Projeto SMILE, desenvolvido para o projeto final do Embarcatech, tem como objetivo monitorar o consumo de energia e notificar o usuário acerca dos gastos.
- Descrição do Funcionamento
- Especificação do Hardware
- Especificação do Firmware
- Endpoints do Servidor
- Melhorias Futuras
O SMILE é um dispositivo criado na placa BitDogLab, usando um sensor de corrente o SCT-013 que ler a corrente da rede e por meio do codigo faz as conversões em corrente e potência, para depois realizar o envio dos dados ao computador de borda e para o display. Havendo duas opções "Consumo Atual" e "Estimativa Mensal", mostrando informações variadas como previsão de gastos e consumo em tempo real.
- Consumo Atual: Realiza as leituras em tempo real da potencia em KW, consumo em KWH e estimativa em reais.
- Estimativa Mensal Por meio de um calculo de média do consumo, nessa opção é feita a estimativa de gasto no mês, tanto em KWH como em Reais.
- Raspberry Pi Pico W Microcontrolador com um processador Dual-Core ARM Cortex M0+, rodando em até 133MHz. Possui 264kB de memória SRAM e 2MB de memória Flash integrada na placa. Além de conexões GPIO para conexão de sensores ou atuadores, gerenciamento de interrupções, conectividade WI-FI e Bluetooth, suporte a UART, SPI, I2C, ADC e PIO.
- Sensor SCT-013 O Sensor de Corrente Não Invasivo SCT-013-000 é um equipamento para medir corrente até 100A e que não é invasivo. Sem necessidade de cortes de fios para remendos, apenas colocando o fio entre a sua “garra”.
- Display OLED SSD1306 O Display OLED 128x32 0.91 é um display pequeno mas com grande nitidez e baixo consumo de energia. Esse display tem luz própria, não sendo necessária a utilização de Backlight.
- Botão O Push button (botão de pressão) é uma chave que, quando pressionado o botão, ela abre ou fecha o circuito, convertendo assim, um comando mecânico em elétrico. Geralmente eles tem um contato de ação momentânea, abrindo ou fechando o circuito apenas de modo momentâneo.
| Componente | Pino no Raspberry Pi Pico W (BitDogLab) | Função |
|---|---|---|
| Botão A | GPIO 5 | Navegar entre os Menus |
| Botão B | GPIO 6 | Navegar entre os Menus |
| Botão C | GPIO 22 | Reset da Memória |
| Sensor SCT-013 | GPIO 28 | Medir Corrente |
| Display OLED (SDA) | GPIO 14 | Comunicação I2C – Dados |
| Display OLED (SCL) | GPIO 15 | Comunicação I2C – Clock |
O firmware foi desenvolvido em linguagem C, utilizando o SDK oficial do Raspberry Pi Pico W e a biblioteca pico-ssd1306 para controle do display OLED. Suas principais funcionalidades incluem:
Logo após a energização do sistema, o firmware executa a inicialização dos seguintes componentes:
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Botões de navegação: Configurados nos pinos GPIO 5 e 6.
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Barramento I2C: Configurado nos pinos SDA (14) e SCL (15) para comunicação com o display OLED.
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Display OLED SSD1306: Inicialização e exibição de telas iniciais.
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ADC: Configuração do ADC para leitura do sensor SCT-013 no pino 28.
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WI-FI: Conectando a rede local e ao computador de borda.
- O firmware usa o ADC (Conversor Analógico-Digital) do Raspberry Pi Pico para ler os dados do sensor de corrente SCT-013.
- O pino ADC 28 é utilizado para a conexão com o sensor.
- O ADC é configurado para operar com uma tensão de referência de 3.3V e uma resolução de 12 bits (0-4095).
- Antes de iniciar a medição, o firmware executa uma calibração dinâmica do offset do ADC para minimizar ruídos e variações.
- A calibração remove valores anômalos usando um cálculo de média e desvio padrão.
- O firmware realiza múltiplas leituras (500 amostras por padrão).
- Cada leitura é convertida para tensão usando a fórmula:
V = (Leitura_ADC * V_REF) / ADC_MAX - A corrente é calculada com base na resistência de carga do circuito:
I = (V / BURDEN_RESISTOR) * CALIBRATION_FACTOR - Para obter o valor RMS, a soma dos quadrados das correntes medidas é dividida pelo número total de amostras e depois tiramos a raiz quadrada.
- A potência instantânea é calculada pela fórmula:
P = I_RMS * V_RMS - O consumo de energia acumulado é atualizado a cada ciclo:
Energia += (P * tempo_de_amostragem) / 1000 - A média da potência é usada para estimar o consumo mensal.
- O consumo de energia é salvo na memória flash a cada 6 segundos para evitar perda de dados após reinicializações.
- O usuário pode resetar o consumo acumulado pressionando um Botão C.
- A cada leitura, os dados são enviados para um servidor Flask via requisição HTTP GET.
- O envio inclui:
- Potência atual
- Estimativa mensal de consumo
- Total de energia consumida
- A comunicação é feita via Wi-Fi (CYW43)/TCP/IP/ e usa IP fixo para o servidor.
A interface do firmware utiliza menus exibidos no display OLED e navegáveis pelos botões A e B:
- Botão A: Alterna entre os modos de medição.
- Botão B: Exibe logs e estatísticas do consumo de energia.
- Botão C: Reseter Mémoria.
Os menus disponíveis incluem:
- Menu Principal: Apresenta as opções de medição.
- Modo Sensores: Exibe a corrente, potência e consumo acumulado.
- Modo Estimativa: Mostra a média de consumo mensal e o custo aproximado.
GET /update?kw=<valor>&estimate=<valor>&total=<valor>→ Atualiza os dados de consumo no servidor.- A conexão do servidor é depedente do código @servidor_SMILE, seguindo o passo-a-passo para estabelecer a conexão com sucesso.
- Integração com sistemas de automação residencial.
Desenvolvedor do Projeto Smile: Antonio José Mota Ferreira Brandão