Monitoreo de energía por Internet

Transcripción

1 Monitoreo de energía por Internet Rev. 1.0 INGENIERÍA MCI LTDA. Luis Thayer Ojeda Of Santiago, Chile Tel info@olimex.cl

2 Monitoreo de energía por Internet Página 2 de 42 MCI Ltda. Luis Thayer Ojeda Oficina 1105 Santiago, Chile Tel: Fax: MCI Ltda. 2014

3 Monitoreo de energía por Internet Página 3 de 42 Introducción... 5 Qué son Xively y Exosite? Cuál escojo?... 6 Cableando las placas... 7 Creación de cuenta Xively Exosite Xively Cargar sketch de Arduino Compilar sketch Procesar los datos Gráfico de datos Añadir Triggers Compartir acceso al dispositivo con más personas Acceder al historial de Uploads Exosite Compilar sketch de Arduino Procesar los datos Descripción del Menú Añadir Eventos y Alarmas... Error! Marcador no definido Formatear los datos en Dashboard Listado de datos con sus valores Medidor Didáctico de Voltaje Grafico de Corriente/Voltaje... 38

4 Monitoreo de energía por Internet Página 4 de Eventos Más ideas HISTORIA DEL DOCUMENTO... 42

5 Monitoreo de energía por Internet Página 5 de 42 Introducción Quieres realizar tu propio sistema de medición de energía remoto? Te gustaría poder encender y/o apagar equipos eléctricos cómodamente a través de internet, y así disminuir el consumo en tu hogar? Todo esto es posible utilizando la plataforma Arduino junto con un par de Shields externos: el Arduino Ethernet Shield, y el Arduino Energy Shield, algunos sensores y dos sitios web gratuitos para elegir: Xively y Exosite. En este tutorial utilizaremos la plataforma Arduino como cerebro del proyecto. Pero, qué voy a necesitar? Sólo una pequeña cantidad de cosas Arduino UNO Arduino Ethernet Shield Arduino Energy Shield 1 Transformador 220/12V 1 Sensor de corriente 1 resistencia 330 ohm 1 LED común 1 Transformador AC/DC 9V 650mA regulado Protoboard (si es que no quieres o no sabes soldar) El Ethernet Shield se encargará de manejar el tráfico de datos TCP/IP con el servidor de Xively/Exosite, y el Energy Shield será utilizado para medir consumo. Con todo esto listo, ya podemos empezar a trabajar.

6 Monitoreo de energía por Internet Página 6 de 42 Qué son Xively y Exosite? Cuál escojo? Xively ( y Exosite ( son sitios gratuitos que permiten administrar datos de sensores y otros dispositivos en tiempo real. Además permite visualizar los datos enviados desde algún dispositivo de manera gráfica, manteniendo un archivo histórico con la información. La diferencia entre ambos radica en la facilidad de implementar y la forma en que se puede manipular los datos. La siguiente tabla compara los dos servicios Xively Variables se declaran en el código. Formas muy limitadas de visualizar los datos, no todas configurables por el usuario. Envío de datos consume poca memoria. Soporte: Android, Arduino, ARM, C, Electric Imp, Java, Javascript, Objective C, PHP, Python, Ruby Exosite Variables se declaran en el sitio web Y código. Formas muy variadas de visualizar los datos, todas configurables por el usuario. Envío de datos consume mucha memoria. Soporte: Arduino, C++, Java,.NET, Python, XMPP

7 Monitoreo de energía por Internet Página 7 de 42 Cableando las placas Antes de entrar en el código debemos cablear correctamente nuestro sistema. Para esto 1. Coloca el Ethernet Shield sobre el Arduino Shield. Ten cuidado de que los pines entren derechos y no se vayan a doblar. 2. Para poder utilizar el Ethernet Shield y el Energy Shield simultáneamente debes cablear algunos pines como se muestra en la figura 2. Nótese que el pin 9 del Ethernet Shield está conectado al pin 10 del Energy Shield: Esto debe hacerse porque el Ethernet Shield y el Energy Shield ocupan los mismos pines para comunicarse con el Arduino: Los pines 10, 11, 12 y 13 (SPI). Se ha colocado un LED amarillo para debugging. Este se encenderá cuando el Arduino esté hablando con el servidor de Xively o Exosite. En las siguientes imágenes puedes ver el cableado del proyecto:

