Ηλεκτρική κατανάλωση & περιβαλλοντική παρακολούθηση μέσω Sigfox: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Περιγραφή

Αυτό το έργο θα σας δείξει πώς να λαμβάνετε την ηλεκτρική κατανάλωση ενός δωματίου σε τριφασική διανομή ισχύος και στη συνέχεια να το στέλνετε σε διακομιστή χρησιμοποιώντας το δίκτυο Sigfox κάθε 10 λεπτά.

Πώς να μετρήσετε την ισχύ;

Πήραμε τρεις σφιγκτήρες ρεύματος από έναν παλιό μετρητή ενέργειας.

Πρόσεχε ! Για την εγκατάσταση των σφιγκτήρων απαιτείται ηλεκτρολόγος. Επίσης, εάν δεν γνωρίζετε ποιο σφιγκτήρα χρειάζεστε για την εγκατάστασή σας, ένας ηλεκτρολόγος μπορεί να σας συμβουλέψει.

Ποιοι μικροελεγκτές θα χρησιμοποιηθούν;

Χρησιμοποιήσαμε την κάρτα Snootlab Akeru που είναι συμβατή με το Arduino.

Λειτουργεί σε όλους τους ηλεκτρικούς μετρητές;

Ναι, μετράμε μόνο το ρεύμα χάρη στους σφιγκτήρες. Μπορείτε λοιπόν να μετρήσετε την κατανάλωση της γραμμής που θέλετε.

Πόσος χρόνος χρειάζεται για να το φτιάξουμε;

Μόλις έχετε όλες τις απαιτήσεις υλικού, ο πηγαίος κώδικας είναι διαθέσιμος στο Github. Έτσι, μέσα σε μία ή δύο ώρες, θα μπορείτε να το κάνετε να λειτουργήσει.

Χρειάζομαι προηγούμενες γνώσεις;

Πρέπει να γνωρίζετε τι κάνετε ηλεκτρικά και πώς να χρησιμοποιείτε το Arduino και το Actoboard.

Για το Arduino και το Actoboard, μπορείτε να μάθετε όλη τη βάση από την Google. Πολύ εύκολο στη χρήση.

Ποιοι είμαστε?

Τα ονόματά μας είναι Florian PARIS, Timothée FERRER-LOUBEAU και Maxence MONTFORT. Είμαστε φοιτητές στο Université Pierre et Marie Curie στο Παρίσι. Αυτό το έργο οδηγείται σε εκπαιδευτικό σκοπό σε μια γαλλική σχολή μηχανικών (Polytech'Paris-UPMC).

Βήμα 1: Sigfox & Actoboard

Τι είναι το Sigfox;

Ο Sigfox χρησιμοποιεί την τεχνολογία ραδιοφώνου στο Ultra Narrow Band (UNB). Η συχνότητα του σήματος είναι περίπου 10Hz-90Hz, επομένως το σήμα είναι δύσκολο να εντοπιστεί λόγω του θορύβου. Ωστόσο, ο Sigfox έχει εφεύρει ένα πρωτόκολλο που μπορεί να αποκρυπτογραφήσει το σήμα στο θόρυβο. Αυτή η τεχνολογία έχει μεγάλη εμβέλεια (έως 40km), επιπλέον η κατανάλωση του τσιπ είναι 1000 φορές λιγότερη από ένα τσιπ GSM. Το τσιπ sigfox έχει μεγάλη διάρκεια ζωής (έως και 10 χρόνια). Παρ 'όλα αυτά, η τεχνολογία sigfox έχει περιορισμούς μετάδοσης (150 μηνύματα των 12 Bytes ανά ημέρα). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το sigfox είναι μια λύση συνδεσιμότητας αφιερωμένη στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT).

Τι είναι το Actoboard;

Το Actoboard είναι μια διαδικτυακή υπηρεσία που επιτρέπει στον χρήστη να δημιουργεί graphes (πίνακες εργαλείων) για να εμφανίζει ζωντανά δεδομένα, έχει πολλές δυνατότητες προσαρμογής χάρη στη δημιουργία του widget. Τα δεδομένα αποστέλλονται από το τσιπ Arduino μας χάρη στην ενσωματωμένη μονάδα Sigfox. Όταν δημιουργείτε ένα νέο γραφικό στοιχείο, πρέπει απλώς να επιλέξετε τη μεταβλητή που σας ενδιαφέρει και, στη συνέχεια, να επιλέξετε το είδος της γραφικής παράστασης που θέλετε να χρησιμοποιήσετε (bar graphe, σύννεφο σημείων …) και τέλος το εύρος παρατήρησης. Η κάρτα μας θα στείλει δεδομένα από απαγωγείς (πίεση, θερμοκρασία, φωτισμός) και από τους τρέχοντες σφιγκτήρες, οι πληροφορίες θα εμφανίζονται καθημερινά και εβδομαδιαίως καθώς και τα χρήματα που δαπανώνται για ηλεκτρική ενέργεια

