Zużycie energii elektrycznej i monitorowanie środowiska przez Sigfox: 8 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Opis

Ten projekt pokaże Ci, jak uzyskać zużycie energii elektrycznej w pomieszczeniu przy trójfazowej dystrybucji zasilania, a następnie przesyłać je do serwera za pomocą sieci Sigfox co 10 minut.

Jak zmierzyć moc?

Ze starego licznika energii dostaliśmy trzy cęgi prądowe.

Bądź ostrożny ! Do montażu zacisków potrzebny jest elektryk. Ponadto, jeśli nie wiesz, jakiego zacisku potrzebujesz do instalacji, elektryk może ci doradzić.

Jakie mikrokontrolery będą używane?

Użyliśmy karty Snootlab Akeru, która jest kompatybilna z Arduino.

Czy działa na wszystkich licznikach elektrycznych?

Tak, dzięki cęgom mierzymy tylko prąd. Możesz więc policzyć zużycie wybranej linii.

Jak długo to trwa?

Po spełnieniu wszystkich wymagań sprzętowych kod źródłowy jest dostępny na Github. Tak więc w ciągu godziny lub dwóch będziesz w stanie sprawić, by to zadziałało.

Czy potrzebuję wcześniejszej wiedzy?

Musisz wiedzieć, co robisz elektrycznie i jak korzystać z Arduino i Actoboard.

W przypadku Arduino i Actoboard możesz nauczyć się wszystkich podstaw od Google. Bardzo łatwy w użyciu.

Kim jesteśmy?

Nazywamy się Florian PARIS, Timothée FERRER--LOUBEAU i Maxence MONTFORT. Jesteśmy studentami na Université Pierre et Marie Curie w Paryżu. Projekt ten ma cel edukacyjny we francuskiej szkole inżynierskiej (Polytech'Paris-UPMC).

Krok 1: Sigfox i Actoboard

Co to jest Sigfox?

Sigfox wykorzystuje technologię radiową w ultra wąskim paśmie (UNB). Częstotliwość sygnału wynosi około 10Hz-90Hz, dlatego sygnał jest trudny do wykrycia ze względu na szumy. Jednak Sigfox wynalazł protokół, który może odszyfrować sygnał w szumie. Technologia ta ma duży zasięg (do 40km), ponadto zużycie chipa jest 1000 razy mniejsze niż chipa GSM. Chip sigfox ma świetną żywotność (do 10 lat). Niemniej jednak technologia sigfox ma ograniczenie transmisji (150 wiadomości po 12 bajtów dziennie). Dlatego sigfox jest rozwiązaniem do łączności dedykowanym Internetowi Rzeczy (IoT).

Co to jest Actoboard?

Actoboard to usługa online pozwalająca użytkownikowi na tworzenie wykresów (dashboardów) w celu pokazania danych na żywo, posiada duże możliwości personalizacji dzięki tworzeniu widgetów. Dane wysyłane są z naszego układu Arduino dzięki zintegrowanemu modułowi Sigfox. Tworząc nowy widżet, wystarczy wybrać interesującą Cię zmienną, a następnie wybrać rodzaj wykresu, którego chcesz użyć (wykres słupkowy, chmura punktów…) i na koniec zakres obserwacji. Nasza karta wyśle dane z porywaczy (ciśnienie, temperatura, oświetlenie) oraz z cęgów prądowych, informacje będą pokazywane codziennie i co tydzień oraz pieniądze wydane na prąd

Krok 2: Wymagania sprzętowe

W tym samouczku będziemy używać:

• Snootlab-Akeru
• Tarcza Arduino Seeed Studio
• LEM EMN 100-W4 (tylko zaciski)
• Rezystor fotokomórki
• BMP 180
• SEN11301P
• RTC

Uwaga: ponieważ mamy tylko sprzęt do mierzenia prądu, poczyniliśmy pewne założenia. Zobacz następny krok: badanie elektryczne.

-Raspberry PI 2: Użyliśmy Raspberry do wyświetlania danych Actoboard na ekranie obok licznika elektrycznego (malina zajmuje mniej miejsca niż zwykły komputer).

-Snootlab Akeru: Ta karta Arduino, która całkuje moduł sigfox, zawiera oprogramowanie monitorujące, które pozwala nam analizować dane z czujników i wysyłać je do Actoboard.

-Grove Shield: Jest to dodatkowy moduł podłączany do układu Akeru, posiada 6 portów analogowych i 3 porty I²C, które służą do podłączenia naszych czujników

-LEM EMN 100-W4: Te zaciski wzmacniacza są podłączone do każdej fazy miernika elektrycznego, używamy równoległego rezystora, aby uzyskać obraz pobieranego prądu z dokładnością 1,5%.

-BMP 180: Ten czujnik mierzy temperaturę od -40 do 80°C oraz ciśnienie otoczenia od 300 do 1100 hPa, należy go podłączyć do gniazda I2C.

-SEN11301P: Ten czujnik pozwala nam również mierzyć temperaturę (wykorzystamy go do tej funkcji, ponieważ jest bardziej dokładny -> 0,5% zamiast 1°C dla BMP180) i wilgotności z dokładnością 2%.

