2. Índice
1) Introdução
2) Estado da Arte
3) Arduino e Microcontroladores
4) Projecto do visualizador
5) Simulação e Teste
6) Conclusões
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Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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
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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
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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
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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
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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
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8. Projecto do Visualizador
Hardware Software
Interface com a rede eléctrica Fluxograma
Visualizador Código
Alimentação do sistema e
outras considerações
Esquema de montagem
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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15. Hardware: Esquema de montagem
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16. Software: Algoritmo
Tempo entre amostras 377µs
3000 amostras – cálculo da potencia ser
feito a cada segundo
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17. Software: Código
Definição de constantes e variáveis
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18. Software: Código
SETUP
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19. Software: Código
CALCULATE_POWER
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20. Software: Código
LOOP
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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
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22. Simulação e Teste
Serial Monitor do Arduino + Contador tradicional
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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!
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