Inteligentní systém monitorování energie: 5 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

V Kerale (Indie) je spotřeba energie monitorována a vypočítávána častými návštěvami techniků z oddělení elektřiny/energie v terénu za účelem výpočtu ceny jízdného, což je časově náročný úkol, protože v této oblasti budou tisíce domů. Neexistuje žádné ustanovení pro kontrolu nebo analýzu individuální spotřeby energie domů za určité časové období ani pro vytváření zprávy o toku energie v určité oblasti. To není jen případ Keraly, ale na mnoha místech světa. Navrhuji inteligentní systém monitorování energie s pomocí Arduina, který usnadní inspekci, monitorování, analýzu a výpočet cen jízdného. Systém neustálým nahráváním údajů o spotřebě energie (pomocí jedinečného ID uživatele) do cloudové databáze pomocí cloudového připojení zařízení. Kromě toho umožní generování uživatelsky specifických nebo oblastně specifických tabulek a zpráv k analýze spotřeby energie a energetického toku jednotlivého domu nebo regionu.

Zásoby

1. Arduino Uno
2. LCD displej
3. Senzor proudu (ACS712)

Krok 1: Úvod

V Kerale (Indie) je spotřeba energie monitorována a vypočítávána častými návštěvami techniků z oddělení elektřiny/energie v terénu za účelem výpočtu ceny jízdného, což je časově náročný úkol, protože v této oblasti budou tisíce domů. Neexistuje žádné ustanovení pro kontrolu nebo analýzu individuální spotřeby energie domů za určité časové období ani pro vytváření zprávy o toku energie v určité oblasti. To není jen případ Keraly, ale na mnoha místech světa.

Tento projekt zahrnuje vývoj inteligentního systému monitorování energie, který usnadní inspekci, monitorování, analýzu a výpočet jízdného. Systém dále umožní generování uživatelem nebo oblastí specifických tabulek a zpráv pro analýzu spotřeby energie a toku energie. Systémový modul, kterému bude přidělen jedinečný uživatelský kód k identifikaci konkrétní bytové jednotky, kde je třeba měřit spotřebu energie. Spotřeba energie bude monitorována pomocí snímače proudu připojeného k desce Arduino pomocí analogového připojení. Údaje o spotřebě energie a jedinečný uživatelský kód uživatele budou nahrány do specializované cloudové služby v reálném čase. Data z cloudu budou dostupná a analyzována energetickým oddělením za účelem výpočtu individuální spotřeby energie, generování individuálních a kolektivních energetických diagramů, generování energetických zpráv a podrobné energetické inspekce. Do systému lze integrovat modul LCD displeje pro zobrazení hodnot měření energie v reálném čase. Systém bude fungovat samostatně, pokud je připojen přenosný zdroj energie, jako je baterie se suchým článkem nebo Li-Po baterie.

Krok 2: Pracovní postup

Hlavním cílem tohoto projektu je optimalizace a snížení spotřeby energie uživatelem. Tím se nejen sníží celkové náklady na energii, ale také se ušetří energie.

Napájení ze sítě střídavého proudu je odebíráno a vedeno proudovým senzorem, který je integrován do obvodu domácnosti. Střídavý proud procházející zátěží je snímán modulem proudového senzoru (ACS712) a výstupní data ze senzoru jsou vedena na analogový pin (A0) Arduino UNO. Jakmile Arduino přijme analogový vstup, měření výkonu/energie je uvnitř skici Arduino. Vypočtený výkon a energie se poté zobrazí na modulu LCD displeje. Při analýze střídavých obvodů se napětí i proud mění sinusově s časem.

Skutečná síla (P): Toto je síla, kterou zařízení používá k výrobě užitečné práce. Udává se v kW.

Skutečný výkon = napětí (V) x proud (I) x cosΦ

Reaktivní výkon (Q): Tomu se často říká imaginární výkon, což je míra výkonu oscilujícího mezi zdrojem a zátěží, což nepůsobí užitečně. Vyjadřuje se v kVAr

Jalový výkon = napětí (V) x proud (I) x sinΦ

Zdánlivý výkon (S): Je definován jako součin napětí Root-Mean-Square (RMS) a proudu RMS. To lze také definovat jako výslednici skutečného a jalového výkonu. Vyjadřuje se v kVA

Zdánlivý výkon = napětí (V) x proud (I)

Vztah mezi skutečnou, reaktivní a zdánlivou silou:

Skutečná síla = zdánlivá síla x cosΦ

Reaktivní výkon = zdánlivý výkon x sinΦ

Jsme znepokojeni pouze skutečnou silou pro analýzu.

Účiník (pf): Poměr skutečného výkonu ke zdánlivému výkonu v obvodu se nazývá účiník.

Účiník = skutečný výkon/zdánlivý výkon

Můžeme tedy měřit všechny formy výkonu i účiníku měřením napětí a proudu v obvodu. Následující část pojednává o krocích podniknutých k získání měření, která jsou nutná pro výpočet spotřeby energie.

Střídavý proud se běžně měří pomocí proudového transformátoru. Jako aktuální snímač byl vybrán ACS712 kvůli jeho nízké ceně a menší velikosti. Proudový senzor ACS712 je proudový snímač s Hallovým efektem, který přesně měří proud, když je indukován. Je detekováno magnetické pole kolem střídavého vodiče, které dává ekvivalentní analogové výstupní napětí. Analogový napěťový výstup je pak zpracován mikrokontrolérem k měření průtoku proudu zátěží.

Hall Effect je produkce rozdílu napětí (Hallovo napětí) přes elektrický vodič, příčně k elektrickému proudu ve vodiči a magnetickému poli kolmému na proud.

Krok 3: Testování

Zde je aktualizován zdrojový kód.

Obrázek znázorňuje sériový výstup z výpočtu energie.

Krok 4: Prototyp

Krok 5: Reference

instructables.com, electronicshub.org