Sistema completo de monitoreo de energía Raspberry Pi

Gloria Vega
Gloria Vega

A medida que el mundo se ha vuelto más respetuoso con el medio ambiente, hemos visto un crecimiento en los proyectos que controlan o controlan la energía doméstica. Al menos uno de estos arreglos involucra un microcontrolador y algún tipo de sensor de corriente de pellizco, pero si está buscando un medio para alejarse un poco más, este sistema de monitoreo de energía Raspberry Pi creado por [David00] sería un gran lugar para comenzar.

Este proyecto incluye programas de suministro y dispositivos que se utilizarán junto con la Raspberry Pi para controlar no solo el consumo de energía del hogar, sino también la producción si su hogar tiene un panel solar u otro método para generar su propia energía. Los datos se extraen cada 0,5 segundos del MCP3008-ADC conectado a hasta cinco seis sensores de corriente para brindar estadísticas de uso en tiempo real, y Grafana los visualiza para que pueda ver toda la información de un vistazo.

Tiempo [David00] Después de haber prestado un excelente servicio a la comunidad al lanzar el hardware y el software bajo una licencia de código abierto, también ha producido una documentación absolutamente fenomenal para el proyecto que realmente vale la pena como recurso para cualquiera que quiera ejecutar su propio sistema de monitoreo. Incluso ofrece kits de hardware para cualquiera que esté más interesado en experimentar con el software que en construir la PCB.

Los proyectos de monitoreo de energía en el hogar ciertamente no son nada nuevo, pero los increíbles avances que hemos visto en el tipo de hardware y software disponible para proyectos de bricolaje durante la última década realmente han impulsado la vanguardia. Con tantos recursos increíbles disponibles ahora, lo único que se interpone entre usted y el panel de control de energía de su hogar es un deseo y un fin de semana largo.

  • Cabeza de alfiler BE dice:

    ¿Cuánta energía usa ese Pi para intentar ahorrar unos pocos vatios?

    • Val dice:

      Chico, es un proyecto muy bueno, es realmente divertido y educativo, además de que ha aportado mucho más conocimiento al mundo de los piratas informáticos sobre cómo funcionan esos dispositivos. No se trata solo de ganar matemáticas en seco, ya sabes.

      • JC dice:

        Tu comentario resume la arrogancia y la ignorancia del pensamiento que nos llevó a donde estamos.
        El calentador de hierro está entre 2000W y 3000W, la caldera es estándar de 3000W.
        Raspberry Pi usa un máximo de 3Ax5V = 15W
        Una comprensión muy básica del uso de energía demostraría la ventaja y la importancia de saber que no todas las cosas con un enchufe usan la misma energía.

    • Tvel dice:

      Bueno … a veces los datos brutos de que el horno / hierro apaga valen la pena

    • Matt Brunton dice:

      Entiendo lo que quieres decir, pero si ese Pi ya se usa para otra cosa (NAS, servidor web, etc.), ¿por qué no usar la CPU de respaldo?

    • DainBramage dice:

      Muy, muy poco en comparación con la mayoría de los electrodomésticos. Tan poco que probablemente no pueda medir su propio uso eléctrico en el contexto de los electrodomésticos. Te preocupas por unos pocos vatios cuando se usa el aparato para ayudar a prevenir el uso excesivo de kilovatios.

    • daveboltman dice:

      ¡Si, eso!

    • RegVeg dice:

      Rpi4 operando esto usará algo entre 650 milivados (inactivo) a 900 milivados (poco probable, pero rodea esto cuando se grava). Entonces, 0.64 vatios inactivos – 0.9 vatios, maximizados serán aproximadamente 0.0216 kWh por día, o 7.884 kWh por año. En comparación, se otorga una calificación energética A ++ de la UE en un refrigerador para electrodomésticos que consuman 280 kWh por año o menos.

