Construcción de un monitor de energía doméstico ESP32 seguro
El primer paso para reducir el consumo de energía de su hogar es averiguar cuánto está consumiendo realmente al principio. En última instancia, necesita una línea de base para comparar cuando comience a realizar cambios. Pero jugar con alto voltaje es algo que muchos piratas informáticos evitarán. Afortunadamente, ¿cómo [Xavier Decuyper] explica que puede construir un sistema de control de energía de bricolaje muy robusto sin tener que modificar su cableado alternativo.
En el video después del descanso, [Xavier] analiza la teoría de cómo funciona, pero la versión corta es que solo necesita usar un Transformador Sensual (CT). Estos pequeños dispositivos sujetan un cable de CA y detectan cuánta corriente pasa a través de él por inducción. En su caso, utilizó un sensor YHDC SCT-013-030 que puede medir hasta 30 amperios y cuesta alrededor de $ 12 USD. Emite un voltaje entre 0 y 1 voltios, lo que facilita la lectura con el ADC de su microcontrolador favorito.
Una vez que haya conectado el sensor CT a su microcontrolador, el resto realmente depende de qué tan lejos quiera llevar el lado de la programación. Puede registrar el consumo actual en un archivo de texto simple, si ese es su estilo, pero [Xavier] Quería desafiarse a sí mismo para desarrollar un sistema de control de energía que compita con las ofertas comerciales, por lo que tomó los datos y los utilizó.
Una buena parte de su entrada explica cómo el Amazon Web Services (AWS) usado procesa y finalmente muestra todos los datos que recopila con su monitor de energía ESP32. Cada 30 segundos, el hardware informa el consumo actual a AWS a través de MQTT. Las lecturas se almacenan en una base de datos y [Xavier] usa GraphQL y Dygraphs para generar visualizaciones. Incluso usó Ionic para desarrollar una aplicación móvil multiplataforma para poder experimentar su apariencia y gráficos profesionales sobre la marcha.
Ya hemos visto cuán cuidadosamente monitorear el consumo de energía puede descubrir algunas tendencias sorprendentes, por lo que si desea ser ecológico y no tiene un medidor eléctrico conectado ópticamente, el método del sensor CT puede ser exactamente lo que necesita.
Paul dice:
Y para aquellos que estén más inclinados a medir verdadero potencia (a diferencia de los tiempos de corriente medidos que el voltaje de línea promedio), y sin miedo a conectar algunos componentes (optoaislados) a la línea directamente, el medidor de potencia Woodward es una técnica muy inteligente y simple que utiliza un sensor optoaislador cuadrado.
Originalmente del artículo de Woodward en EDN en 1994, aquí hay un artículo más accesible sobre Nuts & Volts al respecto (pdf): http://beet.the-eye.eu/public/Books/Electronic%20Archive/BuildADigitalWattAndWatt-hourMeter.pdf , que también explica muy bien la teoría.
(Tampoco depende de los caprichos de las computadoras remotas para entregarle sus datos, pero, bueno, eso es, en mi opinión, humano).
Mike Massen dice:
Buen enlace gracias.
Me lleva de regreso al 68705P3 que usamos para la decodificación cuadrada, conduciendo 4 cueros rojos grandes de 7 segmentos para la posición final en las plegadoras alrededor de 1986, buen chip para la época, el cuadrado hecho con 74c86, salud.
reg dice:
Woodward tiene un circuito interesante. Es curioso que diga que las opciones deben mantenerse alejadas de los borradores cuando se calibra. Me gustaría que también proporcionara lecturas precisas. Parece que hay muchos errores posibles en la forma en que trata el análogo. Sospecho que es más preciso pero al mismo tiempo, y como él dice, necesita un conjunto diferente de valores mágicos para una operación de 220 o más y esto simplemente mide la corriente y asume voltaje, por lo que debería poder moverse fácilmente a diferentes voltajes. . La otra gran Q es el clima cuando el propietario promedio busca precisión o simplemente está expulsando grandes cargas. Sé que rara vez pongo mi Kill A Watt en el modo de "precio", pero lo uso en mis lugares y amigos para ver cuáles son las grandes cargas. Desafortunadamente, está limitado a 120V. FWIW Tengo muchos medidores de KWH reales al igual que la compañía eléctrica, pero son excelentes para implementar y no son fáciles de usar para leer. Aún así, son el patrón oro. Son lo que utiliza la utilidad.