-Fotorezystor: używamy tego komponentu do pomiaru jasności, jest to półprzewodnik o wysokiej rezystancji, który obniża jego rezystancję, gdy jasność wzrasta. Do opisania wybraliśmy pięć przęseł rezystywności

Krok 3: Badanie elektryczne

Przed przystąpieniem do programowania warto poznać interesujące dane do odzyskania i wiedzieć, jak je wykorzystać. W tym celu realizujemy opracowanie elektrotechniczne projektu.

Odzyskujemy prąd w liniach dzięki trzem cęgom prądowym (LEM EMN 100-W4). Prąd przepływa wtedy z rezystancją 10 omów. Napięcie w granicach oporu jest obrazem prądu w odpowiedniej linii.

Uwaga, w elektrotechnice moc w dobrze zbilansowanej sieci trójfazowej obliczana jest według następującej zależności: P=3*V*I*cos(Phi).

Tutaj bierzemy pod uwagę nie tylko, że sieć trójfazowa jest zrównoważona, ale także, że cos(Phi)=1. Współczynnik mocy równy 1 obejmuje obciążenia czysto rezystancyjne. Co jest niemożliwe w praktyce. Obrazy naprężeń prądów linii są bezpośrednio próbkowane przez 1 sekundę w Snootlab-Akeru. Odzyskujemy wartość max każdego napięcia. Następnie dodajemy je tak, aby uzyskać całkowitą ilość prądu pobieranego przez instalację. Obliczamy wtedy wartość efektywną według następującego wzoru: Vrms=SUM(Vmax)/SQRT(2)

Obliczamy wtedy rzeczywistą wartość prądu, którą znajdujemy ustawiając zliczanie wartości rezystancji oraz współczynnika cęgów prądowych: Irms=Vrms*res*(1/R) (res jest rozdzielczością ADC 4,88 mv/bit)

Gdy znana jest efektywna ilość prądu w instalacji, obliczamy moc według wzoru widzianego wyżej. Odejmujemy od tego zużytą energię. I przeliczamy wynik kW.h: W=P*t

Ostatecznie obliczamy cenę w kW.h, biorąc pod uwagę, że 1kW.h = 0,15 €. Zaniedbujemy koszty abonamentów.

Krok 4: Podłączanie całego systemu

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• FOTOKOMÓRKA A3
• WYKRYWACZ 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYP DHT21 // DHT21
• BAROMETR 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Krok 5: Pobierz kod i prześlij kod

Teraz masz wszystko dobrze połączone, możesz pobrać kod tutaj:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electric…

Kod jest w języku francuskim, dla tych, którzy potrzebują wyjaśnień, śmiało pytaj w komentarzach.

Teraz masz kod, musisz go wgrać w Snootlab-Akeru. Możesz to zrobić za pomocą Arduino IDE. Po przesłaniu kodu możesz sprawdzić, czy dioda LED reaguje na twoje ruchy.

Krok 6: Skonfiguruj Actoboard

Teraz Twój system działa, możesz wizualizować dane na actoboard.com.

Połącz się ze swoim identyfikatorem i hasłem otrzymanym od Sigfox lub karty Snootlab-Akeru.

Gdy to zrobisz, musisz utworzyć nowy pulpit nawigacyjny. Następnie możesz dodać widżety, które chcesz na pulpicie nawigacyjnym.

Dane przychodzą w języku francuskim, więc oto odpowiedniki:

• Energia_KWh = Energia (w kWh)
• Cout_Total = Cena całkowita (zakładając 1KW.h = 0,15 €)
• Wilgotność = Wilgotność
• Światło = Światło

Krok 7: Analiza danych

Tak, to już koniec!

Możesz teraz wizualizować swoje statystyki tak, jak chcesz. Niektóre wyjaśnienia są zawsze dobre, aby zrozumieć, jak się rozwija:

• Energie_KWh: będzie resetowany codziennie o 00:00
• Cout_Total: w zależności od Energie_KWh, przy założeniu 1KW.h równej 0,15 €
• Temperatura: w ° Celsjusza
• Wilgotność: w %HR
• Obecność: jeśli ktoś był tutaj między dwoma, wyślij przez Sigfox
• Lumiere: natężenie światła w pomieszczeniu; 0=czarny pokój, 1=ciemny pokój, 2=pomieszczenie oświetlone, 3=jasne pomieszczenie, 4=bardzo jasne pomieszczenie

Życzymy miłej zabawy na desce rozdzielczej!

Krok 8: Przynieś swoją wiedzę

Teraz nasz system jest gotowy, będziemy robić inne projekty.

Jeśli jednak chciałbyś uaktualnić lub ulepszyć system, śmiało wymieniaj się w komentarzach !

Mamy nadzieję, że podsunie Ci kilka pomysłów. Nie zapomnij się nimi podzielić.

Życzymy Ci wszystkiego najlepszego w Twoim projekcie DIY.

Timothee, Florian i Maxence