    • Fresco dice:

      En mi caso, creo que tu punto está bien pensado. Hice un proyecto sobre generación y consumo de energía con una Raspberry Pi en mi sistema de paneles solares 45W Harbor Freight. En ese caso, los aproximadamente 4w consumidos por la fuente de alimentación de 5v y el Pi fueron significativos. Preocupado por el voltaje de la batería marina durante la noche después de un día nublado, terminé agregando un Arduino con un reloj sin procesar que ponía el Pi a dormir por la noche y lo despertaba por la mañana. Era un sistema de basura, pero fue divertido y educativo combatirlo.

      • sale de dice:

        bueno saber. Estaba pensando en ejecutar mi Pi directamente desde una batería cargada por un panel solar debido a las pérdidas de conversión en la fuente de alimentación. De todos modos, mi proyecto solo tiene que ejecutarse de día.

        • Kyle dice:

          Opero mi TV de 32 pulgadas y pi con un volante externo tb para 24 casas con 2 baterías de automóvil. Mi tercera batería se carga durante aproximadamente 48 horas. Con un televisor y una caja de pi y afuera reboto entre 10 y 0 vatios

      • JoshS dice:

        ¿No sería un convertidor CC / CC una mejor opción?

    • no spam dice:

      ¿Cómo puede reducir el consumo de energía de manera significativa si no puede cuantificar lo que está usando a tiempo? A los cabezas de alfiler no les importa el consumo excesivo porque más siempre significa mejor en sus libros.

      Buen proyecto, buen esfuerzo, gracias por compartir!

  • Tvel dice:

    Bela!. Y buena documentación.
    Hago algo similar con los módulos esp32 y PZEM-004T en casa. Los datos son manejados por el servidor MQTT para su almacenamiento y monitoreo.

  • Dr. Footleg – Roboto (@drfootleg) dice:

    ¿Esto solo controla el uso general, o puede reconocer la firma de potencia de diferentes electrodomésticos y permitirle descubrir que la lavadora acaba de terminar un ciclo, o el laúd, cómo se dejó? Esa sería una extensión realmente genial.

  • Medix dice:

    ¿Esta implementación es monofásica o se puede adaptar a trifásica?

    • Xid dice:

      Leer el artículo ?!

      “… hasta cinco sensores de corriente …”

      • Gente de todo dice:

        Espero que Medix signifique si puede soportar voltajes distintos de 230 (208 V o 400 V) o si puede distinguir entre las diferentes fases. Google “línea eléctrica trifásica” si está confundido;)

        • Medix dice:

          Correcto, 5 sensores son buenos, pero quería saber si el software está escrito para calcular las diferencias de fase, etc. para medir la potencia trifásica (no tan simple como la monofásica).

          Claro, podría modificarlo yo mismo, pero ¿por qué reinventar la rueda si ya está terminada?

          • atomd dice:

            no hay soporte para el voltaje de entrada, por lo que realmente no puede distinguir la potencia reactiva ni calcular la potencia real.

          • tekkieneet dice:

            Simplemente pegando ADC a PI y tomando instantáneas de 0.5-dry significa que OP * asume * que cada medición proviene de cargas de resistencia puras. Los resultados no serán los mismos que mida la empresa útil.

            Puede utilizar un chip de control de energía (por ejemplo, ver el enlace a continuación) o al menos tener un microcontrolador * en tiempo real * que pruebe la potencia instantánea para calcular la potencia real.

            https://www.microchip.com/design-centers/utility-metering-solutions/power-monitoring

          • David00 dice:

            Hola, David00 (creador del proyecto) aquí …

            Actualmente, el software no es compatible con el control de potencia trifásico. Se puede expandir para admitir trifásicos, pero ahora solo está diseñado para sistemas monofásicos / bifásicos.

            También hay un error en el artículo: intentaré ponerme en contacto con el autor. El proyecto admite hasta 6 transformadores de corriente totales, no 5. 🙂

          • David00 dice:

            No puedo responder a atomd o tekkieneet directamente; no estoy seguro de por qué, pero quería corregir su suposición sobre las capacidades de mi proyecto.

            atomd dijo en un comentario a continuación:
            “No hay soporte para el voltaje de entrada, por lo que realmente no puede distinguir la potencia reactiva o calcular la potencia real”.

