Consumo elettrico e monitoraggio ambientale tramite Sigfox: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Descrizione

Questo progetto ti mostrerà come ottenere il consumo elettrico di una stanza su una distribuzione di alimentazione trifase e quindi inviarlo a un server utilizzando la rete Sigfox ogni 10 minuti.

Come misurare la potenza?

Abbiamo preso tre pinze amperometriche da un vecchio contatore di energia.

Stai attento ! Per l'installazione dei morsetti è necessario un elettricista. Inoltre, se non sai quale pinza ti serve per la tua installazione, un elettricista può consigliarti.

Quali microcontrollori verranno utilizzati?

Abbiamo usato la scheda Snootlab Akeru che è compatibile con Arduino.

Funziona su tutti i contatori elettrici?

Sì, misuriamo solo la corrente grazie alle pinze. Così puoi contare i consumi della linea che vuoi.

Quanto tempo ci vuole per realizzarlo?

Una volta che hai tutti i requisiti hardware, il codice sorgente è disponibile su Github. Quindi, entro un'ora o due, sarai in grado di farlo funzionare.

Ho bisogno di conoscenze pregresse?

Devi sapere cosa fai elettricamente e come usare Arduino e Actoboard.

Per Arduino e Actoboard, puoi imparare tutte le basi da Google. Molto facile da usare.

Chi siamo noi?

I nostri nomi sono Florian PARIS, Timothée FERRER--LOUBEAU e Maxence MONTFORT. Siamo studenti dell'Université Pierre et Marie Curie di Parigi. Questo progetto ha uno scopo educativo in una scuola di ingegneria francese (Polytech'Paris-UPMC).

Passaggio 1: Sigfox e Actoboard

Cos'è Sigfox?

Sigfox utilizza la tecnologia radio in Ultra Narrow Band (UNB). La frequenza del segnale è di circa 10Hz-90Hz, quindi il segnale è difficile da rilevare a causa del rumore. Tuttavia Sigfox ha inventato un protocollo in grado di decifrare il segnale nel rumore. Questa tecnologia ha una grande portata (fino a 40km), inoltre il consumo del chip è 1000 volte inferiore a quello di un chip GSM. Il chip sigfox ha una durata eccezionale (fino a 10 anni). Tuttavia la tecnologia sigfox ha una limitazione di trasmissione (150 messaggi di 12 Byte al giorno). Ecco perché sigfox è una soluzione di connettività dedicata all'Internet of Things (IoT).

Cos'è Actoboard?

Actoboard è un servizio online che permette all'utente di creare grafici (dashboard) per mostrare dati in tempo reale, ha molte possibilità di personalizzazione grazie alla creazione di widget. I dati vengono inviati dal nostro chip Arduino grazie a un modulo Sigfox integrato. Quando crei un nuovo widget, devi solo selezionare la variabile che ti interessa e poi scegliere il tipo di grafico che vuoi usare (grafico a barre, nuvola di punti…) e infine l'intervallo di osservazione. La nostra scheda invierà i dati dei rapitori (pressione, temperatura, illuminazione) e delle pinze di corrente, le informazioni verranno mostrate giornalmente e settimanalmente così come i soldi spesi per l'elettricità

Passaggio 2: requisiti hardware

In questo tutorial, useremo:

• A Snootlab-Akeru
• Uno scudo Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (solo i morsetti)
• Una resistenza fotocellula
• Un BMP 180
• A SEN11301P
• un RTC

Attenzione: poiché abbiamo solo l'hardware per misurare la corrente, abbiamo fatto alcune ipotesi. Vedi il prossimo passo: studio elettrico.

-Raspberry PI 2: Abbiamo utilizzato il Raspberry per mostrare i dati di Actoboard su uno schermo vicino al contatore elettrico (il lampone occupa meno spazio di un normale computer).

-Snootlab Akeru: Questa scheda Arduino che integra un modulo sigfox contiene il software di monitoraggio che ci permette di analizzare i dati dai sensori e di inviarli ad Actoboard.

-Grove Shield: è un modulo aggiuntivo che è collegato al chip Akeru, contiene 6 porte analogiche e 3 porte I²C che vengono utilizzate per collegare i nostri sensori

-LEM EMN 100-W4: Queste pinze amperometriche sono agganciate a ciascuna fase del contatore elettrico, utilizziamo un resistore in parallelo per ottenere un'immagine della corrente consumata con una precisione dell'1,5%.

-BMP 180: Questo sensore misura la temperatura da -40 a 80°C e la pressione ambiente da 300 a 1100 hPa, deve essere collegato a uno slot I2C.

