Sistema inteligente para medição de energia elétrica via Power Line Communication

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Adelson Duarte dos, 1992-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634639
Resumo: Orientadores: Elnatan Chagas Ferreira, Rodrigo Moreira Bacurau
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spelling Sistema inteligente para medição de energia elétrica via Power Line CommunicationSmart system for measuring electric consumption based on Power Line CommunicationMedidores elétricosInternet das coisasHardwareElectrical metersInternet of thingsHardwareOrientadores: Elnatan Chagas Ferreira, Rodrigo Moreira BacurauDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Com o emergir do conceito IoT (Internet of Things), aplicações de automação residencial, anteriormente conhecidas como domótica, ganharam maior visibilidade. Dentre as aplicações de automação residencial, o gerenciamento de recursos, como energia elétrica e água, vem cada dia ganhando mais importância. Nesse contexto, propôs-se neste trabalho o desenvolvimento de uma rede de medidores de energia inteligentes que permitam o controle e monitoramento de cargas residenciais em tempo real. Os módulos medidores foram construídos utilizando microcontroladores de baixo custo e consumo. A medição de corrente foi implementada utilizando resistor shunt e a de tensão através de divisor resistivo. O acionamento das cargas é controlado através de relés. A versão final do módulo medidor se mostrou capaz de medir energia elétrica com erros inferiores a 4 %. Foi desenvolvido um módulo mestre, em plataforma raspberry pi, responsável por solicitar os dados dos medidores, bem como enviá-los a um serviço web para acesso aos dados pela internet. Visando a construção de um sistema simples, de fácil instalação e com baixo custo, optou-se pela implementação do sistema de comunicação entre os módulos medidores através da rede elétrica (Power Line Communication - PLC). Como parte principal desse trabalho, foi proposto e construído um modem PLC de baixo custo para aplicações que requerem baixo fluxo de dados e alta latência, como monitoramento e controle de recursos em ambientes residenciais. O diferencial do modem PLC proposto é a utilização dos condutores de neutro e terra como meio de comunicação, eliminando a necessidade de circuitos de isolação complexos, e, consequentemente, diminuindo o custo do sistema. Outras decisões que contribuíram com a redução do custo do modem PLC foram: uso de protocolos e esquemas de modulação simples - não exigindo processamento digital do sinal tampouco filtros complexos; e a implementação do circuito eletrônico com componentes discretos de baixo custo: transistores, resistores, capacitores e indutores. Resultados experimentais mostraram que o modem PLC proposto é capaz de: transmitir dados a uma taxa de 9600 b/s com taxa de erro inferior a 10 % com ruído de densidade espectral de até 366,67 µVRMS/?Hz; e transmitir dados a uma taxa de 19200 b/s com taxa de erro inferior a 10 % com ruído de densidade espectral de até 333,34 µVRMS/?HzAbstract :Due to the emergence of the IoT (Internet of Things) concept, home automation solutions earlier known as Domotics, have gained greater visibility. Among the home automation solutions, the management of resources, such as electricity and water, is becoming more important every day. In this context, it was proposed in this work the development of an intelligent energy meters network that allow the control and monitoring of residential loads in real time. The energy meters were developed using a low-cost and low-power microcontroller. Current sensing circuit was implemented using shunt resistor and voltage sensing by resistive divider. The loads are driven by relays. The final version of the energy meter can measure energy parameters with error rate less than 4 %. A master module has also been developed, in raspberry pi platform, responsible for requesting the data of the meters, as well as sending them to a web service for data access through the internet. In order to build a simple, low cost and easy to install system, we choose the implementation of energy meters communication system through the power lines (Power Line Communication - PLC). As a major part of this work, it was proposed and built a low-cost PLC modem for applications that requires low data rates, such as monitoring and control resources in residential environments. The main difference of the proposed PLC modem is the use of ground and neutral conductors as the communication channel, which eliminates the isolation circuits concern, and consequently, reduces the complexity and cost of the system. Other design decisions that contributed to the low-cost of the proposed PLC modem were: simple protocols and modulation techniques - not requiring digital signal processing or complex filters; and the implementation of the electronic circuit with inexpensive discrete components: transistors, resistors, capacitors and inductors. Experimental results showed that the proposed PLC modem is capable of: transmitting data at a rate of 9600 b/s with an error rate less than 10 % on a power line with a spectral density noise of 366,67 µVRMS/?Hz; and transmitting data at a rate of 19200 b/s with an error rate less than 10 % on a power line with a spectral density noise of 333,34 µVRMS/?HzMestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia ElétricaCAPES[s.n.]Ferreira, Elnatan Chagas, 1955-Bacurau, Rodrigo Moreira, 1988-Manêra, Leandro TiagoDante, AlexUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos, Adelson Duarte dos, 1992-20182018-08-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (125 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634639SANTOS, Adelson Duarte dos. Sistema inteligente para medição de energia elétrica via Power Line Communication. 2018. 1 recurso online (125 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634639. 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