Consommation électrique et surveillance de l'environnement via Sigfox : 8 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

La description

Ce projet vous montrera comment obtenir la consommation électrique d'une pièce sur une distribution électrique triphasée puis l'envoyer à un serveur utilisant le réseau Sigfox toutes les 10 minutes.

Comment mesurer la puissance ?

Nous avons obtenu trois pinces ampèremétriques d'un ancien compteur d'énergie.

Fais attention ! Un électricien est nécessaire pour l'installation des pinces. Aussi, si vous ne savez pas de quelle pince vous avez besoin pour votre installation, un électricien pourra vous conseiller.

Quels microcontrôleurs seront utilisés ?

Nous avons utilisé la carte Snootlab Akeru qui est compatible avec Arduino.

Fonctionne-t-il sur tous les compteurs électriques ?

Oui, nous ne mesurons que le courant grâce aux pinces. Ainsi, vous pouvez compter la consommation de la ligne que vous souhaitez.

Combien de temps faut-il pour le faire?

Une fois que vous avez toutes les exigences matérielles, le code source est disponible sur Github. Ainsi, en une heure ou deux, vous pourrez le faire fonctionner.

Ai-je besoin de connaissances préalables ?

Vous devez savoir ce que vous faites électriquement et comment utiliser Arduino et Actoboard.

Pour Arduino et Actoboard, vous pouvez apprendre toutes les bases de Google. Très facile à utiliser.

Qui sommes nous?

Nos noms sont Florian PARIS, Timothée FERRER--LOUBEAU et Maxence MONTFORT. Nous sommes étudiants à l'Université Pierre et Marie Curie à Paris. Ce projet est conduit à finalité pédagogique dans une école d'ingénieurs française (Polytech'Paris-UPMC).

Étape 1: Sigfox & Actoboard

Qu'est-ce que Sigfox ?

Sigfox utilise la technologie radio dans la bande ultra étroite (UNB). La fréquence du signal est d'environ 10 Hz-90 Hz, donc le signal est difficile à détecter en raison du bruit. Cependant Sigfox a inventé un protocole qui permet de déchiffrer le signal dans le bruit. Cette technologie a une grande portée (jusqu'à 40km), de plus la consommation de la puce est 1000 fois moindre qu'une puce GSM. La puce sigfox a une grande durée de vie (jusqu'à 10 ans). Néanmoins la technologie sigfox a une limitation de transmission (150 messages de 12 octets par jour). C'est pourquoi le sigfox est une solution de connectivité dédiée à l'Internet des Objets (IoT).

Qu'est-ce qu'Actoboard ?

Actoboard est un service en ligne qui permet à l'utilisateur de créer des graphiques (tableaux de bord) afin d'afficher des données en direct, il a beaucoup de possibilités de personnalisation grâce à la création de widgets. Les données sont envoyées depuis notre puce Arduino grâce à un module Sigfox intégré. Lorsque vous créez un nouveau widget, il vous suffit de sélectionner la variable qui vous intéresse puis de choisir le type de graphe que vous souhaitez utiliser (bargraphe, nuage de points…) et enfin la durée d'observation. Notre carte enverra les données des capteurs (pression, température, éclairement) et des pinces de courant, les informations seront affichées quotidiennement et hebdomadairement ainsi que l'argent dépensé en électricité

Étape 2: Configuration matérielle requise

Dans ce tutoriel, nous utiliserons:

• Un Snootlab-Akeru
• Un bouclier Arduino Seeed Studio
• Un LEM EMN 100-W4 (uniquement les pinces)
• Une résistance photoélectrique
• Un BMP 180
• Un SEN11301P
• Un RTC

Attention: parce que nous n'avons que le matériel pour mesurer le courant, nous avons fait quelques hypothèses. Voir étape suivante: étude électrique.

-Raspberry PI 2: Nous avons utilisé le Raspberry pour afficher les données de l'Actoboard sur un écran à côté du compteur électrique (le Raspberry prend moins de place qu'un ordinateur classique).

-Snootlab Akeru: Cette carte Arduino qui intègre un module sigfox contient le logiciel de monitoring qui nous permet d'analyser les données des capteurs et de les envoyer à Actoboard.

-Grove Shield: C'est un module additionnel qui se branche sur la puce Akeru, il contient 6 ports analogiques et 3 ports I²C qui servent à brancher nos capteurs

-LEM EMN 100-W4: Ces pinces d'amplis sont accrochées à chacune des phases du compteur électrique, nous utilisons une résistance parallèle pour obtenir une image du courant consommé avec une précision de 1,5%.

-BMP 180: Ce capteur mesure la température de -40 à 80°C ainsi que la pression ambiante de 300 à 1100 hPa, il doit être branché sur un slot I2C.

-SEN11301P: Ce capteur nous permet également de mesurer la température (nous utiliserons celui-ci pour cette fonction car il est plus précis -> 0,5% au lieu de 1°C pour le BMP180) et l'humidité avec une précision de 2%.

