Gebruiker:Erin/Snel en simpele meterkast logging

Project: Electriciteitsmeter loggen
Electriciteitsmeter loggen
Naam	Electriciteitsmeter loggen
Door	Erin
Status	Uitvoer
Madskillz	Arduino, Openwrt, grafieken genereren, rrdtool
Doel / Omschrijving
Electriciteitsverbruik volgens de 'slimme meter' opvangen en omzetten in grafieken
Alle Projecten - Project Toevoegen

noez

Meten is weten

Ik ben geïnteresseerd in het terugbrengen van mijn energieverbruik. Maar daarvoor wil je meten wat er verbruikt wordt. Enige google-actie leert dat het mogelijk is om een grafiek te genereren die zó nauwkeurig is, dat je individuele apparaten aan- en uit kunt zien schakelen. Dit project gaat dus om het meten van het totale verbruik via de electriciteitsmeter en wel zeer nauwkeurig.

Onderdelen

Huis electriciteitsmeter

Ik gebruik de digitale meter die in Arnhem als proef is geïnstalleerd toen je nog naar de gevangenis kon worden gestuurd als je het ding weigerde. De meter heeft twee lampjes die een korte puls geven: 1000 impulsen per kilowattuur. Het ene lampje meet reactief vermogen, het andere het echte vermogen. Ik ben geinteresseerd in het echte vermogen. Ik wil dus lichtflitsjes tellen.

Sensor op de meter

Ik wilde zeker weten dat de sensor snel genoeg was. Ik heb deze fotodiode gebruikt. Er is een digitale en een anloge uitgang. De digitale klapt om als de sensor een - met de blauwe potmeter - instelbare waarde overschrijdt. Ik gebruik echter de analoge output, en ik detecteer de puls in de Arduino. Het lichtje brandt zwak, maar deze sensor pikt het goed op. Donker geeft waarde 1023; en tijdens een puls gaat de waarde omlaag tot rond de 740. In fel licht daalt hij tot vlak boven de 20.

De Arduino

Ik gebruik een gekloonde Arduino Nano. Dit is de kleinste Arduino die ook een USB poort aan boord heeft. De Arduino detecteert en telt de lichtflitsjes. Met wat proefcode bleken de flitsjes 9-12ms te duren; hij telt een puls als een flitsje tussen de 5 en 20ms duurt. Voor de compleetheid zit er wat fout-detectie in de pulsdetector: Korter dan 5ms, dan telt hij geen puls maar een storing ('fluke') en langer dan 20, dan telt hij geen puls maar 'teveel omgevingslicht'.

Rapportage

De Arduino rekent het vermogen als volgt uit: De meter geeft 1000 pulsen per KWh, dat is 1 puls per 1Wh, is 1 puls per 3600 Joule. Elke puls is dus 3600 Joule verbruikt. Dus (aantal pulsen) x 3600 Joule / (tijdsinterval 5 minuten) = vermogen. De Arduino rapporteert via de seriële poort wat het verbruikte vermogen is, een truc die ik van de Space heb afgekeken. Dit doet hij één keer per 5 minuten.

OpenWRT Router & Arduino

De Arduino kan aan een miniPC gekoppeld worden maar die kost me veel te veel stroom. In de meterkast bevindt zich ook mijn router, die een USB poort heeft én OpenWRT draait. Die blijkt naar de Arduino te kunnen luisteren. De router draait OpenWRT 12.09. Voordelen hieraan:

• De router interfacet én voedt de Arduino.
• Ik maak gebruik van hardware die ik al in gebruik heb, die toch al 24/7 aan staat.

De symbiose met de Arduino werkt tot nu toe zó goed, dat ik me afvraag waarom je überhaubt nog een Ethernetshield zou kopen en geen TP Link 703N router. Met die router en [TP-link 703N OpenWRT] heb je meteen een mini-linux computer, een voeding voor de Arduino, ethernet én wifi. En qua prijs versus het ethernetshield is het een hele goede optie.

Seriële verbinding

De volgende pakketten zijn geinstalleerd om het mogelijk te maken:

• kmod-usb-acm
• kmod-usb-ftdi
• kmod-usb-ohci

Ik kwam er achter dat een Arduino Uno de module kmod-usb-acm nodig heeft, maar de Arduino Nano een andere seriële chip heeft; die heeft kmod-usb-ftdi nodig. Als je de juiste module hebt geïnstalleerd, kun je in de /dev de Arduino zien:

• /dev/ACM0 (Arduino Uno) of
• /dev/ttyUSB0 (Arduino Nano).

Als dit device ontbreekt is de juiste kernelmodule nog niet geïnstalleerd.

Grafieken:

Hiervoor gebruik ik RRDTOOL gebruiken. Met wat copy-paste van internet heb ik een eenvoudige RRD-database die een dag- en een weekgrafiek kan maken. De grafieken worden weggeschreven in de /tmp in de router. Deze directory is gemount in RAM, dus dat vergt geen flash-wear&tear. De grafieken moeten dan nog geserveerd worden. Mogelijk kan dat met rrdtool-cgi. Dat is nog in progress.