-SEN11301P: Questo sensore ci permette anche di misurare la temperatura (lo useremo per quella funzione in quanto è più preciso -> 0,5% invece di 1°C per il BMP180) e l'umidità con una precisione del 2%.

-Fotoresistenza: usiamo quel componente per misurare la luminosità, è un semiconduttore altamente resistivo che abbassa la sua resistenza quando la luminosità aumenta. Abbiamo scelto cinque campate di resistività per descrivere

Passaggio 3: studio elettrico

Prima di lanciarsi nella programmazione, è consigliabile conoscere i dati interessanti da recuperare e come sfruttarli. Per esso, realizziamo uno studio elettrotecnico del progetto.

Recuperiamo la corrente nelle linee grazie alle tre pinze amperometriche (LEM EMN 100-W4). La corrente passa quindi in una resistenza di 10 Ohm. La tensione nei bordi della resistenza è immagine della corrente nella linea corrispondente.

Attenzione, in elettrotecnica la potenza su una rete trifase ben bilanciata si calcola con la seguente relazione: P=3*V*I*cos(Phi).

Qui consideriamo non solo che la rete trifase è bilanciata ma anche che cos(Phi)=1. Un fattore di potenza pari a 1 coinvolge carichi puramente resistivi. Ciò che è impossibile in pratica. Le immagini delle tensioni delle correnti di linee vengono campionate direttamente in 1 secondo sullo Snootlab-Akeru. Recuperiamo il valore max di ogni tensione. Quindi, li aggiungiamo in modo da ottenere la quantità totale di corrente consumata dall'impianto. Calcoliamo quindi il valore effettivo con la seguente formula: Vrms=SUM(Vmax)/SQRT(2)

Calcoliamo quindi il valore reale della corrente, che troviamo impostando count il valore delle resistenze, nonché il coefficiente delle pinze amperometriche: Irms=Vrms*res*(1/R) (res è la risoluzione del ADC 4,88 mv/bit)

Una volta nota la quantità effettiva di corrente dell'impianto, calcoliamo la potenza con la formula vista più in alto. Deduciamo quindi l'energia consumata da esso. E convertiamo il risultato kW.h: W=P*t

Calcoliamo infine il prezzo in kW.h considerando che 1kW.h=0.15€. Trascuriamo i costi degli abbonamenti.

Passaggio 4: collegamento di tutto il sistema

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 LA2
• FOTOCELLULA A3
• RILEVATORE 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• BAROMETRO 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Passaggio 5: scarica il codice e carica il codice

Ora che siete tutti ben collegati, potete scaricare il codice qui:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

Il codice è in francese, per chi avesse bisogno di alcune spiegazioni, non esitate a chiedere nei commenti.

Ora hai il codice, devi caricarlo nello Snootlab-Akeru. Puoi usare l'IDE di Arduino per farlo. Una volta caricato il codice, puoi vedere se il led risponde ai tuoi movimenti.

Passaggio 6: impostare Actoboard

Ora che il tuo sistema funziona, puoi visualizzare i dati su actoboard.com.

Collegati con il tuo ID e password ricevi da Sigfox o dalla carta Snootlab-Akeru.

Una volta fatto, devi creare una nuova dashboard. Dopodiché puoi aggiungere i widget che desideri sulla dashboard.

I dati arrivano in francese, quindi ecco gli equivalenti:

• Energia_KWh = Energia (in KW.h)
• Cout_Total = Prezzo totale (assumendo 1KW.h = 0,15€)
• Umidite = Umidità
• Lumiere = Luce

Passaggio 7: analisi dei dati

Sì, questa è la fine!

Ora puoi visualizzare le tue statistiche nel modo che preferisci. Qualche spiegazione fa sempre bene capire come si sviluppa:

• Energie_KWh: verrà azzerato ogni giorno alle 00:00
• Cout_Total: in funzione di Energie_KWh, assumendo 1KW.h pari a 0,15€
• Temperatura: in °Celsius
• Umidità: in %HR
• Presenza: se qualcuno fosse qui tra due inviare tramite Sigfox
• Lumiere: l'intensità della luce nella stanza; 0=stanza nera, 1=stanza buia, 2=stanza illuminata, 3=stanza chiara, 4=stanza molto chiara

Goditi il tuo cruscotto!

Passaggio 8: porta la tua conoscenza

Ora che il nostro sistema è pronto, faremo altri progetti.

Tuttavia, se desideri aggiornare o migliorare il sistema, sentiti libero di scambiare nei commenti!

Speriamo che ti dia qualche idea. Non dimenticare di condividerli.

Ti auguriamo il meglio per il tuo progetto fai-da-te.

Timothée, Florian e Maxence