Hệ thống giám sát năng lượng thông minh: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Ở Kerala (Ấn Độ), mức tiêu thụ năng lượng được theo dõi và tính toán bằng cách các kỹ thuật viên của bộ phận điện / năng lượng thường xuyên đi thực địa để tính toán giá năng lượng, đây là một công việc tốn nhiều thời gian vì sẽ có hàng nghìn ngôi nhà trong khu vực. Không có quy định nào để kiểm tra hoặc phân tích mức tiêu thụ năng lượng riêng lẻ của các ngôi nhà trong một khoảng thời gian cũng như lập báo cáo về dòng năng lượng trong một khu vực nhất định. Đây không chỉ là trường hợp của Kerala mà ở nhiều nơi trên thế giới. Tôi đang đề xuất một hệ thống giám sát năng lượng thông minh với sự trợ giúp của Arduino để dễ dàng kiểm tra, giám sát, phân tích và tính toán giá năng lượng. Hệ thống liên tục tải lên dữ liệu tiêu thụ năng lượng (sử dụng ID người dùng duy nhất) lên cơ sở dữ liệu đám mây với sự trợ giúp của kết nối đám mây của thiết bị. Nó cũng sẽ cho phép tạo ra các biểu đồ và báo cáo cụ thể của người dùng hoặc khu vực cụ thể để phân tích mức tiêu thụ năng lượng và dòng năng lượng của một ngôi nhà riêng lẻ hoặc một khu vực.

Quân nhu

1. Arduino Uno
2. Màn hình LCD
3. Cảm biến dòng điện (ACS712)

Bước 1: Giới thiệu

Ở Kerala (Ấn Độ), mức tiêu thụ năng lượng được theo dõi và tính toán bằng cách các kỹ thuật viên của bộ phận điện / năng lượng thường xuyên đi thực địa để tính toán giá năng lượng, đây là một công việc tốn nhiều thời gian vì sẽ có hàng nghìn ngôi nhà trong khu vực. Không có quy định nào để kiểm tra hoặc phân tích mức tiêu thụ năng lượng riêng lẻ của các ngôi nhà trong một khoảng thời gian cũng như lập báo cáo về dòng năng lượng trong một khu vực nhất định. Đây không chỉ là trường hợp của Kerala mà ở nhiều nơi trên thế giới.

Dự án này liên quan đến việc phát triển một hệ thống giám sát năng lượng thông minh sẽ giúp dễ dàng kiểm tra, giám sát, phân tích và tính giá năng lượng. Hệ thống cũng sẽ cho phép tạo các biểu đồ và báo cáo cụ thể cho người dùng hoặc khu vực cụ thể để phân tích mức tiêu thụ năng lượng và dòng năng lượng. Mô-đun hệ thống sẽ được cấp một mã người dùng duy nhất để xác định đơn vị nhà ở cụ thể nơi mức tiêu thụ năng lượng phải được đo. Mức tiêu thụ điện năng sẽ được theo dõi với sự trợ giúp của cảm biến dòng điện được giao tiếp với bảng Arduino bằng kết nối Analog. Dữ liệu tiêu thụ năng lượng và mã người dùng duy nhất của người dùng sẽ được tải lên dịch vụ đám mây chuyên dụng theo thời gian thực. Dữ liệu từ đám mây sẽ được truy cập và phân tích bởi bộ phận năng lượng để tính toán mức tiêu thụ năng lượng cá nhân, tạo biểu đồ năng lượng cá nhân và tập thể, tạo báo cáo năng lượng và để kiểm tra năng lượng chi tiết. Một mô-đun hiển thị LCD có thể được tích hợp vào hệ thống để hiển thị các giá trị đo năng lượng theo thời gian thực. Hệ thống sẽ hoạt động độc lập nếu nguồn điện di động như pin khô hoặc pin Li-Po được gắn vào.

Bước 2: Quy trình làm việc

Trọng tâm chính của dự án này là tối ưu hóa và giảm mức tiêu thụ năng lượng của người dùng. Điều này không chỉ làm giảm chi phí năng lượng tổng thể mà còn tiết kiệm năng lượng.

Nguồn điện từ nguồn điện xoay chiều được lấy và đi qua cảm biến dòng điện được tích hợp vào mạch điện gia dụng. Dòng AC đi qua tải được cảm nhận bởi mô-đun cảm biến hiện tại (ACS712) và dữ liệu đầu ra từ cảm biến được đưa đến chân tương tự (A0) của Arduino UNO. Khi Arduino nhận được đầu vào tương tự, phép đo công suất / năng lượng nằm trong bản phác thảo Arduino. Công suất và năng lượng được tính toán sau đó được hiển thị trên mô-đun màn hình LCD. Trong phân tích mạch điện xoay chiều, cả điện áp và dòng điện đều biến thiên hình sin theo thời gian.

Công suất thực (P): Đây là công suất được thiết bị sử dụng để tạo ra công việc hữu ích. Nó được biểu thị bằng kW.

Công suất thực = Điện áp (V) x Dòng điện (I) x cosΦ

Công suất phản kháng (Q): Đây thường được gọi là công suất tưởng tượng, là thước đo công suất dao động giữa nguồn và tải, không có tác dụng hữu ích. Nó được thể hiện bằng kVAr

Công suất phản kháng = Điện áp (V) x Dòng điện (I) x sinΦ

Công suất biểu kiến (S): Nó được định nghĩa là sản phẩm của Điện áp gốc-trung bình-vuông (RMS) và dòng điện RMS. Điều này cũng có thể được định nghĩa là kết quả của công suất phản kháng và thực. Nó được thể hiện bằng kVA

Công suất biểu kiến = Điện áp (V) x Dòng điện (I)

Mối quan hệ giữa Thực tế, Phản ứng và Sức mạnh biểu kiến:

Công suất thực = Công suất biểu kiến x cosΦ

Công suất phản kháng = Công suất biểu kiến x sinΦ

Chúng tôi chỉ quan tâm đến sức mạnh thực sự để phân tích.

Hệ số công suất (pf): Tỷ số giữa công suất thực và công suất biểu kiến trong mạch được gọi là hệ số công suất.

Hệ số công suất = Công suất thực / Công suất biểu kiến

Như vậy, chúng ta có thể đo tất cả các dạng công suất cũng như hệ số công suất bằng cách đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch. Phần sau đây thảo luận về các bước thực hiện để có được các phép đo cần thiết để tính toán mức tiêu thụ năng lượng.

Dòng điện xoay chiều được đo thông thường bằng cách sử dụng Máy biến dòng. ACS712 được chọn làm cảm biến hiện tại vì giá thành rẻ và kích thước nhỏ hơn. Cảm biến dòng ACS712 là cảm biến dòng hiệu ứng Hall đo chính xác dòng điện khi cảm ứng. Từ trường xung quanh dây AC được phát hiện để tạo ra điện áp đầu ra tương tự. Đầu ra điện áp tương tự sau đó được xử lý bởi bộ vi điều khiển để đo dòng điện chạy qua tải.

Hiệu ứng Hall là sự tạo ra hiệu điện thế (hiệu điện thế Hall) trên một vật dẫn điện, cắt ngang dòng điện trong vật dẫn và từ trường vuông góc với dòng điện.

Bước 3: Kiểm tra

Mã nguồn được cập nhật tại đây.

Hình mô tả đầu ra nối tiếp từ tính toán năng lượng.

Bước 4: Nguyên mẫu

Bước 5: Tham khảo

Guidables.com, Electronicshub.org