8 Monitoreo de energía por Internet Página 8 de 42 Las placas fueron montadas en una caja metálica de fuente de poder computacional común. Puedes obtener un acabado más profesional de esta forma. 1. Conecta la sonda de corriente al conector correspondiente. Debes colocarla en un solo cable. 2. Conecta el transformador 220/12V en el conector de voltaje. Los extremos del transformador deben ser conectados en paralelo a la red eléctrica. Se recomienda utilizar un enchufe como el de la figura 3. Como se ve en la figura, se conectó una lámpara para medir consumo. El enchufe de la lámpara fue intervenido, para tener acceso a la corriente que fluye hacia la ampolleta (cable azul). Además se conectó el transformador en paralelo, para medir el voltaje de la red eléctrica. Y ya está, tienes todo cableado y listo para ser usado en tu proyecto de medición remota.

9 Monitoreo de energía por Internet Página 9 de 42 Creación de cuenta Antes de empezar, y una vez escogido el servicio que desees utilizar, debemos crear una cuenta en el sitio seleccionado (o ambos, si deseas comparar por ti mismo). 1.1 Xively 1. Entrar a la web de Xively y hacer click en Get Started. 2. Apareceran 3 opciones de cuenta, seleccionar la que dice Sign Up for a free Developer Account. Posteriormente si lo deseas o necesitas, puedes registrarte con las otras opciones que son de pago. 3. Rellenar el formulario y verificar la cuenta. 4. Una vez está lista la parte de registro, debería aparecernos la siguiente pantalla.

10 Monitoreo de energía por Internet Página 10 de Hacemos click en Add Device. En la pantalla siguiente escogemos un nombre de dispositivo (en este caso se utilizó Arduino Uno) y una descripción, escogemos la privacidad, y finalmente agregamos el dispositivo nuevo. 6. Una vez agregamos el dispositivo, debería aparecernos la siguiente pantalla. 7. Anotar en algún lado los datos marcados en rojo (FEED ID y DEVICE KEY), estos son datos que utilizaremos en el código de Arduino para comunicarnos con la página. 8. Ok, ahora que tenemos todo listo, podemos entrar en la parte más divertida!

11 Monitoreo de energía por Internet Página 11 de Exosite 1. Entrar a la web de Exosite y hacer click en Get Started. 2. Rellenar el formulario y verificar la cuenta. 3. Una vez está lista la parte de registro, debería aparecernos la siguiente pantalla. Los cuadros con datos de temperatura mostrados allí son sólo de ejemplo y pueden ser borrados sin ningún problema, al igual que el cuadro de bienvenida. 4. Seleccionamos Devices en el Menú principal. Nos aparecerá una lista con los dispositivos que tenemos en la página, estando solo el de ejemplo por ahora. Hacemos click en +Add Device. 5. En la ventana emergente, rellenamos los campos de la siguiente manera.

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13 Monitoreo de energía por Internet Página 13 de Hacemos click en Submit una vez rellenado todos los campos. Nos debería decir Device Successfully Created. Luego cerramos la ventana de creación de dispositivo. 7. Ahora debería aparecer nuestro dispositivo en la lista anterior. Le hacemos click y nos debería aparece la siguiente ventana emergente

14 Monitoreo de energía por Internet Página 14 de Anotar en algún lado el dato marcado en rojo (CIK), este es el dato que utilizaremos en el código de Arduino para comunicarnos con la página. 9. Ok, ahora que tenemos todo listo, podemos entrar en la parte más divertida!

15 Monitoreo de energía por Internet Página 15 de 42 Xively 1.3 Cargar sketch de Arduino 1. Descargar la IDE de Arduino desde este enlace. 2. Descargar las librerías de Arduino para Xively o Exosite. En los enlaces, hacer click en Download as ZIP. Librerías Xively + HttpClient Librería Exosite 3. Descomprimir los archivos. Se crearan carpetas que terminarán en - master. Borrar esto del nombre de las carpetas, dado que las librerías de Arduino no trabajan bien con esos caracteres. 4. Poner las librerías en la carpeta /libraries de la IDE de Arduino.

