Мониторинг потребления электроэнергии и окружающей среды с помощью Sigfox: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Описание

Этот проект покажет вам, как получить данные о потреблении электроэнергии в помещении при трехфазном распределении электроэнергии, а затем отправлять его на сервер через сеть Sigfox каждые 10 минут.

Как измерить мощность?

Мы получили три токоизмерительных клещи от старого счетчика электроэнергии.

Будь осторожен ! Для установки хомутов необходим электрик. Также, если вы не знаете, какой зажим вам нужен для установки, электрик может посоветовать вам.

Какие микроконтроллеры будут использоваться?

Мы использовали карту Snootlab Akeru, совместимую с Arduino.

Работает ли на всех электросчетчиках?

Да, благодаря зажимам мы измеряем только ток. Таким образом, вы можете посчитать потребление нужной линии.

Сколько времени нужно, чтобы это сделать?

Если у вас есть все требования к оборудованию, исходный код доступен на Github. Так что через час или два вы сможете заставить его работать.

Нужны ли мне какие-либо предыдущие знания?

Вам нужно знать, что вы делаете электрически и как использовать Arduino и Actoboard.

Для Arduino и Actoboard вы можете изучить все основы от Google. Очень проста в использовании.

Кто мы?

Наши имена - Флориан ПАРИЖ, Тимоти ФЕРРЕ-ЛУБО и Максенс МОНФОРТ. Мы студенты Парижского университета Пьера и Марии Кюри. Этот проект осуществляется с образовательной целью во французской инженерной школе (Polytech'Paris-UPMC).

Шаг 1: Sigfox и Actoboard

Что такое Sigfox?

Sigfox использует радиотехнологию в сверхузком диапазоне (UNB). Частота сигнала составляет примерно 10–90 Гц, поэтому сигнал трудно обнаружить из-за шума. Однако Sigfox изобрел протокол, который может расшифровать сигнал в шуме. Эта технология имеет большой радиус действия (до 40 км), при этом потребление чипа в 1000 раз меньше, чем у чипа GSM. Микросхема sigfox имеет большой срок службы (до 10 лет). Тем не менее, технология sigfox имеет ограничение на передачу (150 сообщений по 12 байт в день). Вот почему sigfox - это решение для подключения к Интернету вещей (IoT).

Что такое Actoboard?

Actoboard - это онлайн-сервис, который позволяет пользователю создавать графики (информационные панели) для отображения данных в реальном времени, он имеет множество возможностей настройки благодаря созданию виджета. Данные отправляются с нашего чипа Arduino благодаря встроенному модулю Sigfox. Когда вы создаете новый виджет, вам просто нужно выбрать интересующую вас переменную, а затем выбрать вид графика, который вы хотите использовать (гистограмма, облако точек…) и, наконец, диапазон наблюдения. Наша карта будет отправлять данные от похитителей (давление, температура, освещение) и от текущих зажимов, информация будет отображаться ежедневно и еженедельно, а также деньги, потраченные на электричество.

Шаг 2: Требования к оборудованию

В этом уроке мы будем использовать:

• Снотлаб-Акеру
• Щит Arduino Seeed Studio
• А ЛЕМ ЭМН 100-В4 (только хомуты)
• Фотоэлемент резистор
• БМП 180
• A SEN11301P
• RTC

Осторожно: поскольку у нас есть только оборудование для измерения силы тока, мы сделали некоторые предположения. См. Следующий шаг: электрические исследования.

-Raspberry PI 2: мы использовали Raspberry для отображения данных Actoboard на экране рядом с электросчетчиком (Raspberry занимает меньше места, чем обычный компьютер).

-Snootlab Akeru: эта карта Arduino, которая включает в себя модуль sigfox, содержит программное обеспечение для мониторинга, которое позволяет нам анализировать данные с датчиков и отправлять их на Actoboard.

-Grove Shield: это дополнительный модуль, который подключается к микросхеме Akeru, он содержит 6 аналоговых портов и 3 порта I²C, которые используются для подключения наших датчиков.

-LEM EMN 100-W4: Эти зажимы усилителя подключаются к каждой фазе электросчетчика, мы используем параллельный резистор для получения изображения потребляемого тока с точностью 1,5%.

-BMP 180: этот датчик измеряет температуру от -40 до 80 ° C, а также атмосферное давление от 300 до 1100 гПа, он должен быть подключен к разъему I2C.

