การตรวจสอบการใช้ไฟฟ้าและสิ่งแวดล้อมผ่าน Sigfox: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

คำอธิบาย

โปรเจ็กต์นี้จะแสดงวิธีรับปริมาณการใช้ไฟฟ้าของห้องในการกระจายพลังงานแบบสามเฟส จากนั้นจึงส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์โดยใช้เครือข่าย Sigfox ทุก 10 นาที

จะวัดพลังได้อย่างไร?

เราได้แคลมป์ปัจจุบันสามอันจากเครื่องวัดพลังงานเก่า

ระวัง ! จำเป็นต้องมีช่างไฟฟ้าในการติดตั้งแคลมป์ นอกจากนี้ หากคุณไม่ทราบว่าต้องใช้แคลมป์ตัวไหนในการติดตั้ง ช่างไฟฟ้าสามารถแนะนำคุณได้

ไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวไหนที่จะใช้?

เราใช้การ์ด Snootlab Akeru ซึ่งเข้ากันได้กับ Arduino

ใช้ได้กับมิเตอร์ไฟฟ้าทั้งหมดหรือไม่?

ใช่ เราวัดเฉพาะกระแสด้วยแคลมป์ ดังนั้นคุณจึงสามารถนับปริมาณการใช้สายที่คุณต้องการได้

ใช้เวลานานแค่ไหนในการทำ?

เมื่อคุณมีข้อกำหนดด้านฮาร์ดแวร์ทั้งหมดแล้ว ซอร์สโค้ดจะพร้อมใช้งานบน Github ดังนั้นภายในหนึ่งหรือสองชั่วโมง คุณจะสามารถทำงานได้

ฉันต้องการความรู้ก่อนหน้านี้หรือไม่?

คุณจำเป็นต้องรู้ว่าคุณกำลังทำอะไรทางไฟฟ้าและวิธีการใช้ Arduino และ Actoboard

สำหรับ Arduino และ Actoboard คุณสามารถเรียนรู้พื้นฐานทั้งหมดจาก Google ใช้งานง่ายมาก

พวกเราคือใคร?

เราชื่อ Florian PARIS, Timothée FERRER--LOUBEAU และ Maxence MONTFORT พวกเราเป็นนักศึกษาที่ Université Pierre et Marie Curie ในปารีส โครงการนี้นำไปสู่วัตถุประสงค์ทางการศึกษาในโรงเรียนวิศวกรรมฝรั่งเศส (Polytech'Paris-UPMC)

ขั้นตอนที่ 1: Sigfox & Actoboard

Sigfox คืออะไร?

Sigfox ใช้เทคโนโลยีวิทยุใน Ultra Narrow Band (UNB) ความถี่ของสัญญาณอยู่ที่ประมาณ 10Hz-90Hz ดังนั้นจึงตรวจจับสัญญาณได้ยากเนื่องจากเสียงรบกวน อย่างไรก็ตาม Sigfox ได้คิดค้นโปรโตคอลที่สามารถถอดรหัสสัญญาณในเสียงได้ เทคโนโลยีนี้มีช่วงที่ดี (สูงสุด 40 กม.) นอกจากนี้การบริโภคชิปยังน้อยกว่าชิป GSM 1,000 เท่า ชิป sigfox มีอายุการใช้งานยาวนาน (สูงสุด 10 ปี) อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี sigfox มีข้อ จำกัด ในการส่ง (150 ข้อความ 12 ไบต์ต่อวัน) นั่นคือเหตุผลที่ sigfox เป็นโซลูชันการเชื่อมต่อที่ทุ่มเทให้กับอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)

Actoboard คืออะไร?

Actoboard เป็นบริการออนไลน์ที่อนุญาตให้ผู้ใช้สร้างกราฟ (แดชบอร์ด) เพื่อแสดงข้อมูลสด มันมีความเป็นไปได้ในการปรับแต่งมากมายด้วยการสร้างวิดเจ็ต ข้อมูลถูกส่งจากชิป Arduino ของเราด้วยโมดูล Sigfox ในตัว เมื่อคุณสร้างวิดเจ็ตใหม่ คุณเพียงแค่เลือกตัวแปรที่คุณสนใจ จากนั้นเลือกประเภทของกราฟที่คุณต้องการใช้ (กราฟแท่ง ก้อนจุด…) และสุดท้ายคือช่วงการสังเกต การ์ดของเราจะส่งข้อมูลจากผู้จับ (ความดัน อุณหภูมิ แสงสว่าง) และจากแคลมป์ปัจจุบัน จะแสดงข้อมูลรายวันและรายสัปดาห์ตลอดจนเงินที่ใช้ไปกับค่าไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 2: ข้อกำหนดฮาร์ดแวร์

ในบทช่วยสอนนี้ เราจะใช้:

• Snootlab-Akeru
• โล่ Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (เฉพาะแคลมป์)
• ตัวต้านทานโฟโตเซลล์
• BMP 180
• A SEN11301P
• A RTC

ระวัง: เนื่องจากเรามีฮาร์ดแวร์ที่ใช้วัดกระแสเท่านั้น เราจึงตั้งสมมติฐานขึ้นมาบ้าง ดูขั้นตอนต่อไป: การศึกษาไฟฟ้า.