Βήμα 2: Απαιτήσεις υλικού

Σε αυτό το σεμινάριο, θα χρησιμοποιήσουμε:

• Ένα Snootlab-Akeru
• A Shield Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (μόνο οι σφιγκτήρες)
• Αντίσταση φωτοκυττάρων
• BMP 180
• A SEN11301P
• Ένα RTC

Προσοχή: επειδή έχουμε μόνο το υλικό για να μετρήσουμε το ρεύμα, κάναμε κάποιες υποθέσεις. Δείτε το επόμενο βήμα: ηλεκτρική μελέτη.

-Raspberry PI 2: Χρησιμοποιήσαμε το Raspberry για να δείξουμε τα δεδομένα Actoboard σε μια οθόνη δίπλα στον ηλεκτρικό μετρητή (το βατόμουρο καταλαμβάνει λιγότερο χώρο από έναν συνηθισμένο υπολογιστή).

-Snootlab Akeru: Αυτή η κάρτα Arduino που αριθμεί ακέραια μια μονάδα sigfox περιέχει το λογισμικό παρακολούθησης που μας επιτρέπει να αναλύσουμε δεδομένα από αισθητήρες και να τα στείλουμε στο Actoboard.

-Grove Shield: Είναι μια πρόσθετη μονάδα που είναι συνδεδεμένη στο τσιπ Akeru, χωρά 6 αναλογικές θύρες και 3 θύρες I²C που χρησιμοποιούνται για να συνδέσετε τους αισθητήρες μας

-LEM EMN 100-W4: Αυτοί οι σφιγκτήρες ενισχυτή είναι γαντζωμένοι σε κάθε φάση του ηλεκτρικού μετρητή, χρησιμοποιούμε μια παράλληλη αντίσταση για να λάβουμε μια εικόνα του αναλωμένου ρεύματος με ακρίβεια 1,5%.

-BMP 180: Αυτός ο αισθητήρας μετρά τη θερμοκρασία από -40 έως 80 ° C καθώς και ατμοσφαιρική πίεση από 300 έως 1100 hPa, πρέπει να συνδεθεί σε υποδοχή I2C.

-SEN11301P: Αυτός ο αισθητήρας μας επιτρέπει επίσης τη μέτρηση της θερμοκρασίας (θα χρησιμοποιήσουμε αυτόν για αυτήν τη λειτουργία καθώς είναι πιο ακριβής -> 0,5% αντί για 1 ° C για το BMP180) και υγρασία με ακρίβεια 2%.

-Φωτοαντίσταση: Χρησιμοποιούμε αυτό το στοιχείο για τη μέτρηση της φωτεινότητας, είναι ένας ημιαγωγός υψηλής αντίστασης που μειώνει την αντίστασή του όταν η φωτεινότητα αυξάνεται. Επιλέξαμε πέντε περιθώρια αντίστασης για να περιγράψουμε

Βήμα 3: Ηλεκτρική μελέτη

Πριν προχωρήσετε στον προγραμματισμό, είναι σκόπιμο να γνωρίζετε τα ενδιαφέροντα δεδομένα που πρέπει να ανακτηθούν και πώς να τα αξιοποιήσετε. Για αυτό, πραγματοποιούμε μια ηλεκτροτεχνική μελέτη του έργου.

Επιστρέφουμε το ρεύμα σε γραμμές χάρη στους τρεις σφιγκτήρες ρεύματος (LEM EMN 100-W4). Το ρεύμα περνά στη συνέχεια σε αντίσταση 10 Ohms. Η τάση στα όρια της αντίστασης είναι εικόνα του ρεύματος στην αντίστοιχη γραμμή.

Προσέξτε, στα ηλεκτροτεχνικά η ισχύς σε ένα καλά ισορροπημένο τριφασικό δίκτυο υπολογίζεται από την ακόλουθη σχέση: P = 3*V*I*cos (Phi).

