Elektrisch verbruik en milieubewaking via Sigfox - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Beschrijving

Dit project laat je zien hoe je het elektriciteitsverbruik van een kamer op een driefasige stroomverdeling kunt krijgen en dit vervolgens elke 10 minuten naar een server kunt sturen met behulp van het Sigfox-netwerk.

Hoe het vermogen te meten?

We kregen drie stroomtangen van een oude energiemeter.

Doe voorzichtig ! Voor de installatie van de klemmen is een elektricien nodig. Ook als u niet weet welke klem u nodig heeft voor uw installatie, kan een elektricien u adviseren.

Welke microcontrollers worden gebruikt?

We gebruikten de Snootlab Akeru-kaart die compatibel is met Arduino.

Werkt het op alle elektriciteitsmeters?

Ja, we meten alleen de stroom dankzij de klemmen. U kunt dus het verbruik van de gewenste lijn tellen.

Hoe lang duurt het om het te maken?

Zodra u over alle hardwarevereisten beschikt, is de broncode beschikbaar op Github. Dus binnen een uur of twee kun je het laten werken.

Heb ik voorkennis nodig?

Je moet weten wat je elektrisch doet en hoe je Arduino en Actoboard gebruikt.

Voor Arduino en Actoboard kun je alle basis van Google leren. Zeer gemakkelijk te gebruiken.

Wie zijn we?

Onze namen zijn Florian PARIS, Timothée FERRER--LOUBEAU en Maxence MONTFORT. Wij zijn studenten aan de Université Pierre et Marie Curie in Parijs. Dit project heeft een educatief doel in een Franse ingenieursschool (Polytech'Paris-UPMC).

Stap 1: Sigfox & Actoboard

Wat is Sigfox?

Sigfox maakt gebruik van de radiotechnologie in de Ultra Narrow Band (UNB). De frequentie van het signaal ligt rond de 10Hz-90Hz, daarom is het signaal moeilijk te detecteren vanwege de ruis. Sigfox heeft echter een protocol uitgevonden waarmee het signaal in de ruis kan worden ontcijferd. Deze technologie heeft een groot bereik (tot 40km), bovendien is het verbruik van de chip 1000 keer minder dan een GSM-chip. De sigfox-chip heeft een geweldige levensduur (tot 10 jaar). Desalniettemin heeft de sigfox-technologie een transmissiebeperking (150 berichten van 12 Bytes per dag). Daarom is de sigfox een connectivy-oplossing gewijd aan het Internet of Things (IoT).

Wat is Actoboard?

Actoboard is een online service waarmee de gebruiker grafieken (dashboards) kan maken om live gegevens te tonen, het heeft veel aanpassingsmogelijkheden dankzij het maken van widgets. Gegevens worden verzonden vanaf onze Arduino-chip dankzij een geïntegreerde Sigfox-module. Wanneer u een nieuwe widget maakt, hoeft u alleen maar de variabele te selecteren waarin u geïnteresseerd bent en vervolgens het soort grafiek te kiezen dat u wilt gebruiken (staafgrafiek, puntenwolk…) en tenslotte de observatieperiode. Onze kaart stuurt gegevens van ontvoerders (druk, temperatuur, verlichting) en van de huidige klemmen wordt dagelijks en wekelijks informatie getoond, evenals het geld dat aan elektriciteit is uitgegeven

Stap 2: Hardwarevereisten

In deze zelfstudie gebruiken we:

• Een Snootlab-Akeru
• Een schild Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (alleen de klemmen)
• Een fotocelweerstand
• Een BMP 180
• Een SEN11301P
• Een RTC

Let op: omdat we alleen de hardware hebben om de stroom te meten, hebben we een aantal aannames gedaan. Zie volgende stap: elektrische studie.

-Raspberry PI 2: We hebben de Raspberry gebruikt om Actoboard-gegevens op een scherm naast de elektriciteitsmeter weer te geven (de Raspberry neemt minder ruimte in beslag dan een gewone computer).

-Snootlab Akeru: Deze Arduino-kaart die een sigfox-module integer maakt, bevat de monitoringsoftware waarmee we gegevens van sensoren kunnen analyseren en naar Actoboard kunnen sturen.

-Grove Shield: het is een extra module die is aangesloten op de Akeru-chip, deze bevat 6 analoge poorten en 3 I²C-poorten die worden gebruikt om onze sensoren aan te sluiten

-LEM EMN 100-W4: Deze versterkerklemmen zijn aangesloten op elke fase van de elektrische meter, we gebruiken een parallelle weerstand om een beeld te krijgen van de verbruikte stroom met een nauwkeurigheid van 1,5%.

-BMP 180: deze sensor meet temperatuur van -40 tot 80°C en omgevingsdruk van 300 tot 1100 hPa, hij moet worden aangesloten op een I2C-slot.

