Gerenciador de consumo de energia elétrica e água com sistema supervisório web/remoto – Parte 1

Gerenciador de consumo de energia sistema supervisório
Este post faz parte da série Gerenciador de consumo de energia elétrica e água. Leia também os outros posts da série:

Esta é a primeira parte da série de artigos que descrevem um projeto de um Gerenciador de consumo de energia elétrica e água com sistema supervisório web/remoto. A série é composta de três artigos, sendo eles:

  • Parte 1 - Introduzir o leitor sobre o que consiste o projeto e apresentar o que será utilizado em seu decorrer;
  • Parte 2 - Apresentar o desenvolvimento de hardwares e a montagem dos mesmos;
  • Parte 3 - Abordar sobre o desenvolvimento de software bare metal e a solução remota utilizada, nesse caso um aplicativo mobile Android que gerencia o sistema.

Este artigo tem como base o TCC de Engenharia Elétrica dos alunos da Faculdade Politécnica de Jundiaí, formados em 2014, são eles: Jefferson dos Santos Abrahão, Neandro Anzolini, Sérgio Luiz Marchi e Vinicius de Almeida.

Pré-requisitos

Devido à abrangência deste projeto, para uma boa compreensão dos conteúdos desta série de artigos são desejados os seguintes pré-requisitos:

  • Conhecimento de linguagem de programação C;
  • Conhecimento em desenvolvimento de sistemas embarcados em geral;
  • Conhecimento de hardware e utilização prévia de Arduino e suas Shields;
  • Conhecimento das variáveis de medição de energia elétrica e consumo de água.

O que é este projeto de gerenciador de consumo de energia elétrica e água?

Este trabalho consiste no desenvolvimento de um Gerenciador de consumo, cujo objetivo é controlar a demanda de energia elétrica e água de determinados lugares como, por exemplo: moradias, pousadas, lojas, entre outros.

O projeto tem as seguintes funcionalidades:

Para a realização deste projeto, foi necessário o uso de sensores e circuitos capazes de realizar as medições e disponibilizar ao microprocessador, o qual trata esses sinais e reproduz em valores reais ao usuário.

O usuário terá acesso aos parâmetros através de um display acoplado ao equipamento, de uma página HTML e também em um aplicativo de celular, para facilitar a verificação dos valores quando necessário.

Através destas visualizações, poderá verificar os valores da medição de: tensão, corrente, potência ativa, reativa e aparente, fator de potência e o consumo acumulado de energia além dos valores de fluxo de água atual e o consumo acumulado.

Hardwares utilizados para o desenvolvimento do projeto

Arduino Mega 2650

O Arduino Mega é um modelo de Arduino que tem como principais características 54 pinos de entradas/saídas digitais, 16 entradas analógicas e 4 portas seriais, sendo ótima opção para projetos que necessitam de grande utilização de entradas e saídas. Cada uma das 54 entradas digitais opera em 5V, sendo possível receber no máximo cerca de 40mA, possuindo um resistor interno de 20 a 50 Kohms.

arduino mega para Gerenciador de consumo de energia elétrica e água
Figura 1 – Arduino Mega 2650

 

Shield Bluetooth HC-05

O Bluetooth foi criado com o intuito de ter baixo custo, apresentar um baixo consumo de energia em um curto alcance. Desta forma podemos utilizar o shield bluetooth para a comunicação sem fio com o Arduino. Sem nenhum obstáculo ele pode enviar sinais por 10 metros com tranquilidade. Curiosamente este modelo de Shield pode ser usado tanto no modo Escravo como Mestre, coisa que o modelo HC 06 não consegue, podendo trabalhar somente como escravo, ou seja, recebendo as conexões.

Shield Bluetooth HC-05 para Gerenciador de consumo de energia elétrica e água
Figura 2 – Shield Bluetooth HC-05

Shield Ethernet W5100

O Shield Ethernet W5100 tem como principal função ser conectado à internet e permitir o monitoramento dos sensores dos quais ele venha a receber as informações, sendo possível a visualização através do browser ou mesmo de aplicativos de celulares. Este shield faz uso do chip ethernet Winzet 5100, que fornece um IP para o seu host, sendo possível a utilização de até quatro comunicações simultâneas.

Para sua utilização no Arduino Mega, é apenas necessário o encaixe de seus pinos, que por sua vez, é compatível com todos os Arduinos existentes no mercado. São de grande utilidade para projetos também pelo fato de possuir espaço para um cartão micro SD para o armazenamento de dados.

Obs.: ATENÇÃO!!! A comunicação SPI do Arduino pode ser realizada por dois canais, entretanto com o Arduino Mega 2560, ela deve ser feita exclusivamente pelos ports 50, 51 e 52, e, além disso, o port 53 deve ser declarado como OUTPUT no software para que a comunicação SPI funcione corretamente.

shield ethernet para Gerenciador de consumo de energia
Figura 3 – Shield Ethernet W5100

Display LCD 16x2

Para uma melhor interface com o usuário, utilizamos o shield display do Arduino, com uma configuração de 16 espaços em sua horizontal e 2 na sua vertical. É uma das maneiras de leitura do usuário sobre os valores medidos.

display lcd para Gerenciador de consumo de energia
Figura 4 – Display LCD 16x2

Sensor de medição de corrente SCT-013-000

Como principal finalidade os sensores desta família são conhecidos pela medição em circuitos de corrente alternada. Mais conhecido como sensor não invasivo SCT-013, devido ao fato de sua parte mecânica ser dividida, não precisando desencapar fios caso seja necessária a medição, apenas abri-lo e colocar ao redor do fio que deseja medir.