            El proyecto tiene un requisito de voltaje de fuente alterna. En la documentación, enumeré el requisito de una fuente de alimentación de 9 V CA. Se utiliza para probar la tensión alterna de la red para fase y nivel.

            tekkieneet dijo en un comentario a continuación:
            Simplemente pegando ADC a PI y tomando instantáneas de 0.5-dry significa que OP * asume * que cada medición proviene de cargas de resistencia puras. Los resultados no serán los mismos que mida la empresa útil.

            Puede usar un chip de control de energía (por ejemplo, ver el enlace a continuación) o al menos tener un microcontrolador * en tiempo real * que pruebe la potencia instantánea para calcular la potencia real. “

            Tus comentarios son correctos, pero no es así como funciona mi proyecto. 🙂
            No se supone que todas las cargas sean simplemente resilientes: este proyecto es capaz de medir y calcular la potencia real de TODOS los tipos de cargas. El código toma decenas de miles de muestras por segundo de todas las entradas, corrige los errores de fase causados ​​por el retardo de tiempo muy corto entre las muestras y luego calcula la potencia instantánea para obtener un cálculo de potencia real realmente preciso.

            NO NECESITA un chip de control de energía para medir con precisión la potencia; claro, los chips de monitor dedicados serían un poco más precisos, pero también están limitados en la cantidad de entradas que aceptan.

          • tekkieneet dice:

            La última vez que hice una medición de potencia trifásica, tenía 8 pares de muestras y contenía las entradas de un sistema de adquisición de datos (que diseñé). Los canales de voltaje y los canales de corriente se probaron y exportaron a una hoja de cálculo, donde se calcula la potencia. Tuve mi resultado comparado con una caja de laboratorio que realiza las mediciones trifásicas adecuadas de potencia.

            La calibración no es tan difícil al menos en mi caso, ya que los sensores de voltaje y corriente pueden manejar CC, por lo que tomando suficientes puntos de datos, opere esto mediante una regresión lineal en la hoja de cálculo para la pendiente. compensación, residuos, etc. Según el ajuste de los datos, se puede utilizar un ajuste lineal simple o un ajuste lineal por partes en todo el rango para abordar la no linealidad.

            Hoy usaría el barato STM32F103 ($ 2 Blue Pill) porque tiene 2 ADC independientes de 12 bits y 1Msps. El ADC puede activarse mediante un temporizador de hardware sin intervenciones de programación y resultados mantenidos por DMA. No tendrá problemas de programa como el RPi. Muestre el voltaje y la corriente en el par de ADC y no tendrá que meterse con los cambios de fase.

  • Brian dice:

    “… ha aportado mucho más conocimiento al mundo del pirata informático sobre cómo funcionan esos dispositivos”.

    La información es de mala calidad y no aborda los fundamentos de la adquisición de datos para el monitoreo de energía.

    “No sabes que todo se trata de ganar matemática en seco”.

    Oh Dios, simplemente no. Inserta tu tarjeta nerd / nerd. Los números lo son todo. Ya sea plomero, conductor de autobús o disc jockey, los números importan. Las matemáticas no son secas. Explica todo. Donde falta las matemáticas, todo es sospechoso.

    Sobre los ‘números’. ADC de 10 bits, donde INL, DNL, ​​Vos y otras cosas son al menos 8 LSB a 50 grados de temperatura; y donde no se controla Vref, donde no hay una entrada Z para un convertidor SAR, donde la “calibración” es solo un factor de escala simple, solo podemos asumir que la “matemática seca” es sospechosa. Sus datos de seis dígitos son una fantasía y no tienen ningún significado.

    • Factura dice:

      Esto es un poco duro, pero se comprende bien que citar seis dígitos de precisión excede las capacidades y la calibración limitada y la fuente de referencia disponibles para el hardware. He estado enseñando electrónica durante bastantes años, y al comienzo de mis cursos, los estudiantes nunca dejan de escribir números con menos de los dígitos que aparecen en sus calculadoras. Esto es incluso cuando las mediciones son inciertas sobre quizás +/- 5% de la lectura. Se necesita más esfuerzo para que los estudiantes tengan en cuenta las fuentes de incertidumbre, pero trabajo para que los estudiantes citen sus respuestas finales con la precisión adecuada y con una precisión general de +/- por ciento. Tengo la edad suficiente para comenzar con una regla de cálculo de diapositivas (afortunadamente, muy brevemente) y luego comencé a usar una calculadora HP, que implícitamente lee solo unos pocos dígitos a la derecha del punto decimal. HP obviamente tenía diseñadores a los que les gustaba mostrar los números con una precisión que tiene ingeniería.

