Consumo elétrico e monitoramento ambiental via Sigfox: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Descrição

Este projeto irá mostrar como obter o consumo elétrico de uma sala em uma distribuição de energia trifásica e, em seguida, enviá-lo para um servidor usando a rede Sigfox a cada 10 minutos.

Como medir a potência?

Conseguimos três pinças de corrente de um velho medidor de energia.

Tome cuidado ! É necessário um eletricista para a instalação das pinças. Além disso, se você não souber de qual braçadeira precisa para a instalação, um eletricista pode aconselhá-lo.

Quais microcontroladores serão usados?

Usamos a placa Snootlab Akeru que é compatível com Arduino.

Funciona em todos os medidores elétricos?

Sim, medimos apenas a corrente graças aos grampos. Assim você pode contar o consumo da linha que deseja.

Quanto tempo leva para fazer isso?

Depois de ter todos os requisitos de hardware, o código-fonte está disponível no Github. Então, dentro de uma ou duas horas, você será capaz de fazer funcionar.

Eu preciso de algum conhecimento prévio?

Você precisa saber o que está fazendo eletricamente e como usar o Arduino e o Actoboard.

Para Arduino e Actoboard, você pode aprender todos os fundamentos do Google. Muito fácil de usar.

Quem somos nós?

Nossos nomes são Florian PARIS, Timothée FERRER - LOUBEAU e Maxence MONTFORT. Somos alunos da Université Pierre et Marie Curie em Paris. Este projeto é conduzido com finalidade educacional em uma escola de engenharia francesa (Polytech'Paris-UPMC).

Etapa 1: Sigfox e Actoboard

O que é Sigfox?

Sigfox usa a tecnologia de rádio na Ultra Narrow Band (UNB). A frequência do sinal é em torno de 10 Hz-90 Hz, portanto, o sinal é difícil de detectar devido ao ruído. No entanto Sigfox inventou um protocolo que pode decifrar o sinal no ruído. Essa tecnologia tem um grande alcance (até 40km), além disso o consumo do chip é 1000 vezes menor que um chip GSM. O chip sigfox tem uma grande durabilidade (até 10 anos). No entanto, a tecnologia sigfox tem uma limitação de transmissão (150 mensagens de 12 bytes por dia). É por isso que o sigfox é uma solução de conectividade dedicada à Internet das Coisas (IoT).

O que é Actoboard?

Actoboard é um serviço online que permite ao usuário criar gráficos (dashboards) para mostrar dados ao vivo, tem muitas possibilidades de customização graças à criação de widgets. Os dados são enviados de nosso chip Arduino graças a um módulo Sigfox integrado. Ao criar um novo widget, basta selecionar a variável de seu interesse e, em seguida, escolher o tipo de gráfico que deseja usar (gráfico de barra, nuvem de pontos …) e, por último, o período de observação. Nosso cartão enviará dados dos captores (pressão, temperatura, iluminação) e das pinças atuais, serão mostradas informações diárias e semanais assim como o dinheiro gasto com eletricidade

Etapa 2: Requisitos de Hardware

Neste tutorial, usaremos:

• A Snootlab-Akeru
• Um escudo Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (apenas as pinças)
• Um resistor de fotocélula
• A BMP 180
• A SEN11301P
• A RTC

Cuidado: como só temos o hardware para medir a corrente, fizemos algumas suposições. Veja a próxima etapa: estudo elétrico.

-Raspberry PI 2: Usamos o Raspberry para mostrar os dados do Actoboard em uma tela ao lado do medidor elétrico (o framboesa ocupa menos espaço do que um computador normal).

-Snootlab Akeru: Este cartão Arduino que integra um módulo sigfox contém o software de monitoramento que nos permite analisar os dados dos sensores e enviá-los para o Actoboard.

-Grove Shield: É um módulo adicional que é plugado no chip Akeru, possui 6 portas analógicas e 3 portas I²C que são usadas para conectar nossos sensores

-LEM EMN 100-W4: Estas pinças de amplificador são acopladas a cada fase do medidor elétrico, usamos um resistor paralelo para obter uma imagem da corrente consumida com 1,5% de precisão.

-BMP 180: Este sensor mede a temperatura de -40 a 80 ° C, bem como a pressão ambiente de 300 a 1100 hPa, deve ser conectado a um slot I2C.

