Smart Energy Monitoring System: 5 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

In Kerala (India) wordt het energieverbruik gemonitord en berekend door frequente veldbezoeken door technici van de elektriciteits-/energieafdeling voor de berekening van het energietarief, wat een tijdrovende taak is aangezien er duizenden huizen in de omgeving zullen zijn. Er is geen voorziening om het individuele energieverbruik van huizen in een bepaalde periode te controleren of te analyseren, noch om een rapport te maken van de energiestroom in een bepaald gebied. Dit is niet alleen het geval in Kerala, maar op veel plaatsen in de wereld. Ik stel een slim energiemonitoringsysteem voor met behulp van Arduino om de inspectie, monitoring, analyse en berekening van energietarieven te vergemakkelijken. Het systeem door voortdurend energieverbruiksgegevens (met behulp van een unieke gebruikers-ID) te uploaden naar een clouddatabase met behulp van cloudconnectiviteit van het apparaat. Het maakt het bovendien mogelijk om gebruikersspecifieke of gebiedsspecifieke grafieken en rapporten te genereren om het energieverbruik en de energiestroom van een individueel huis of een regio te analyseren.

Benodigdheden

1. Arduino Uno
2. LCD scherm
3. Stroomsensor (ACS712)

Stap 1: Introductie

In Kerala (India) wordt het energieverbruik gemonitord en berekend door frequente veldbezoeken door technici van de elektriciteits-/energieafdeling voor de berekening van het energietarief, wat een tijdrovende taak is aangezien er duizenden huizen in de omgeving zullen zijn. Er is geen voorziening om het individuele energieverbruik van huizen in een bepaalde periode te controleren of te analyseren, noch om een rapport te maken van de energiestroom in een bepaald gebied. Dit is niet alleen het geval in Kerala, maar op veel plaatsen in de wereld.

Dit project omvat de ontwikkeling van een slim energiemonitoringsysteem dat de inspectie, monitoring, analyse en tariefberekening van energie zal vergemakkelijken. Het systeem maakt het bovendien mogelijk om gebruikersspecifieke of gebiedsspecifieke grafieken en rapporten te genereren om het energieverbruik en de energiestroom te analyseren. De systeemmodule die een unieke gebruikerscode krijgt om de specifieke wooneenheid te identificeren waar het energieverbruik moet worden gemeten. Het stroomverbruik wordt gecontroleerd met behulp van een stroomsensor die is aangesloten op een Arduino-bord met behulp van een analoge verbinding. De energieverbruiksgegevens en de unieke gebruikerscode van de gebruiker worden in realtime geüpload naar een speciale cloudservice. De data uit de cloud zullen worden ontsloten en geanalyseerd door de energieafdeling om het individuele energieverbruik te berekenen, individuele en collectieve energiekaarten te genereren, energierapporten te genereren en voor gedetailleerde energie-inspectie. Een LCD-displaymodule kan in het systeem worden geïntegreerd om realtime energiemeetwaarden weer te geven. Het systeem werkt onafhankelijk als een draagbare stroombron zoals een droge celbatterij of Li-Po-batterij is aangesloten.

Stap 2: Werkstroom

De belangrijkste focus van dit project is het optimaliseren en verminderen van het energieverbruik van de gebruiker. Dit verlaagt niet alleen de totale energiekosten, maar bespaart ook energie.

Stroom van het lichtnet wordt afgenomen en door de stroomsensor geleid die in het huishoudelijke circuit is geïntegreerd. De wisselstroom die door de belasting gaat, wordt gedetecteerd door de stroomsensormodule (ACS712) en de uitgangsgegevens van de sensor worden naar de analoge pin (A0) van de Arduino UNO gevoerd. Zodra de analoge ingang door Arduino is ontvangen, bevindt de meting van vermogen/energie zich in de Arduino-schets. Het berekende vermogen en energie wordt vervolgens weergegeven op de LCD-displaymodule. Bij AC-circuitanalyse variëren zowel spanning als stroom sinusvormig in de tijd.

Werkelijk vermogen (P): Dit is het vermogen dat door het apparaat wordt gebruikt om nuttig werk te produceren. Het wordt uitgedrukt in kW.

Werkelijk vermogen = spanning (V) x stroom (I) x cosΦ

Reactief vermogen (Q): Dit wordt vaak denkbeeldig vermogen genoemd, wat een maat is voor het vermogen dat oscilleert tussen bron en belasting, dat geen nuttig werk doet. Het wordt uitgedrukt in kVAr

Reactief vermogen = spanning (V) x stroom (I) x sinΦ

Schijnbaar vermogen (S): Het wordt gedefinieerd als het product van de RMS-spanning (Root-Mean-Square) en de RMS-stroom. Dit kan ook worden gedefinieerd als de resultante van reëel en reactief vermogen. Het wordt uitgedrukt in kVA

Schijnbaar vermogen = spanning (V) x stroom (I)

De relatie tussen reële, reactieve en schijnbare kracht:

Werkelijk vermogen = schijnbaar vermogen x cosΦ

Reactief vermogen = schijnbaar vermogen x sinΦ

We houden ons alleen bezig met de echte kracht voor de analyse.

Power Factor (pf): De verhouding van het werkelijke vermogen tot het schijnbare vermogen in een circuit wordt de arbeidsfactor genoemd.

Vermogensfactor = echt vermogen/schijnbaar vermogen

We kunnen dus alle vormen van vermogen en arbeidsfactor meten door de spanning en stroom in het circuit te meten. In de volgende sectie worden de stappen besproken die zijn genomen om de metingen te verkrijgen die nodig zijn om het energieverbruik te berekenen.

De wisselstroom wordt conventioneel gemeten met behulp van een stroomtransformator. ACS712 werd gekozen als de huidige sensor vanwege de lage kosten en het kleinere formaat. De ACS712-stroomsensor is een Hall-effect-stroomsensor die nauwkeurig de stroom meet wanneer deze wordt geïnduceerd. Het magnetische veld rond de AC-draad wordt gedetecteerd, wat de equivalente analoge uitgangsspanning oplevert. De analoge uitgangsspanning wordt vervolgens verwerkt door de microcontroller om de stroom door de belasting te meten.

Hall-effect is de productie van een spanningsverschil (de Hall-spanning) over een elektrische geleider, dwars op een elektrische stroom in de geleider en een magnetisch veld loodrecht op de stroom.

Stap 3: Testen

De broncode wordt hier bijgewerkt.

De afbeelding toont de seriële output van de energieberekening.

Stap 4: Prototype

Stap 5: Referenties

instructables.com, electronicshub.org