por frequentes visitas de campo de técnicos do departamento de eletricidade / energia para o cálculo da tarifa de energia, o que é uma tarefa demorada, pois haverá milhares de casas na área. Não há previsão de verificar ou analisar o consumo individual de energia das residências em um determinado período de tempo, nem criar um relatório do fluxo de energia em uma determinada área. Este não é apenas o caso de Kerala, mas em muitos lugares do mundo.

Este projeto envolve o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de energia inteligente que irá facilitar a inspeção, monitoramento, análise e cálculo de tarifas de energia. O sistema também permitirá a geração de gráficos e relatórios específicos do usuário ou da área para analisar o consumo de energia e o fluxo de energia. O módulo do sistema, que receberá um código de usuário exclusivo, para identificar a unidade habitacional específica onde o consumo de energia deve ser medido. O consumo de energia será monitorado com a ajuda de um sensor de corrente conectado a uma placa Arduino usando uma conexão analógica. Os dados de consumo de energia e o código de usuário exclusivo do usuário serão carregados em um serviço de nuvem dedicado em tempo real. Os dados da nuvem serão acessados e analisados pelo departamento de energia para calcular o consumo individual de energia, gerar gráficos de energia individuais e coletivos, gerar relatórios de energia e para inspeção energética detalhada. Um módulo de display LCD pode ser integrado ao sistema para exibir os valores de medição de energia em tempo real. O sistema funcionará independentemente se uma fonte de alimentação portátil, como uma bateria de célula seca ou bateria Li-Po, estiver conectada.

Etapa 2: Fluxo de Trabalho

O foco principal deste projeto é otimizar e reduzir o consumo de energia pelo usuário. Isso não apenas reduz os custos gerais de energia, mas também conserva energia.

A energia da rede elétrica CA é retirada e passada através do sensor de corrente que é integrado ao circuito doméstico. A corrente AC que passa pela carga é detectada pelo módulo do sensor de corrente (ACS712) e os dados de saída do sensor são alimentados ao pino analógico (A0) do Arduino UNO. Uma vez que a entrada analógica é recebida pelo Arduino, a medição de potência / energia está dentro do esboço do Arduino. A potência e a energia calculadas são então exibidas no módulo de display LCD. Na análise do circuito CA, tanto a tensão quanto a corrente variam de forma senoidal com o tempo.

Potência real (P): é a potência usada pelo dispositivo para produzir trabalho útil. É expresso em kW.

Potência real = Tensão (V) x Corrente (I) x cosΦ

Potência reativa (Q): muitas vezes chamada de potência imaginária, que é uma medida da potência que oscila entre a fonte e a carga, que não faz nenhum trabalho útil. É expresso em kVAr

Potência reativa = Tensão (V) x Corrente (I) x sinΦ

Potência aparente (S): É definida como o produto da Tensão do Quadrado Médio (RMS) e da Corrente RMS. Isso também pode ser definido como a resultante da potência real e reativa. É expresso em kVA

Potência aparente = Tensão (V) x Corrente (I)

A relação entre potência real, reativa e aparente:

Potência real = potência aparente x cosΦ

Potência reativa = Potência aparente x sinΦ

Estamos preocupados apenas com o poder real para a análise.

Fator de potência (pf): A relação entre a potência real e a potência aparente em um circuito é chamada de fator de potência.

Fator de potência = potência real / potência aparente

Assim, podemos medir todas as formas de potência, bem como o fator de potência, medindo a tensão e a corrente no circuito. A seção a seguir discute as etapas executadas para obter as medições necessárias para calcular o consumo de energia.

A corrente AC é convencionalmente medida usando um transformador de corrente. O ACS712 foi escolhido como o sensor de corrente devido ao seu baixo custo e tamanho menor. O sensor de corrente ACS712 é um sensor de corrente de efeito Hall que mede com precisão a corrente quando induzido. O campo magnético ao redor do fio CA é detectado, o que dá a tensão de saída analógica equivalente. A saída de tensão analógica é então processada pelo microcontrolador para medir o fluxo de corrente através da carga.

O efeito Hall é a produção de uma diferença de voltagem (a voltagem Hall) através de um condutor elétrico, transversal a uma corrente elétrica no condutor e um campo magnético perpendicular à corrente.

Etapa 3: Teste

O código-fonte é atualizado aqui.

A figura mostra a saída serial do cálculo de energia.

Etapa 4: protótipo

Etapa 5: Referências

instructables.com, electronicshub.org