-SEN11301P: Met deze sensor kunnen we ook de temperatuur meten (we zullen deze voor die functie gebruiken omdat deze nauwkeuriger is -> 0,5% in plaats van 1°C voor de BMP180) en vochtigheid met een nauwkeurigheid van 2%.

-Fotoresistor: we gebruiken dat onderdeel om de helderheid te meten, het is een halfgeleider met hoge weerstand die de weerstand verlaagt wanneer de helderheid stijgt. We kozen vijf overspanningen van weerstand om te beschrijven:

Stap 3: elektrische studie

Voordat u zich in de programmering stort, is het raadzaam om te weten welke interessante gegevens u kunt terugkrijgen en hoe u ze kunt exploiteren. Hiervoor realiseren we een elektrotechnische studie van het project.

We krijgen de stroom in lijnen terug dankzij de drie stroomtangen (LEM EMN 100-W4). De stroom loopt dan door in een weerstand van 10 Ohm. De spanning in de grenzen van de weerstand is het beeld van de stroom in de overeenkomstige lijn.

Let op, in de elektrotechniek wordt het vermogen op een goed uitgebalanceerd driefasennet gerekend met de volgende relatie: P=3*V*I*cos(Phi).

Hier beschouwen we niet alleen dat het driefasige netwerk gebalanceerd is, maar ook dat cos(Phi)=1. Een arbeidsfactor gelijk aan 1 heeft betrekking op belastingen die puur resistief zijn. Wat is in de praktijk niet mogelijk. De spanningsbeelden van de stromen van lijnen worden direct gedurende 1 seconde gesampled op het Snootlab-Akeru. We krijgen de maximale waarde van elke spanning terug. Vervolgens voegen we ze toe om de totale hoeveelheid stroom te verkrijgen die door de installatie wordt verbruikt. We berekenen dan de effectieve waarde met de volgende formule: Vrms=SUM(Vmax)/SQRT(2)

We berekenen dan de werkelijke waarde van de stroom, die we vinden door de waarde van de weerstanden in te stellen, evenals de coëfficiënt van de stroomtangen: Irms=Vrms*res*(1/R) (res is de resolutie van de ADC 4.88mv/bit)

Zodra de effectieve hoeveelheid stroom van de installatie bekend is, berekenen we het vermogen met de formule die hoger is gezien. Daar trekken we dan de verbruikte energie van af. En we converteren het resultaat kW.h: W=P*t

We berekenen uiteindelijk de prijs in de kW.h door te overwegen dat 1kW.h=0.15€. We verwaarlozen de kosten van abonnementen.

Stap 4: Het hele systeem aansluiten

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• FOTOCEL A3
• DETECTOR 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT21
• BAROMETER 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Stap 5: Download de code en upload de code

Nu je alles goed hebt aangesloten, kun je de code hier downloaden:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

De code is in het Frans, voor degenen die wat uitleg nodig hebben, voel je vrij om te vragen in opmerkingen.

Nu je de code hebt, moet je deze uploaden in het Snootlab-Akeru. U kunt hiervoor de Arduino IDE gebruiken. Zodra de code is geüpload, kunt u zien of de led reageert op uw bewegingen.

Stap 6: Actoboard instellen

Nu uw systeem werkt, kunt u de gegevens visualiseren op actoboard.com.

Verbind je met je ID en wachtwoord van Sigfox of de Snootlab-Akeru-kaart.

Als het klaar is, moet u een nieuw dashboard maken. Daarna kunt u de gewenste widgets toevoegen aan het dashboard.

De gegevens komen aan in het Frans, dus hier zijn de equivalenten:

• Energie_KWh = Energie (in KW.h)
• Cout_Total = Totale prijs (uitgaande van 1KW.h = € 0,15)
• Humidite = Vochtigheid
• Lumière = Licht

Stap 7: Gegevensanalyse

Ja, dit is het einde!

U kunt nu uw statistieken visualiseren zoals u dat wilt. Enige uitleg is altijd goed om te begrijpen hoe het tot stand komt:

• Energie_KWh: het wordt elke dag om 00:00 uur gereset
• Cout_Totaal: afhankelijk van Energie_KWh, ervan uitgaande dat 1KW.h gelijk is aan 0,15€
• Temperatuur: in °Celsius
• Vochtigheid: in %HR
• Aanwezigheid: als iemand hier tussen twee was, stuur dan via Sigfox
• Lumiere: de lichtintensiteit in de ruimte; 0=zwarte kamer, 1=donkere kamer, 2=kamer verlicht, 3=lichte kamer, 4=zeer lichte kamer

Veel plezier met je dashboard!

Stap 8: Breng uw kennis mee

Nu ons systeem klaar is, gaan we andere projecten doen.

Als u het systeem echter wilt upgraden of verbeteren, kunt u dit in de opmerkingen uitwisselen!

We hopen dat het je op ideeën brengt. Vergeet ze niet te delen.

We wensen je veel succes met je DIY-project.

Timothée, Florian en Maxence