MONITOREO DE ENERGÍA POR INTERNET

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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Luis Thayer Ojeda 0115 Of. 1105 ▪ Santiago, Chile ▪ Tel. +56 2 3339579 ▪ [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

http://www.olimex.cl/



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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


http://www.xively.com/

http://www.exosite.com/



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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.


http://arduino.cc/en/main/software

https://github.com/xively/xively_arduino

https://github.com/amcewen/HttpClient

https://github.com/exosite-garage/arduino_exosite_library



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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)


http://www.olimex.cl/product_info.php?products_id=797



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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


http://www.olimex.cl/product_info.php?products_id=797

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