Dawno nic nie pisałem, więc nadrabiam zaległości
Prezentowany projekt służy do monitorowania zużycia prądu elektrycznego bez ingerencji w licznik/instalację elektryczną w domu. Współpracuje z licznikami wyposażonymi w diodę LED.
Od kiedy zainteresowałem się oprogramowaniem Domoticz sukcesywnie rozbudowuję swój system, jednak brakowało mi wizualizacji zużycia prądu elektrycznego. Na początku chciałem zakupić dodatkowy pod-licznik z wyjściem impulsowym, ale okazało się, że wiąże się to z dość sporymi kosztami (mam instalację trójfazową) i co najgorsze - z rozbudową skrzynki bezpiecznikowej - co nie wchodziło w grę. Przeszukując zasoby internetu znalazłem wiele rozwiązań - ale żadne mnie nie zadowalało. Szczególnie takie (o zgrozo), gdzie do licznika w bardzo prowizoryczny sposób konstruktorzy montują różnorakie moduły czy to do zliczania mignięć diody LED wbudowanej w licznik, czy do liczenia obrotów kręcącej się tarczy. Gdybym u siebie zamontował taką prowizorkę, to podejrzewam, że przy pierwszym odczycie przez inkasenta z rejonu energetycznego byłbym posądzony o ingerencję w licznik... Wiem, że na rynku są urządzenia typu iNode, ale nie spełniają mojego podstawowego kryterium - brak ingerencji w licznik. Oprócz tego komunikacja po BT jakoś mi się nie podoba z wielu względów… Postanowiłem więc skorzystać z zastosowanych rozwiązań dotyczących metody odczytu - czyli zliczanie mignięć diody LED licznika i zbudować urządzenie na miarę moich wymagań
Do kompletu jest odbiornik, który dane te odbiera i odpowiednio obrabia, wysyłając wynik na serwer Domoticz lub inny - w zależności od potrzeby (np. Thingspeak). Tak więc projekt to dwa moduły: nadajnik i odbiornik.
Główne założenia:
- zliczanie impulsów świetlnych - z odległości do 30cm od licznika. W tej chwili testuje się również wersja umożliwiająca zliczanie impulsów z czujników mechanicznych (np. licznik gazu)
- pomiar liczby zliczeń w ciągu godziny lub dowolnego innego odcinka czasu i wysłanie do dalszej obróbki do odbiornika
- pomiar napięcia baterii zasilającej
- jak najdłuższy czas pracy nadajnika z baterii - min. 1 rok
- jak najmniejsze wymiary urządzenia przy rozsądnym zasięgu
- niski koszt budowy, łatwo dostępne elementy
- możliwość dołączenia dowolnej liczby nadajników przypisanych do jednego odbiornika
Pokrótce opiszę nadajnik i odbiornik.
NADJNIKGłównym zadaniem jest zliczanie liczby mignięć diody LED wbudowanej w licznik energii elektrycznej i wysłanie co godzinę do dalszej obróbki. Jest też możliwość zliczania impulsów z czujników mechanicznych - np. kontaktron w liczniku gazu. Medium transmisyjnym jest łącze radiowe w paśmie 433 MHz oparte o nadajnik RFM119. Jak się okazało, najtrudniejsze było zaprojektowanie części analogowej odpowiedzialnej za wzmocnienie błysków diody licznika , odfiltrowanie i formowanie na impulsy elektryczne - przy minimalnym poborze prądu. Po kilku miesiącach testów i eksperymentów udało się osiągnąć pobór prądu na poziomie 4,4uA, przy czym sam procesor pobiera 2,15uA - pozostały prąd to analogówka. Zastosowałem procesor STM32 który przez większość czasu pracuje w trybie głębokiego uśpienia.