      Todavía tengo que sonreír cuando veo una respuesta como -20.000625 dBm cuando los estudiantes leen mirando la pantalla del osciloscopio para hacer ejercicio de laboratorio.

      Habiendo dicho todo eso, este proyecto aún no ha sido muy útil para ayudar a un propietario a identificar y rastrear el uso eléctrico.

    • David00 dice:

      Hola,

      David00 (creador del proyecto) aquí. Solo quería corregirlo en un punto con respecto a la calibración. La calibración no es solo un simple factor de escala, como sugirió. Escribí un complejo algoritmo de corrección de fase para adaptarme a los errores de fase, causados ​​por el tiempo entre muestras y el propio error de fase en cada TC. Consulte la sección teórica que describí aquí, que describe parte del proceso de calibración de este proyecto.

      https://github.com/David00/rpi-power-monitor/wiki/Phase-Correction-Theory

      En última instancia, se trata de un monitor de potencia de grado aficionado; no está destinado a competir con los sistemas comerciales de control de ingresos que buscan una precisión absoluta.

      • tekkieneet dice:

        FYI: Estás hablando de ajuste de fase para el canal ADC individual. Estos son errores de cambio de fase más o menos fijos que son comunes al mismo hardware.

        Brian y Bill hablan sobre los ajustes necesarios para cuidar la precisión del ADC: linealidad, compensaciones, etc. (+ error introducido por los sensores de corriente). Este último es necesario para calcular las lecturas con precisión para sistemas * individuales * para tolerancias / variaciones de componentes, etc.

        • David00 dice:

          ¡Oh, sí, gracias por la explicación!

          No intenté corregir la precisión del ADC yo mismo. Creo que reducir ese nivel de detalle requeriría una fuente de calibración muy precisa a la que la mayoría de los propietarios no tienen acceso. Creo que, considerando el alcance y la audiencia previstos de este proyecto, fue suficiente calibrar con un POST de factor de escala simple cuando se corrigieron los errores de fase inherentes, contra un medidor de soporte de CA de grado consumidor o Kill-A-Watt común.

      • Matt Ray dice:

        @ David00,

        Realmente, esto es un gran esfuerzo y con su comprensión ahora no puedo evitar pensar que sería de gran ayuda para monitorear sensores de gas como el MQ-4. Soy un novato total y necesito dedicar más tiempo a estos proyectos que a hacerlo solo. Gracias por esto.

  • Iluminador dice:

    ¡Qué herramienta tan útil! Me preguntaba qué dibujan varias cosas en la casa mientras estoy fuera o durante mis actividades diarias.

    La cocina es un dispositivo a pedido porque no funciona todo el día, pero cuando enciendo mi computadora de escritorio, ¿qué dibuja?

    Si enciendo el subwoofer / altavoces, ¿cuál es la tracción ahora? Cuando enciendo la fuente de alimentación Tripp-Lite 12V / 40A, ¿cuál es el consumo?

    ¿Cómo cambia el consumo de energía cuando obtengo el Elecraft K3 (transmisor de radioaficionado)? ¿Entregar?

    Estos eran en su mayoría desconocidos, contenidos en el proyecto de ley electoral a fin de mes, donde podía esperar que mis actividades de hobby contribuyan aquí y allá al consumo de electricidad en la casa. Ahora podría poner este electrodoméstico en un cable y presenciar el impacto que tengo en las contribuciones a mi consumo de energía general al revisar los electrodomésticos opcionales de la casa.

    ¡Útil! (Así que no es de extrañar que vea críticas irreflexivas e invisibles).

  • David00 dice:

    Hola a todos, aquí está David00 (creador del proyecto).

