MONITOREO DE ENERGÍA POR INTERNET
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Monitoreo de energía por Internet
Rev. 1.0
INGENIERÍA MCI LTDA.
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Luis Thayer Ojeda 0115. Of. 1105 ▪ Santiago, Chile ▪ Tel. +56 2 23339579 ▪ [email protected]
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MCI Ltda. Luis Thayer Ojeda 0115. Oficina 1105 Santiago, Chile www.olimex.cl Tel: +56 2 23339579 Fax: +56 2 23350589
® MCI Ltda. 2014
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Introducción ................................................................................................................. 5
¿Qué son Xively y Exosite? ¿Cuál escojo? .................................................................. 6
Cableando las placas ................................................................................................... 7
Creación de cuenta ...................................................................................................... 9
1.1 Xively ............................................................................................................ 9
1.2 Exosite........................................................................................................ 11
Xively ......................................................................................................................... 15
1.3 Cargar sketch de Arduino ........................................................................... 15
1.4 Compilar sketch .......................................................................................... 16
1.5 Procesar los datos ...................................................................................... 19
1.5.1 Gráfico de datos ...................................................................................... 19
1.5.2 Añadir Triggers ....................................................................................... 21
1.5.3 Compartir acceso al dispositivo con más personas ................................. 22
1.5.4 Acceder al historial de Uploads ............................................................... 23
Exosite ....................................................................................................................... 25
1.6 Compilar sketch de Arduino ........................................................................ 25
1.7 Procesar los datos ...................................................................................... 29
1.7.1 Descripción del Menú .............................................................................. 29
1.7.2 Añadir Eventos y Alarmas .......................... ¡Error! Marcador no definido.
1.7.3 Formatear los datos en Dashboard ......................................................... 30
1.7.4 Listado de datos con sus valores ............................................................ 35
1.7.5 Medidor Didáctico de Voltaje ................................................................... 36
1.7.6 Grafico de Corriente/Voltaje .................................................................... 38
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1.7.7 Eventos ................................................................................................... 39
Más ideas .................................................................................................................. 42
HISTORIA DEL DOCUMENTO .................................................................................. 42
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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.
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¿Qué son Xively y Exosite? ¿Cuál escojo?
Xively (www.xively.com) y Exosite (www.exosite.com), 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 Exosite
Variables se declaran en el código. Variables se declaran en el sitio web Y código.
Formas muy limitadas de visualizar los datos, no todas configurables por el usuario.
Formas muy variadas de visualizar los datos, todas configurables por el usuario.
Envío de datos consume poca memoria. Envío de datos consume mucha memoria.
Soporte:
Android, Arduino, ARM, C, Electric Imp, Java, Javascript, Objective C, PHP, Python, Ruby
Soporte:
Arduino, C++, Java, .NET, Python, XMPP
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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:
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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.
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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.
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5. 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!
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1.2 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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6. 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
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8. 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!
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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.
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5. 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)
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¡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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1.5 Procesar los datos
Ahora que tenemos los datos en nuestra página, ¿qué podemos hacer con ellos?
A continuación se presentan diversos ejemplos
1.5.1 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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1.5.2 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.
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1.5.3 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.
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1.5.4 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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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.
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NOTA: El Alias nombre debe coincidir EXACTAMENTE con el del
sketch de Arduino, de lo contrario el dato no se almacenará en esta
instancia.
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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
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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
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1.7 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.
1.7.1 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.
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1.7.2 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
1.7.3 Indicar Baja de Voltaje
Este evento se gatilla al momento de que una medición de voltaje sea menos de
200V.
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1.7.4 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.
1.7.5 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.
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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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1.7.6 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
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1.7.7 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.
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1.7.8 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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1.7.9 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.
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1.7.10 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
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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.
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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!
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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
1.0 26 de febrero de 2014
Cristóbal Silva Versión inicial del documento