O documento descreve um projeto de medição de consumo de energia elétrica e água usando dispositivos IoT e cloud computing. O projeto usa sensores para coletar dados sobre consumo e fator de potência, um microcontrolador para processamento, e um módulo Wi-Fi para enviar dados para nuvem para visualização. O objetivo é disponibilizar esses dados em aplicações como condomínios e indústrias.

1. Medição Usando Cloud
Computing
André Machado
Diego Oliveira
Ricardo Santos
Willians de Almeida
1

2. Internet das Coisas
• IoT – Internet of Things
– Motivações:
• Expansão da Internet ao mundo físico;
• Interação entre dispositivos (Machine to Machine
M2M);
• Smart Device;
• Revolução tecnológica: Mais de 13 bilhões de
dispositivos conectados.
2

3. Internet of Things
3

4. 4

5. Projeto
• Objetivo:
– Disponibilizar em Cloud:
• Consumo de energia elétrica;
• Consumo de água;
• Fator de potência;
• Aplicações:
• Condomínios;
• Comércios;
• Industrias;
5

6. Projeto
6

7. Hardware
.
7

8. Microcontrolador
• Características mais relevantes:
– Comunicação Serial (SPI/USART);
– Conversor A/D;
– Timer;
– Contador de Pulsos;
– Criptografia;
– Low Power;
– Redundância em hardware;
8

9. Dispositivos de Medição
• Sensor de consumo elétrico:
– SCT-013-000
• Sensor efeito Hall;
• Saída 0 – 50mV;
• Temp. Trab.: -25ºC até 70ºC
• Produzido por: XiDi Technology
9

10. Dispositivos de Medição
• Sensor de vazão:
– POW110D3B
• Sensor de efeito Hall;
• Saída: Sinal Pulsante
• Temp. Trab.: -25ºC até +80ºC
• Pressão de Op.: <=1,2Mpa
10

11. Efeito Hall
11

12. Módulo de Comunicação Wifi
• Hi – Link RM04
– Transmissão de dados Ethernet / Wifi;
– Protocolos padronizados;
– Interface c/ 2p Ethernet, 2 Seriais, 1 USB +
GPIO;
– Modo de trabalho: Client / AP / Router;
– Temp. Trab.: -20ºC até +70ºC
12

13. Módulo de Comunicação Wifi
13

14. Módulo de Comunicação Wifi
14

15. Módulo de Comunicação Wifi
• Com. Serial:
– Transmissão transparente ou,
– Comandos AT.
15

16. Conversor A/D
• Periférico microcontrolador:
– Converte informações Analógicas para Digitais.
16

17. Conversor A/D
• Requisitos:
– Condicionamento de sinal
• AmpOp
– Resolução
• Exatidão requerida pela medida
– Amostragem
• Evitar Sub-amostragem
17

18. Conversor A/D
• Resolução:
Resolução = 127v/2^11 = 0,062012
Resolução = 127v/2^12 = 0,031006
0,031006 < 0,062012
18

19. Conversor A/D
• Evitar Sub-amostragem / Aliasing:
– Taxa Amost > 2X(Maior Freq. Sinal Medido)
Sinal de 100Hz amostrado a 500Hz, daí temos 5 amostras por ciclo senoidal
(SANTOS, 2006) 19

20. Conversor A/D
• Evitar Aliasing / Sub Amostragem:
– Taxa Amost > 2X(Maior Freq. Sinal Medido)
Sinal de 100Hz amostrado a 83,3Hz. Aqui vemos o sinal original em azul e os
sinal vistos pelo conversor A/D em vermelho
20

21. Conversor A/D
• Evitar Aliasing / Sub Amostragem:
– Taxa Amost > 2X(Maior Freq. Sinal Medido)
Freq. Rede = 60hz
f = 1/t t=1/60hz
T = 16,66ms
Conversor A/D converte até 300 ksps
1000ms – 300.000 sps
16,66ms – x
X = 5000 Amostras / ciclo
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22. Conversor A/D
• Condicionamento de sinal:
– Entrada do Conversor A/D: 0 – 3.3v
– Saída sensor de consumo elét.: -50mv - +50mv
• Amplificador Operacional:
22

23. AmpOp
• Utilizado: CI INA126
• Características:
– Baixa corrente quiescente: 175 mA/chan.
– Larga escala de alimentação: +/-1,35V até +/-18V
– Baixo offset: 250 mV max.
– Baixo drift: 3mV/ºC max.
– Baixa corrente nos pinos de entrada do amplificador: 25nA.
• Aplicações típicas:
– Amplificador de sensores industriais: Bridge, RTD, Termopar.
– Amplificador fisiológico: ECG, EEG, EMG
– Aquisição de dados multicanal.
– Sistemas portáteis operados por bateria
23

24. Filtros
• Qual Objetivo?
• Qual configuração?
• =
,
24

25. Micro SD
• Armazenagem de dados
– Celulares;
– Gps;
– Dataloggers e etc.
• SPI – Interface Serial
– FAT16
– FAT32
• Objetivo Micro SD?
25

26. Fontes de alimentação
• NCP1402
– Conversor DC – DC
• Ent.: 1V – 4V
• Saída: Estabilizada de 5V
• Objetivo?
CE
1
OUT
2
NC
3
LX
5
GND
4
U5
NCP1402
+-
PS1
BS2450
D1
MBRA140
12
C1
10uF
L1
47uH
12
C2
68uF
+VBAT +5V
26

