Medidor De Consumo De Energia Elétrica Com Acesso Local E Remoto Usando Plataforma ESP8266
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MEDIDOR DE CONSUMO DE ENERGIA ENERGIA ELÉTRICA COM ACE A CESS SSO O LOCA CAL L E REMOTO USANDO PLATAFORMA ESP8266 Apresentação Apresentação de TCC do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa, campus Alegrete (RS) Autor: Gerson E O Sena Orientador: Prof. Dr. Jumar L. Russi
Introdução ÁREA/ TEMA: Eletrônica Embarcada/ Medição de Energia OBJETIVO: Desenvolver Desenvolver um sistema de medição de energia elétrica usando a plataforma plataforma ESP8266 e recursos da plataforma Arduino, com as seguintes características: características: Acesso On-Line (via On-Line (via Internet); Internet); Acesso Off-Line ( Off-Line (datalogger ); ); Acesso Local (display Local (display LCD). Em específico: Ler, armazenar e permitir visualização das medições de grandezas elétricas de tensão (V), tensão (V), corrente (A), corrente (A), potência ativa (W) ativa (W) e consumo (Wh); O sistema deve permitir usar recursos serviços em nuvem por comunicação Wi-Fi e Wi-Fi e protocolo MQTT. MQTT. Acesso à informações de seu consumo em tempo real de modo simples, simples, barato, barato, com clareza e clareza e transparência. transparência. •
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Introdução MOTIVAÇÃO: Sistemas baseados em código aberto: aberto: aprendizado, protótipos. A Internet Internet das Coisas é um solo fértil que não seria prudente ignorar. •
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Introdução PREMISSAS: A demanda por energia tem relação direta com o crescimento econômico de um país; Aproximadamente 1/3 do consumo de energia elétrica no Brasil é por parte de clientes residenciais; Não há instrumentos ou sistemas de baixo custo homologados (disponíveis ou operando ) em nível residencial1. Parte das propostas para aumentar a oferta de energia elétrica citam o combate ao desperdício e uma mudança de hábitos de consumo. •
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Introdução JUSTIFICATIVA: Como gerenciar algo desconhecido? •
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Sem acesso à informações de seu consumo e de tarifação em tempo real o cliente fica sem transparência . a 8 c 1 i r t 0 é 2 l E a . p g n m E a C p i C n T U - a n e S O E n o s r e G
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Introdução METODOLOGIA:
Sensor
ESP8266 "NodeMCU Lolin"
MQTT
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Escolha do sensor Teste de leituras e correções de erros
Aquisição e tratamento das leituras Ponte entre periféricos E/S Conexão com a Internet
Pesquisa sobre Brokers e Servidores Testes dos aplicativos de leitura
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Revisão Bibliográfica INTERNET DAS COISA e CÓDIGO ABERTO: IoT : Conectar coisas (e não pessoas) à Internet. Open Source: acesso a documentação modificar, personalizar, remontar, redistribuir, sem infringir direitos, patentes ou royalts. Protocolos Recentes: BLE, ZigBee, 3G/4G, SigFox, LoRaWAN... Protocolos comuns e sistemas comuns: TCP/IP, DHCP, FTP, MQTT... RFID, Bluetooth, IR, RF... Plataformas Populares: Arduino, Raspberry Pi, ESP8266... •
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Revisão Bibliográfica MEDIÇÃO GRANDEZAS ELÉTRICAS: Tempo hábil para o projeto de um sensor V-I; Atender ao objetivo do projeto; Custo e praticidade. •
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Revisão Bibliográfica Módulo PZEM004T da Peacefair: Comunicação UART/ TTL, isolamento ótico. •
Características Projeto: Medição Monofásica Tensão
Corrente
Potência Ativa
Consumo
Frequência
Carga
0-220Vca
0-100Aca
22kW
-
50/60Hz
Medidor
80-260Vca
0-99,99Aca
22kW
9999kWh
50/60Hz
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Revisão Bibliográfica Módulo NodeMCU Lolin – ESP8266-12E: Dispensa montagem do circuito de alimentação e gravação. •
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Revisão Bibliográfica PROTOCOLO MQTT: É um protocolo M2M (IBM: SCADA, década 90); Consiste: Broker, Publisher e Subscriber. •
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Revisão Bibliográfica MQTT Blynk: API livre da Blynk Inc., plataforma compatível com mais de 400 modelos de placas de algumas plataformas. •
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Revisão Bibliográfica MQTT Cayenne: API livre, da myDevices, suportanto Arduino, ESP, LoRaWAN, Raspberry Pi (centenas de placas). •
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Revisão Bibliográfica CloudMQTT: Outro API livre, compatível com Apps MQTT Dash e MQTT Dashboard. Usa servidores Mosquitto •
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Revisão Bibliográfica FONTE DE ALIMENTAÇÃO: Módulo YwRobot para Protoboard, 12V/ 1A •
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Revisão Bibliográfica Periféricos: RTC DS3231 •
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Revisão Bibliográfica Periféricos: SD Card •
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Revisão Bibliográfica Periféricos: Display LCD MGS 1602 com Módulo FTDI PCF8574A •
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Revisão Bibliográfica RESUMO DO SISTEMA: Blocos para estudo das aplicações necessárias •
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Desenvolvimento do Protótipo PZEM004T – DIAGRAMAS DE FIAÇÃO: Medição e Comunicação •
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Desenvolvimento do Protótipo BIBLIOTECA DO PZEM004T e IDE ARDUINO: •
Usando e Código Exemplo
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Desenvolvimento do Protótipo RTC DS3231 e LCD MGS1602 com PCF8574A: •
Usando , e .