Ostraco dice:
Tal vez agregue algo de aprendizaje automático al problema de la diferenciación de carga.
Alex W. dice:
El producto medidor de energía "Sense" hace esto. A juzgar por las reseñas de Amazon, su efectividad para distinguir las cargas es la mejor. Por supuesto, si pudiera entrenarlo con “potencia real cargada” versus “potencia doméstica total real” durante mucho tiempo, probablemente sería una gran ventaja. Pero entonces eso derrotaría al gol, ¿verdad?
Joe Q. dice:
Creo que hay un proyecto que hace precisamente eso. El nombre me evita por ahora.
burlarse dice:
Realmente me gusta el método usado aquí: https://www.mousa-simple-projects.com/2017/12/power-factor-measurment-using-arduino_18.html
Usa dos [op-amp] comparadores que seleccionan la transición cero de las formas de onda de voltaje (con un transformador de voltaje pequeño) y corriente (con un transformador de corriente) y XOR. Su microcontrolador solo lee el ancho de pulso para determinar un factor de potencia. ¡Brillante!
Agregue otro par de amplificadores operacionales para escalar hacia arriba / abajo las formas de onda de voltaje y corriente en sus respectivas entradas de ADC y, además, ¡registre la potencia real y reactiva!
Paul dice:
Buen método para obtener una medición rápida y sucia de la fase. Solo mide el primer armónico, pero a menos que tenga cargas no lineales, como fuentes de alimentación conmutadas, proporcionaría medidas aceptables después de la calibración para las compensaciones y el retardo en cada canal. Si solo quieres eso, genial. Hermoso y sencillo.
Pero puede hacerlo mejor, e incluso con menos componentes activos: simplemente omita la puerta XOR, reemplace los comparadores con amplificadores operacionales e inserte las dos salidas de amplificador en los ADC. Incluso un humilde Arduino Uno es más que capaz de capturar dos canales a más de un kilohercio: suficiente para capturar 17 armonías, como lo hace un verdadero potómetro adulto.
Puede ser un desafío hacer la aritmética y la comunicación en Uno también con esa velocidad, pero sé que Teensy 3.2 puede hacerlo fácilmente, a la mitad de precio.
Paul dice:
Mmm. Me parece que este circuito no puede distinguir entre un factor de potencia principal y uno tardío.
Marcos dice:
No creo que esté limitado a 120v. Simplemente escale R4 en consecuencia, ¿verdad?
Joe Q. dice:
Esto se ve muy bien escrito. Recientemente completé un proyecto similar, pero usé ESP8266 y un ADC externo para una resolución adicional. Estoy en la red de América del Norte, así que usé dos computadoras para "leer" ambos buses.
En mi caso, el ESP8266 mide el flujo total cada 10 sy envía los datos a través de MQTT a Raspberry Pi, en la que tengo a Node-Red enviando los datos a la base de datos InfluxDB y a Thingspeak. Una mezcla de diferentes sistemas. Me gustaría depender menos de la Raspberry Pi (y su potencial de tarjetas SD dañadas, etc.) pero aún no he descubierto / decidido qué hacer en ese frente.
Quy L dice:
Hola Joe, ¿qué ADC externo estás usando?
ADC dentro de esp8266 y esp32 no linealidad y efecto por vcc, temperatura.Joe Q. dice:
Usé MCP3208. Es un ADC de 12 bits bastante económico y se comunica con el ESP a través de SPI. Ligeramente necesario para ajustarlo para que funcione correctamente (las resistencias divididas de voltaje deben ser lo suficientemente pequeñas, por ejemplo, 1 kOhm, para leerlo correctamente) pero es rápido y brinda una resolución más alta que el ESP8266.
Bes P. dice:
¡Hola Joe! ¿Qué modificaciones se pueden realizar para utilizar dos TC?
Paul dice:
Debe haber un complemento de navegador para bloquear automáticamente cualquier video o publicación que use la frase "vatios por hora".