16 Monitoreo de energía por Internet Página 16 de Descargar el sketch de Arduino para Xively o Exosite (disponibles en los archivos adjuntos de la Energy Shield). 6. Abrir el sketch (archivo.ino) con la IDE de Arduino. Dependiendo si estamos usando Xively o Exosite, tendremos que cambiar algunas cosas, por lo que aún no lo cargaremos el programa. 1.4 Compilar sketch Abrimos el archivo xivelyclientenergyshield.ino desde la IDE de Arduino. Una vez abierto, debemos rellenar con el Device Key y el Feed ID anotados anteriormente como en la imagen Luego simplemente cargamos el Sketch al Arduino y abrimos el monitor serial, donde deberíamos ver una salida similar a esta (los valores dependerán del tipo de carga conectada)

17 Monitoreo de energía por Internet Página 17 de 42 Felicidades! Ya están enviándose los datos de la Energy Shield a tu dispositivo de Xively. Para comprobarlo entra a la página con tu cuenta y revisa el dispositivo que creamos antes. En la sección Channels, deberían aparecerte los datos actualizándose cada cierto tiempo.

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19 Monitoreo de energía por Internet Página 19 de Procesar los datos Ahora que tenemos los datos en nuestra página, qué podemos hacer con ellos? A continuación se presentan diversos ejemplos Gráfico de datos En la página del dispositivo, seleccionamos el botón Graphs que se encuentra a la derecha de Channels. Esto tomará todos los datos subidos y generará gráficos en un intervalo que puede ir desde 5 minutos hasta 1 hora para datos solos, y de 6 horas hasta 3 meses para datos promediados.

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21 Monitoreo de energía por Internet Página 21 de Añadir Triggers En la página del dispositivo, en la sección Triggers seleccionamos Add Trigger, lo cual desplegará una ventana donde se podrá configurar como uno desee. Un trigger sirve básicamente para que, al momento de ocurrir la condición configurada (en este caso, si el voltaje es menor a 200), entonces Xively se comunicará con otro servidor especificado por el usuario, enviándole información del dato que gatilló el evento.

22 Monitoreo de energía por Internet Página 22 de Compartir acceso al dispositivo con más personas En la página del dispositivo, en la sección API Keys seleccionamos Add Key, lo cual desplegará una ventana donde se podrá configurar como uno desee. Una API Key permite generar una llave adicional para compartir con otras personas, cuyos permisos para interactuar con los datos (crear, leer, actualizar, borrar) dependerán del administrador del dispositivo.

23 Monitoreo de energía por Internet Página 23 de Acceder al historial de Uploads En la página del dispositivo, en la sección Request Log seleccionamos cualquiera de las filas que poseen la última subida de datos al sistema. Una vez seleccionado un feed, nos aparecerá una ventana emergente con diversos datos relacionados a los últimos envíos del dispositivo. Notar que en REQUEST BODY se encuentran los valores específicos de las variables medidas por el Energy Shield.

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25 Monitoreo de energía por Internet Página 25 de 42 Exosite 1.6 Compilar sketch de Arduino Antes de poder subir los datos desde nuestro código Arduino, debemos decirle al sitio de Exosite el nombre de las variables que Arduino intentará escribirle. En este caso, nuestro sketch de ejemplo es capaz de medir voltaje, corriente, consumo y número de uploads al sistema. Para poder verlos en Exosite es necesario crear estas variables en el sitio web también. Existen dos métodos para lograr esto Seleccionar Data desde el Menú principal, y luego hacer click en +Add Data, donde seleccionaremos el dispositivo creado anteriormente (Arduino Uno). Seleccionar Devices desde el Menú principal, y luego hacer click en el dispositivo creado anteriormente (Arduino Uno). Después hacer click en +Add Data en la esquina superior derecha. Sea cual sea el método que escojamos, la ventana emergente que aparecerá permite registrar una variable en el sitio web. Para el caso del Voltaje se rellena de esta manera Donde Data Source Name: Nombre que le daremos al dato en la página. Data Source Format: Tipo de dato almacenado (int, float, string, binary). Data Unit: La unidad del dato almacenado (en este caso, Volts). Alias: Nombre que tiene la variable en el sketch de Arduino.

