Monitorización de consumo energético con Raspberry pi


Con el fin de intentar optimizar el uso  domestico que hacemos de la energía eléctrica  ,  un seguimiento estadístico del consumo energético nos puede ayudar a conocer nuestro consumo y con ello intentar optimizarlo,   ya que  existe un máxima que afirma que no se puede optimizar  algo que no se pueda medir . Para semejante objetivo  se  pueden utilizar contadores de energía para medir   el consumo del  cuadro  de distribución de corriente alterna de une vivienda   y enviar esta información  en tiempo real  a  un logger de datos basados en una Raspebrry pi 3 por medio del protocolo RS485 (sistema de bus diferencial multipunto, ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias y a través de canales ruidosos) permitiendo enviar la información  gracias a este protocolo ,  no solo de un watimetro sino de muchos  todos  operando sobre la misma linea .

El medio físico de transmisión  de  la salida de  dichos contadores  es un par trenzado , el cual admite 32, 128 o 256 estaciones en 1 solo par, con una longitud máxima de 1200 metros operando entre 300 y 19 200 bit/s y la comunicación half-duplex (semiduplex) dependiendo del consumo de cada driver  debido   a que la transmisión diferencial permite alcanzar mayor distancia con una notable inmunidad al ruido, siempre que el bus de comunicación conserve las características de bus balanceado (dando incluso la posibilidad de una configuración multipunto).

Gracias al  sistema de bus diferencial multipunto del protocolo  RS485  , se puede  transmitir únicamente con dos  hilos   a altas velocidades incluso sobre largas distancias (10 Mbit/s hasta 12 metros y 100 kbit/s en 1200 metros)  a través de canales ruidosos (es decir compartiendo las canalizaciones eléctricas  )  , ya que el par trenzado reduce los ruidos que se inducen en la línea de transmisión.

 

En cuanto al  software necesario  para procesar la información de los watimetros   se   pueden utilizar los  siguiente  componentes de código abierto:

  • Minimalmodbus -Leer los parámetros de los contadores de energía
  • InfluxDB -Tiempo base de datos de la serie para almacenar datos
  • Grafana -Herramienta de visualización de datos basada en web

Respecto al  hardware se pueden usan los siguientes elementos:

 

Escudo RS485 SparkFun Linksprite RS485/GPIO Shield

Este  escudo ,como puede adivinar,  es el elemento estrella de esta configuración pues precisamente permite  soportar el  protocolo RS485 en  la Raspberry Pi,  de modo que  podrá tener un puerto de comunicación para su bus de campo directamente conectado a su RPi.

Aunque el RS485 a veces se considera un protocolo “arcaico”, permitirá que hasta 32 dispositivos se comuniquen a través de la misma línea de datos a lo largo de una longitud de cable de hasta 1200 mt con una velocidad de datos máxima de 10Mbit / s.  (lo cual no son malos números)

Este escudo viene premontado, así que todo lo que tiene que hacer es ajustarlo directamente a tu Raspberry Pi y obtener la programación. El RS485 Shield V3 es compatible con Raspberry Pi B, B + y Raspberry Pi 2.

Nota: El escudo tiene una huella despoblada para un conector DB9. Verifique a continuación si necesita agregar el conector. De lo contrario, puede usar los terminales de tornillo.

Se ha verificado que funciona con una Raspberry Pi 3 con un escudo Linksprite RS485 y valores de lectura de un SDM120 y SDM630. Al cambiar el archivo [model].yml y crear un archivo .yml [modelo] correspondiente, debería ser posible usar otros modelos habilitados para modbus (agregar el conector). De lo contrario, puede usar los terminales de tornillo.

Cableado

Conecte un cable de par trenzado al escudo Linksprite RS485  , teniendo en cuenta que debe diferenciar el significado de cada hilo ( por ejemplo diferenciando con dos colores) y  teniendo en cuanta que cada  color que deberían ir   a la A y la B.

Conecte el otro extremo del cable al terminal de Modbus del metro de la energía. Asegúrese de que el mismo color va a la A como uno conectarse A en el escudo y lo mismo para B. Si más metros van a conectar, seguir conectando los medidores de la serie: A A, B a B. Un cable de encadenamiento puede ser útil.

 

Se recomienda utilizar resistencias de terminación al final de la cadena.  Para asegurar una conexión buena puede ser una buena idea para soldar un cable de encadenamiento para conectar todo A terminales en serie y todos los terminales B en serie.

Consulte esta documentación para obtener más información: https://www.maximintegrated.com/en/App-Notes/index.MVP/ID/763

Requisitos previos

Descargar tramo de Raspbian Lite y Flash en tarjeta SD, por ejemplo mediante el uso de grabador. Monte el protector de RS485 de cabecera de GPIO de la Raspberry Pi. Poder Rasberry Pi y contraseña de configuración (passwd) y SSH, localización, etc. utilizando la red:

$ sudo raspi-config

Con la configuración abierta  de   raspi-confi, ir a: Opciones de la interfaz 5 -> Serie P6 y Deshabilitar el shell de login serial y Habilitar hardware de puerto serie (es decir NO y luego sí)

Para poder utilizar el UART es necesario deshabilitar el Bluetooth incorporado ya que comparte el UART. Para ello, agregue las siguientes líneas a /boot/config.txt

# Disable built in Bluetooth 
dtoverlay=pi3-miniuart-bt

fuente

Para deshabilitar la consola serie, necesita editar la /boot/cmdline.txt archivo para parecerse a la siguiente línea:

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

fuente

Instalar Python Package Manager PIP si no ya instalado (no instalado en Raspbian Lite):

