Consumo eléctrico y monitoreo ambiental a través de Sigfox: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Descripción

Este proyecto le mostrará cómo obtener el consumo eléctrico de una habitación en una distribución de energía trifásica y luego enviarlo a un servidor usando la red Sigfox cada 10 minutos.

¿Cómo medir la potencia?

Tenemos tres pinzas amperimétricas de un medidor de energía antiguo.

Ten cuidado ! Se necesita un electricista para la instalación de las abrazaderas. Además, si no sabes qué abrazadera necesitas para tu instalación, un electricista te puede asesorar.

¿Qué microcontroladores se utilizarán?

Usamos la tarjeta Snootlab Akeru que es compatible con Arduino.

¿Funciona con todos los medidores eléctricos?

Sí, medimos solo la corriente gracias a las pinzas. Para que puedas contar el consumo de la línea que quieras.

¿Cuánto tiempo se tarda en hacerlo?

Una vez que tenga todos los requisitos de hardware, el código fuente estará disponible en Github. Entonces, dentro de una hora o dos, podrá hacerlo funcionar.

¿Necesito algún conocimiento previo?

Necesita saber qué está haciendo eléctricamente y cómo usar Arduino y Actoboard.

Para Arduino y Actoboard, puede aprender todas las bases de Google. Muy facil de usar.

¿Quienes somos?

Nuestros nombres son Florian PARIS, Timothée FERRER - LOUBEAU y Maxence MONTFORT. Somos estudiantes de la Université Pierre et Marie Curie de París. Este proyecto tiene un propósito educativo en una escuela de ingeniería francesa (Polytech'Paris-UPMC).

Paso 1: Sigfox y Actoboard

¿Qué es Sigfox?

Sigfox utiliza la tecnología de radio en Ultra Narrow Band (UNB). La frecuencia de la señal es de alrededor de 10Hz-90Hz, por lo tanto, la señal es difícil de detectar debido al ruido. Sin embargo, Sigfox ha inventado un protocolo que puede descifrar la señal en el ruido. Esta tecnología tiene un gran alcance (hasta 40km), además el consumo del chip es 1000 veces menor que el de un chip GSM. El chip sigfox tiene una gran vida útil (hasta 10 años). Sin embargo, la tecnología sigfox tiene una limitación de transmisión (150 mensajes de 12 Bytes por día). Es por eso que sigfox es una solución de conectividad dedicada al Internet de las cosas (IoT).

¿Qué es Actoboard?

Actoboard es un servicio en línea que permite al usuario crear gráficos (dashboards) para mostrar datos en vivo, tiene muchas posibilidades de personalización gracias a la creación de widgets. Los datos se envían desde nuestro chip Arduino gracias a un módulo Sigfox integrado. Cuando creas un nuevo widget, solo tienes que seleccionar la variable que te interesa y luego elegir el tipo de gráfico que quieres usar (gráfico de barras, nube de puntos…) y finalmente el lapso de observación. Nuestra tarjeta enviará datos de captores (presión, temperatura, iluminación) y de las pinzas de corriente, se mostrará la información diaria y semanalmente así como el dinero gastado en electricidad.

Paso 2: requisitos de hardware

En este tutorial, usaremos:

• Un Snootlab-Akeru
• Un escudo Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (solo las abrazaderas)
• Una resistencia de fotocélula
• Un BMP 180
• A SEN11301P
• Un RTC

Cuidado: debido a que solo tenemos el hardware para medir la corriente, hicimos algunas suposiciones. Ver siguiente paso: estudio eléctrico.

-Raspberry PI 2: Utilizamos la Raspberry para mostrar los datos de Actoboard en una pantalla junto al contador eléctrico (la frambuesa ocupa menos espacio que un ordenador habitual).

-Snootlab Akeru: Esta tarjeta Arduino que integra un módulo sigfox contiene el software de monitoreo que nos permite analizar los datos de los sensores y enviarlos a Actoboard.

-Grove Shield: Es un módulo adicional que se conecta al chip Akeru, tiene 6 puertos analógicos y 3 puertos I²C que se utilizan para conectar nuestros sensores.

-LEM EMN 100-W4: Estas pinzas amplificadoras se enganchan a cada fase del medidor eléctrico, utilizamos una resistencia en paralelo para obtener una imagen de la corriente consumida con una precisión de 1.5%.

-BMP 180: Este sensor mide la temperatura de -40 a 80 ° C, así como la presión ambiental de 300 a 1100 hPa, debe conectarse a una ranura I2C.