    Quería omitir y dejar un comentario porque veo algunas suposiciones incorrectas hechas y publicadas por personas en esta sección de comentarios. También Tom, gracias por presentar mi proyecto en su publicación; sin embargo, hay un error tipográfico, y es que el proyecto admite 6 transformadores de corriente en total (no 5).

    1. El proyecto puede calcular la potencia real de TODOS los tipos de cargas. El proyecto toma decenas de miles de muestras por segundo de hasta 6 transformadores de corriente y una fuente de entrada alterna requerida, corrige errores de fase, calcula la potencia instantánea y luego calcula la potencia real, la potencia aparente y el factor de potencia. Este proyecto inspecciona las armonías de cada transformador de corriente individual. No solo lee el ADC e imprime el valor.

    2. El proyecto no admite actualmente el seguimiento en tres fases. Teóricamente es capaz de hacerlo, con algunas suposiciones principales sobre las otras dos fases que no se pueden probar, pero si solo desea hacerse una idea del consumo de energía trifásica sin requisitos reales de precisión, el proyecto en su estado actual se puede modificar para admitirlo.

    3. Realmente aprecio las contribuciones de técnicos eléctricos experimentados con una carrera llena de experiencia. Sin embargo, me gustaría recordarles amablemente a estas personas que este proyecto NO se esfuerza por competir con la precisión de las soluciones de, por ejemplo, Siemens, Fluke, etc. Este proyecto es para inspección de la casa de acuerdo con bricolaje / aficionados … ¡y el costo del hardware involucrado lo refleja!

    • Ethan Arnold dice:

      Busco un proyecto similar que use esp32, que ya incluye wifi y varias (8?) Entradas Adc y cuesta mucho menos (2 €), es mucho más pequeño y consume mucha menos energía. Tal vez no sea tan preciso, pero no necesito una alta precisión, solo quiero un monitor barato y de alta entrada para instalar en mi caja de fusibles para saber cuál de mis 20 circuitos en la casa usa la energía que veo en el medidor principal. (varios 100w durante la noche).

  • Beatjunkie dice:

    Estos sensores de corriente están limpios. Los usamos y los encontramos demasiado lejos de sus especificaciones. Y debido a su tamaño, no pueden medir cargas pequeñas. También quería señalar que hay un proyecto de código abierto que hace lo mismo con raspberry y estos sensores de corriente: emonPi (openenergymonitor). Es mucho más maduro y viene con el software adecuado.

    • David00 dice:

      Si mira el documento del proyecto, verá que este proyecto es de OpenEnergyMonitor. Además, si conociera su proyecto, vería que probaron minuciosamente el YHDC SCT-013-000 y lo encontraron suficiente para este propósito.

      Documentación del proyecto: https://github.com/David00/rpi-power-monitor/blob/master/README.md

      Informe de prueba de YHDC SCT-013: https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ct-sensors/yhdc-sct-013-000-ct-sensor-report

  • Ferenc dice:

    ¿Puedo comentar sobre David00 por el manejo incansable de los (por lo que sé, válidos) comentarios de los asistentes? Gracias.

  • Joe Q. dice:

    David00: esto se ve muy bien.

    Tengo una configuración similar pero de baja tecnología en mi propia casa: en mi caso, dos computadoras en el panel insertando ESP8266, usando el mismo ADC que usted usa. Les hice muestrear alrededor de 0.5 s (no puedo recordar exactamente cuánto) de la forma de onda actual cada 20 segundos. Y luego cuente Irms fuera de eso.

    No necesito una precisión de medidor, pero durante mis pruebas, descubrí que el diseño actual que midió mi diseño estaba dentro de un pequeño porcentaje de un medidor de tipo Kill-a-Watt. Eso es suficientemente bueno para mis propósitos. No me importaba un transformador AC-AC calculando la potencia.

    Tuve un electricista profesional que puso las computadoras en mi panel por mí.

    En mi caso, el ESP8266 envía información de diseño actual a través de MQTT a un corredor en el hogar, que luego la envía a InfluxDB que se ejecuta a través de Amazon Lightsail VPS. Grafana luego lo describe.

