Elektrická spotřeba a monitorování životního prostředí přes Sigfox: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Popis

Tento projekt vám ukáže, jak získat elektrickou spotřebu místnosti na třífázové distribuci energie a poté ji každých 10 minut odeslat na server pomocí sítě Sigfox.

Jak změřit sílu?

Ze starého měřiče energie jsme dostali tři proudové kleště.

Buď opatrný ! Pro instalaci svorek je zapotřebí elektrikář. Také pokud nevíte, jakou svorku pro vaši instalaci potřebujete, může vám poradit elektrikář.

Které mikrokontroléry budou použity?

Použili jsme kartu Snootlab Akeru, která je kompatibilní s Arduino.

Funguje to na všech elektromerech?

Ano, díky svorkám měříme pouze proud. Můžete tedy spočítat spotřebu linky, kterou chcete.

Jak dlouho to trvá?

Jakmile budete mít všechny hardwarové požadavky, zdrojový kód je k dispozici na Githubu. Takže do hodiny nebo dvou to zvládnete.

Potřebuji nějaké předchozí znalosti?

Musíte vědět, co děláte elektricky a jak používat Arduino a Actoboard.

Pro Arduino a Actoboard se můžete naučit všechny základy od Googlu. Velmi snadné použití.

Kdo jsme?

Jmenujeme se Florian PARIS, Timothée FERRER-LOUBEAU a Maxence MONTFORT. Jsme studenti na Université Pierre et Marie Curie v Paříži. Tento projekt je zaměřen na vzdělávací účely ve francouzské technické škole (Polytech'Paris-UPMC).

Krok 1: Sigfox a Actoboard

Co je Sigfox?

Sigfox využívá rádiovou technologii v Ultra Narrow Band (UNB). Frekvence signálu je kolem 10Hz-90Hz, proto je signál kvůli šumu těžko detekovatelný. Sigfox však vynalezl protokol, který dokáže dešifrovat signál v šumu. Tato technologie má velký dosah (až 40 km), navíc spotřeba čipu je 1000krát menší než čip GSM. Čip sigfox má skvělou životnost (až 10 let). Technologie sigfox má nicméně omezení přenosu (150 zpráv o 12 bytech za den). Proto je sigfox konektivním řešením určeným pro internet věcí (IoT).

Co je Actoboard?

Actoboard je online služba, která umožňuje uživateli vytvářet grafy (dashboardy) za účelem zobrazování živých dat, díky vytváření widgetů má mnoho možností přizpůsobení. Data jsou odesílána z našeho čipu Arduino díky integrovanému modulu Sigfox. Když vytvoříte nový widget, stačí vybrat proměnnou, která vás zajímá, a poté zvolit druh grafu, který chcete použít (sloupcový graf, oblak bodů…) a nakonec rozsah pozorování. Naše karta bude odesílat data z únosců (tlak, teplota, osvícení) a ze současných kleští, informace se budou zobrazovat denně a týdně, stejně jako peníze vynaložené na elektřinu

Krok 2: Hardwarové požadavky

V tomto tutoriálu budeme používat:

• Snootlab-Akeru
• Štít Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (pouze svorky)
• Odpor fotobuňky
• BMP 180
• SEN11301P
• RTC

Pozor: protože máme pouze hardware pro měření proudu, udělali jsme několik předpokladů. Viz další krok: elektrická studie.

-Raspberry PI 2: Použili jsme Raspberry, abychom ukázali data Actoboard na obrazovce vedle elektroměru (malina zabírá méně místa než obvyklý počítač).

-Snootlab Akeru: Tato karta Arduino, která obsahuje modul sigfox, obsahuje monitorovací software, který nám umožňuje analyzovat data ze senzorů a odeslat je do Actoboard.

-Grove Shield: Jedná se o přídavný modul, který je zapojen na čipu Akeru, obsahuje 6 analogových portů a 3 porty I²C, které slouží k připojení našich senzorů

-LEM EMN 100-W4: Tyto zesilovačové kleště jsou připojeny ke každé fázi elektroměru, k získání obrazu spotřebovaného proudu s přesností 1,5% používáme paralelní odpor.

-BMP 180: Tento senzor měří teplotu od -40 do 80 ° C a také okolní tlak od 300 do 1100 hPa, musí být zapojen do slotu I2C.

-SEN11301P: Tento senzor nám také umožňuje měřit teplotu (tuto funkci použijeme pro tuto funkci, protože je přesnější -> 0,5% místo 1 ° C pro BMP180) a vlhkost s přesností 2%.

