Inteligentny system zarządzania energią elektryczną

Politechnika Warszawska
Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Koło Naukowe Mikrosystemów Onyks
Inteligentny system
zarządzania energią elektryczną
Spis treści:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Wstęp
Opis projektu
Wartośd naukowo-dydaktyczna
Innowacyjnośd
Potencjał rozwojowy
Liczba beneficjentów
Medialnośd
Podsumowanie
1
1. Wstęp
Koło Naukowe Mikrosystemów ONYKS jest studencką organizacją działającą przy Politechnice
Warszawskiej. Swoją działalnośd rozpoczęło w 2004 roku. Koło ma swoją siedzibę w pokoju 367-3 w
Gmachu Elektroniki.
Zajmujemy się wykonywaniem różnego rodzaju projektów elektronicznych między innymi
analogowych, z mikrokontrolerami oraz z układami FPGA. Posiadamy narzędzia niezbędne do
kompleksowej realizacji płytek elektronicznych. W zasobach Koła znajdują się zestawy do nauki
różnych układów mikroprocesorowych: zestawy ewaluacyjne STM32, FPGA, PSoC, czy Arduino.
„Ile za prąd? Przecież ja nie korzystam. Gdzie się podział rachunek!?”
Każdy z nas zna kogoś, kto wynajmuje mieszkanie bądź współdzieli je z innymi ludźmi.
Zazwyczaj wszystko jest w porządku do czasu, gdy przychodzi dzieo uregulowania opłat. Wtedy
chcielibyśmy wiedzied ile faktycznie zużyliśmy energii, za którą musimy płacid.
Jest to problem, ponieważ nie mamy w mieszkaniu osobnych liczników energii do każdego pokoju.
Może zdarzyło Ci się kiedyś nie wyłączyd telewizora lub zostawid włączony toster czy żelazko i
wyjśd z domu? Jesteś w połowie drogi na do pracy i nagle uświadamiasz sobie, że musisz wrócid. Każdy
z nas zna kogoś, komu przytrafiła się podobna sytuacja. Możliwe, że dotyczy to nawet Ciebie!
Byd może potrafisz wczud się w osobę, która spiesząc się rano musi zawrócid i jeszcze raz
przemierzyd tę samą drogę. Tylko po to, aby wyłączyd rozgrzane żelazko. W ten sposób tracisz cenny
czas, ale perspektywa wysokiego rachunku za prąd albo przypadkowego wywołania pożaru są dla
Ciebie wystarczającym argumentem, dla którego to robisz.
Istnieje mnóstwo sposobów, aby ustrzec się przed taką sytuacją – niektórzy po dziesięd razy
sprawdzają przed wyjściem, czy aby na pewno wszystko jest wyłączne, inni po prostu lubią wrócid się
do domu w połowie drogi i sprawdzid czy wszystko jest w porządku.
W takich sytuacjach najważniejszą rolę odgrywa czas. Każda sekunda jest dla nas cenna, więc nie warto
jej marnowad.
Dostrzegając powyższe problemy proponujemy nasze nowatorskie rozwiązanie, które łaczy
wygodę z bezpieczeostwiem i stanowi idealny produkt w inteligentnym domu XXI wieku.
Nasz system będzie przede wszystkim rozproszoną siecią czujników do pomiaru energii
elektrycznej z możliwością włączenia lub wyłączenia jej dopływu. Ma pracowad jako jeden
z elementów inteligentnego domu. Czujniki będą pracowad w sieci i bezprzewodowo komunikowad się
ze stacją bazową. Czujniki nie będące w zasięgu stacji bazowej będą korzystad z pomocy innych
czujników.
2
2. Opis projektu
Głównym celem projektu jest opracowanie, wykonanie i przetestowanie prototypów modułu
czujnika i stacji bazowej. Pozwoli to na prezentacje projektu zarówno studentom PW (np. na targach
KONIK), jak i potencjalnym inwestorom. Sied czujników będzie pracowad w sieci typu Mesh
wykorzystując do tego protokół ZigBee. Dodatkowo każdy czujnik będzie posiadał przekaźnik
odpowiedzialny za doprowadzenie i odcięcie prądu w gniazdku oraz moduł pomiaru wykorzystania
energii elektrycznej. Całośd będzie zamknięta w obudowie przypominającej tradycyjne gniazdko.
Użytkownik będzie komunikował się ze stacją bazową posiadającą moduł Wi-Fi oraz sterował
gniazdkami i kontrolował aktualne zużycie mocy. Ponadto stacja bazowa będzie wyposażona w
Bluetooth Low Energy (BLE) dzięki temu sama będzie w stanie wykryd czy użytkownik jest w domu.
Dostęp do stacji bazowej będzie możliwy także poprzez internet.
3. Wartośd dydaktyczna
Studenci współpracujący przy wykonaniu projektu będą musieli wykazad się szerokim
zakresem wiedzy. Od znajomości zagadnieo związanych z sieciami energetycznymi, projektowanie
torów komunikacyjnych, poprzez niskopoziomowe programowanie mikrokontrolerów z rodziny ARM,
na projektowaniu wysokonapięciowych przetwornic koocząc. Wykonywanie płytek drukowanych,
które jest cenną umiejętnością na rynku pracy, również będzie istotną częścią realizacji projektu.
