Inteligentný systém monitorovania energie: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

V Kerale (India) je spotreba energie monitorovaná a vypočítaná častými návštevami technikov z oddelenia elektrickej energie/energie v teréne na výpočet energetického cestovného, čo je časovo náročná úloha, pretože v tejto oblasti budú tisíce domov. Neexistuje ustanovenie na kontrolu alebo analýzu individuálnej spotreby energie domov v určitom časovom období ani na vytváranie správ o toku energie v určitej oblasti. Nie je to len prípad Keraly, ale na mnohých miestach sveta. Navrhujem inteligentný systém monitorovania energie s pomocou Arduina na uľahčenie kontroly, monitorovania, analýzy a výpočtu energetického cestovného. Systém neustálym odosielaním údajov o spotrebe energie (pomocou jedinečného ID používateľa) do cloudovej databázy pomocou cloudového pripojenia zariadenia. Okrem toho umožní generovanie grafov a správ špecifických pre používateľa alebo pre oblasť na analýzu spotreby energie a toku energie v individuálnom dome alebo regióne.

Zásoby

1. Arduino Uno
2. Displej LCD
3. Senzor prúdu (ACS712)

Krok 1: Úvod

V Kerale (India) je spotreba energie monitorovaná a vypočítaná častými návštevami technikov z oddelenia elektrickej energie/energie v teréne na výpočet energetického cestovného, čo je časovo náročná úloha, pretože v tejto oblasti budú tisíce domov. Neexistuje ustanovenie na kontrolu alebo analýzu individuálnej spotreby energie domov v určitom časovom období ani na vytváranie správ o toku energie v určitej oblasti. Nie je to len prípad Keraly, ale na mnohých miestach sveta.

Tento projekt zahŕňa vývoj inteligentného systému monitorovania energie, ktorý uľahčí inšpekciu, monitorovanie, analýzu a výpočet cestovného za energiu. Systém navyše umožní generovanie grafov a správ špecifických pre používateľa alebo pre oblasť na analýzu spotreby energie a toku energie. Systémový modul, ktorému bude pridelený jedinečný užívateľský kód na identifikáciu konkrétnej bytovej jednotky, kde sa má merať spotreba energie. Spotreba energie sa bude monitorovať pomocou snímača prúdu prepojeného s doskou Arduino pomocou analógového pripojenia. Údaje o spotrebe energie a jedinečný používateľský kód používateľa budú nahrané do vyhradenej cloudovej služby v reálnom čase. Energetické oddelenie bude využívať a analyzovať údaje z cloudu na výpočet individuálnej spotreby energie, generovanie individuálnych a kolektívnych energetických diagramov, generovanie energetických správ a podrobnú energetickú kontrolu. Do systému je možné integrovať modul LCD displeja na zobrazenie hodnôt merania energie v reálnom čase. Systém bude fungovať nezávisle, ak je pripojený prenosný zdroj energie, ako je napríklad suchá batéria alebo Li-Po batéria.

Krok 2: Pracovný postup

Hlavným cieľom tohto projektu je optimalizácia a zníženie spotreby energie používateľom. To nielenže zníži celkové náklady na energiu, ale aj ušetrí energiu.

Napájanie zo siete striedavého prúdu je odoberané a vedené cez prúdový snímač, ktorý je integrovaný do okruhu domácnosti. Striedavý prúd prechádzajúci záťažou je snímaný modulom snímača prúdu (ACS712) a výstupné údaje zo snímača sú vedené na analógový kolík (A0) Arduino UNO. Akonáhle Arduino prijme analógový vstup, meranie výkonu/energie je vo skici Arduina. Vypočítaný výkon a energia sa potom zobrazí na module LCD displeja. Pri analýze striedavého obvodu sa napätie aj prúd časom menia sínusovo.

Skutočná sila (P): Toto je výkon, ktorý zariadenie používa na výrobu užitočnej práce. Udáva sa v kW.

Skutočný výkon = napätie (V) x prúd (I) x cosΦ

Reaktívny výkon (Q): Toto sa často nazýva imaginárny výkon, ktorý je mierou výkonu, ktorý kolíše medzi zdrojom a záťažou, čo neprináša užitočnú prácu. Vyjadruje sa v kVAr

Reaktívny výkon = napätie (V) x prúd (I) x sinΦ

Zdanlivý výkon (S): Je definovaný ako súčin napätia s koreňovým priemerom (RMS) a prúdu RMS. Toto môže byť tiež definované ako výslednica skutočného a jalového výkonu. Vyjadruje sa v kVA

Zdanlivý výkon = napätie (V) x prúd (I)

Vzťah medzi skutočnou, reaktívnou a zdanlivou silou:

Skutočná sila = zdanlivá sila x cosΦ

Reaktívny výkon = zdanlivý výkon x sinΦ

Pri analýze nám ide len o skutočnú silu.

Účinník (pf): Pomer skutočného výkonu k zdanlivému výkonu v obvode sa nazýva účinník.

Účinník = skutočná sila/zdanlivá sila

Môžeme teda merať všetky formy výkonu aj účinníka meraním napätia a prúdu v obvode. Nasledujúca časť pojednáva o krokoch vykonaných na získanie meraní, ktoré sú potrebné na výpočet spotreby energie.

AC prúd sa bežne meria pomocou prúdového transformátora. ACS712 bol vybraný ako aktuálny snímač kvôli jeho nízkym nákladom a menším rozmerom. Senzor prúdu ACS712 je prúdový snímač s Hallovým efektom, ktorý presne meria prúd, keď je indukovaný. Zistí sa magnetické pole okolo striedavého vodiča, ktoré poskytne ekvivalentné analógové výstupné napätie. Analógový výstup napätia potom spracuje mikrokontrolér na meranie toku prúdu záťažou.

Hallov efekt je produkcia rozdielu napätia (napätie Hall) na elektrickom vodiči, priečnom na elektrický prúd vo vodiči a magnetickom poli kolmom na prúd.

Krok 3: Testovanie

Tu je aktualizovaný zdrojový kód.

Obrázok znázorňuje sériový výstup z výpočtu energie.

Krok 4: Prototyp

Krok 5: Referencie

instructables.com, electronicshub.org