27. Fontes de alimentação
• LT1667
– Conversor DC – DC
• Ent.: >=1V
• Saída: >-34V
• Objetivo?
– -3V a +3V
Acrescentado
R10
34.8K
GND
2
SW
1
NFB
3
VIN
5
/SHDN
4
U8
LT1617
+VBAT
C10
4.7pF
L4
10uH
380.0mOhms max.
L5
10uH
380.0mOhms max.
C11
470n
-3V
C12
100p
12
C13
10uF
R11
24.9KD5
MBRA140
27

28. Fontes de alimentação
• NCP1402
– Conversor DC – DC
• Ent.: 1 – 4 v
• Saída: Estabilizada de 5v
• Objetivo?
CE
1
OUT
2
NC
3
LX
5
GND
4
U5
NCP1402
+-
PS1
BS2450
D1
MBRA140
12
C1
10uF
L1
47uH
12
C2
68uF
+VBAT +5V
28

29. Fontes de alimentação
• Imunização
• Objetivo
– Microcontrolador
• Estabilidade
• Ruídos
L2
BEAD
+3.3V
C5
100n
C6
100n
12
C7
1OuF
12
C8
10uF
+3V3_DIG
+3V3_ANA
L3
10uH
Segundo Application Notes Atmel
29

30. Software Configurador
• Objetivo
– Configuração da placa
– RAD Studio XE5 usando a linguagem Delphi.
30

31. 31

32. 32

33. Firmware
• Ambiente
Confecção dos fluxogramas de funcionamento.
33

34. 34

35. 35

36. 36

37. Página Cloud - Xively
• Visualização dos dados em Cloud;
– Bibliotecas prontas;
– Desenvolvedores sem recursos.
37

38. Fator de Potência
• Motivações
– Grau de eficiência de um sistema elétrico.
• Não respeitar = multa.
38

39. Fator de Potência
• Fontes de um baixo FP:
– Cargas Indutivas:
• Motores superdimensionados para as máquinas a eles acopladas;
• Transformadores em operação em vazio ou em carga leve;
• Fornos a arco;
• Fornos de indução eletromagnética;
• Máquinas de solda a transformador;
• Grande número de motores de pequena potência em operação durante um
longo período.
Fonte :https://www.aeseletropaulo.com.br/poder-publico/sobre-energia/conteudo/energia-reativa
39

40. Fator de Potência
Corrente atrasada em relação a tensão, circuito indutivo
Método de cálculo FP:
=
√2
=
√2
=
2
× cos
=
=
40

41. Sinais amostrados V*I
Sinal proveniente da saída amplificada do
sinal de corrente
41

42. Sinais amostrados V*I
Sinal da medição da tensão elétrica
42

43. Testes e Resultados
• Fontes de alimentação
43

44. Testes e Resultados: Fontes de alimentação
Falhas nas fontes
devido ao alto
consumo do
módulo hi link.
Estabilização das
fontes com o
auxílio USB PC
44

45. Teste e Resultados: Gravação
Microcontrolador
1
2
3
4
10
9
8
7
5 6
J2
CONN-DIL10
+3.3V
/RST
TCK
TDO
TMS
TDI
Montagem inicial: FALHA.
Conector para programação no
padrão JTAG
+3.3V
1
3
5
2
4
6
J9
CON-DIL6
PDI - Conector para
programador MKII
PDI/RST
PDI_DATA
1
2
J10
CONN-SIL2
Usar quando for gravar
.hex através do FLIP.
Para uso bootloader ligar
esse jumper
MISO
Correção V.1: FALHA.
Correção V.2: SUCESSO com a retirada do capacitor.
45

46. Testes e Resultados:
Periféricos
• USB: Falha
• MicroSD: Falha
• USART: Sucesso
– Resultou na possibilidade de teste de outros periféricos.
• Conversor A/D: Sucesso após correções.
46

47. Testes e Resultados: Canais Analógicos
• Injetado -50mv In
– Valor esperado = 0.
– FALHA.
• Variação Pot +/-50mv In
– Valor esperado = Diversos..
– FALHA.
Valor de entrada Valor de saída
-49,4mV 122,5mV
-25,3mV 1,680V
0 2,77V
25,0mV 2,77V
Tabela x: Resultados das medida do
amplificador U6. 47

48. Testes e Resultados: Canais Analógicos
Sinal coletado da saída do diodo, em
laranja a entrada e em azul a saída
Sinal coletado após a remoção dos
capacitores C20 e C21, em laranja a
entrada e em azul a saída
48

49. Testes e Resultados: Canais Analógicos
Sinal coletado após a remoção dos capacitores C20 e
C21, em laranja a entrada e em azul a saída
SUCESSO
49

50. Testes e Resultados:
Módulo RM04 (Wifi)
• Microcontrolador:
50

51. Testes e Resultados:
Módulo RM04 (Wifi)
• Microcontrolador:
51

52. Testes e Resultados:
Módulo RM04 (Wifi)
• Microcontrolador:
– O resultado foi satisfatório
sendo alcançada a estabilidade
dos dados enviados, antes
instáveis.
• Software PC:
– Envio de dados comando AT.
SUCESSO.
52

53. Considerações Finais
• Viabilidade
– Projeto de baixo custo e grande demanda
comercial, dadas as necessidades residências
e industriais
• Dificuldades
– Pela complexidade do projeto, alguns objetivos
não foram alcançados em sua plenitude.
• Futuro
– Por ser um projeto de grande potencial, nós
daremos continuidade no projeto afim de
transformá-lo em um produto comercializável.
– A Internet das Coisas é o futuro em nosso
presente 53

54. Muito Obrigado!
Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos
de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que
parecia impossível.
Charles Chaplin
54