Arduino - Energy meter

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Arduino - Energy meter

  1. 1. 4 de Outubro de 2012
  2. 2. Índice 1) Introdução 2) Estado da Arte 3) Arduino e Microcontroladores 4) Projecto do visualizador 5) Simulação e Teste 6) Conclusões 2Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  3. 3. Introdução Electricidade Principal Fonte de Energia Consumida 38,1% do total do sector Portugal 2009/2010 • 14 442 milhões de kWh • Despesa global > 2000 M€ 17,7% do Consumo Final (2009) • Despesa média por habitação de 523€/ano Fonte: INE, DGEG, Outubro 2011 3Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  4. 4. Motivação Não permitem uma comunicação eficiente com a maioria dos utilizadores de energia • Acesso aos dados implica uma motivação do utilizador • Formato de visualização não é o mais aconselhável para utilizadores não técnicos O que se pretende? Fonte: IST, ULHT, Project SAVE – IEE 2012 • Conceber um dispositivo electrónico • Formato de visualização: grelha de LEDs que se ilumina consumo • Sensibilizar os consumidores para URE 4Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  5. 5. Importância da visualização • Homem adquire mais informação através da visão do que através de todos os outros sentidos combinados Sentido mais valioso para providenciar informação Questões a ter em conta: • Usabilidade • Nível de conhecimento prévio • Escalabilidade • Estética Simples, intuitivo, funcional 5Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  6. 6. Estado da Arte 2000 – Watt Bug: dispositivo com características típicas de um animal 2002 – Ambient Orb: globo brilhante e translúcido utiliza mudança de cor 2003 – Energy Cube: mapeamento de zonas domésticas nas faces de um cubo Energy Magnets: imans de frigorífico que representam aparelhos domésticos 2005 – Power-Aware Cord: re-desenho de uma extensão eléctrica com cabos electroluminescentes 2012 – Triad-Energy: em forma de olho com ligações à internet e ao telemóvel 6Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  7. 7. Arduino e Microcontroladores Plataforma de desenvolvimento Arduino (UNO) Microcontrolador Atmega328 Tensão de funcionamento 5V Tensão de alimentação 7-12V (recomendada) Entradas/Saídas digitais 14 (em que 6 permitem gerar PWM) Entradas analógicas 6 Corrente DC fornecida por pino 40mA Memória Flash 32KB em que 0.5KB são utilizados pelo bootloader Memória SRAM 2KB Memória EEPROM 1KB Frequência de relógio 16 MHZ Microcontrolador – Elemento principal deste projecto. Controla todos os dispositivos 7Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  8. 8. Projecto do Visualizador Hardware Software Interface com a rede eléctrica Fluxograma Visualizador Código Alimentação do sistema e outras considerações Esquema de montagem 8Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  9. 9. Hardware: Interface com a rede eléctrica Problema? Cargas capacitivas e/ou indutivas consomem energia reactiva Para este projecto considerou-se: • Consumidores residenciais são clientes de BTN (≤ 20,7 kVA) • Energia reactiva não é objecto de facturação porque não é medida Visualização do consumo de Energia Activa 9Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  10. 10. Hardware: Interface com a rede eléctrica – Sensor de Corrente Modelo SCT-013-000 Tamanho da abertura 13mm×13mm Corrente de entrada 0-100A Rácio de voltas 100A-0.05A Tensão de saída 0-50mV Não-linearidade ±3% Nº voltas: 2000 IRMS = 100A Sensor de corrente Não-invasivo Funcionamento: Efeito de indução Segurança: Díodo Zener Dimensionar uma resistência de Output mode: Corrente sobrecarga (burden) para converter o sinal em tensão 10Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  11. 11. Hardware: Interface com a rede eléctrica – Sensor de Corrente (1) Corrente de pico no circuito primário IPICO_p= IRMS = 141,4A (2) Corrente de pico no circuito secundário IPICO_s= IPICO_p / nº voltas = 0,0707A Tensão de funcionamento Arduino: 0V-5V (valores positivos) Vsensor tem valores positivos e negativos Vbias=2,5V Vana log_ input Vsensor Vbias Vbias 2,5 Rburden 35,4 33 I PICO _ s 0,0707 11Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  12. 12. Hardware: Interface com a rede eléctrica – Sensor de Tensão Sensor de tensão Transformador monofásico AC/AC Relação de transformação 230:10V Divisor resistivo para baixar a tensão para valores próximos da unidade (segurança) 8k 2 Vsensor 10 0,76V 100k 8k 2 Tensão de funcionamento Arduino: 0V-5V (valores positivos) Vsensor tem valores positivos e negativos Vbias=2,5V Vana log_ input Vsensor Vbias 12Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  13. 13. Hardware: Visualizador 7 LEDs difusos de 5 mm de cor vermelha Para não danificar os LEDs: Vsup ply VLED 5 2,1 R 96,7 100 I LED 0,030 13Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  14. 14. Hardware: Alimentação do Sistema e Outras Considerações Quando o Arduino não está ligado a um computador por USB Bateria 9V Sensor de corrente escolhido só mede a corrente que atravessava uma fase condutora Descarnou-se uma extensão eléctrica • Facilita a ligação do sensor de tensão ao Arduino • Permite ligar 3 electrodomésticos ao mesmo tempo 14Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  15. 15. Hardware: Esquema de montagem 15Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  16. 16. Software: Algoritmo Tempo entre amostras 377µs 3000 amostras – cálculo da potencia ser feito a cada segundo 16Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  17. 17. Software: Código Definição de constantes e variáveis 17Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  18. 18. Software: Código SETUP 18Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  19. 19. Software: Código CALCULATE_POWER 19Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  20. 20. Software: Código LOOP 20Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  21. 21. Simulação e Teste Testes com vista a efectuar a validação • Arduino - Programa para acender LEDs a partir de uma resistência variável • Tensões aos terminais dos sensores • O bom funcionamento dos LEDs • Medições em diferentes equipamentos  LEDs acendiam em proporção ao montante do consumo 21Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  22. 22. Simulação e Teste Serial Monitor do Arduino + Contador tradicional 22Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
  23. 23. Conclusões • Objectivo de implementar um protótipo foi alcançado • Visualizador permite uma rápida compreensão periférica do consumo de energia pela simplicidade de interacção com o consumidor • Solução simples e barata para promover a URE • Trabalhos futuros para optimização  Equipamentos de medição  Utilização do Arduino e código desenvolvido  Número de LEDs e as suas cores Obrigada pela atenção! 23Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial

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