-SEN11301P: Este sensor también nos permite medir la temperatura (usaremos este para esa función ya que es más preciso -> 0.5% en lugar de 1 ° C para el BMP180) y la humedad con un 2% de precisión.

-Fotoresistor: Usamos ese componente para medir el brillo, es un semiconductor altamente resistivo que baja su resistencia cuando aumenta el brillo. Elegimos cinco tramos de resistividad para describir

Paso 3: Estudio eléctrico

Antes de lanzarse a la programación, es recomendable conocer los datos interesantes a recuperar y cómo explotarlos. Para ello, realizamos un estudio electrotécnico del proyecto.

Recuperamos la corriente en líneas gracias a las tres pinzas amperimétricas (LEM EMN 100-W4). La corriente pasa entonces en una resistencia de 10 ohmios. La tensión en los bordes de la resistencia es imagen de la corriente en la línea correspondiente.

Cuidado, en electrotécnica la potencia en una red trifásica bien equilibrada se calcula mediante la siguiente relación: P = 3 * V * I * cos (Phi).

Aquí, consideramos no solo que la red trifásica está balanceada sino también que cos (Phi) = 1. Un factor de potencia igual a 1 implica cargas puramente resistivas. Lo que es imposible en la práctica. Las imágenes de tensión de las corrientes de líneas se muestrean directamente durante 1 segundo en el Snootlab-Akeru. Recuperamos el valor máximo de cada tensión. Luego, los sumamos para obtener la cantidad total de corriente consumida por la instalación. Calculamos entonces el valor efectivo mediante la siguiente fórmula: Vrms = SUM (Vmax) / SQRT (2)

Calculamos entonces el valor real de la corriente, que encontramos configurando contar el valor de las resistencias, así como el coeficiente de las pinzas amperimétricas: Irms = Vrms * res * (1 / R) (res es la resolución de la ADC 4,88 mv / bit)

Una vez que se conoce la cantidad efectiva de corriente de la instalación, calculamos la potencia por la fórmula vista más alta. Luego deducimos de él la energía consumida. Y convertimos el resultado kW.h: W = P * t

Calculamos finalmente el precio en kW.h considerando que 1kW.h = 0,15 €. Descuidamos los costos de las suscripciones.

Paso 4: Conexión de todo el sistema

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• FOTOCÉLULA A3
• DETECTEUR 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• BARÓMETRO 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Paso 5: descargue el código y cargue el código

Ahora que está todo bien conectado, puede descargar el código aquí:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

El código está en francés, para aquellos que necesiten algunas explicaciones, no dude en preguntar en los comentarios.

Ahora que tiene el código, debe cargarlo en el Snootlab-Akeru. Puede usar el IDE de Arduino para hacer eso. Una vez que se carga el código, puede ver si el LED está respondiendo a sus movimientos.

Paso 6: configurar Actoboard

Ahora que su sistema está funcionando, puede visualizar los datos en actoboard.com.

Conectarte con tu ID y contraseña recibidos de Sigfox o la tarjeta Snootlab-Akeru.

Una vez hecho esto, debe crear un nuevo tablero. Después de eso, puede agregar los widgets que desee en el tablero.

Los datos llegan en francés, así que aquí están los equivalentes:

• Energie_KWh = Energía (en KW.h)
• Cout_Total = Precio total (asumiendo 1KW.h = 0,15 €)
• Humidita = Humedad
• Lumiere = Luz

Paso 7: análisis de datos

¡Sí, este es el final!

Ahora puede visualizar sus estadísticas de la forma que desee. Algunas explicaciones siempre es bueno para entender cómo se desarrolla:

• Energie_KWh: se reiniciará todos los días a las 00:00
• Cout_Total: dependiendo de Energie_KWh, asumiendo 1KW.h igual a 0,15 €
• Temperatura: en ° Celsius
• Humidita: en% HR
• Presencia: si alguien estuvo aquí entre dos, envíe a través de Sigfox
• Lumiere: la intensidad de la luz en la habitación; 0 = habitación negra, 1 = habitación oscura, 2 = habitación iluminada, 3 = habitación luminosa, 4 = habitación muy luminosa

¡Disfruta tu dahsboard!

Paso 8: ¡Traiga su conocimiento

Ahora que nuestro sistema está listo, vamos a hacer otros proyectos.

Sin embargo, si desea actualizar o mejorar el sistema, ¡no dude en intercambiar comentarios!

Esperamos que te dé algunas ideas. No olvide compartirlos.

Te deseamos lo mejor en tu proyecto de bricolaje.

Timothée, Florian y Maxence