Cunas. No creo que haya una mejor manera de desacreditar instantáneamente todo el video.
(El hombre de alta energía y RV es aún peor, diciendo tonterías como "amperios al día" de forma rutinaria)
Paul M dice:
Sí, considero que el abuso de unidades es una excelente manera de determinar si el escritor o el orador tiene una pista.
Saabman dice:
Watts por hora tiene mucho sentido para mí
Paul dice:
Los vatios por hora tienen sentido si describe qué tan rápido cambia el consumo de energía.
Si usa “Watts por hora” en lugar de “Watts” o “Watts por hora”, entonces es ignorante y tiene un malentendido fundamental de cómo funciona la electricidad y el universo en general: se lo identifica inmediatamente como incompetente.
Afortunadamente, esto se puede solucionar fácilmente leyendo cualquier material introductorio sobre el tema, o incluso simplemente sentándose y pensando por un momento o dos.
jeffeb3 dice:
Entender mal las unidades difícilmente implica malinterpretar algo más. Cálmate.
Paul dice:
difícilmente implica malinterpretar nada más Quizás. Pero cuando intentas medir algo y ni siquiera entiendes las unidades que mide, surge la pregunta de qué más no entiendes al respecto. Todo hermoso ESP32 y AWS, etc. El lápiz labial después de aplicarlo no cambia eso, no importa cuán competente sea con esas partes.
Paul M dice:
Si no puede utilizar las unidades adecuadas de energía y potencia, no es necesario que escriba artículos educativos en Internet.
keith de canadá dice:
El único uso legítimo de "amplificadores al día" es cuando se trata de Yngwie Malmsteen tratando de romper su guitarra Sandvik.
anszom dice:
La medición de la corriente por sí sola no es un buen indicador del uso de energía a menos que solo tenga cargas de resistencia (poco probable en una casa moderna). Créame, lo intenté.
Dejé a un lado el problema de sentir realmente el voltaje de línea bajo el supuesto de que es una onda sinusoidal perfecta de 230 V y detectar la fase con un detector de cruce por cero (convenientemente, ya estaba presente en el diseño).
on4tux dice:
Mirando la imagen del cableado, parece que tiene 3 fases. Si planea mapear todo su consumo, necesitará usar paréntesis para el cable gris y negro también.
Paul M dice:
Es un hermoso proyecto. Los sensores CT no son realmente tan precisos, pero de todos modos obtienes una indicación útil.
Construí un sistema con CurrentCost EnviR, con tres sensores y una Raspberry pi para capturar energía mediciones.Ahora probablemente iría con esto:
https://openenergymonitor.org/ninguno dice:
Los sensores CT pueden ser muy precisos si el sistema está calibrado correctamente. Abra cualquier medidor eléctrico digital que las compañías eléctricas estén usando ahora y verá que ahora están usando CT. Los TC también se han utilizado durante mucho tiempo para medir grandes cargas de potencia. Mire la corriente eléctrica de algún almacén industrial grande y probablemente verá todas las fases funcionando a través de un conjunto de TC y luego se conectan a un medidor de potencia, en lugar de operar toda esa corriente a pesar del medidor de potencia en sí.
oscila dice:
Estoy pensando en hacer algo similar con mis corchetes de costos contemporáneos, pero usando ESP8266. ¿Estás listo para compartir detalles sobre cómo configuraste esto? ¿Conoce el número de devanados entre paréntesis?
Nelsontb dice:
Simplemente use un medidor Modbus de los sitios web chinos habituales, informan varias medidas diferentes de una acción de menos de 30 $
Ostermann, Petro dice:
... o puedes comprar efergy con contador principal 1x3phase y hasta 4 submedidores uno de ellos para generación de energía como fotovoltaica.
BeatJunkie dice:
Para que quede claro: estos sensores CT económicos miden la potencia con tanta precisión como su pulgar mide la distancia. Y medir la potencia cada 30 segundos tampoco tiene sentido. Simplemente te dice que _alguien_ está usando energía. Ni siquiera cuánto. Y la probabilidad de que te pierdas algo es bastante alta.
