4 de Outubro de 2012
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Índice
1) Introdução
2) Estado da Arte
3) Arduino e Microcontroladores
4) Projecto do visualizador
5) Simulação e Teste
6) Conclusões
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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Introdução
Portugal
17,7% do Consumo Final (2009)
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
ElectricidadePrincipal Fonte de Energia
Consumida38,1% do total do sector
• 14 442 milhões de kWh• Despesa global > 2000 M€• Despesa média por
habitação de 523€/ano
2009/2010
Fonte: INE, DGEG, Outubro 2011
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Motivação
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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?
• Conceber um dispositivo electrónico • Formato de visualização: grelha de LEDs que se ilumina consumo• Sensibilizar os consumidores para URE
Fonte: IST, ULHT, Project SAVE – IEE 2012
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Importância da visualização
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
• Homem adquire mais informação através da visão do que através de todos os outros sentidos combinados
Sentido mais valioso para providenciar informação
• Usabilidade • Nível de conhecimento prévio• Escalabilidade• Estética
Simples, intuitivo, funcional
Questões a ter em conta:
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Estado da Arte
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
2000 – Watt Bug: dispositivo com características típicas de um animal2002 – Ambient Orb: globo brilhante e translúcido utiliza mudança de cor2003 – Energy Cube: mapeamento de zonas domésticas nas faces de um cubo Energy Magnets: imans de frigorífico que representam aparelhos domésticos2005 – Power-Aware Cord: re-desenho de uma extensão eléctrica com cabos electroluminescentes2012 – Triad-Energy: em forma de olho com ligações à internet e ao telemóvel
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Arduino e Microcontroladores
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Microcontrolador – Elemento principal deste projecto. Controla todos os dispositivos
Plataforma de desenvolvimento Arduino (UNO)
Microcontrolador Atmega328
Tensão de funcionamento 5V
Tensão de alimentação (recomendada)
7-12V
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
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Projecto do Visualizador
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Hardware Software
Interface com a rede eléctrica Fluxograma
Visualizador Código
Alimentação do sistema e outras considerações
Esquema de montagem
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Hardware: Interface com a rede eléctrica
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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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Hardware: Interface com a rede eléctrica – Sensor de Corrente
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Sensor de corrente Não-invasivoFuncionamento: Efeito de induçãoSegurança: Díodo ZenerOutput mode: Corrente
Modelo SCT-013-000Tamanho da abertura 13mm×13mmCorrente de entrada 0-100ARácio de voltas 100A-0.05ATensão de saída 0-50mVNão-linearidade ±3%
Nº voltas: 2000 IRMS = 100A
Dimensionar uma resistência de sobrecarga (burden) para converter o sinal em tensão
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Hardware: Interface com a rede eléctrica – Sensor de Corrente
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Vbias=2,5V
IPICO_p= IRMS = 141,4A
IPICO_s= IPICO_p / nº voltas = 0,0707A
(1) Corrente de pico no circuito primário
(2) Corrente de pico no circuito secundário
Tensão de funcionamento Arduino: 0V-5V (valores positivos)Vsensor tem valores positivos e negativos
biassensorinputana VVV log_
334,350707,0
5,2
_ sPICO
biasburden I
VR
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Hardware: Interface com a rede eléctrica – Sensor de Tensão
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Sensor de tensão Transformador monofásico AC/ACRelação de transformação 230:10V
Divisor resistivo para baixar a tensão para valores próximos da unidade (segurança)
Vkk
kVsensor 76,010
28100
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Vbias=2,5VTensão de funcionamento Arduino: 0V-5V (valores positivos)Vsensor tem valores positivos e negativos
biassensorinputana VVV log_
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Hardware: Visualizador
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
7 LEDs difusos de 5 mm de cor vermelha
Para não danificar os LEDs:
1007,96030,0
1,25sup
LED
LEDply
I
VVR
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Hardware: Alimentação do Sistema e Outras Considerações
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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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Hardware: Esquema de montagem
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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Software: Algoritmo
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Tempo entre amostras 377µs
3000 amostras – cálculo da potencia ser feito a cada segundo
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Software: Código
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Definição de constantes e variáveis
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Software: Código
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
SETUP
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Software: Código
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
CALCULATE_POWER
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Software: Código
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
LOOP
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Simulação e Teste
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
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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Simulação e Teste
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
Serial Monitor do Arduino + Contador tradicional
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Conclusões
Obrigada pela atenção!
Desenvolvimento e teste de um visualizador do consumo de energia eléctrica para o sector residencial
• 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
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