الاستهلاك الكهربائي ومراقبة البيئة عبر Sigfox: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

وصف

سيوضح لك هذا المشروع كيفية الحصول على الاستهلاك الكهربائي للغرفة على توزيع طاقة ثلاثي المراحل ثم إرساله إلى خادم باستخدام شبكة Sigfox كل 10 دقائق.

كيفية قياس القوة؟

حصلنا على ثلاثة مشابك حالية من عداد طاقة قديم.

كن حذرا ! مطلوب كهربائي لتركيب المشابك. أيضًا ، إذا كنت لا تعرف المشبك الذي تحتاجه للتثبيت ، فيمكن أن ينصحك كهربائي.

ما هي المتحكمات الدقيقة التي سيتم استخدامها؟

استخدمنا بطاقة Snootlab Akeru المتوافقة مع Arduino.

هل يعمل على جميع عدادات الكهرباء؟

نعم ، نحن نقيس فقط التيار بفضل المشابك. حتى تتمكن من حساب استهلاك الخط الذي تريده.

كم من الوقت يستغرق لجعله؟

بمجرد حصولك على جميع متطلبات الأجهزة ، يكون الكود المصدري متاحًا على Github. لذلك ، في غضون ساعة أو ساعتين ، ستكون قادرًا على إنجاحه.

هل أحتاج إلى أي معرفة سابقة؟

أنت بحاجة إلى معرفة ما تفعله كهربائيًا وكيفية استخدام Arduino و Actoboard.

بالنسبة إلى Arduino و Actoboard ، يمكنك معرفة كل الأسس من Google. من السهل جدا استخدام.

من نحن؟

أسماءنا هي Florian PARIS و Timothée FERRER - LOUBEAU و Maxence MONTFORT. نحن طلاب في جامعة بيير إي ماري كوري في باريس. هذا المشروع موجه لأغراض تعليمية في مدرسة هندسة فرنسية (Polytech'Paris-UPMC).

الخطوة 1: Sigfox & Actoboard

ما هو سيغفوكس؟

يستخدم Sigfox تقنية الراديو في النطاق الضيق للغاية (UNB). يبلغ تردد الإشارة حوالي 10 هرتز إلى 90 هرتز ، وبالتالي يصعب اكتشاف الإشارة بسبب الضوضاء. ومع ذلك ، فقد اخترع Sigfox بروتوكولًا يمكنه فك تشفير الإشارة في الضوضاء. تتمتع هذه التقنية بمدى كبير (يصل إلى 40 كم) ، علاوة على أن استهلاك الشريحة أقل 1000 مرة من شريحة GSM. تتمتع شريحة sigfox بعمر افتراضي طويل (يصل إلى 10 سنوات). ومع ذلك ، فإن تقنية sigfox لها قيود على الإرسال (150 رسالة من 12 بايت في اليوم). هذا هو السبب في أن sigfox هو حل اتصال مخصص لإنترنت الأشياء (IoT).

ما هو اكتوبورد؟

Actoboard هي خدمة عبر الإنترنت تتيح للمستخدم إنشاء رسوم بيانية (لوحات معلومات) لعرض البيانات الحية ، ولديها الكثير من إمكانيات التخصيص بفضل إنشاء عنصر واجهة المستخدم. يتم إرسال البيانات من شريحة Arduino الخاصة بنا بفضل وحدة Sigfox المدمجة. عندما تقوم بإنشاء عنصر واجهة مستخدم جديد ، عليك فقط تحديد المتغير الذي تهتم به ثم اختيار نوع graphe الذي تريد استخدامه (شريط graphe ، سحابة من النقاط …) وأخيراً مدى الملاحظة. سترسل بطاقتنا البيانات من الخاطفين (الضغط ودرجة الحرارة والإضاءة) ومن المشابك الحالية ، سيتم عرض المعلومات يوميًا وأسبوعيًا بالإضافة إلى الأموال التي يتم إنفاقها على الكهرباء

الخطوة 2: متطلبات الأجهزة

في هذا البرنامج التعليمي ، سوف نستخدم:

• سنوتلاب أكيرو
• A درع اردوينو Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (فقط المشابك)
• مقاوم ضوئي
• BMP 180
• A SEN11301P
• A RTC

احذر: نظرًا لأن لدينا الأجهزة فقط لقياس التيار ، فقد وضعنا بعض الافتراضات. انظر الخطوة التالية: الدراسة الكهربائية.

-Raspberry PI 2: استخدمنا Raspberry لعرض بيانات Actoboard على شاشة بجوار عداد الكهرباء (يأخذ التوت مساحة أقل من الكمبيوتر المعتاد).

-Snootlab Akeru: تحتوي بطاقة Arduino التي تعد أعدادًا صحيحة لوحدة sigfox على برنامج المراقبة الذي يسمح لنا بتحليل البيانات من أجهزة الاستشعار وإرسالها إلى Actoboard.

-Grove Shield: عبارة عن وحدة إضافية يتم توصيلها بشريحة Akeru ، وتحتوي على 6 منافذ تناظرية و 3 منافذ I²C تُستخدم لتوصيل أجهزة الاستشعار الخاصة بنا

-LEM EMN 100-W4: يتم توصيل مشابك الأمبير بكل مرحلة من مراحل العداد الكهربائي ، نستخدم مقاومًا متوازيًا للحصول على صورة للتيار المستهلك بدقة 1.5٪.

-BMP 180: يقيس هذا المستشعر درجة الحرارة من -40 إلى 80 درجة مئوية وكذلك الضغط المحيط من 300 إلى 1100 هيكتوباسكال ، يجب توصيله بفتحة I2C.