Para que esta medição poder ser realizada, este sensor possui um transformador em sua base, com enrolamentos diferentes no primário e no secundário. A corrente elétrica por sua vez flui pelo primário produzindo um campo eletromagnético, que por sua vez induz uma corrente no secundário, oferecendo um valor escalado em relação ao primário.

sensor de corrente para Gerenciador de consumo de energia
Figura 5 – Sensor de medição de corrente SCT-013-000

Sensor de medição de vazão YF-S201

O sensor de fluxo será responsável pela medição de água utilizada no duto onde ele se encontrar. Seu funcionamento é simples, basicamente existe uma turbina dentro dele que com o fluxo de água é movimentada, que por sua vez acionam um sensor de efeito hall, gerando pulsos com uma velocidade proporcional a do fluxo de água.

sensor de medição de vazão para Gerenciador de consumo de energia
Figura 6 – Sensor de medição de vazão YF-S201

Próximos passos

Nos próximos dois artigos desta série serão vistos em detalhes. O desenvolvimento dos hardwares próprios como teclado, fonte nobreak, circuito sensor medidor de tensão, montagem do sistema, além dos sistemas embarcados baixo nível e aplicativo Android. Enfim, o consumo elétrico e de água sendo monitorado de maneira inteligente e prática através de solução embarcada.

Outros artigos da série

Gerenciador de consumo de energia elétrica e água com sistema supervisório web/remoto – Parte 2 >>
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Danilson Gomes Cabral
07/12/2019 11:42

tem como receber esse projecto por email pf

Lincoln Nunes
Lincoln Nunes
02/09/2019 14:02

Ola boa tarde,
Pergunto quanto seria para poder receber este produto pronto e operacional? Ficando somente o processo de montagem a cargo do usuário, através de um manual de montagem? Isso seria possível. falo isso pois teria um mercado potencial para o emprego desse material, o que acha?

Abraço
Lincoln Nunes

Marceloengecom
Marcelo Costa
07/03/2016 18:10

Parabéns Vinícius...Obrigado por compartilhar o projeto.

Administro um portal de notícias sobre softwares/sistemas de arquitetura e engenharia e como sou Eng. de Computação, gosto de publicar alguns conteúdos relacionados a computação e desenvolvimento de sistemas. O endereço do portal é http://www.compucad.com.br.

Gostaria de saber se posso publicar uma notícia referente a esse teu trabalho, claro que linkando a notícia com essa página.

Abraço,

Marcelo Costa

Vinicius Almeida
Vinicius Almeida
Reply to  Marcelo Costa
08/03/2016 22:24

Muito obrigado Marcelo!
Com certeza, pode publicar sim, sem problemas.

Abraço,
Vinicius.

Adailson Priori
Adailson Priori
05/03/2016 09:58

Da pra utilizar o uno ao invés do mega?

Vinicius Almeida
Vinicius Almeida
Reply to  Adailson Priori
05/03/2016 19:13

Adailson, não cheguei a testar com o Uno, mas já adianto que em função dos periféricos utilizados, não é possível desenvolver esse projeto por completo utilizando o Arduino Uno já que ele não possui GPIOs suficientes!! Caso queira desenvolver algum trecho em específico do projeto, não vejo problemas.
Espero que tenha esclarecido sua dúvida!
Qualquer eventualidade não hesite em me contatar!!
Um abraço!

Haroldo Amaral
Haroldo Amaral
04/03/2016 11:57

Parabéns pelo projeto Vinicius!

Vinicius Almeida
Vinicius Almeida
Reply to  Haroldo Amaral
05/03/2016 19:09

Obrigado Haroldo!

Andre Devecchi
Andre Devecchi
04/03/2016 11:51

Parabéns pelo projeto Vinicius!

Vinicius Almeida
Vinicius Almeida
Reply to  Andre Devecchi
05/03/2016 19:08

Obrigado André!

Andre Devecchi
Andre Devecchi
Reply to  Vinicius Almeida
05/03/2016 20:19

Fico contente por você ter seguido nesta área de microcontroladores e sistemas embarcados, lembro do começo nas aulas de 8051 com o Aécio no Divino e hoje desenvolvendo projetos, parabéns!

Franklin S.C. Bonfim
Franklin Bonfim
04/03/2016 10:07

Artigo muito bom! Vou estar aguardando as próximas etapas.

Vinicius Almeida
Vinicius Almeida
Reply to  Franklin Bonfim
05/03/2016 19:07

Obrigado Franklin! Fique ligado que em breve serão publicadas as outras partes do artigo!

carlos andré cunha de almeida
carlos andré cunha de almeida
13/04/2016 21:13

tem como baixar esses artigos em pdf ou coisa do genero?

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