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智能能源和公用事业监控系统开源分享
吴湛
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描述
介绍
目前，一个地区的用户的电能消耗是通过电力部门的技术人员经常实地访问来监测和计算能源费用的。这是一项耗时的任务，因为一个地区将有数千栋房屋，同一个公寓内将有许多公寓。对于一个城市或城镇，这是一个非常忙碌的过程。没有规定检查或分析一段时间内房屋的个体能源消耗，也没有创建某个区域的能量流动报告。世界上许多地方都是如此。
没有实施解决上述问题的现有解决方案。我们提出了一个智能能源监控系统，将简化能源费用的检查、监控、分析和计算。提议的系统还将允许生成特定于用户或特定于区域的图表和报告，以分析能源消耗和能源流。
智能能源和公用事业监控系统
Particle Argon 模块和 Xenon 具有唯一的用户代码，以识别必须测量能耗的特定住房单元或区域。这些模块将借助一个方便的 Grove 电流传感器监控功耗，该传感器使用模拟连接进行接口。
能源部在 Argon 的帮助下建立了 Mesh 网关/云服务，客户端 Xenon 模块连接到该服务。模块的能耗数据、唯一的用户代码和位置（针对每个设备是固定的）将定期上传到这个 Mesh/Cloud 网络。可以访问和分析来自网格的数据，以计算个人能源消耗、生成个人和集体能源图表、生成能源报告以及进行详细的能源检查。
考虑中的整个区域将被划分为网状网络内的单元块，以便于管理数据，如下所示。以这样一种方式选择块，即该块中存在的粒子设备将能够覆盖整个块，并且每个块将尝试容纳至少一个粒子设备以具有更大的操作覆盖范围。
该解决方案还通过 Argon 模块为公用事业提供防篡改激活/停用服务。市政当局/授权人员使用这些来激活/停用配电箱，以防之前的会费长期未付或因报告任何非法使用公用事业而产生。如果能耗超过阈值限制，客户端还可以激活/停用某些设备（一旦它们通过继电器连接到氩气模块）。
工作流程
来自交流电源的电力被提取并通过集成在家用电路中的电流传感器。流经负载的交流电流由 Grove 电流传感器模块感应，传感器的输出数据被馈送到 Argon 模块的模拟引脚。一旦接收到模拟输入，功率/能量的测量就在程序内部。然后将计算出的能量发布到网状网络。该信息也显示在显示模块上。为每个房屋提供单独的继电器，由能源房屋控制。
设置
在交流电路分析中，电压和电流都随时间正弦变化。
实际功率 (P)：这是设备用来产生有用功的功率。它以千瓦表示。
有功功率 = 电压 (V) x 电流 (I) x cosΦ
无功功率 (Q)：这通常称为虚功率，它是衡量电源和负载之间振荡的功率的量度，它没有做有用的功。它以 kVA 表示。
无功功率 = 电压 (V) x 电流 (I) x sinΦ
视在功率 (S)：定义为均方根 (RMS) 电压和 RMS 电流的乘积。这也可以定义为有功功率和无功功率的结果。以千伏安表示
视在功率 = 电压 (V) x 电流 (I)
有功功率、无功功率和视在功率之间的关系：
有功功率 = 视在功率 x cosΦ
无功功率 = 视在功率 x sinΦ
我们只关心分析的真实功率。
功率因数 (pf)：电路中的有功功率与视在功率之比称为功率因数。
功率因数 = 有功功率/视在功率
因此，我们可以通过测量电路中的电压和电流来测量所有形式的功率以及功率因数。以下部分讨论了为获得计算能耗所需的测量值而采取的步骤。
交流电流通常使用电流互感器来测量。电流传感器是一种霍尔效应电流传感器，可在感应时准确测量电流。检测到交流电线周围的磁场，从而提供等效的模拟输出电压。模拟电压输出然后由微控制器处理以测量流过负载的电流。
霍尔效应是在电导体上产生电压差（霍尔电压），该电压差与导体中的电流和垂直于电流的磁场相垂直。
电流传感器的输出是与通过它的电流成比例的模拟信号。完成以下计算：
- 测量峰峰值电压 (Vpp)
- 将峰峰值电压 (Vpp) 除以 2 得到峰值电压 (Vp)
- 将 Vp 乘以 0.707 得到 rms 电压 (Vrms)
- 乘以电流传感器的灵敏度得到 rms 电流。
Vp = Vpp/2
Vrms = Vp x 0.707
Irms = Vrms x 灵敏度
当前模块的灵敏度为 200 mV/A。
实际功率 (W) = Vrms x Irms x pf
Vrms = 230V （已知）
pf = 0.85 （已知）
Irms = 使用上述计算获得
为了计算能源成本，以瓦特为单位的功率转换为能量：
Wh = W * (时间 / 3600000.0)
瓦特小时 相当于一小时消耗一瓦特电能的电能计量单位。
千瓦时：
千瓦时 = 时 / 1000
总能源成本为：
成本 = 每千瓦时成本 * 千瓦时。
所有连接都是标准 Grove 连接，具有如下单独布局：
-
Current Sensor => A0 -
Relay Module => D4 -
Display Unit => D2, D3
粒子仪表板使用实时能源使用统计信息进行更新。
仪表板还包含用于远程控制继电器模块的 Web 元素。
测试
看这个在行动
未来的计划
将创建一个应用程序来访问 SEUMS 云数据，以实时监控用户能源消耗，并查看或生成能源分析报告。
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