26 Monitoreo de energía por Internet Página 26 de 42 NOTA: El Alias nombre debe coincidir EXACTAMENTE con el del sketch de Arduino, de lo contrario el dato no se almacenará en esta instancia.

27 Monitoreo de energía por Internet Página 27 de 42 Con esto tenemos nuestra primera variable lista para recibir datos. Ahora debemos repetir este mismo paso con el resto de la variables, teniendo cuidado de rellenar el Alias de la siguiente manera. Dato Alias Voltaje RMS voltaje Corriente corriente Consumo consumo Uploads uploads Si lo hicimos correctamente, al seleccionar Data desde el Menú principal, se debería mostrar la siguiente lista El siguiente paso es abrir el archivo exositeclientenergyshield.ino desde la IDE de Arduino. Una vez abierto, debemos rellenar con el CIK anotado anteriormente como en la imagen Notar que en el código, el Alias es igual a como están declarados los datos

28 Monitoreo de energía por Internet Página 28 de 42 Luego simplemente cargamos el Sketch al Arduino y abrimos el monitor serial, donde deberíamos ver una salida similar a esta (los valores dependerán del tipo de carga conectada). Con esto ya estamos en condiciones de ver cambios en los datos de la página en Exosite. Si recargamos la página Data en el menú principal, deberían aparecernos datos de la siguiente manera

29 Monitoreo de energía por Internet Página 29 de Procesar los datos Antes de procesar los datos, primero debemos entender para que sirve cada menú que nos ofrece el sitio web. Una vez entendamos esto, pasaremos a la siguiente parte que es interpretar los datos subidos por el Sketch Descripción del Menú A la derecha de la página principal de nuestra cuenta aparecerán las siguientes opciones Home: Esto te llevará a tu página personal de Exosite, mostrando lo que se llama Dashboard principal, que es donde podremos ver la información de nuestro dispositivo de diferentes formas. Data: Acá se organizan los datos provenientes de todos los dispositivos que registremos. Para agregar datos, es necesario tener un dispositivo registrado en Devices. Devices: Acá se muestran todos los dispositivos que tenemos registrados con la cuenta de Exosite, mostrando información general de estos y permitiendo editarla. Events: Acá se pueden crear eventos y alertas para los datos que necesitemos. Por ejemplo, si el voltaje supera los 300V en algún momento, puedo generar un evento que avise en caso de que esto ocurra y guarde la hora/fecha en que ocurrió. Dashboards: Acá se pueden configurar páginas principales adicionales. Sin embargo, para disponer de estas a todo su potencial, es necesario utilizar el servicio de pago de Exosite. Scripts: Acá se configuran scripts específicos que pueden interactuar con la página de diversos modos. En este tutorial no se revisará esta opción, pero Exosite tiene un muy buen tutorial en caso de que busques profundizar aún la forma en que procesas tus datos. Admin: Configuración general de la cuenta. Se pueden administrar usuarios adicionales con diferentes permisos para acceder y editar los datos de los dispositivos.

30 Monitoreo de energía por Internet Página 30 de Añadir Eventos y Alarmas Exosite permite no sólo observar datos, si no también reaccionar de acuerdo al valor de estos. Esto quiere decir que si nuestra dispositivo deja de enviar datos, o tiene bajas de voltaje muy importantes, es posible registrarlos de manera de saber a qué hora fueron y cuánto tiempo se mantuvo en este estado. Esto tiene el nombre de Eventos. Además de esto, existen las Alarmas, que van un paso más adelante, permitiendo enviar alertas al administrador (en forma de correo electrónico) en caso de que un Evento configurado anteriormente se gatille. Para agregar un Evento debemos ir a Events desde el Menú principal y hacer click en +Add Event en la esquina superior derecha. Se nos abrirá una ventana emergente con diferentes opciones. Se presentan tres formas de añadir eventos Indicar Baja de Voltaje Este evento se gatilla al momento de que una medición de voltaje sea menos de 200V.

31 Monitoreo de energía por Internet Página 31 de Indicar falla de envío de datos Este evento se gatilla en caso de que el número de Uploads no aumente en una cierta cantidad de tiempo Indicar voltaje demasiado alto Este evento se gatilla en caso de que el voltaje sea superior a 250V durante al menos 3 mediciones, en una ventana de tiempo de 120 segundos.

