Open Hardware na Prática - Construindo um Medidor de Consumo de Energia Conectado à Nuvem com Arduino
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Open Hardware na Prática - Construindo um Medidor de Consumo de Energia Conectado à Nuvem com Arduino

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Apresentação que fiz na Campus Party Brasil 2014 falando sobre Open Hardware e mostrando como construir um medidor de consumo de energia elétrica com Arduino.

Apresentação que fiz na Campus Party Brasil 2014 falando sobre Open Hardware e mostrando como construir um medidor de consumo de energia elétrica com Arduino.

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Open Hardware na Prática - Construindo um Medidor de Consumo de Energia Conectado à Nuvem com Arduino Open Hardware na Prática - Construindo um Medidor de Consumo de Energia Conectado à Nuvem com Arduino Presentation Transcript

  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Open Hardware
 na prática: Construindo um medidor de consumo de energia elétrica conectado à nuvem com Arduino Manoel Lemos manoel@lemos.net @mlemos http://fazedores.com http://manoellemos.com
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Muito cuidado ao trabalhar
 com a rede elétrica! Não arrisque sua vida!
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 "I see no social imperative for free hardware designs like the imperative for free software. Freedom to copy software is an important right because it is easy now - any computer user can do it. Freedom to copy hardware is not as important, because copying hardware is hard to do.” ! Richard Stallman @ Linux Today, 1999 Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/File:NicoBZH_-_Richard_Stallman_(by-sa)_(10).jpg
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Hardware é Phodda! Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/File:NicoBZH_-_Richard_Stallman_(by-sa)_(10).jpg
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Hardware é Phodda.. 1. Diagrama Elétrico 2. Peças 3. Layout da Placa 4. Firmware 5. Software 6. Diagrama Mecânico
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Hardware é Phodda.. 1. Diagrama Elétrico 2. Peças 3. Layout da Placa 4. Firmware 5. Software 6. Diagrama Mecânico era ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Tudo Isto + Licenças Decentes & Adequadas = Open Source Hardware http://www.inmojo.com/licenses/ http://www.shareable.net/blog/how-to-choose-an-open-source-hardware-license
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Open Source Hardware “Open source hardware is hardware whose design is made publicly available so that anyone can study, modify, distribute, make, and sell the design or hardware based on that design.The hardware’s source, the design from which it is made, is available in the preferred format for making modifications to it.” http://www.oshwa.org/faq/
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Alguns Projetos
 Open Source Hardware Fonte: http://blog.fazedores.com/arduino-conheca-esta-plataforma-de-hardware-livre-e-suas-aplicacoes/ Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/RepRap_Project Fonte: http://www.indiegogo.com/projects/the-open-hand-project-a-low-cost-robotic-hand Fonte: http://opensourceecology.org/
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Para saber mais… • Wikipedia • http://pt.wikipedia.org/wiki/Hardware_livre • Open Source Hardware Association • http://oshwa.org • Lady Ada • O que é Open Hardware • http://www.ladyada.net/ library/openhardware/whatisit.html • Arduino Team • http://www.slideshare.net/arduinoteam/open- source-hardware-summit-speech-2011 • InterCon 2013 • Open Hardware • http://blog.fazedores.com/ open-hardware-no-intercon-2013/
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Mas por que um medidor de consumo de energia?
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Porque é Possível e Divertido!
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 OpenEnergyMonitor http://openenergymonitor.org/
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 1 x Arduino Mega 1 x Ethernet Shield 1 x OLED Display 1 x RTC Clock 1 x Sensor de Temperatura e Humidade Relativa do Ar 2 x Botões
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Vamos ao nosso projeto! • Baseado no OpenEnergyMonitor • Protótipo de uma versão simplificada • Apenas um sensor de corrente • Servidor exemplo para receber dados na nuvem • Potência aparente e aproximada (não estamos medindo a tensão da rede e nem a fase)
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Um Pouco de Teoria P = U x I Potência Watts (W) Tensão Volts (V) Corrente Ampères (A)
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Um Pouco de Teoria P = U x I Potência Watts (W) Tensão Volts (V) Corrente Ampères (A) 
 Quantidade de energia que está sendo consumida ou produzida por unidade de tempo! (Joule/seg) 
 Quantidade de energia necessária para alimentar uma carga de 1 watt pelo período de 1 hora. (Watt-hora) Como: ! 1 hora = 3600 segundos ! Temos: ! 1 watt-hora = 1 watt x 3600 segundos = 1 (joule / segundos) x 3600 segundos = 3600 joules (kWh ou Quilowatt-hora) É por “energia" que pagamos na conta de luz. 3600000 joules
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Calculando a Energia a partir de medidas da Potência Potência (W) Tempo (segundos) Área da Figura = Energia (joules)
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Um Sensor para Corrente Elétrica (AC)
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Um Sensor para Corrente Elétrica (AC) 100A 50mA 127V 100W 0.78A 0.39mA