-Photorésistance: Nous utilisons ce composant pour mesurer la luminosité, c'est un semi-conducteur hautement résistif qui diminue sa résistance lorsque la luminosité augmente. Nous avons choisi cinq plages de résistivité pour décrire

Étape 3: Étude électrique

Avant de se lancer dans la programmation, il convient de connaître les données intéressantes à récupérer et comment les exploiter. Pour cela, nous réalisons une étude électrotechnique du projet.

On récupère le courant en lignes grâce aux trois pinces ampèremétriques (LEM EMN 100-W4). Le courant passe alors dans une résistance de 10 Ohms. La tension dans les frontières de la résistance est image du courant dans la ligne correspondante.

Attention, en électrotechnique la puissance sur un réseau triphasé bien équilibré se calcule par la relation suivante: P=3*V*I*cos(Phi).

Ici, on considère non seulement que le réseau triphasé est équilibré mais aussi que cos(Phi)=1. Un facteur de puissance égal à 1 implique des charges purement résistives. Ce qui est impossible en pratique. Les images de tensions des courants de lignes sont directement échantillonnées sur 1 seconde sur le Snootlab-Akeru. On récupère la valeur max de chaque tension. Ensuite, on les additionne de manière à obtenir la quantité totale de courant consommée par l'installation. On calcule ensuite la valeur efficace par la formule suivante: Vrms=SUM(Vmax)/SQRT(2)

On calcule ensuite la valeur réelle du courant, que l'on trouve en réglant compter la valeur des résistances, ainsi que le coefficient des pinces de courant: Irms=Vrms*res*(1/R) (res est la résolution du CAN 4.88mv/bit)

Une fois la quantité effective de courant de l'installation connue, on calcule la puissance par la formule vue plus haut. On en déduit ensuite l'énergie consommée. Et on convertit le résultat kW.h: W=P*t

On calcule enfin le prix au kW.h en considérant que 1kW.h=0.15€. On néglige les frais d'abonnements.

Étape 4: Connecter tout le système

• PINCE1 A0
• PINCE2 A1
• PINCE3 A2
• PHOTOCELLULE A3
• DETECTEUR 7
• DEL 8
• DHTPIN 2
• DHTTYPE DHT21 // DHT 21
• BAROMÈTRE 6
• Adafruit_BMP085PIN 3
• Adafruit_BMP085TYPE Adafruit_BMP085

Étape 5: Téléchargez le code et téléchargez le code

Maintenant que vous êtes tous bien connectés, vous pouvez télécharger le code ici:

github.com/MAXNROSES/Monitoring_Electrical…

Le code est en français, pour ceux qui ont besoin d'explications, n'hésitez pas à demander en commentaires.

Maintenant que vous avez le code, vous devez le télécharger dans le Snootlab-Akeru. Vous pouvez utiliser l'IDE Arduino pour le faire. Une fois le code téléchargé, vous pouvez voir si la led répond à vos mouvements.

Étape 6: Configurer Actoboard

Maintenant que votre système fonctionne, vous pouvez visualiser les données sur actoboard.com.

Connectez-vous avec votre identifiant et votre mot de passe reçus de Sigfox ou de la carte Snootlab-Akeru.

Une fois cela fait, vous devez créer un nouveau tableau de bord. Après cela, vous pouvez ajouter les widgets que vous souhaitez sur le tableau de bord.

Les données arrivent en français, voici donc les équivalents:

• Energie_KWh = Energie (en KW.h)
• Cout_Total = Prix Total (en supposant 1KW.h = 0,15€)
• Humidité = Humidité
• Lumière = Lumière

Étape 7: Analyse des données

Oui, c'est la fin !

Vous pouvez maintenant visualiser vos statistiques comme vous le souhaitez. Quelques explications sont toujours bonnes pour comprendre comment il se développe:

• Energie_KWh: il sera remis à zéro tous les jours à 00:00
• Cout_Total: en fonction de Energie_KWh, en supposant 1KW.h égal à 0,15€
• Température: en °Celsius
• Humidité: en %HR
• Présence: si quelqu'un était là entre deux envoyer via Sigfox
• Lumière: l'intensité lumineuse dans la pièce; 0=pièce noire, 1=pièce sombre, 2=pièce éclairée, 3=pièce claire, 4=pièce très claire

Profitez de votre tableau de bord !

Étape 8: Apportez vos connaissances

Maintenant que notre système est terminé, nous allons faire d'autres projets.

Cependant, si vous souhaitez faire évoluer ou améliorer le système, n'hésitez pas à échanger dans les commentaires !

Nous espérons que cela vous donnera des idées. N'oubliez pas de les partager.

Nous vous souhaitons le meilleur dans votre projet de bricolage.

Timothée, Florian et Maxence