P25 SmartMeter : Différence entre versions

Version du 29 octobre 2014 à 22:17

Généralité

Sujet du projet : Réalisation d'un SmartMeter

Fait par : Thomas Ederlé & Sylvain Fossaert

Encadrants : Xavier Redon, Alexandre Boé, Thomas Vantroys

Industriel : Guillaume Renault

Context

La consommation d'énergie est un poste de dépense qui prend de l'importance et pèse de plus en plus sur les factures d’électricité des particuliers. Aujourd'hui , mesurer en continu ses consommations énergétiques est devenu indispensable.Créer un outil de mesure permettrai au particulier de visualiser l'impact de ses gestes, d'établir des prévisionnels financiers et d'adopter un comportement éco-responsable dans le but d'obtenir un bâtiment à basse consommation d'énergie.

• • But général

Réaliser un module électrique se branchant sur prise afin d'y relever et transmettre via liaison radio, la puissance consommée par l'appareil connecté

Énoncé et cahier des charges

Tout d'abord, le but du projet est de mesurer la tension instantanée, le courant instantané et la consommation instantanée d'un appareil connecté sur une prise secteur afin d'en extraire la puissance active de consommation. La seconde partie est de transmettre ces mesures en RF via un module panstamp. Pour atteindre ces objectifs, une carte électronique devra être réaliser et s’interfacer entre la prise secteur et l'appareil dont on souhaite mesurer la consommation. De plus, la carte électronique devra être conçu pour être alimentée par la prise secteur mais la consommation de cette carte doit être négligeable. La plage de consommation mesurable sera de 1W à 8KW avec un pas au plus proche de 0.1W ceci permettra à l'utilisateur de mesurer la consommation des appareils en veilles.

• Points d'attention

   Les mesures devront tenir compte du cos Phi   
   La plage de consommation mesurable sera [1W - 8kW] avec un pas au plus proche de 0,1W   
   S'agissant d'un circuit de mesure de consommation, sa consommation propre (hors module panstamp) doit être négligeable

Objectif 1 : Alimentation & choix des composants de mesure

Le premier objectif sera atteint par la réalisation d'une carte électronique s'interfaçant entre la prise secteur et l'appareil dont on souhaite mesurer la consommation et comprenant les étages suivants :

       la carte sera alimentée par la prise secteur         
       l'appareil dont on souhaite mesurer la consommation sera alimenté par la carte
       La communication sans fil s'effectuera via un module nommé "Panstamp" contenant une solution RF intégré. 
     
       Prise de mesures par échantillonnage (pour garantir la fiabilité)

Objectif 2 : Transmission des mesures via le module panstamp

Concevoir une trame contenant les mesures instantanées et une autre contenant la consommation cumulée sur une minute transmettre ces trames via le module panstamp

Module Panstamp

                                                         Site du constructeur
 Les panStamps sont des modules programmables à partir de l’environnement Arduino. Chaque module contient un microcontrôleur Atmega328p et une interface RF CC1101.
 Les modules panStamp sont programmés comme n'importe quelle autre plateforme Arduino, avec la différence que panStamp peut faire de la communication 
 sans fil à basse  puissance.

 Consommation de courant: 1 à 5 uA sous mode dormant. 
                          2.5 mA pendant les transmissions.

Module Xbee

  Cette technologie a pour but la communication de courte distance telle que le propose déjà la technologie Bluetooth, tout en étant 
  moins chère et plus simple. Cette solution n'a pas été retenue pour réaliser notre système car la consommation de courant de 
  ce module est beaucoup plus élevé que le module panstamp.
   
  Consommation de courant:  <10 µA sous mode dormant.
                            50 mA en réception.
                            35 mA pendant les transmissions.

Objectif 3 : Concevoir une trame destinée au module panstamp, permettant à réception d'allumer ou d'éteindre l'appareil connecté

Par défaut, l'appareil sera alimenté

Planning du projet

Déroulement du projet

• Semaine 1 : Prise en connaissance du cahier des charges + premières réflexions

Cette première semaine fut l'occasion de rencontrer notre tuteur industriel (Guillaume Renault), comprendre ses attentes, et définir le cahier des charges. Ainsi, une première réflexion et recherche fut effectuée durant cette semaine. Il ressort de celle-ci les possibilités étant à notre disposition mais aussi de nombreuses interrogations.

• • Quel type d'alimentation est le plus à même d'être intégré dans la carte?
  • Quels capteurs de courant et tension choisir?
    • • Capteur de courant et de tension séparés?
      • Une autre solution possible?

Nous décidons pour répondre à nos interrogation de prendre rendez-vous avec Mr. Boé.

• Semaine 2 : Recherche sur les alimentations à découpage (burst, flyback) ou linéaire. Recherche sur les capteurs de courant et tension, recherche des solutions pour trouver le déphasage.

• • Alimentation première solution envisagée:

Le principe de notre alimentation est d’obtenir une tension 3.3V continue à partir d’une alimentation 220V alternatif fourni par une prise monophasée murale. Pour rappelle la tension continue 3.3V permettra d’alimenter notre panstamp et les différents composants permettant d’effectuer les mesures nécessaire.

Pour réaliser ce dispositif nous avions adopté la solution de la figure ci-dessus, comprenant un transformateur permettant d’abaisser la tension alternative 220V en 3.3V.Un étage redresseur monophasée à quatre diodes appelé pont de Graëtz et un étage de lissage de la tension et du courant par condensateur en parallèle et inductance en série.

• • Alimentation deuxième solution envisagée: flyback

• • Alimentation troisième solution : composant convertisseur AC/DC

Le principe de cette solution est d'obtenir les différents étages permettant de passé d'une tension alternative 230V à une tension continue 3.3V , le tous intégré dans un seul composant. Pour notre système, cette solution est de loin la plus facile à mettre en œuvre. De plus, les dimensions et le coût sont inférieurs par rapport aux solutions précédentes.

• • Entretien avec Mr. Boé => Se concentrer sur la recherche des capteurs répondant au cahier des charges en premier lieu (et non sur l'alimentation). Présentation des blocs d'alimentation compact à découpage pour circuit imprimé. Découverte des circuits intégrés type "Energy meter".

• Semaine 3 :

Etude des circuits intégrés Microchip MCP3905 & MCP3911 et des "references design" recherche d'un bloc d'alimentation dont le courant maximum est moindre que celui des alimentations trouvés préalablement.

• Semaine 4 :

Etude du circuit intégré maxim 78M6610+LMU et son " reference design" car les microchip MCP3905 et MCP3911 ne convenaient pas à notre application.

• Semaine 5:

Etude approfondi du référence design du 78M6610 permettant de définir les composants nécessaires pour réaliser notre carte. Création de la schematic sous EAGLE. Etude de la largeur de piste