Stromverbrauch & Umgebungsüberwachung über Sigfox - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Beschreibung

Dieses Projekt zeigt Ihnen, wie Sie den Stromverbrauch eines Raums an einer dreiphasigen Stromverteilung ermitteln und dann alle 10 Minuten über das Sigfox-Netzwerk an einen Server senden.

Wie misst man die Leistung?

Wir haben drei Stromzangen von einem alten Energiezähler bekommen.

Vorsichtig sein ! Für die Montage der Klemmen wird ein Elektriker benötigt. Auch wenn Sie nicht wissen, welche Klemme Sie für Ihre Installation benötigen, kann Sie ein Elektriker beraten.

Welche Mikrocontroller werden verwendet?

Wir haben die Snootlab Akeru-Karte verwendet, die mit Arduino kompatibel ist.

Funktioniert das bei allen Stromzählern?

Ja, wir messen nur den Strom dank der Klemmen. So können Sie den Verbrauch der gewünschten Leitung zählen.

Wie lange dauert es, es zu machen?

Sobald Sie alle Hardwareanforderungen haben, ist der Quellcode auf Github verfügbar. Innerhalb von ein oder zwei Stunden können Sie es also zum Laufen bringen.

Brauche ich Vorkenntnisse?

Sie müssen wissen, was Sie elektrisch tun und wie Sie Arduino und Actoboard verwenden.

Für Arduino und Actoboard können Sie alle Grundlagen von Google lernen. Sehr einfach zu bedienen.

Wer sind wir?

Unsere Namen sind Florian PARIS, Timothée FERRER--LOUBEAU und Maxence MONTFORT. Wir sind Studenten der Université Pierre et Marie Curie in Paris. Dieses Projekt wird zu Bildungszwecken an einer französischen Ingenieurschule (Polytech'Paris-UPMC) durchgeführt.

Schritt 1: Sigfox & Actoboard

Was ist Sigfox?

Sigfox verwendet die Funktechnologie im Ultra Narrow Band (UNB). Die Frequenz des Signals liegt zwischen 10 Hz und 90 Hz, daher ist das Signal aufgrund des Rauschens schwer zu erkennen. Sigfox hat jedoch ein Protokoll erfunden, das das Signal im Rauschen entschlüsseln kann. Diese Technologie hat eine große Reichweite (bis zu 40 km), außerdem ist der Verbrauch des Chips 1000 mal geringer als bei einem GSM-Chip. Der sigfox-Chip hat eine lange Lebensdauer (bis zu 10 Jahre). Trotzdem hat die sigfox-Technologie eine Übertragungsbeschränkung (150 Nachrichten à 12 Bytes pro Tag). Deshalb ist sigfox eine Konnektivitätslösung für das Internet der Dinge (IoT).

Was ist Actoboard?

Actoboard ist ein Online-Dienst, der es dem Benutzer ermöglicht, Grafiken (Dashboards) zu erstellen, um Live-Daten anzuzeigen, und bietet dank der Widget-Erstellung viele Anpassungsmöglichkeiten. Die Daten werden von unserem Arduino-Chip dank eines integrierten Sigfox-Moduls gesendet. Wenn Sie ein neues Widget erstellen, müssen Sie nur die Variable auswählen, an der Sie interessiert sind, und dann die Art des Diagramms auswählen, das Sie verwenden möchten (Balkendiagramm, Punktwolke…) und schließlich die Beobachtungsspanne. Unsere Karte sendet Daten von Fängern (Druck, Temperatur, Erleuchtung) und von den Stromzangen, Informationen werden täglich und wöchentlich angezeigt sowie das Geld, das für Strom ausgegeben wird

Schritt 2: Hardwareanforderungen

In diesem Tutorial verwenden wir:

• Ein Snootlab-Akeru
• Ein Schild Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (nur die Klemmen)
• Ein Fotozellenwiderstand
• Ein BMP 180
• A SEN11301P
• Ein RTC

Achtung: Da wir nur über die Hardware verfügen, um den Strom zu messen, haben wir einige Annahmen getroffen. Siehe nächsten Schritt: elektrische Studie.

-Raspberry PI 2: Wir haben den Raspberry verwendet, um Actoboard-Daten auf einem Bildschirm neben dem Stromzähler anzuzeigen (der Himbeer braucht weniger Platz als ein normaler Computer).

-Snootlab Akeru: Diese Arduino-Karte, die ein Sigfox-Modul ganzzahlt, enthält die Überwachungssoftware, die es uns ermöglicht, Daten von Sensoren zu analysieren und an Actoboard zu senden.

-Grove Shield: Es ist ein zusätzliches Modul, das auf den Akeru-Chip gesteckt wird, es enthält 6 analoge Ports und 3 I²C-Ports, die zum Anschließen unserer Sensoren verwendet werden

-LEM EMN 100-W4: Diese Stromzangen werden an jede Phase des Stromzählers angeschlossen. Wir verwenden einen Parallelwiderstand, um ein Bild des aufgenommenen Stroms mit einer Genauigkeit von 1,5 % zu erhalten.

-BMP 180: Dieser Sensor misst Temperatur von -40 bis 80°C sowie Umgebungsdruck von 300 bis 1100 hPa, er muss in einen I2C-Steckplatz gesteckt werden.

