Energy Reader
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/15678 |
Resumo: | A energia elétrica é um dos bens de primeira necessidade a que todos os portugueses têm direito e que a qualquer aumento nos tarifários corresponde sempre alguma apreensão na gestão orçamental das famílias (e das empresas). A gestão dos contínuos déficits tarifários elétricos por parte dos governos não tem conseguido reduzir o peso desta componente nos orçamentos e assim a sociedade tem procurado soluções para controlar o custo. Um dos primeiros passos para reduzir consumos é ter informação acerca do que está a consumir energia em casa. A solução descrita neste documento tem por objetivo fornecer informação sobre o consumo do equipamento que lhe esteja ligado. A publicação da informação através da WEB fazia parte dos objetivos iniciais da solução e era desta forma que o utilizador tomaria conhecimento dos consumos dos seus equipamentos. A solução dividiu-se em dois principais blocos de trabalho: 1. Montar uma solução WEB capaz de receber a informação enviada pelos equipamentos e disponibilizá-la aos utilizadores a quem eles pertencem 2. Montar um dispositivo eletrónico, que se pudesse ligar à rede elétrica de casa, obtivesse variáveis elétricas como a tensão e a corrente, potência ativa e aparente, fator de potência e calculasse a energia consumida instantaneamente, devendo ligar-se à rede wireless da casa para comunicar essa informação para o site criado para esse efeito. Partindo de uma base profissional assente na Informática e com a experiência de alguns anos em programação WEB, definiu-se iniciar o desenvolvimento por este primeiro bloco. Uma vez que o principal objetivo do mestrado foi adquirir conhecimento, decidiu-se por uma linguagem de programação (PHP) que permitisse aumentar o leque de conhecimentos em linguagens de programação. Foi usado o PHP sem recurso a qualquer framework. A base de dados de suporte escolhida, o MariaDB, é bastante utilizada para protótipos (e não só), tendo boas capacidades de gerir grandes quantidades de dados. O WEB design construiu-se a partir de um bootstrap existente na Internet assim como a gestão de utilizadores tendo aplicado uma solução gratuita e disponível para estes efeitos e foi integrada no protótipo. O modelo de dados foi desenhado com o objetivo de registar os dados enviados pelo equipamento e com a possibilidade de posteriormente serem associados a um utilizador. O site permite ao utilizador associar um equipamento doméstico ao equipamento de medição podendo visualizar em gráfico o consumo do dia, da semana, do mês e ano. O segundo bloco de trabalho, a conceção do dispositivo eletrónico, começou por uma fase maior de estudo de conceitos e descobrir quais os componentes necessários para construir um protótipo seguro para utilizar nas instalações domésticas. Nesta fase, começou-se por encontrar um microcontrolador com capacidade de processamento, com pelo menos duas portas de leitura analógicas e de preferência com capacidade de comunicações WIFI já integradas. O microcontrolador ESP32 WROVER-B foi o escolhido. O primeiro passo foi programá-lo para que enviasse dados de teste para o site desenvolvido. Para que esse passo fosse conseguido, foi necessário incluir configurações que permitam ao utilizador indicar qual o utilizador e a password do WIFI de casa (neste momento o protótipo só tem utilidade com internet incluída). A fase final deste segundo bloco de trabalho, consistiu em desenhar o circuito elétrico necessário e a montagem dos restantes componentes capazes de adquirir a informação pretendida e transmiti-la ao microcontrolador. Foram utilizados dois sensores isolados oticamente (um para obter as tensões e outro para obter a corrente elétrica) para calcular a informação a transmitir ao microcontrolador. Foi construído um protótipo que permitiu testar o conceito, tendo sido efetivadas medições para cargas variadas, nomeadamente resistivas, mas sobretudo cargas não lineares. |
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A solução dividiu-se em dois principais blocos de trabalho: 1. Montar uma solução WEB capaz de receber a informação enviada pelos equipamentos e disponibilizá-la aos utilizadores a quem eles pertencem 2. Montar um dispositivo eletrónico, que se pudesse ligar à rede elétrica de casa, obtivesse variáveis elétricas como a tensão e a corrente, potência ativa e aparente, fator de potência e calculasse a energia consumida instantaneamente, devendo ligar-se à rede wireless da casa para comunicar essa informação para o site criado para esse efeito. Partindo de uma base profissional assente na Informática e com a experiência de alguns anos em programação WEB, definiu-se iniciar o desenvolvimento por este primeiro bloco. Uma vez que o principal objetivo do mestrado foi adquirir conhecimento, decidiu-se por uma linguagem de programação (PHP) que permitisse aumentar o leque de conhecimentos em linguagens de programação. Foi usado o PHP sem recurso a qualquer framework. A base de dados de suporte escolhida, o MariaDB, é bastante utilizada para protótipos (e não só), tendo boas capacidades de gerir grandes quantidades de dados. O WEB design construiu-se a partir de um bootstrap existente na Internet assim como a gestão de utilizadores tendo aplicado uma solução gratuita e disponível para estes efeitos e foi integrada no protótipo. O modelo de dados foi desenhado com o objetivo de registar os dados enviados pelo equipamento e com a possibilidade de posteriormente serem associados a um utilizador. O site permite ao utilizador associar