Εδώ, θεωρούμε όχι μόνο ότι το τριφασικό δίκτυο είναι ισορροπημένο αλλά και ότι cos (Phi) = 1. Ένας συντελεστής ισχύος ίσος με 1 περιλαμβάνει φορτία καθαρά αντισταθμιστικά. Αυτό που είναι αδύνατο στην πράξη. Οι εικόνες έντασης των ρευμάτων των γραμμών δειγματίζονται απευθείας σε 1 δευτερόλεπτο στο Snootlab-Akeru. Παίρνουμε την τιμή max κάθε έντασης. Στη συνέχεια, τα προσθέτουμε έτσι ώστε να λάβουμε τη συνολική ποσότητα ρεύματος που καταναλώνει η εγκατάσταση. Στη συνέχεια υπολογίζουμε την πραγματική τιμή με τον ακόλουθο τύπο: Vrms = SUM (Vmax)/SQRT (2)

Στη συνέχεια υπολογίζουμε την πραγματική τιμή του ρεύματος, την οποία βρίσκουμε ρυθμίζοντας την τιμή των αντιστάσεων, καθώς και τον συντελεστή των σφιγκτήρων ρεύματος: Irms = Vrms*res*(1/R) (res είναι η ανάλυση του ADC 4,88mv/bit)

Μόλις είναι γνωστή η πραγματική ποσότητα ρεύματος της εγκατάστασης, υπολογίζουμε την ισχύ με τον τύπο που φαίνεται υψηλότερα. Στη συνέχεια αφαιρούμε την κατανάλωση ενέργειας από αυτήν. Και μετατρέπουμε το αποτέλεσμα kW.h: W = P*t

Υπολογίζουμε τελικά την τιμή σε kW.h λαμβάνοντας υπόψη ότι 1kW.h = 0,15 €. Αγνοούμε το κόστος των συνδρομών.

Βήμα 4: Σύνδεση όλου του συστήματος

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• PHOTOCELL A3
• ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• ΜΠΑΡΟΜΕΤΡΗ 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Βήμα 5: Κατεβάστε τον κώδικα και ανεβάστε τον κώδικα

Τώρα είστε όλοι καλά συνδεδεμένοι, μπορείτε να κατεβάσετε τον κωδικό εδώ:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

Ο κώδικας είναι στα γαλλικά, για όσους χρειάζονται κάποιες εξηγήσεις, μη διστάσετε να ρωτήσετε στα σχόλια.

Τώρα έχετε τον κωδικό, πρέπει να τον ανεβάσετε στο Snootlab-Akeru. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Arduino IDE για να το κάνετε αυτό. Μόλις ανέβει ο κώδικας, μπορείτε να δείτε αν το led ανταποκρίνεται στις κινήσεις σας.

Βήμα 6: Ρύθμιση του Actoboard

Τώρα το σύστημά σας λειτουργεί, μπορείτε να απεικονίσετε τα δεδομένα στο actoboard.com.

Συνδεθείτε με το αναγνωριστικό και τον κωδικό πρόσβασής σας από το Sigfox ή την κάρτα Snootlab-Akeru.

Μόλις ολοκληρωθεί, πρέπει να δημιουργήσετε έναν νέο πίνακα ελέγχου. Μετά από αυτό, μπορείτε να προσθέσετε τα widget που θέλετε στον πίνακα ελέγχου.

Τα δεδομένα φτάνουν στα γαλλικά, οπότε εδώ είναι τα ισοδύναμα:

• Energie_KWh = Ενέργεια (σε KW.h)
• Cout_Total = Συνολική τιμή (υποθέτοντας 1KW.h = 0,15 €)
• Humidite = Υγρασία
• Λουμιέρ = Φως

Βήμα 7: Ανάλυση δεδομένων

Ναι, αυτό είναι το τέλος!

Τώρα μπορείτε να οπτικοποιήσετε τα στατιστικά σας όπως θέλετε. Μερικές εξηγήσεις είναι πάντα καλό για να καταλάβετε πώς αναπτύσσεται:

• Energie_KWh: θα επαναφέρεται κάθε μέρα στις 00:00
• Cout_Total: ανάλογα με Energie_KWh, υποθέτοντας 1KW.h ίσο με 0,15 €
• Θερμοκρασία: σε ° Κελσίου
• Υγρασία: σε %HR
• Παρουσία: εάν κάποιος ήταν εδώ μεταξύ δύο, στείλτε μέσω Sigfox
• Lumiere: η ένταση του φωτός στο δωμάτιο. 0 = μαύρο δωμάτιο, 1 = σκοτεινό δωμάτιο, 2 = φωτιζόμενο δωμάτιο, 3 = φωτεινό δωμάτιο, 4 = πολύ φωτεινό δωμάτιο

Απολαύστε το dahsboard σας!

Βήμα 8: Φέρτε τις γνώσεις σας

Τώρα το σύστημά μας έχει τελειώσει, πρόκειται να κάνουμε άλλα έργα.

Ωστόσο, εάν θέλετε να αναβαθμίσετε ή να βελτιώσετε το σύστημα, μη διστάσετε να ανταλλάξετε στα σχόλια!

Ελπίζουμε να σας δώσει κάποιες ιδέες. Μην ξεχάσετε να τα μοιραστείτε.

Σας ευχόμαστε τα καλύτερα στο έργο σας DIY.

Timothée, Florian και Maxence