-SEN11301P: Этот датчик также позволяет нам измерять температуру (мы будем использовать этот датчик для этой функции, поскольку он более точен -> 0,5% вместо 1 ° C для BMP180) и влажность с точностью 2%.

-Фоторезистор: мы используем этот компонент для измерения яркости, это очень резистивный полупроводник, который снижает его сопротивление при повышении яркости. Мы выбрали пять диапазонов удельного сопротивления для описания

Шаг 3: Электрическое исследование

Прежде чем приступить к программированию, желательно узнать, какие интересные данные нужно вернуть, и как их использовать. Для этого мы проводим электротехническую проработку проекта.

Мы возвращаем ток в линии благодаря трем токовым клещам (LEM EMN 100-W4). Затем ток проходит через сопротивление 10 Ом. Напряжение в границах сопротивления - это изображение тока в соответствующей строке.

Обратите внимание, в электротехнике мощность в сбалансированной трехфазной сети рассчитывается следующим соотношением: P = 3 * V * I * cos (Phi).

Здесь мы учитываем не только то, что трехфазная сеть сбалансирована, но и то, что cos (Phi) = 1. Коэффициент мощности, равный 1, включает в себя исключительно резистивные нагрузки. Что невозможно на практике. Изображения напряжений токов линий снимаются непосредственно в течение 1 секунды на Snootlab-Akeru. Мы возвращаем значение max каждого напряжения. Затем мы складываем их, чтобы получить общее количество тока, потребляемого установкой. Затем вычисляем эффективное значение по следующей формуле: Vrms = SUM (Vmax) / SQRT (2)

Затем мы вычисляем реальное значение тока, которое мы находим, задавая значение счетчика сопротивлений, а также коэффициент токовых клещей: Irms = Vrms * res * (1 / R) (res - разрешение АЦП 4,88 мВ / бит)

Как только эффективная сила тока установки известна, мы рассчитываем мощность по формуле, показанной выше. Затем мы вычитаем из него затраченную энергию. И конвертируем результат кВт.ч: W = P * t

Окончательно рассчитаем цену в кВт.ч, учитывая, что 1 кВт.ч = 0,15 €. Мы пренебрегаем расходами на подписку.

Шаг 4: Подключение всей системы

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• ФОТОЭЛЕМЕНТ A3
• ДЕТЕКТОР 7
• Светодиод 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• БАРОМЕТР 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Шаг 5. Загрузите код и загрузите код

Теперь у вас все хорошо подключено, вы можете скачать код здесь:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

Код на французском языке, для тех, кому нужны пояснения, не стесняйтесь спрашивать в комментариях.

Теперь у вас есть код, его нужно загрузить в Snootlab-Akeru. Для этого вы можете использовать Arduino IDE. После загрузки кода вы можете увидеть, реагирует ли светодиод на ваши движения.

Шаг 6: Установите Actoboard

Теперь ваша система работает, вы можете визуализировать данные на actoboard.com.

Свяжите вас с вашим идентификатором и паролем, полученным от Sigfox или карты Snootlab-Akeru.

Как только это будет сделано, вам нужно создать новую панель управления. После этого вы можете добавить желаемые виджеты на панель управления.

Данные поступают на французском языке, поэтому вот эквиваленты:

• Energie_KWh = Энергия (в кВт.ч)
• Cout_Total = Общая цена (при условии, что 1 кВт.ч = 0,15 €)
• Гумидит = Влажность
• Люмьер = Свет

Шаг 7: Анализ данных

Да это конец!

Теперь вы можете визуализировать свою статистику так, как хотите. Некоторые объяснения всегда полезны, чтобы понять, как это происходит:

• Energie_KWh: сбрасывается каждый день в 00:00
• Cout_Total: в зависимости от Energie_KWh, при условии, что 1KW.h равняется 0,15 €
• Температура: в ° Цельсия
• Гумидит: в% HR
• Присутствие: если кто-то был между двумя, отправьте через Sigfox
• Люмьер: интенсивность света в комнате; 0 = черная комната, 1 = темная комната, 2 = освещенная комната, 3 = светлая комната, 4 = очень светлая комната

Наслаждайтесь своей доской!

Шаг 8: поделитесь своими знаниями

Теперь наша система готова, мы займемся другими проектами.

Однако, если вы хотите обновить или улучшить систему, не стесняйтесь обмениваться в комментариях!

Мы надеемся, что это даст вам некоторые идеи. Не забудьте поделиться ими.

Желаем вам всего наилучшего в вашем проекте DIY.

Тимоти, Флориан и Максенс