Tiêu thụ điện & Giám sát môi trường qua Sigfox: 8 bước

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-23 15:14

Sự miêu tả

Dự án này sẽ chỉ cho bạn cách lấy điện năng tiêu thụ của một căn phòng trên hệ thống phân phối điện ba pha và sau đó gửi nó đến một máy chủ sử dụng mạng Sigfox cứ sau 10 phút.

Làm thế nào để thu hút sức mạnh?

Chúng tôi nhận được ba kẹp hiện tại từ một máy đo năng lượng cũ.

Hãy cẩn thận ! Cần có một thợ điện để lắp đặt các kẹp. Ngoài ra, nếu bạn không biết mình cần loại kẹp nào để lắp đặt, thợ điện có thể tư vấn cho bạn.

Những vi điều khiển nào sẽ được sử dụng?

Chúng tôi đã sử dụng thẻ Snootlab Akeru tương thích với Arduino.

Nó có hoạt động trên tất cả các đồng hồ đo điện không?

Có, chúng tôi chỉ thu được dòng điện nhờ vào các kẹp. Vì vậy, bạn có thể đếm mức tiêu thụ của dòng bạn muốn.

Mất bao lâu để làm cho nó?

Sau khi bạn có tất cả các yêu cầu phần cứng, mã nguồn có sẵn trên Github. Vì vậy, trong vòng một hoặc hai giờ, bạn sẽ có thể làm cho nó hoạt động.

Tôi có cần bất kỳ kiến thức trước không?

Bạn cần biết mình đang làm gì bằng điện và cách sử dụng Arduino và Actoboard.

Đối với Arduino và Actoboard, bạn có thể tìm hiểu tất cả các cơ sở từ Google. Rất dễ sử dụng.

Chúng ta là ai?

Tên của chúng tôi là Florian PARIS, Timothée FERRER - LOUBEAU và Maxence MONTFORT. Chúng tôi là sinh viên tại Đại học Pierre et Marie Curie ở Paris. Dự án này được thực hiện với mục đích giáo dục tại một trường kỹ thuật của Pháp (Polytech'Paris-UPMC).

Bước 1: Sigfox & Actoboard

Sigfox là gì?

Sigfox sử dụng công nghệ vô tuyến trong băng tần siêu hẹp (UNB). Tần số của tín hiệu là khoảng 10Hz-90Hz, do đó tín hiệu khó bị phát hiện do nhiễu. Tuy nhiên Sigfox đã phát minh ra một giao thức có thể giải mã tín hiệu trong tiếng ồn. Công nghệ này có phạm vi hoạt động lớn (lên đến 40km), hơn nữa mức tiêu thụ của chip này ít hơn 1000 lần so với chip GSM. Chip sigfox có tuổi thọ cao (lên đến 10 năm). Tuy nhiên, công nghệ sigfox có giới hạn về đường truyền (150 tin nhắn 12 Byte mỗi ngày). Đó là lý do tại sao sigfox là một giải pháp kết nối dành riêng cho Internet of Things (IoT).

Actoboard là gì?

Actoboard là một dịch vụ trực tuyến cho phép người dùng tạo đồ thị (bảng điều khiển) để hiển thị dữ liệu trực tiếp, nó có nhiều khả năng tùy chỉnh nhờ vào việc tạo widget. Dữ liệu được gửi từ chip Arduino của chúng tôi nhờ một mô-đun Sigfox tích hợp. Khi bạn tạo một widget mới, bạn chỉ cần chọn biến mà bạn quan tâm và sau đó chọn loại graphe bạn muốn sử dụng (thanh graphe, đám mây điểm…) và cuối cùng là khoảng quan sát. Thẻ của chúng tôi sẽ gửi dữ liệu từ những người bắt giữ (áp suất, nhiệt độ, ánh sáng) và từ các kẹp hiện tại, thông tin sẽ được hiển thị hàng ngày và hàng tuần cũng như số tiền chi tiêu cho điện

Bước 2: Yêu cầu phần cứng

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ sử dụng:

• A Snootlab-Akeru
• Một lá chắn Arduino Seeed Studio
• A LEM EMN 100-W4 (chỉ kẹp)
• Một điện trở tế bào quang điện
• A BMP 180
• A SEN11301P
• RTC

Hãy cẩn thận: bởi vì chúng tôi chỉ có phần cứng để thu thập dòng điện, chúng tôi đã đưa ra một số giả định. Xem bước tiếp theo: nghiên cứu điện.

-Raspberry PI 2: Chúng tôi đã sử dụng Raspberry để hiển thị dữ liệu Actoboard trên màn hình bên cạnh đồng hồ đo điện (mâm xôi chiếm ít không gian hơn máy tính thông thường).

-Snootlab Akeru: Thẻ Arduino này chứa một mô-đun sigfox chứa phần mềm giám sát cho phép chúng tôi phân tích dữ liệu từ các cảm biến và gửi nó đến Actoboard.

-Grove Shield: Đây là một mô-đun bổ sung được cắm trên chip Akeru, nó chứa 6 cổng tương tự và 3 cổng I²C được sử dụng để cắm các cảm biến của chúng tôi

-LEM EMN 100-W4: Các kẹp amp này được nối vào từng pha của đồng hồ đo điện, chúng tôi sử dụng một điện trở song song để thu được hình ảnh về dòng điện tiêu thụ với độ chính xác 1,5%.

-BMP 180: Cảm biến này đo nhiệt độ từ -40 đến 80 ° C cũng như áp suất môi trường từ 300 đến 1100 hPa, nó phải được cắm vào khe cắm I2C.

-SEN11301P: Cảm biến này cũng cho phép chúng tôi đo nhiệt độ (chúng tôi sẽ sử dụng cảm biến này cho chức năng đó vì nó chính xác hơn -> 0,5% thay vì 1 ° C cho BMP180) và độ ẩm với độ chính xác 2%.