-SEN11301P: Este sensor também nos permite medir a temperatura (usaremos este para essa função, pois é mais preciso -> 0,5% em vez de 1 ° C para o BMP180) e umidade com precisão de 2%.

-Fotoresistor: Usamos esse componente para medir o brilho, é um semicondutor altamente resistivo que diminui sua resistência quando o brilho aumenta. Escolhemos cinco extensões de resistividade para descrever

Etapa 3: Estudo elétrico

Antes de se lançar na programação, é aconselhável conhecer os dados interessantes a serem recuperados e como explorá-los. Para isso, realizamos um estudo eletrotécnico do projeto.

Recuperamos a corrente em linhas graças às três pinças de corrente (LEM EMN 100-W4). A corrente passa então com uma resistência de 10 Ohms. A tensão nas bordas da resistência é imagem da corrente na linha correspondente.

Cuidado, na eletrotécnica a potência em uma rede trifásica bem balanceada é calculada pela seguinte relação: P = 3 * V * I * cos (Phi).

Aqui, consideramos não apenas que a rede trifásica é balanceada, mas também que cos (Phi) = 1. Um fator de potência igual a 1 envolve cargas puramente resistentes. O que é impossível na prática. As imagens das tensões das correntes de linhas são amostradas diretamente ao longo de 1 segundo no Snootlab-Akeru. Recuperamos o valor máximo de cada tensão. Em seguida, somamos para obter a quantidade total de corrente consumida pela instalação. Calculamos então o valor efetivo pela seguinte fórmula: Vrms = SUM (Vmax) / SQRT (2)

Calculamos então o valor real da corrente, que encontramos ajustando a contagem do valor das resistências, bem como o coeficiente das pinças de corrente: Irms = Vrms * res * (1 / R) (res é a resolução do ADC 4,88mv / bit)

Uma vez conhecida a quantidade efetiva de corrente da instalação, calculamos a potência pela fórmula vista acima. Deduzimos então a energia consumida dele. E convertemos o resultado kW.h: W = P * t

Calculamos finalmente o preço em kW.h considerando que 1kW.h = 0,15 €. Nós negligenciamos os custos de assinaturas.

Etapa 4: Conectando todo o sistema

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• FOTOCÉLULA A3
• DETECTEUR 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• BAROMETRE 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Etapa 5: Baixe o código e faça upload do código

Agora que todos estão bem conectados, você pode baixar o código aqui:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

O código está em francês, para quem precisar de algumas explicações fique à vontade para perguntar nos comentários.

Agora que você tem o código, precisa carregá-lo no Snootlab-Akeru. Você pode usar o IDE do Arduino para fazer isso. Depois que o código é carregado, você pode ver se o led está respondendo aos seus movimentos.

Etapa 6: configurar um painel

Agora que seu sistema está funcionando, você pode visualizar os dados no actoboard.com.

Conecte-se com seu ID e senha, receba da Sigfox ou do cartão Snootlab-Akeru.

Uma vez feito isso, você precisa criar um novo painel. Depois disso, você pode adicionar os widgets que deseja no painel.

Os dados chegam em francês, então aqui estão os equivalentes:

• Energie_KWh = Energia (em KW.h)
• Cout_Total = Preço total (assumindo 1KW.h = 0,15 €)
• Umidita = Umidade
• Lumiere = Light

Etapa 7: Análise de dados

Sim, é o fim!

Agora você pode visualizar suas estatísticas da maneira que desejar. Algumas explicações são sempre boas para entender como se desenvolve:

• Energie_KWh: será reiniciado todos os dias às 00:00
• Cout_Total: dependendo de Energie_KWh, assumindo 1KW.h igual a 0,15 €
• Temperatura: em ° Celsius
• Umidita: em% HR
• Presença: se alguém esteve aqui entre dois envie via Sigfox
• Lumiere: a intensidade da luz na sala; 0 = sala escura, 1 = sala escura, 2 = sala iluminada, 3 = sala clara, 4 = sala muito clara

Aproveite o seu dahsboard!

Etapa 8: Traga seu conhecimento

Agora que nosso sistema está pronto, vamos fazer outros projetos.

Porém, se você gostaria de atualizar ou melhorar o sistema, sinta-se à vontade para trocar nos comentários!

Esperamos que isso lhe dê algumas idéias. Não se esqueça de compartilhá-los.

Desejamos-lhe o melhor no seu projeto DIY.

Timothée, Florian e Maxence