    Mi sistema también tiene sensores de temperatura / humedad en algunas habitaciones de la casa, así como un sensor de temperatura en la salida principal del horno. La combinación de poder ver la tracción actual y el rendimiento de mi sistema HVAC fue muy valiosa. No tengo un algoritmo para distinguir las diferentes cargas entre sí, pero normalmente sé cómo mirar los gráficos.

    Algunas cosas que esta configuración hizo por mí: (a) Reveló un problema con el fusor de mi impresora láser MFD. (b) Revelé la causa de la falla con la placa principal de mi horno. (c) Revelé la causa de la falla de mi compresor de CA. (d) Revelé la causa de un ciclo de calentamiento lento en mi horno.

    Si quisiera medir, compraría un sistema profesional. Hoy en día lo que tengo es genial, y su costo se reembolsa al menos 10 veces por problemas antes de que empeoren.

  • lbhartman dice:

    ¡Tantos comentarios negativos!

    los detalles de este “terrible!” El proyecto está ahí para que puedas arreglarlo. ¿Tus padres nunca te dijeron que “compartas una solicitud agradable o no compartas nada”?

    “Médico, combativo” simplemente no te gusta … sí, te gusta.

  • José dice:

    @ David00 y cualquier otra persona que pueda responder.

    Gracias por este interesante proyecto. Actualmente tengo las piezas ordenadas y estoy esperando ansiosamente la entrega para armarlas.

    Mientras tanto, ¿puede explicar por qué eligió la versión 000 de esta serie de sensores CT? Los otros parecen convertirse directamente en voltaje, lo que parece ser más fácil de conectar a un chip ADC.

    ¿Qué me estoy perdiendo?

    • David00 dice:

      ¡Hola Joe! Me alegro de que esté probando mi proyecto.

      La razón por la que elegí la versión 000 del transformador de corriente YHDC es porque produce corriente y no voltaje. El otro tipo de TC, los que extinguen voltaje, no nos permite aprovechar la resolución completa de la entrada ADC. En este proyecto, el ADC puede aceptar una entrada de hasta 3.3V. Esos CT de “salida de voltaje” apagan 1V, si mal no recuerdo. Las entradas están polarizadas por + 1,65 V, lo que significa la “salida de voltaje” Los CT solo pueden generar un voltaje máximo de 2,65 V, cuando el ADC puede aceptar hasta 3,3 V. Al no usar el rango de voltaje de entrada completo, los TC operan esencialmente con una resolución más baja, y esto puede afectar la precisión.

      Desde que se publicó este artículo, lancé un sitio web para el proyecto en el que proporcioné varios CT calificados. También puede ponerse en contacto conmigo a través del formulario de contacto en mi sitio web si tiene alguna pregunta sobre su arreglo. ¡Por favor, míralo!
      https://power-monitor.dalbrecht.tech

      • José dice:

        Hola David,

        Muchas gracias por tu rápida respuesta. Su explicación de por qué eligió la versión 000 tiene mucho sentido.

        Probablemente me pondré en contacto más tarde con más preguntas cuando empiece a juntar las partes. Saludos

  • Parveen dice:

    Hola David, Gran Proyecto. Muy interesante.

    Buscaba algo muy similar a controlar principalmente mi producción solar. Así como el consumo eléctrico de los electrodomésticos.

    Vivo en Adelaide, Australia. Me pregunto si necesitaría cambiar algo (software o hardware) para que esto funcione.

    • David00 dice:

      Hola Parveen. ¡Gracias por tus comentarios!

      Definitivamente funcionará para usted en Australia, siempre que tenga una fuente de alimentación monofásica. No se requieren cambios de hardware y el voltaje de línea más alto se calcula en los programas durante el proceso de calibración por el que tendrá que pasar. Si tiene más preguntas, el formulario de contacto en mi sitio web es la mejor manera de contactarme:
      https://power-monitor.dalbrecht.tech/contact-2/

      ¡Gracias!
      David

  • IG McDougall dice:

    Interesante. Mi objetivo es conectar hasta 12 unidades CT a un Pi. ¿Alguien ha hecho esto? ¿Qué comprobación de sitios web recomendaría?

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