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Desenvolvimento do Protótipo SD Card: •
Usando .
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Resultados PRINCIPAIS DIFICULDADES: Conhecimentos a ser aprofundados: •
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Rede do campus não acessível: •
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Redes de Internet e Protocolos de Comunicação; Arquitetura de microcontroladores (criação das bibliotecas); Sistemas embarcados. Sem acesso a rede de internet da universidade para o ESP8266; Rapidez na aquisição de partes e peças.
Prazos e Foco: •
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Decisão por diversas opções e abordagens; Mudança de plataforma (mar/ abr).
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Resultados INVESTIMENTOS: Valores investidos no hardware do protótipo •
Módulo ou Componente (Local Compra)
Valor (R$)
PZEM004T (China)
24,00
NodeMCU Lolin (Mercado Livre)
29,90
Módulo Alimentação Protoboard (China)
12,10
Módulo RTC (China)
3,90
Módulo SD Card (China)
1,80
Display LCD MGS1602 (China)
4,90
Módulo PCF8574T (Brasil)
5,40
Roteador Multilaser N150 (Brasil)
60,00
Fonte Alimentação 15Vcc/ 1A
18,90
TOTAL INVESTIDO
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160,90
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Resultados TELA BLYNK: Leituras teste com App rodando em Android 7 •
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Resultados LEITURAS DE TENSÃO FLUKE 43B e PROTÓTIPO: •
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Comparação ilustrativa (assíncrona) de uma janela de leituras de 8min; CARGA: Padrão de Medição residencial do autor. •
DADOS: Cartão SD, planilha .csv, coluna tensão. a 8 c 1 i r t 0 é 2 l E a . p g n m E a C p i C n T U - a n e S O E n o s r e G
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Resultados TAREFAS A RESOLVER: VALIDAÇÃO: Ensaios comparativos numa carga amostra que permita variação de níveis de tensão e FP; Teste da APIs restantes (Cayenne e CloudMQTT); •
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Melhorias de código (estrutura e comentários) e texto do trabalho; Aplicação do LCD Display ( talvez não seja possível ); •
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Inclusão ThingSpeak .
Resolver problemas de compatibilidade hardware/ bibliotecas.
Orientações da BANCA.
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Prazos Disponíveis CRONOGRAMA: Tempo utilizado e o que resta para conclusão. •
A concluir OU Concluído
Etapa
MAR
ABR
MAI
Definição e Entrega do Tema e Orientador
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x
Montagem e Ajuste do Protótipo Funcional
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x
Entrega do Esboço da Defesa Intermediária
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Defesa da Prévia do TCC
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-
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-
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-
-
JUN
JUL
x
Aplicação das Melhorias Propostas e Ajustes do Protótipo
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Escrita da Versão Final do TCC e Revisões
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?
Defesa Final do TCC
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?
Aplicação de Ajustes Finais
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Conclusões SOBRE AS FASES JÁ CONCLUÍDAS: O sistema é viável e de baixo custo, os valores lidos são satisfatórios. Foi possível a conclusão do objetivo proposto em tempo hábil com uso de plataformas código aberto. Notou-se uma aceleração da curva de aprendizagem com essa abordagem. A simplificação de código e modificação de hardware, poderia permitir um produto comercial (redução de custos). A questão da segurança (dados, integridade física, acessos, etc.) deve ser parte integrante da solução. •
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Referências Das Imagens não constantes no trabalho escrito*: •
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LEITE, Furtado. A Internet das Coisas: A Internet Presente e Todo Lugar . Furtado Leite, 2018. Disponível em: https://www.furtadoleite.com.br/a-internet-das-coisas/, acesso em: 9 mai 2018. WIKIPEDIA. Open Source Hardware . Wikipedia, 2018. Disponível em: Acesso em 9 mai 2018. PALMER, Sam. 10 Best Internet of Things (IoT) Cloud Platforms. DevTeam, 2018. Disponível em: https://www.devteam.space/blog/10-best-internet-of-things-iot-cloud-platforms/. Acesso em 9 mai 2018.
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