• 

  Old skool logging

• VElectriciteitsverbruik logging new arduino and rrdtool.png

  New style logging

Software

De software kan ik hier posten, ter leering ende vermaeck. Algemene problemen die moesten worden opgelost zijn:

• RRDTOOL moet op vaste tijdstippen een meting ontvangen.
• pulsdetectie

Vaste tijdstippen: tijd-interrupt? Delay?

De Arduino staat 99% van zijn tijd maar één ding te doen: Heel hard op een puls te wachten. Toch moet hij om de 5 minuten (instelbaar) rapporteren, ongeacht of hij even op een puls staat te wachten.

Een delay kan in elk geval niet worden gebruikt omdat de arduino echt naar de output van de sensor moet kijken. Een Interrupt heeft twee nadelen:

• de code is complex; De interrupt-tijd is veel korter dan 5 minuten. In plaats daarvan moet de interruptcode bij elke aanroep checken of hij al moet rapporteren
• het is niet te controleren wanneer een interrupt wordt aangeroepen, terwijl je liever niet wilt dat hij net tijdens een puls-detectie valt. De puls kan dan mogelijk niet goed gedetecteerd worden en deze situatie is bovendien zeer moeilijk te testen.

De oplossing is simpel en als volgt: De 5 minuten heet een rapportage-interval. De starttijd van een interval wordt onthouden. Tijdens het wachten op een puls wordt gechecked of dit interval al is verstreken.

Pulsedetectie

Een puls duurt kort en de lichtflits is niet heel fel. Eerst is experimenteel vastgesteld hoe lang hij duurt en welke waarde op de analoge pin krijgt tijdens een lichtflits. De code om de puls te detecteren wordt dan:

• Markeer starttijd
• loopje: while (Waarde op analoge pin zegt: lampje is aan, EN de verstreken tijd is niet langer dan de maximale pulstijd)
• bepaal pulslengte = huidige tijd - starttijd.

Bepalen van de tijd gebeurt met millis(). De gebruikte berekening heft de wraparound van 2^32 op. Let op de bepaling die de while-loop onderbreekt na 20 milliseconden (maximale pulsduur). Als de sensor wordt blootgesteld aan omgevingslicht blijft de software dus niet hangen.

Wat hij niet doet is dynamisch bepalen wat de grenswaarden zijn voor wel of geen puls, rekeninghoudend met omgevinslicht. Dat zou extreem cool zijn, en de huidige oplossing is goed genoeg. De waarden zijn experimenteel bepaald en daarna (met enige marge) hard gecodeerd. Wie dit project dus overneemt doet er goed aan deze waarden zelf eerst te bepalen.

Alternatieven

De RJ11 poort op een meter lijkt ook uitleesbaar te zijn. Hiervoor is op internet informatie beschikbaar. Sinds de meter in NL wordt uitgerold wordt hij duidelijk ook bestudeerd. Mijn meter lijkt echter een ouder model te zijn.

Nadeel van mijn opzet met het pulstellen is dat ik de teruggeleverde stroom van mijn zonnepanelen niet kan meten. De meter kan dit wel, met zijn 4 telwerken: verbruik dag/nacht en teruglevering dag/nacht.

Nauwkeurigheid

Ik houdt de meterstanden al bij op papier. Dat is een resolutie van kilowatturen over een aantal dagen. De resolutie gaat omhoog naar ongeveer 50-100 watt-uren per 5 minuten, maar effectief is ongeveer 100W nog te onderscheiden. Qua tijd-resolutie is dat een verbetering van 1440x10 => een factor 10000 of 4 decimalen nauwkeuriger dan papier. Niet slecht. Ik kan de koelkast aan- en uit zien gaan. De oplader van de mobiele telefoon verbruikt te weinig om te kunnen onderscheiden; zulk verbruik verdwijnt in de meetonnauwkeurigheid.

Ik verwacht dat de RJ11 poort nog nauwkeuriger is dan mijn opzet. De meetnauwkeurigheid is beperkt tot 3600 Joule per meet-interval. Heb je in één interval 3599 joule gebruikt, dan zie je dit niet terug, maar tellen ze mee in het volgende interval. Met de pulsen tel je alles-of-niets. Rekenvoorbeeld: 7 pulsen in 5 minuten is 84 Watt, één puls meer (8 pulsen) is 96 Watt. 90 Watt verbruik registreert als één periode 84 watt gevolgd door een periode 96 Watt.

Voordelen

De pulsteller is vrij generiek en met de juiste parameters aan te passen aan veel meters. De nauwkeurigheid is vele malen hoger dan van mijn papieren methode.

Todo

Artikel updaten met foto's Type meter aangeven