El medidor de energía mide 20MS / sy más Y mide el voltaje y se puede comprar en China por $ 20. Sí, incluso un indicador MODBUS.Paul dice:
Para ser claros: un sensor CT es tan bueno como su circuito de acondicionamiento de señal y su implementación. No es culpa del transformador que los encuentre incorrectos.
El "circuito" descrito en el artículo vinculado es un ejemplo excelente y tristemente común de cómo NO implementarlo.
Estos transformadores de potencia baratos son solo eso: el transformador. Si no está incluido, necesita al menos el tamaño de resistencia adecuado. También necesita un amplificador con un excelente rechazo de modo común y / o un buen blindaje electrostático.
La mayoría de los intentos ingenuos de implementar estas cosas olvidan que la línea de 120 V o 230 V en la que corta está conectada capacitivamente al devanado de ese núcleo: si el escudo electrostático no aterriza (o no está presente), hay un modo común masivo en el par de cables que salen de él, que estropearán la señal diferencial que representa la corriente lineal.
Con una preparación de señal decente y manteniéndose dentro del rango funcional proyectado del CT, son precisos y precisos. Diablos, es la forma estándar de medir las corrientes de línea en los sistemas de servicio, desde líneas de larga distancia de gigavatios hasta el medidor inteligente de nueva apariencia en el costado de su casa.
Eche un vistazo a algunas de las muchas hojas de datos de los medidores IC y notas de programas para obtener buenas descripciones del principio de funcionamiento y cómo implementar correctamente un sensor de transformador de corriente Ejemplo aleatorio: MAXQ3180 de Maxim
Franq dice:
Tampoco hay una palabra sobre cómo los transformadores de corriente son peligrosos si se usan incorrectamente. Sin la resistencia de carga, o si falla, ahora tiene miles de voltios en sus cables delgados ... En el mejor de los casos, su micro probablemente cocinará.
Joe Q. dice:
Los TC chinos baratos tienen un sistema de derivación que consta de dos diodos Zener para evitar esta situación.
John dice:
Y si quieres un poco más de precisión. Mire esto: https://www.crowdsupply.com/circuitsetup/split-single-phase-energy-meter/
Otmar dice:
IoTaWatt es un monitor de energía de potencia real basado en ESP de 14 canales de código abierto que me gusta. Resuelve muchos de los problemas que se presentan aquí y tiene una documentación muy buena.
https://iotawatt.com/tilk dice:
Construyo un medidor de potencia de 12 canales, usando transformadores de corriente, en un gabinete para montaje en riel DIN. Utiliza STM32 para las mediciones de ADC y ESP8266 para la interconexión, y mide el voltaje simultáneamente con la corriente, por lo que puedo obtener la potencia real y el factor de potencia para cada uno de los canales. Cuando el proyecto termine, me gustaría abrirlo.
ĈJ dice:
Solo su fuente de alimentación se adapta a un medidor inteligente, hace todo el trabajo por usted y la pantalla gratuita muestra su uso cada segundo
Párpado Saville dice:
@CJ, tengo un medidor inteligente en mi casa para ese PG&E (área de SF Bay) con el que me gustaría conectarme. PG&E dice que puedo conectar un dispositivo HAN (https://www.nts.com/services/certification/pge/han-devices/). ¿Usted o alguien más que esté leyendo esto me indica algún dispositivo HAN adecuado para que un software como el mío pueda leer y analizar localmente?
Luz reactiva dice:
La seguridad se evalúa seriamente. Ciertamente no lleva a la gente a la luna.
Patrón actual dice:
Hola lindo proyecto
Tengo un proyecto similar en marcha para energía solar / red.
Mi idea es recolectar el voltaje y la corriente al mismo tiempo. Utilizo 2 ACD del ESP32.Con la velocidad del ESP32 puedo ver la forma de onda sinusoidal en el voltaje y la corriente (para voltaje uso un transformador, para corriente uso CT). Esto me permite medir la corriente en los 4 cuadrantes :).
El código ESP proporciona un valor máximo / mínimo (al voltaje máximo, cuál era la corriente). Esto me permitirá ver que la corriente es positiva o negativa (si la casa consume menos que el panel solar generado, la corriente será negativa). O puede enviar un subconjunto de formas de onda para su procesamiento en una computadora.
Intentaré producir algún tipo de documento donde esté listo.
Saludos