-Fotorezistor: Tuto součástku používáme k měření jasu, je to vysoce odporový polovodič, který snižuje svůj odpor, když jas stoupá. K popisu jsme vybrali pět polí odporu

Krok 3: Elektrická studie

Než se vrhnete do programování, je vhodné znát zajímavá data, která je třeba získat zpět, a jak je využít. Za tímto účelem realizujeme elektrotechnickou studii projektu.

Díky třem proudovým svorkám (LEM EMN 100-W4) získáváme zpět proud v linkách. Proud pak prochází odporem 10 ohmů. Napětí v hranicích odporu je obrazem proudu v odpovídající linii.

Pozor, v elektrotechnice se výkon na dobře vyvážené třífázové síti počítá s následujícím vztahem: P = 3*V*I*cos (Phi).

Zde uvažujeme nejen to, že je třífázová síť vyvážená, ale také to, že cos (Phi) = 1. Účiník rovný 1 zahrnuje čistě zátěžová zatížení. Co je v praxi nemožné. Napěťové obrazy proudů čar jsou přímo vzorkovány po dobu 1 sekundy na Snootlab-Akeru. Získáme zpět maximální hodnotu každého napětí. Poté je přidáme, abychom získali celkové množství proudu spotřebovaného instalací. Efektivní hodnotu pak vypočítáme podle následujícího vzorce: Vrms = SUM (Vmax)/SQRT (2)

Poté vypočítáme skutečnou hodnotu proudu, kterou zjistíme nastavením počtu odporů a koeficientu proudových kleští: Irms = Vrms*res*(1/R) (res je rozlišení ADC 4,88 mv/bit)

Jakmile je známé efektivní množství proudu instalace, vypočítáme výkon podle vzorce uvedeného výše. Potom z něj odečteme spotřebovanou energii. A převedeme výsledek kW.h: W = P*t

Nakonec vypočítáme cenu v kW.h s ohledem na to, že 1kW.h = 0,15 €. Náklady na předplatné zanedbáváme.

Krok 4: Připojení celého systému

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

Krok 5: Stáhněte si kód a nahrajte kód

Nyní máte vše dobře připojeno, můžete si stáhnout kód zde:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

Kód je ve francouzštině, pro ty, kteří potřebují nějaké vysvětlení, se klidně ptejte v komentářích.

Nyní máte kód, musíte jej nahrát do Snootlab-Akeru. K tomu můžete použít IDE Arduino. Jakmile je kód nahrán, můžete zjistit, zda dioda LED reaguje na vaše pohyby.

Krok 6: Nastavte Actoboard

Nyní váš systém funguje, data můžete vizualizovat na actoboard.com.

Spojte se svým ID a heslem, které obdržíte od karty Sigfox nebo Snootlab-Akeru.

Jakmile to bude hotové, musíte vytvořit nový řídicí panel. Poté můžete na ovládací panel přidat požadované widgety.

Data přicházejí ve francouzštině, takže zde jsou ekvivalenty:

• Energie_KWh = Energie (v KW.h)
• Cout_Total = Celková cena (za předpokladu 1KW.h = 0,15 €)
• Humidit = Vlhkost
• Lumiere = Světlo

Krok 7: Analýza dat

Ano, to je konec!

Nyní můžete své statistiky vizualizovat tak, jak chcete. Některá vysvětlení je vždy dobré pochopit, jak se vyvíjí:

• Energie_KWh: bude resetováno každý den v 00:00
• Cout_Total: v závislosti na Energie_KWh, za předpokladu, že 1KW.h se rovná 0,15 €
• Teplota: ve ° Celsia
• Humidit: v %HR
• Přítomnost: pokud tu někdo byl mezi dvěma, pošlete přes Sigfox
• Lumiere: intenzita světla v místnosti; 0 = černá místnost, 1 = tmavá místnost, 2 = osvětlená místnost, 3 = světlá místnost, 4 = velmi světlá místnost

Užijte si svůj dahsboard!

Krok 8: Přineste své znalosti

Nyní je náš systém hotový, chystáme se dělat další projekty.

Pokud byste však chtěli systém upgradovat nebo vylepšit, klidně si je vyměňte v komentářích!

Doufáme, že vám to dá nějaké nápady. Nezapomeňte je sdílet.

Přejeme vám to nejlepší ve vašem DIY projektu.

Timothée, Florian a Maxence