Kolejnym elementem systemu będzie aplikacja mobilna kontrolująca w sposób zdalny pracę
urządzenia. Dla zapewnienia kontroli postępów poszczególnych grup biorących udział w projekcie
będziemy używad systemu kontroli zarządzania projektem. Jesteśmy pewni, ze będzie to stanowid
cenne doświadczanie.
4. Innowacyjnośd
Systemu inteligentnej instalacji elektrycznej są jednym z najnowszych trendów
w ekologicznych zastosowaniach elektroniki. Wykorzystanie ich pozwala ograniczyd zbędne użycie
energii, co ma wpływ na żywotnośd podłączonych urządzeo oraz pozwala zaoszczędzid pieniądze.
Nasze urządzenie pozwala stworzyd „inteligentną instalację” bez kosztownej wymiany już
istniejącego okablowania w całym domu.
3
W urządzeniach tego typu można zastosowad wiele innowacyjnych rozwiązao, takich jak:
protokół transmisji ZigBee, czy Bluetooth Low Energy.
Ponadto, planujemy stworzyd moduł z myślą o zastosowaniu w inteligentnym domu, w którym
urządzenia różnych typów zsynchronizowane są w jednej sieci. Tym samym pozwalając na pełniejszą
kontrolę
i
sterowanie
za
pomocą
smartphona.
Systemy Internet of Things (IoT) są w kołach naukowych na Politechnice Warszawskiej tematyką
poruszaną zbyt rzadko, a które zasługują na poświęcenie im zarówno czasu,
jak i środków.
5. Potencjał rozwojowy
Projekt inteligentnego gniazdka pozwoli członkom Koła Naukowego Onyks na zapoznanie się z
technologią ZigBee idealnie nadającą się do energooszczędnych zastosowao. Modułowa konstrukcja
naszego projektu umożliwi podział pracy na zespoły oraz poszerzenie wiedzy z zakresu integracji
modułów. Podczas pracy nad inteligentnym gniazdkiem weźmiemy pod uwagę zapotrzebowanie rynku
oraz najnowsze trendy. Projekt Koła Naukowego Onyks jest przedsięwzięciem interdyscyplinarnym,
bowiem poza samą elektroniką powstanie obudowa do gniazdka zaprojektowana i wydrukowana na
drukarce 3D, oprogramowanie stacji bazowej oraz aplikacja na telefon.
6. Liczba beneficjentów
Głównymi odbiorcami projektu będą członkowie Koła Naukowego Onyks, którzy w czasie prac
będą mied do czynienia z nowym standardem komunikacji bezprzewodowej, jakim jest ZigBee. Środki
pozyskane z dofinansowania umożliwią im poszerzenie umiejętności programowania oraz znajomości
elektroniki.
Dążąc do pomyślnej komercjalizacji urządzenia, członkowie Koła będą mogli zdobyd unikalne
doświadczenie, którego wcześniej nie mogli nabyd na uczelni - zapewnienie optymalnej jakości w
stosunku do ceny oraz poznanie funkcjonowania nowoczesnego marketingu.
Dodatkowo do listy beneficjentów należy dopisad studentów Politechniki Warszawskiej, którzy
będą mogli przetestowad urządzenie i wykorzystad je we własnym mieszkaniu.
7. Medialnośd
Projekt idealnie pasuje do obecnych trendów technologicznych. Wykorzystanie Internet of
Things oraz jego proekologiczny charakter dają świetne połączenie. Inteligentne gniazdko, które samo
potrafi zadbad o to, czy podłączone urządzenia są wykorzystywane, czy też powinny zostad wyłączone.
Wszystko to ukryte w puszce w ścianie i kontrolowane przez użytkownika za pomocą telefonu lub
strony internetowej. Urządzenie ma ogromny potencjał medialny. Rozwiązanie to może byd
promowane na portalach typu murator.pl lub budujemydom.pl odwiedzanych przez osoby, które
właśnie budują swoje cztery kąty, bądź zawodowo zajmują się wykaoczaniem wnętrz. Kolejną zaletą
jest fakt, iż dane o zużyciu energii można zsynchronizowad z aplikacją i śledzid z każdego miejsca na
Ziemi.
Warto również zaznaczyd, że w przypadku komercjalizacji urządzenia na ogromną promocję
może liczyd nie tylko samo koło naukowe, ale także wydział, jak i cała uczelnia.
8. Podsumowanie
Opisywany projekt ma szansę na odniesienie sukcesu komercyjnego i wejście do masowej
produkcji. Stwarza to ogromną szansę dla studentów, aby zdobyli pozaakademickie doświadczenie i
mieli szansę spróbowad swoich sił na prawdziwym rynku oraz osiągnęli niezależnośd finansową. Celem
jest stworzenie w pełni sprawnego, działającego urządzenia przetestowanego w różnych warunkach i
spełniającego potrzeby klientów. Pozyskane środki zostaną w całości przeznaczone na zakup
komponentów elektronicznych i mechanicznych oraz zlecenie usług związanych z produkcją
urządzenia.
4