-Raspberry PI 2: เราใช้ Raspberry เพื่อแสดงข้อมูล Actoboard บนหน้าจอถัดจากมิเตอร์ไฟฟ้า (ราสเบอร์รี่ใช้พื้นที่น้อยกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป)

-Snootlab Akeru: การ์ด Arduino นี้ซึ่งมีจำนวนเต็มของโมดูล sigfox มีซอฟต์แวร์ตรวจสอบซึ่งช่วยให้เราวิเคราะห์ข้อมูลจากเซ็นเซอร์และส่งไปยัง Actoboard

-Grove Shield: เป็นโมดูลเพิ่มเติมที่เสียบอยู่บนชิป Akeru มีพอร์ตอะนาล็อก 6 พอร์ตและพอร์ต I²C 3 พอร์ตซึ่งใช้สำหรับเสียบเซ็นเซอร์ของเรา

-LEM EMN 100-W4: แคลมป์แอมป์เหล่านี้ติดอยู่กับแต่ละเฟสของมิเตอร์ไฟฟ้า เราใช้ตัวต้านทานแบบขนานเพื่อให้ได้ภาพของกระแสไฟที่ใช้แล้วที่มีความแม่นยำ 1.5%

-BMP 180: เซ็นเซอร์นี้วัดอุณหภูมิตั้งแต่ -40 ถึง 80°C รวมถึงความดันบรรยากาศตั้งแต่ 300 ถึง 1100 hPa โดยจะต้องเสียบเข้ากับช่องเสียบ I2C

-SEN11301P: เซ็นเซอร์นี้ยังช่วยให้เราสามารถวัดอุณหภูมิได้ (เราจะใช้เซ็นเซอร์นี้สำหรับฟังก์ชันนั้นเนื่องจากมีความแม่นยำมากกว่า -> 0.5% แทน 1°C สำหรับ BMP180) และความชื้นที่มีความแม่นยำ 2%

-Photoresistor เราใช้ส่วนประกอบนั้นในการวัดความสว่าง ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีความต้านทานสูง ซึ่งจะลดความต้านทานลงเมื่อความสว่างเพิ่มขึ้น เราเลือกช่วงความต้านทานห้าช่วงเพื่ออธิบาย

ขั้นตอนที่ 3: การศึกษาไฟฟ้า

ก่อนที่จะเข้าสู่การเขียนโปรแกรม ขอแนะนำให้ทราบข้อมูลที่น่าสนใจที่จะได้รับกลับมาและวิธีใช้ประโยชน์จากข้อมูลเหล่านี้ ด้วยเหตุนี้ เราจึงได้ตระหนักถึงการศึกษาเกี่ยวกับไฟฟ้าของโครงการ

เรานำกระแสไฟกลับมาในแนวเดียวกันด้วยแคลมป์กระแสไฟสามตัว (LEM EMN 100-W4) กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในแนวต้าน 10 โอห์ม ความตึงเครียดในแนวต้านคือภาพของกระแสในเส้นที่เกี่ยวข้อง

ระวัง ในทางไฟฟ้า พลังงานบนเครือข่ายสามเฟสที่สมดุลนั้นคำนวณโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้: P=3*V*I*cos(Phi)

ในที่นี้เราไม่เพียงพิจารณาว่าเครือข่ายสามเฟสมีความสมดุลเท่านั้น แต่ยังรวมถึง cos(Phi)=1 ด้วย ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 1 เกี่ยวข้องกับโหลดตัวต้านทานอย่างหมดจด สิ่งที่เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ ภาพความตึงเครียดของกระแสเส้นจะถูกสุ่มตัวอย่างโดยตรงเป็นเวลา 1 วินาทีบน Snootlab-Akeru เราได้รับค่าสูงสุดของความตึงเครียดทุกครั้ง จากนั้น เราเพิ่มเข้าไปเพื่อให้ได้จำนวนกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการติดตั้งทั้งหมด จากนั้นเราคำนวณค่าที่มีประสิทธิภาพโดยใช้สูตรต่อไปนี้: Vrms=SUM(Vmax)/SQRT(2)