-Photoresistor: Chúng tôi sử dụng thành phần đó để đo độ sáng, nó là một chất bán dẫn có điện trở cao giúp giảm điện trở của nó khi độ sáng tăng lên. Chúng tôi đã chọn năm nhịp của điện trở suất để mô tả

Bước 3: Nghiên cứu điện

Trước khi bắt tay vào lập trình, bạn nên biết những dữ liệu thú vị cần lấy lại và cách khai thác chúng. Đối với nó, chúng tôi nhận ra một nghiên cứu kỹ thuật điện của dự án.

Chúng tôi lấy lại dòng điện trong đường dây nhờ ba kẹp dòng điện (LEM EMN 100-W4). Khi đó dòng điện chạy qua trong điện trở 10 Ohms. Lực căng trong các đường biên của điện trở là hình ảnh của dòng điện trong dòng tương ứng.

Chú ý, trong kỹ thuật điện, công suất trên mạng ba pha cân bằng tốt được tính theo quan hệ sau: P = 3 * V * I * cos (Phi).

Ở đây, chúng ta không chỉ coi mạng ba pha là cân bằng mà cả cos (Phi) = 1. Hệ số công suất bằng 1 liên quan đến tải hoàn toàn là các lựa chọn cơ bản. Điều gì là không thể trong thực tế. Hình ảnh căng thẳng của các dòng điện được lấy mẫu trực tiếp trong 1 giây trên Snootlab-Akeru. Chúng tôi nhận lại giá trị tối đa của mọi lực căng. Sau đó, chúng tôi thêm chúng để có được tổng lượng dòng điện được tiêu thụ bởi quá trình cài đặt. Khi đó ta tính giá trị hiệu dụng theo công thức sau: Vrms = SUM (Vmax) / SQRT (2)

Sau đó, chúng tôi tính toán giá trị thực của dòng điện, mà chúng tôi tìm thấy bằng cách cài đặt đếm giá trị của điện trở, cũng như hệ số của các kẹp dòng điện: Irms = Vrms * res * (1 / R) (res là độ phân giải của ADC 4,88mv / bit)

Khi đã biết lượng dòng điện hiệu dụng của hệ thống lắp đặt, chúng tôi tính công suất theo công thức cao hơn. Sau đó, chúng tôi khấu trừ năng lượng tiêu thụ từ nó. Và chúng tôi chuyển đổi kết quả kW.h: W = P * t

Cuối cùng, chúng tôi tính toán giá theo kW.h bằng cách coi rằng 1kW.h = 0,15 €. Chúng tôi bỏ qua chi phí đăng ký.

Bước 4: Kết nối tất cả hệ thống

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• PHOTOCELL A3
• PHÁT HIỆN 7
• LED 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• BAROMETRE 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Bước 5: Tải xuống mã và tải mã lên

Bây giờ bạn đã kết nối tốt, bạn có thể tải xuống mã tại đây:

github.com/MAXNROSES/Moosystem_Electrical…

Mã này bằng tiếng Pháp, đối với những ai cần một số giải thích, vui lòng hỏi trong phần bình luận.

Bây giờ bạn có mã, bạn cần tải nó lên trong Snootlab-Akeru. Bạn có thể sử dụng Arduino IDE để làm điều đó. Sau khi mã được tải lên, bạn có thể xem liệu đèn led có phản ứng với các chuyển động của bạn hay không.

Bước 6: Thiết lập Actoboard

Bây giờ hệ thống của bạn đang hoạt động, bạn có thể hình dung dữ liệu trên actoboard.com.

Kết nối bạn với ID và mật khẩu của bạn nhận được từ Sigfox hoặc thẻ Snootlab-Akeru.

Sau khi hoàn tất, bạn cần tạo một trang tổng quan mới. Sau đó, bạn có thể thêm các tiện ích mà bạn muốn trên trang tổng quan.

Dữ liệu đến bằng tiếng Pháp, vì vậy đây là các dữ liệu tương đương:

• Energie_KWh = Năng lượng (tính bằng KW.h)
• Cout_Total = Tổng giá (giả sử 1KW.h = 0,15 €)
• Humidite = Độ ẩm
• Lumiere = Ánh sáng

Bước 7: Phân tích dữ liệu

Vâng, đây là kết thúc!

Bây giờ bạn có thể hình dung số liệu thống kê của mình theo cách bạn muốn. Một số giải thích luôn tốt để hiểu cách nó được phát triển:

• Energie_KWh: nó sẽ được đặt lại hàng ngày lúc 00:00
• Cout_Total: tùy thuộc vào Energie_KWh, giả sử 1KW.h bằng 0,15 €
• Nhiệt độ: tính bằng ° C
• Humidite: tính bằng% HR
• Sự hiện diện: nếu ai đó ở đây giữa hai người, hãy gửi qua Sigfox
• Lumiere: cường độ ánh sáng trong phòng; 0 = phòng đen, 1 = phòng tối, 2 = phòng được chiếu sáng, 3 = phòng sáng, 4 = phòng rất sáng

Hãy tận hưởng dahsboard của bạn!

Bước 8: Mang kiến thức của bạn

Bây giờ hệ thống của chúng tôi đã hoàn thành, chúng tôi sẽ thực hiện các dự án khác.

Tuy nhiên, nếu bạn muốn nâng cấp hoặc cải thiện hệ thống, hãy trao đổi trong phần bình luận!

Chúng tôi hy vọng nó cung cấp cho bạn một số ý tưởng. Đừng quên chia sẻ chúng.

Chúng tôi chúc bạn những điều tốt nhất trong dự án DIY của bạn.

Timothée, Florian và Maxence