-SEN11301P: Mit diesem Sensor können wir auch die Temperatur (wir werden diesen für diese Funktion verwenden, da er genauer ist -> 0,5% statt 1°C für den BMP180) und die Luftfeuchtigkeit mit einer Genauigkeit von 2% messen.

-Photowiderstand: Wir verwenden diese Komponente, um die Helligkeit zu messen, es ist ein hochohmiger Halbleiter, der seinen Widerstand senkt, wenn die Helligkeit ansteigt. Wir haben fünf Widerstandsspannen gewählt, um sie zu beschreiben

Schritt 3: Elektrische Studie

Bevor man in die Programmierung einsteigt, ist es ratsam zu wissen, welche interessanten Daten zurückzugewinnen sind und wie man diese verwerten kann. Dafür realisieren wir eine elektrotechnische Projektstudie.

Dank der drei Stromzangen (LEM EMN 100-W4) erhalten wir den Strom in Leitungen zurück. Der Strom fließt dann in einen Widerstand von 10 Ohm. Die Spannung in den Grenzen des Widerstands ist das Abbild des Stroms in der entsprechenden Leitung.

Achtung, in der Elektrotechnik wird die Leistung an einem ausgeglichenen Drehstromnetz nach folgender Beziehung berechnet: P=3*V*I*cos(Phi).

Dabei berücksichtigen wir nicht nur, dass das Drehstromnetz symmetrisch ist, sondern auch cos(Phi)=1. Bei einem Leistungsfaktor von 1 handelt es sich um reine Widerstandslasten. Was in der Praxis unmöglich ist. Die Spannungsbilder der Linienströme werden direkt über 1 Sekunde auf dem Snootlab-Akeru abgetastet. Wir erhalten den Wert max jeder Spannung zurück. Dann addieren wir sie, um die Gesamtstrommenge zu erhalten, die von der Installation verbraucht wird. Wir berechnen dann den Effektivwert nach folgender Formel: Vrms=SUM(Vmax)/SQRT(2)

Wir berechnen dann den tatsächlichen Wert des Stroms, den wir finden, indem wir den Wert der Widerstände zählen, sowie den Koeffizienten der Stromzangen: Irms=Vrms*res*(1/R) (res ist die Auflösung des ADC 4,88 mv/bit)

Sobald die effektive Stromstärke der Anlage bekannt ist, berechnen wir die Leistung nach der höheren Formel. Davon ziehen wir dann die verbrauchte Energie ab. Und wir konvertieren das Ergebnis kW.h: W=P*t

Wir berechnen schließlich den Preis in kW.h unter Berücksichtigung von 1kW.h=0,15€. Wir vernachlässigen die Kosten für Abonnements.

Schritt 4: Anschließen des gesamten Systems

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• FOTOZELLE A3
• DETEKTOR 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYP DHT21 // DHT 21
• BAROMETER 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Schritt 5: Laden Sie den Code herunter und laden Sie den Code hoch

Jetzt haben Sie alle gut verbunden, Sie können den Code hier herunterladen:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

Der Code ist auf Französisch, für diejenigen, die einige Erklärungen benötigen, können Sie gerne in den Kommentaren nachfragen.

Jetzt haben Sie den Code, den Sie in das Snootlab-Akeru hochladen müssen. Sie können die Arduino-IDE verwenden, um dies zu tun. Sobald der Code hochgeladen wurde, können Sie sehen, ob die LED auf Ihre Bewegungen reagiert.

Schritt 6: Actoboard einrichten

Jetzt funktioniert Ihr System, Sie können die Daten auf actoboard.com visualisieren.

Verbinden Sie sich mit Ihrer ID und Ihrem Passwort, die Sie von Sigfox oder der Snootlab-Akeru-Karte erhalten.

Sobald dies erledigt ist, müssen Sie ein neues Dashboard erstellen. Danach können Sie die gewünschten Widgets zum Dashboard hinzufügen.

Die Daten kommen auf Französisch an, also hier die Äquivalente:

• Energie_KWh = Energie (in KW.h)
• Cout_Total = Gesamtpreis (angenommen 1KW.h = 0,15€)
• Feuchtigkeit = Feuchtigkeit
• Lumiere = Licht

Schritt 7: Datenanalyse

Ja, das ist das Ende!

Sie können Ihre Statistiken jetzt nach Ihren Wünschen visualisieren. Einige Erklärungen sind immer gut, um zu verstehen, wie es entwickelt wird:

• Energie_KWh: wird jeden Tag um 00:00 zurückgesetzt
• Cout_Total: abhängig von Energie_KWh, angenommen 1kWh gleich 0,15€
• Temperatur: in °Celsius
• Feuchtigkeit: in %HR
• Anwesenheit: wenn jemand zwischen zwei hier war per Sigfox senden
• Lumiere: die Lichtintensität im Raum; 0=schwarzer Raum, 1=dunkler Raum, 2=Raum beleuchtet, 3=heller Raum, 4=sehr heller Raum

Viel Spaß mit Ihrem Dashboard!

Schritt 8: Bringen Sie Ihr Wissen ein

Jetzt ist unser System fertig, wir werden andere Projekte durchführen.

Wenn Sie jedoch das System aktualisieren oder verbessern möchten, können Sie dies gerne in den Kommentaren austauschen!

Wir hoffen, es gibt Ihnen einige Anregungen. Vergessen Sie nicht, sie zu teilen.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg bei Ihrem DIY-Projekt.

Timothée, Florian und Maxence