32 Monitoreo de energía por Internet Página 32 de 42 Para añadir una alarma por otro lado, seleccionamos +Add Alarm, en el cuadro que está debajo del de Events, donde nos aparecerá otro cuadro de configuración. En el siguiente ejemplo, la alarma se configuró para enviar un correo en caso de que el evento de fallo de envío de datos (No Uploads) se gatille.

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34 Monitoreo de energía por Internet Página 34 de Formatear los datos en Dashboard Ahora viene la parte más importante, que es cómo queremos ver los datos en Exosite, y una de las grandes fortalezas que este otorga es la variedad de métodos que ofrece para esto. Primero debemos ir a Home desde el menú principal, donde aparecerá nuestro Dashboard. Eliminemos todos los cuadros relacionados al medidor de ejemplo y bienvenida de Exosite. Para esto hacemos click en la parte superior derecha de cada cuadro, y le damos a Delete. Ahora, con nuestro Dashboard vacío, hacemos click en ADD WIDGET en la esquina superior derecha de la página. Nos aparecerá una ventana emergente donde podemos seleccionar el tipo de cuadro que queremos agregar. Algunos ejemplos a continuación

35 Monitoreo de energía por Internet Página 35 de Listado de datos con sus valores En Widget Type escogemos Data Source List y en Block Title le ponemos el mismo nombre o uno parecido. Luego en la ventana de configuración siguiente escogemos los datos que queremos observar. Esto agregará a nuestro Dashboard un cuadro con un listado de datos, sus valores, y la última fecha en que estos fueron recibidos.

36 Monitoreo de energía por Internet Página 36 de Medidor Didáctico de Voltaje En Widget Type escogemos Gauge y en Block Title ponemos Voltaje. Luego en la siguiente ventana de configuración, rellenarla de manera similar a esta. Esto agregará a nuestro Dashboard un medidor de Voltaje que está un rango de 200V a 260V, con zona de bajo voltaje en 220V, y zona de alto voltaje de 240V, con una tasa de refresco de 15 segundos.

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38 Monitoreo de energía por Internet Página 38 de Gráfico de Corriente/Voltaje En Widget Type escogemos Line Graph, y luego en Block Title ponemos algo como Gráfico Voltaje/Corriente. Luego en la siguiente ventana de configuración, rellenamos de esta forma Esto agregará a nuestro Dashboard un gráfico de líneas con los valores de corriente y voltaje en un rango de 0 a 250, en una ventana de 30 minutos (0.5 horas) con una tasa de refresco de 15 segundos.

39 Monitoreo de energía por Internet Página 39 de Eventos En Widget Type escogemos Event List, y luego en Block Title ponemos Eventos. Luego en la ventana de configuración siguiente rellenamos de esta forma

40 Monitoreo de energía por Internet Página 40 de 42 Esto agregará a nuestro Dashboard un listado con los eventos que hemos configurado anteriormente, con una tasa de refresco de 15 segundos. En caso de que un Evento se gatille, esto será indicado en la lista con un True mientras esté activo, y un False cuando esté inactivo, pero que se haya activado anteriormente.

41 Monitoreo de energía por Internet Página 41 de 42 Con esto ya tenemos un Dashboard configurado para hacer diversas cosas con las mediciones tomadas por nuestro sketch de Arduino. La siguiente imagen muestra una imagen del Dashboard con todos los Widgets configurados anteriormente. Esperamos que este tutorial te haya servido!

42 Monitoreo de energía por Internet Página 42 de 42 Más ideas Este tutorial sólo tenía la intención de mostrarte cómo utilizar el Energy Shield junto con Xively y Exosite, de forma básica. Si quieres entrar en más detalles sobre el tema, como por ejemplo, cómo utilizar el Reloj de Tiempo Real (RTC) o cómo usar el conector XBee incluido para comunicación inalámbrica, es recomendable que eches una mirada por el manual de usuario del Energy Shield. Todo esto lo puedes ver en este link. HISTORIA DEL DOCUMENTO Revisión Fecha Editado por Descripción/Cambios de febrero de 2014 Cristóbal Silva Versión documento inicial del