$ sudo apt-get install python-pip

Instalar Git si no ya instalado (no instalado en Raspbian Lite):

$ sudo apt-get install git

Instrucciones de instalación

Puede seguir las instrucciones de GitHub para instalar código fuente InfluxDB, Grafana y medidor registrador de energía, resumidamente son las siguintes:

Instalar InfluxDB *

Instrucciones paso a paso
  • Agregue el repositorio InfluxData
      $ curl -sL https://repos.influxdata.com/influxdb.key |  sudo apt-key add -
     $ source / etc / os-release
     $ test $ VERSION_ID = " 9 " && echo " deb https://repos.influxdata.com/debian stretch stable " |  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/influxdb.list
  • Descargar e instalar
      $ sudo apt-get update && sudo apt-get install influxdb
  • Comience el servicio de influxdb
      $ sudo service influxdb start
  • Crea la base de datos
      $ afluencia
     CREAR BASE DE DATOS db_meters
     salida

*fuente

Instalar Grafana *

Instrucciones paso a paso
  • Añadir repositorio APT
      $ echo " deb https://dl.bintray.com/fg2it/deb-rpi-1b jessie main " |  sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/grafana.list
  • Añadir clave de Bintray
      $ curl https://bintray.com/user/downloadSubjectPublicKey ?  nombre de usuario = bintray |  sudo apt-key add -
  • Ahora instala
      $ sudo apt-get update && sudo apt-get install grafana
  • Comience el servicio usando systemd:
      $ sudo systemctl daemon-reload
     $ sudo systemctl start grafana-server
     $ systemctl status grafana-server
  • Habilite el servicio systemd para que Grafana comience al arrancar.
      $ sudo systemctl enable grafana-server.service
  • Vaya a http: // localhost: 3000 e inicie sesión usando admin / admin (recuerde cambiar la contraseña) * source

Instalar Energy Meter Logger:

  • Descargue e instale desde Github
      $ git clone https://github.com/samuelphy/energy-meter-logger
  • Ejecute el script de configuración (debe ejecutarse como root (sudo) si la aplicación necesita ser iniciada desde rc.local, ver abajo)
      $ cd energy-meter-logger
     $ sudo python setup.py install
  • Hacer que el archivo de script sea ejecutable
      $ chmod 777 read_energy_meter.py
  • Edite meters.yml para que coincida con su configuración
  • Pruebe la configuración ejecutando:
      ./read_energy_meter.py
     ./read_energy_meter.py --help # Muestra todos los parámetros disponibles
  • Para ejecutar el script python al inicio del sistema. Agregue a las siguientes líneas hasta el final de /etc/rc.local pero antes de salir:
      # Start Energy Meter Logger
     /home/pi/energy-meter-logger/read_energy_meter.py --interval 60 > /var/log/energy_meter.log &

    El registro con posibles errores se encuentra en /var/log/energy_meter.log

Configuración del medidor de energía

En este proyecto energía Modbus activado se utilizan wtimetros de la marca  Eastron. El autor ha usado dos modelos  :uno normales  de una sola  fase y otro de tres fases . Para capturar los datos muchos de los registros y los registros de interés se especifiquen en dos archivos de configuración: SDM120.yml y SDM630.yml. Los parámetros de estos registros se almacenan como 32 bits flotante  (tamaño de 2 registros) y deben ser leídos por código función 04, fuente : code = 4, 2 registers)

De la documentación Eastron obtenemos el siguiente mapa de registro para configurar nuestros archivos de configuración.

Si se utiliza un medidor de energía diferentes, simplemente deberá configurar  su propio archivo de configuración y añadir a meters.yml donde también se define la configuración modbus para cada metro.

meters: 
   - name : Meter Group 1 
     type : SDM120.yml 
     id : 1     # this is the slave address number 
     baudrate : 9600   # Baud 
     bytesize : 8 
     parity : even # none | odd | even 
     stopbits : 1 
     timeout  : 0.5   # seconds 

Grafana

Grafana abierto (e.g. http://raspberrypi.local:3000) y entrar con admin / admin.

Empezar por crear un origen de datos:

  • Nombre: Dar un nombre de su elección
  • Tipo: Seleccione InfluxDB
  • Acceso: proxy
  • Base de datos: db_meters
  • ¡Agregar!

Añadir un panel de control y haga clic en gráfico. Haga clic en “Panel de título” y edición. Haciendo clic en “seleccionar medición”, “+”, “valor de campo” etcetera puede seleccionar los parámetros que interesa analizar.

Una cosa vale la pena destacar es en “Opciones” donde debe ingresar el “intervalo de tiempo mínimo” que debe ser el mismo que el tiempo entre mediciones.

En la pestaña de “Ejes” puede la unidad para la medición.

NOTAS:

En caso  de  que no se registren las lecturas   en la Raspberry Pi  ,lo mejor es empezar por investigar el archivo de registro. El nivel de registro puede establecerse como parámetro cuando se ejecuta el script:

read_energy_meter.py --log DEBUG | INFO | WARNING | ERROR 

Al registro de configuración para depuración usted obtiene más información. Si usted ha de  escribir el registro en un archivo puede buscar en el registro de error usando este comando:--logfile

$ cat energy.log | grep -in 'error' | awk -F: '{print $2" - Line number : "$1}' 

Asimismo asegúrese de que todos sus medidores conectados en el mismo están configurados con la misma velocidad en baudios.  También es  muy   importante definir un tiempo de espera corto, aproximadamente 10 ms,(con entre parámetro así definido  se puede hacer que se tolere  si se produce errores de CRC al azar).

 

Mas información en  https://www.hackster.io/samuelphy/energy-meter-logger-6a3468

 

 

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