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Interfaceando com o Arduino 100A RMS 50mA RMS 470K 470K +5Vcc Gnd +2.5V Pico a Pico +0.17V a +4.83V Pico a Pico -2.33V a +2.33V Pico a Pico -70.7mA a +70.7mA 33R 10uF +
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Interfaceando com o Arduino 100A RMS 50mA RMS 470K 470K +5Vcc Gnd +2.5V Pico a Pico +0.17V a +4.83V Pico a Pico -2.33V a +2.33V Pico a Pico -70.7mA a +70.7mA 33R 10uF +
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 1. Diagrama Elétrico
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 2. Peças 1 x Arduino Uno 1 x Ethernet Shield 1 x Protoboard 1 x Sensor de Corrente SCT-013-100 1 x Resistor 33𝛀 2 x Resistores 470K𝛀 1 x Capacitor 10μF 1 x Jack P2 Fio Comum & Jumpers
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 3. Layout
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Quase lá!
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 4. Firmware • Nada de especial por aqui. • ;-)
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 5. Software • Arduino • Realização das medidas elétricas (emonLib) • Comunicação com o servidor (Ethernet Lib) • Servidor • Recebimento e armazenamento das medidas • Cálculo da energia consumida • Apresentação dos resultados
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Arduino : Anatomia de um Sketch // bibliotecas & dependências // variáveis globais // configurações // funçoes ! void setup() { // inicialização // executado antes de tudo e apenas uma vez } ! void loop() { // laço principal // executado indefinidamente }
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Arduino : Bibliotecas & Configurações // bibliotecas necessárias #include <EmonLib.h> // Emon lib - monitores de energia #include <SPI.h> // SPI lib - para shield ethernet #include <Ethernet.h> // Ethernet lib - para comunicação ! // variáveis globais EnergyMonitor emon1; // instância de um monitor de energia const int CT_PIN = 1; // pino conectado ao CT (sensor) ! byte mac[] ={0xAA,0xBB,0xCC,0xDD,0xEE,0xFF}; // endereço MAC EthernetClient client; // instância de um cliente TCP
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Arduino : setup() void setup() { // inicializa porta serial para usarmos em depuração Serial.begin(9600); // inicializa o monitor de corrente emon1.current(CT_PIN, 64); // inicializa o shield ethernet if (Ethernet.begin(mac) == 0) { Serial.println(“Shield ethernet não inicializado.”); while(1); // abortar (não temos rede) } else { Serial.println(“Shield ethernet inicializado com sucesso!"); } delay(1000); Serial.print("Endereço IP: "); Serial.println(Ethernet.localIP()); // imprime endereço IP }
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Arduino : loop() void loop() { double Irms = emon1.calcIrms(1480); // mede a corrente double Potencia = Irms * 127.0; // calcula a potência ! Serial.print("Irms: "); Serial.print(Irms); // imprime a corrente na serial Serial.print(" A t"); Serial.print("Potencia: "); Serial.print(Potencia); // imprime a potência na serial Serial.print(" W"); Serial.println(); ! sendData(Irms, Potencia); // envia dados pro servidor ! delay(15000); // aguarde 15 segundos }
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Arduino : sendData() void sendData(double Irms, double Potencia) { client.connect(“10.0.1.108",4000);// conecta ao servidor delay(500); if (client.connected()) { // realiza o GET enviando dados como parâmetros client.print("GET /medida?irms=“); client.print(Irms); client.print(“&potencia="); client.print(Potencia); client.println(" HTTP/1.1"); client.println("Host: 10.0.1.108"); client.println(); delay(500); // lê a resposta (e a ignora) while (client.available()) { char c = client.read(); } delay(500); client.stop(); // fecha a conexao Serial.println("Dados enviados!"); } else { Serial.println("Falha na conexão."); } }
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Servidor : GET /medida # recebe dados de uma nova medida # e armazena no banco de dados get "/medida" do # cria objeto com parâmetros da requisição @medida = Medida.new( :irms => @params['irms'], :potencia => @params['potencia'] ) # salva no banco if @medida.save return 'ok' else return 'nok' end end
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Servidor : GET /dashboard # calcula energia total consumida no dia get "/dashboard" do # pega todas as medidas de hoje (não faça isto em prod!) @medidas = Medida.where("DATE(created_at) = DATE(?)”, Time.now) @consumo = 0 # acumulador da energia total anterior =’nil # medida anterior @medidas.each do |atual| if anterior # calcula a energia consumida entre duas medidas tempo = atual.created_at - anterior.created_at energia = (atual.potencia + anterior.potencia) * tempo / 2 @consumo = @consumo + energia # acumula end anterior = atual # atualiza medida anterior end @consumo = @consumo / 3600000 # joules -> kWh end
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Juntando Tudo Servidor Serial Monitor Arduino + Shield Ethernet Cabo de Rede Circuito Sensor de Corrente Cabo USB Para Rede Elétrica Lâmpada 100W
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Juntando Tudo Macete ! A corrente é multiplicada pelo número de voltas.
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Incrementando… • Medição em 2 ou 3 fases • Medição da tensão da rede • Displays • Sensores de temperature • Você manda…
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Crie, Construa e Compartilhe https://github.com/mlemos/energy-monitor-cpbr7
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 .com
  • Campus Party 2014 • 30/01/2014 • São Paulo, Brasil • By Manoel Lemos • manoel@lemos.net • fazedores.com • manoellemos.com • CC-BY-SA 3.0 Valeu!