จากนั้นเราคำนวณมูลค่าที่แท้จริงของกระแสซึ่งเราหาได้โดยการตั้งค่าการนับความต้านทานรวมทั้งค่าสัมประสิทธิ์ของแคลมป์ปัจจุบัน: Irms=Vrms*res*(1/R) (res คือความละเอียดของ ADC 4.88mv/บิต)

เมื่อทราบจำนวนปัจจุบันของการติดตั้งที่มีประสิทธิภาพ เราจะคำนวณกำลังตามสูตรที่เห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เราหักพลังงานที่ใช้ไปจากนั้น และเราแปลงผลลัพธ์ kW.h: W=P*t

เราคำนวณราคาในหน่วย kW.h โดยพิจารณาว่า 1kW.h=0.15€ เราละเลยค่าใช้จ่ายในการสมัครสมาชิก

ขั้นตอนที่ 4: เชื่อมต่อระบบทั้งหมด

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• โฟโตเซลล์ A3
• นักสืบ 7
• LED 8
• DHTPIN2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• บาโรเมตร์ 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085ประเภท Adafruit_BMP085

ขั้นตอนที่ 5: ดาวน์โหลดรหัส & อัปโหลดรหัส

ตอนนี้คุณมีการเชื่อมต่อที่ดีแล้ว คุณสามารถดาวน์โหลดรหัสได้ที่นี่:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

รหัสนี้เป็นภาษาฝรั่งเศส สำหรับผู้ที่ต้องการคำอธิบาย โปรดอย่าลังเลที่จะถามในความคิดเห็น

ตอนนี้คุณมีรหัสแล้ว คุณต้องอัปโหลดใน Snootlab-Akeru คุณสามารถใช้ Arduino IDE ทำเช่นนั้นได้ เมื่ออัปโหลดโค้ดแล้ว คุณจะเห็นว่าไฟ LED ตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวของคุณหรือไม่

ขั้นตอนที่ 6: ตั้งค่า Actoboard

ตอนนี้ระบบของคุณใช้งานได้แล้ว คุณสามารถเห็นภาพข้อมูลบน actoboard.com

เชื่อมต่อคุณด้วย ID และรหัสผ่านที่ได้รับจาก Sigfox หรือการ์ด Snootlab-Akeru

เมื่อเสร็จแล้ว คุณต้องสร้างแดชบอร์ดใหม่ หลังจากนั้นคุณสามารถเพิ่มวิดเจ็ตที่คุณต้องการบนแดชบอร์ดได้

ข้อมูลมาถึงเป็นภาษาฝรั่งเศส ดังนั้นนี่คือค่าที่เทียบเท่า:

• Energie_KWh = พลังงาน (เป็น KW.h)
• Cout_Total = ราคารวม (สมมติว่า 1KW.h = 0.15 €)
• ความชื้น = ความชื้น
• Lumiere = แสง

ขั้นตอนที่ 7: การวิเคราะห์ข้อมูล

ใช่ นี่คือจุดจบ !

ตอนนี้คุณสามารถแสดงภาพสถิติของคุณในแบบที่คุณต้องการ คำอธิบายบางอย่างนั้นดีเสมอที่จะเข้าใจว่ามีการพัฒนาอย่างไร:

• Energie_KWh: จะถูกรีเซ็ตทุกวันเวลา 00:00 น.
• Cout_Total: ขึ้นอยู่กับ Energie_KWh โดยถือว่า 1KW.h เท่ากับ 0.15€
• อุณหภูมิ: ใน °Celsius
• ความชื้น: ใน %HR
• การแสดงตน: ถ้ามีคนอยู่ที่นี่ระหว่างสองคน ให้ส่งผ่าน Sigfox
• Lumiere: ความเข้มของแสงในห้อง; 0=ห้องสีดำ 1=ห้องมืด 2=ห้องสว่าง 3=ห้องสว่าง 4=ห้องสว่างมาก

เพลิดเพลินไปกับแดชบอร์ดของคุณ !

ขั้นตอนที่ 8: นำความรู้ของคุณ

ตอนนี้ระบบของเราเสร็จสิ้นแล้ว เรากำลังจะทำโปรเจ็กต์อื่นๆ

อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการอัพเกรดหรือปรับปรุงระบบ อย่าลังเลที่จะแลกเปลี่ยนความคิดเห็น !

เราหวังว่าจะให้แนวคิดบางอย่างแก่คุณ อย่าลืมที่จะแบ่งปันพวกเขา

เราหวังว่าคุณจะได้รับสิ่งที่ดีที่สุดในโครงการ DIY ของคุณ

Timothée, Florian และ Maxence