-SEN11301P: يسمح لنا هذا المستشعر أيضًا بقياس درجة الحرارة (سنستخدم هذا المستشعر لهذه الوظيفة لأنه أكثر دقة -> 0.5٪ بدلاً من 1 درجة مئوية لـ BMP180) والرطوبة بدقة 2٪.

-مقاوم ضوئي: نستخدم هذا المكون لقياس السطوع ، وهو عبارة عن شبه موصل عالي المقاومة مما يقلل من مقاومته عندما يرتفع السطوع. اخترنا خمسة نطاقات للمقاومة لوصفها

الخطوة الثالثة: الدراسة الكهربائية

قبل الدخول في البرمجة ، يُنصح بمعرفة البيانات المثيرة للاهتمام التي يجب استعادتها وكيفية استغلالها. من أجل ذلك ، قمنا بإجراء دراسة كهروتقنية للمشروع.

نعيد التيار في سطور بفضل المشابك الثلاثة الحالية (LEM EMN 100-W4). يمر التيار بمقاومة 10 أوم. التوتر في حدود المقاومة هو صورة للتيار في الخط المقابل.

احترس ، في الكهروتقنية ، تُحسب القدرة على شبكة ثلاثية الطور متوازنة جيدًا من خلال العلاقة التالية: P = 3 * V * I * cos (Phi).

هنا ، لا نعتبر أن الشبكة ثلاثية الطور متوازنة فحسب ، بل نعتبر أيضًا أن cos (Phi) = 1. عامل قدرة يساوي 1 يتضمن أحمال مقاومات بحتة. ما هو مستحيل في الممارسة. يتم أخذ عينات من صور التوتر لتيارات الخطوط مباشرة خلال ثانية واحدة على Snootlab-Akeru. نسترجع القيمة القصوى لكل توتر. ثم نقوم بإضافتها للحصول على الكمية الإجمالية للتيار الذي يستهلكه التثبيت. ثم نحسب القيمة الفعالة بالصيغة التالية: Vrms = SUM (Vmax) / SQRT (2)

ثم نحسب القيمة الحقيقية للتيار ، والتي نجدها عن طريق تحديد حساب قيمة المقاومة ، وكذلك معامل المشابك الحالية: Irms = Vrms * res * (1 / R) (الدقة هي دقة ADC 4.88mv / بت)

بمجرد معرفة المقدار الفعال لتيار التثبيت ، نحسب الطاقة بالصيغة التي شوهدت أعلى. ثم نخصم منه الطاقة المستهلكة. ونحول النتيجة kW.h: W = P * t

نحسب أخيرًا السعر بالكيلو وات في الساعة من خلال اعتبار أن 1kW.h = 0.15 €. نحن نهمل تكاليف الاشتراكات.

الخطوة 4: توصيل كل النظام

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• الخلية الضوئية A3
• كشف 7
• الصمام 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• باروميتر 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

الخطوة 5: قم بتنزيل الكود وقم بتحميل الكود

الآن لديك اتصال جيد ، يمكنك تنزيل الكود هنا:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

الكود باللغة الفرنسية ، لأولئك الذين يحتاجون إلى بعض الشروحات ، لا تتردد في طرحها في التعليقات.

الآن لديك الكود ، تحتاج إلى تحميله في Snootlab-Akeru. يمكنك استخدام Arduino IDE للقيام بذلك ، وبمجرد تحميل الكود ، يمكنك معرفة ما إذا كان المصباح يستجيب لتحركاتك.

الخطوة 6: إعداد Actoboard

الآن يعمل نظامك ، يمكنك تصور البيانات على actoboard.com.

قم بتوصيلك بمعرف الهوية وكلمة المرور الخاصة بك التي يتم تلقيها من Sigfox أو بطاقة Snootlab-Akeru.

بمجرد الانتهاء من ذلك ، ستحتاج إلى إنشاء لوحة تحكم جديدة. بعد ذلك يمكنك إضافة الأدوات التي تريدها على لوحة القيادة.

تصل البيانات باللغة الفرنسية ، فإليك المعادلات:

• Energie_KWh = الطاقة (بوحدة KW.h)
• Cout_Total = السعر الإجمالي (بافتراض أن 1KW.h = 0.15 €)
• الرطوبة = الرطوبة
• لوميير = الضوء

الخطوة 7: تحليل البيانات

نعم هذه هي النهاية!

يمكنك الآن تصور إحصائياتك بالطريقة التي تريدها. بعض التفسيرات جيدة دائمًا لفهم كيفية تطويرها:

• Energie_KWh: ستتم إعادة ضبطه كل يوم في تمام الساعة 00:00
• Cout_Total: اعتمادًا على Energie_KWh ، بافتراض أن 1KW.h يساوي 0.15 يورو
• درجة الحرارة: بالدرجة المئوية
• المرطب: في٪ HR
• الحضور: إذا كان هناك شخص ما بين اثنين أرسل عبر Sigfox
• لوميير: شدة الضوء في الغرفة ؛ 0 = غرفة سوداء ، 1 = غرفة مظلمة ، 2 = غرفة مضاءة ، 3 = غرفة مضيئة ، 4 = غرفة مضيئة جدًا

استمتع dahsboard الخاص بك!

الخطوة 8: جلب معرفتك

الآن تم الانتهاء من نظامنا ، سنقوم بمشاريع أخرى.

ومع ذلك ، إذا كنت ترغب في ترقية النظام أو تحسينه ، فلا تتردد في تبادل التعليقات!

نأمل أن تعطيك بعض الأفكار. لا تنسى مشاركتها.

نتمنى لك الأفضل في مشروع DIY الخاص بك.

تيموثي وفلوريان وماكسينس