Oto parametry modułu:
- pobór prądu w trybie jałowym ~ 4,5uA
- pobór prądu przy świecącej diodzie z licznika z odległości 5cm - 28uA
- pobór prądu podczas wysyłania danych - max 16mA
- regulacja czułości, max zasięg jaki udało mi się osiągnąć to 30cm
- możliwość zliczenia do 65536 impulsów/h
- pomiar napięcia baterii zasilającej
- kalibracja programowa zegara RTC
- zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem zasilającym, dolna granica 1,9V
- moc nadajnika 13dBm, zasięg przy antenkach drutowych 1/4 λ - 2 piętra w bloku
, w terenie otwartym ponad 100m
- czas pracy z baterii (CR2477, pojemność 1000mAh) - około 2,5 roku przy stałej licznika 6400imp/kWh
- moduł wielkości "pudełka od zapałek", wymiary obudowy W/S/D: 26,5/46,5/65,5mm (obudowa Z94)
Jak sobie coś przypomnę to dopiszę
Nadajnik przez godzinę zlicza impulsy, po czym wysyła je do odbiornika. Wybudzenie procesora, wysłanie danych i ponowne wejście w tryb niskiego poboru prądu zajmuje 200ms. Czas pracy z baterii CR2477 obliczyłem zakładając: pojemność baterii 1000mAh, średnia zliczona liczba impulsów/h (przy stałej licznika 6400imp/kWh i zużyciu miesięcznym na poziomie 200kWh) - 1800, czas nadawania 1s przy zużywanym prądzie 20mA, samorozładowanie baterii 5% rocznie. Gdyby licznik miał stałą 1500 imp/kWh to czas pracy wydłuży się blisko dwukrotnie.
Poniżej kilka zdjęć nadajnika wraz z wynikami pomiarów poboru prądu.
Pobór prądu w czasie IDLE i nadawania:
ODBIORNIKGłówne zadanie - sprawdzić czy odebrane dane są prawidłowe, odczytać siłę sygnału z nadajnika, wysłać dane na serwer. Moduł radiowy to RFM219, dane analizowane są przez STM32F0, wysyłanie na serwer zrealizowane przez ESP8266 w wersji WROOM-02 lub ESP07/07s. Na PCB możliwe jest zamontowanie jednej lub drugiej wersji. Wersja ESP07s ma wyjście na antenę zewnętrzną, dzięki czemu ma duży zasięg. Do konfiguracji pojedynczego nadajnika przygotowałem kod HTML który generuje ESP w trybie konfiguracji. Zasilanie poprzez gniazdo microUSB. Pobór mocy - 0,4W. Odbiornik umieszczony jest w obudowie Z-123 - ładnie się prezentuje
Na PCB przewidziałem wyprowadzenia na szynę i2c do podłączenia wyświetlacza OLED w celu prezentacji danych. W prototypie był on nawet zamontowany, jednak ta koncepcja nie spodobała się domownikom i ostatecznie nie jest zainstalowany. Niemniej jednak jest możliwość jego podłączenia.
Generalnie jestem bardzo zadowolony z uzyskanych wyników. System bezawaryjnie pracuje u mnie w mieszkaniu od ponad roku. Nadajnik jest zamocowany na wewnętrznej stronie drzwiczek szafy licznikowej, jakieś 5 cm od licznika po ich zamknięciu. Odległość do odbiornika to około 8m, po drodze ściana zbrojona.
Podsumowując, od ponad roku pracuje 10 modułów i wszystkie sprawują się znakomicie. Dokładność odczytów w porównaniu z odczytem "manualnym" zgadza się do 2 miejsc po przecinku na liczniku elektrycznym
Znajomi, którym zamontowałem wraz z instalacją systemu Domoticz są bardzo zadowoleni. Każdy przyznaje, że dzięki świadomości zużycia prądu starają się być EKO i oszczędzać energię
Od blisko 2 miesięcy jeden z moich znajomych testuje wersję z kontaktronem i odczytem zużytego gazu - póki co działa bezawaryjnie i pewnie po nowym roku będzie gotowy do powielania. Ponieważ ja u siebie nie dysponuję licznikiem gazu, więc zdaje się na testy kolegi:) O ile do testów "na stole" kupiłem sobie licznik elektryczny, to licznika gazowego nie miałbym nawet jak "napędzić" w dłuższym okresie czasu
Koszt elementów do budowy kompletnego zestawu nadajnik-odbiornik wraz z obudowami to około 100zł przy cenach detalicznych podzespołów.
Niestety, ale na chwilę obecną nie przewiduję publikacji ani schematów ani źródeł programów – liczę, że wyjdzie z tego jakiś projekt komercyjny
Gdyby ktoś miał pytania - postaram się na nie odpowiedzieć
Kanał - ATNEL tech-forum
Zaloguj
Zarejestruj
Informacje o cookies
FAQ
Szukaj