um equipamento doméstico ao equipamento de medição podendo visualizar em gráfico o consumo do dia, da semana, do mês e ano. O segundo bloco de trabalho, a conceção do dispositivo eletrónico, começou por uma fase maior de estudo de conceitos e descobrir quais os componentes necessários para construir um protótipo seguro para utilizar nas instalações domésticas. Nesta fase, começou-se por encontrar um microcontrolador com capacidade de processamento, com pelo menos duas portas de leitura analógicas e de preferência com capacidade de comunicações WIFI já integradas. O microcontrolador ESP32 WROVER-B foi o escolhido. O primeiro passo foi programá-lo para que enviasse dados de teste para o site desenvolvido. Para que esse passo fosse conseguido, foi necessário incluir configurações que permitam ao utilizador indicar qual o utilizador e a password do WIFI de casa (neste momento o protótipo só tem utilidade com internet incluída). A fase final deste segundo bloco de trabalho, consistiu em desenhar o circuito elétrico necessário e a montagem dos restantes componentes capazes de adquirir a informação pretendida e transmiti-la ao microcontrolador. Foram utilizados dois sensores isolados oticamente (um para obter as tensões e outro para obter a corrente elétrica) para calcular a informação a transmitir ao microcontrolador. Foi construído um protótipo que permitiu testar o conceito, tendo sido efetivadas medições para cargas variadas, nomeadamente resistivas, mas sobretudo cargas não lineares.Electricity is one of the primary necessities to which all Portuguese are entitled and with that need in consideration, any increase in tariffs always corresponds to some apprehension in the budgetary management of families (and companies). The management of the continuous electric tariff deficits by governments has not been able to reduce the weight of this component in the budgets and so society has been looking for solutions to control the cost. One of the first steps to reduce power consumption consists in know what and how is consuming energy at home. The solution described in this document is intended to provide information on the power consumption of the connected equipment. Publishing the information through the web was part of the initial objectives of the solution and this is how the user will know about the consumptions of their equipment. The solution was divided into two main work blocks: 1. Build a WEB solution capable of receiving the information sent by the equipment and making it available to the users to whom they belong. 2. Set up an electronic device that could be connected to the home's electrical grid, obtain electrical variables such as voltage and current, power, power factor and calculated the energy consumed instantly, and would connect to the home's wireless network to communicate this information to the website, created for this purpose. With a professional base in Computer Science and big experience in WEB programming it was defined to start by building this first block. Since the main objective of this master's degree was to acquire knowledge, doing it in PHP will increase the knowledge in programming languages. It was used pure PHP, without any framework. The chosen support database, MariaDB, is widely used for prototypes (and not only), having good capabilities for managing large amounts of data. WEB design was adapted from a bootstrap got from Internet, as well as user management having applied a free and available solution existing for these purposes and integrated it into the prototype. Data model was designed considering be capable of recording the data sent by the equipment and be capable of later association with an user. The site allows the user to define what equipment is recording and can show in a graph the consumption of the day, month and year. The second block of work, the design of the electronic device, began with a larger phase of concept study and finding out what components were needed to build a secure prototype for use in home installations. This phase was started by finding a microprocessor with at least two analog read ports and preferably with an integrated WIFI communications capability. The ESP32 WROVER-B microprocessor was chosen. The first step was to program it to send test data to the website developed. For this step to be achieved, it was necessary to include settings that allow the user to indicate user and the home WIFI password (at this time the prototype is only useful with internet included). The final phase of this second block of work consisted of designing the necessary electrical circuit and assembling the remaining components capable of acquiring the desired information and transmitting it to the microprocessor. Two optically isolated sensors were used (one to get the voltages and other to get the electric current) to calculate the information to transmit to the microcontroller. A prototype was built that allows to test the concept, measures was taken from some loads, namely resistive loads, but mainly non-linear loads.Brito, Rui Miguel Monteiro deRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoCosta, Romeu Manuel Pereira da Costa2020-03-31T12:01:24Z20192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/15678TID:202343723porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-03-13T12:59:48Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/15678Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:35:23.452070Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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