Умный дом. Электросети загородного дома

Актуальность

Базовые параметры любой электрической сети — это напряжение и мощность. Большая часть электросетей сейчас передают переменный ток с напряжением 220 В. Однако значения могут изменяться в течение суток. Так, в ночное время, когда электроприборами пользуются мало потребителей, напряжение возрастает и может достигать значения 240 В и даже выше. В пик активности потребителей тока оно становится меньше, чем 220 В, до 210 В и ниже. Такие колебания вредны для бытовых электроприборов, поскольку каждая техника должна работать в строго регламентированном диапазоне напряжений. Если напряжение не будет соответствовать, то приборы могут работать неправильно и выйти из строя. Например, не выключится насос из-за невозможности накачать нужное давление, что приведёт к выходу его из строя, зависнет блок управления нагревателями, от высокого напряжения могут сгореть лампы и другие приборы.

Мощность электросети важна при подключении новых потребителей, поскольку нельзя, чтобы общая (как и по каждой фазе в отдельности) потребляемая мощность превышала возможности источника.

Для того чтобы не было перегрузки по одной из фаз, надо правильно распределить нагрузку. Однако без информации о текущем потреблении электроэнергии это сделать будет непросто. Поэтому нужно устройство, которое будет предоставлять информацию о параметрах сети.

Цель

Разработка устройства, предоставляющего информацию о текущих показателях электросети (напряжение, сила тока, мощность и потреблённая электрическая энергия).

Задачи

1. Изучить литературу по теме «Электросети».
2. Создать прототип устройства.
3. Протестировать прототип устройства.
4. Написать ПО для микроконтроллера.
5. Собрать устройство в корпус.
6. Подключить к сети устройство.
7. Протестировать устройство.
8. Написать программу для Телеграм-бота.
9. Протестировать работу Телеграм-бота.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• 4 x PZEM004T
• 2 x Arduino Nano
• 1 x Raspberry Pi 3B
• 1 x дисплей 2004
• 1 x дисплей 1602

Описание

В процессе выполнения проекта автором было разработано устройство, измеряющее основные показатели электросети.

 В устройстве установлены три платы PZEM-004T, Arduino Nano, Raspberry Pi 3B. Также разработано ПО для отображения собранной устройством информации в мессенджере Telegram. Код программы написан на Node.js и выложен в открытый доступ.

Результаты работы/выводы

При помощи созданного устройства можно получать информацию об электросети двумя способами. Первый – непосредственно на экране устройства. Второй – при помощи Telegram-бота. По запросу бот отправляет текущие показатели электросети и автоматически обновляет их в течение некоторого времени. Также у бота есть настраиваемые уведомления. Каждый пользователь может задать несколько условий срабатывания уведомления.

Устройство успешно работает больше полугода и уведомляет о нештатных ситуациях.

Перспективы использования результатов работы

Созданное устройство может быть использовано в частных домах для определения текущих показателей электросети. В перспективе устройство можно доработать и запустить в продажу.

Мнение автора

«На мой взгляд, данная работа является интересной, актуальной и перспективной. Городской образовательный проект «Инженерный класс в московской школе» и Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» позволяют раскрыть способности и таланты учеников. Благодаря конференции становится возможным знакомство с уникальными проектами ребят из разных школ и их наставников»