Inteligentny system monitorowania energii: 5 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

W Kerali (Indie) zużycie energii jest monitorowane i obliczane podczas częstych wizyt terenowych techników z wydziału energii elektrycznej/energii w celu obliczenia taryfy za energię, co jest zadaniem czasochłonnym, ponieważ w okolicy będą tysiące domów. Nie ma możliwości sprawdzania lub analizowania indywidualnego zużycia energii przez domy w czasie ani tworzenia raportu przepływu energii na określonym obszarze. Dzieje się tak nie tylko w przypadku Kerali, ale w wielu miejscach na świecie. Proponuję inteligentny system monitorowania energii za pomocą Arduino, aby ułatwić kontrolę, monitorowanie, analizę i obliczanie taryfy energetycznej. System poprzez ciągłe przesyłanie danych o zużyciu energii (za pomocą unikalnego identyfikatora użytkownika) do bazy danych w chmurze za pomocą łączności z chmurą urządzenia. Umożliwi dodatkowo generowanie wykresów i raportów specyficznych dla użytkownika lub obszaru w celu analizy zużycia energii i przepływu energii w pojedynczym domu lub regionie.

Kieszonkowe dzieci

1. Arduino Uno
2. Wyświetlacz LCD
3. Czujnik prądu (ACS712)

Krok 1: Wprowadzenie

W Kerali (Indie) zużycie energii jest monitorowane i obliczane podczas częstych wizyt terenowych techników z wydziału energii elektrycznej/energii w celu obliczenia taryfy za energię, co jest zadaniem czasochłonnym, ponieważ w okolicy będą tysiące domów. Nie ma możliwości sprawdzania lub analizowania indywidualnego zużycia energii przez domy w czasie ani tworzenia raportu przepływu energii na określonym obszarze. Dzieje się tak nie tylko w przypadku Kerali, ale w wielu miejscach na świecie.

Ten projekt obejmuje opracowanie inteligentnego systemu monitorowania energii, który ułatwi kontrolę, monitorowanie, analizę i obliczanie opłat za energię. System dodatkowo umożliwi generowanie specyficznych dla użytkownika lub obszaru wykresów i raportów w celu analizy zużycia energii i przepływu energii. Moduł systemu, któremu nadany zostanie unikalny kod użytkownika, aby zidentyfikować konkretną jednostkę mieszkaniową, w której ma być mierzone zużycie energii. Zużycie energii będzie monitorowane za pomocą czujnika prądu połączonego z płytą Arduino za pomocą połączenia analogowego. Dane dotyczące zużycia energii i unikalny kod użytkownika zostaną przesłane do dedykowanej usługi w chmurze w czasie rzeczywistym. Dane z chmury będą dostępne i analizowane przez dział energii w celu obliczenia indywidualnego zużycia energii, wygenerowania indywidualnych i zbiorczych wykresów energetycznych, wygenerowania raportów energetycznych oraz szczegółowej kontroli energetycznej. Z systemem można zintegrować moduł wyświetlacza LCD, aby wyświetlać wartości pomiaru energii w czasie rzeczywistym. System będzie działał niezależnie, jeśli podłączone jest przenośne źródło zasilania, takie jak suchy akumulator lub akumulator Li-Po.

Krok 2: Przepływ pracy

Głównym celem tego projektu jest optymalizacja i zmniejszenie zużycia energii przez użytkownika. To nie tylko zmniejsza ogólne koszty energii, ale także oszczędza energię.

Energia z sieci AC jest pobierana i przepuszczana przez czujnik prądu, który jest zintegrowany z obwodem domowym. Prąd AC przechodzący przez obciążenie jest wykrywany przez moduł czujnika prądu (ACS712), a dane wyjściowe z czujnika są podawane na pin analogowy (A0) Arduino UNO. Po odebraniu wejścia analogowego przez Arduino, pomiar mocy/energii znajduje się w szkicu Arduino. Obliczona moc i energia są następnie wyświetlane na wyświetlaczu LCD. W analizie obwodów prądu przemiennego zarówno napięcie, jak i prąd zmieniają się sinusoidalnie w czasie.

Moc rzeczywista (P): Jest to moc wykorzystywana przez urządzenie do wykonywania użytecznej pracy. Jest wyrażony w kW.

Moc rzeczywista = napięcie (V) x prąd (I) x cosΦ

Moc bierna (Q): Jest to często nazywana mocą urojoną, która jest miarą mocy oscylującej między źródłem a obciążeniem, która nie wykonuje użytecznej pracy. Jest wyrażony w kVAr

Moc bierna = napięcie (V) x prąd (I) x sinΦ

Moc pozorna (S): Jest definiowana jako iloczyn napięcia średniej kwadratowej (RMS) i prądu RMS. Można to również określić jako wypadkową mocy czynnej i biernej. Jest wyrażony w kVA

Moc pozorna = napięcie (V) x prąd (I)

Relacja między mocą rzeczywistą, bierną i pozorną:

Moc rzeczywista = moc pozorna x cosΦ

Moc bierna = moc pozorna x sinΦ

Interesuje nas tylko Rzeczywista moc do analizy.

Współczynnik mocy (pf): Stosunek mocy czynnej do mocy pozornej w obwodzie nazywany jest współczynnikiem mocy.

Współczynnik mocy = moc rzeczywista/moc pozorna

W ten sposób możemy zmierzyć wszystkie formy mocy, a także współczynnik mocy, mierząc napięcie i prąd w obwodzie. W poniższej sekcji omówiono kroki podjęte w celu uzyskania pomiarów wymaganych do obliczenia zużycia energii.

Prąd AC jest konwencjonalnie mierzony za pomocą przekładnika prądowego. ACS712 został wybrany jako czujnik prądu ze względu na jego niski koszt i mniejszy rozmiar. Czujnik prądu ACS712 to czujnik prądu z efektem Halla, który dokładnie mierzy prąd po indukcji. Wykrywane jest pole magnetyczne wokół przewodu AC, które daje równoważne analogowe napięcie wyjściowe. Analogowe wyjście napięciowe jest następnie przetwarzane przez mikrokontroler w celu pomiaru przepływu prądu przez obciążenie.

Efekt Halla to wytworzenie różnicy napięcia (napięcie Halla) w przewodniku elektrycznym, poprzecznie do prądu elektrycznego w przewodniku i pola magnetycznego prostopadłego do prądu.

Krok 3: Testowanie

Kod źródłowy jest aktualizowany tutaj.

Rysunek przedstawia wyjście szeregowe z obliczenia energii.

Krok 4: Prototyp

Krok 5: Referencje

instructables.com, electronicshub.org