RET_2015-01-02-03-04_Flipbook

Ontwerp van een robuuste datalogger voor elektrische energie voor kleinschalige hernieuwbare energie-installaties in ontwikkelingslanden -
Mathieu De Zutter
1 DE DATALOGGER ONTWORPEN IN DEZE MASTERPROEF
De datalogger wordt van de grond af aan opgebouwd. Om deze te bouwen werden
eerste alle nodige componenten gezocht. Om de geschikte componenten te vinden
moesten alle specificaties voor de datalogger bekend zijn. Er werd opgelegd dat hij tot
5 kVA moet kunnen meten. De spanning wordt gemeten via een
spanningstransformator en de stroom via een stroomtransformator, deze meetmethode
is de goedkoopste, maar toch voldoende nauwkeurig. De meting en
vermogensberekeningen worden gedaan door de Atmega328P microcontroller, het hart
van de datalogger. Het is een 8-bit processor die zijn werk doet op 16 MHz. Deze
verzorgt ook de communicatie met de SD-kaart, temperatuur –en vochtigheidssensor,
Real Time Clock (RTC), etc. Wanneer een computer wordt aangesloten kunnen
instellingen aangepast worden en de meetgegevens kunnen rechtstreeks worden
afgelezen op de computer. Een mogelijke uitbreiding van de datalogger bestond erin
om de meetgegevens te kunnen opvragen via het GPRS-netwerk, uiteindelijk is
gebleken dat de microcontroller niet in staat is om deze functionaliteit te combineren
met het meten van de gegevens. De poort om eventuele GPRS-module (SIM900) aan te
sluiten is wel voorzien om het printbord, indien deze poort wil gebruikt worden dan zal
echter dit ten koste gaan van andere functionaliteiten.
Het Printed Circuit Board (PCB) is enkelzijdig ontworpen om de kosten voor het
fabriceren te drukken. Er zijn enkele technieken toegepast om de printplaat robuust te
maken, zo is er een zekering aangebracht die beschermt tegen kortsluiting en
overstroom, diodes en zenerdiodes om de microcontroller te beschermen tegen over –
en onderspanning. Ook is er een massavlak voorzien om storingen (EMC) te
verminderen. Signalisatie gebeurt via enkele LEDs en een piëzospeaker. Hierdoor kan
snel de status van de datalogger achterhaald worden.
De software is geschreven in een variant van de C++ programmeertaal. Er is een
watchdog voorzien die in geval van een fout in het programma de microcontroller
automatisch herstart. De microcontroller is in staat om van de spanning- en de
stroomgolf tegelijkertijd 2500 samples per seconde te nemen. Wat voldoende is om de
grondgolf (50/60 Hz) en enkele harmonischen daarvan te meten. De nauwkeurigheid
waarmee de datalogger het elektrisch vermogen kan meten bedraagt ongeveer ±5.5 %
voor resistieve lasten. De meetdata wordt elke 2 seconden weggeschreven naar de SDkaart
in de vorm van CSV-bestanden (Comma Separated Value). Elke 0.5 seconden
wordt wel een meting gedaan van het vermogen, dit om een nauwkeurig resultaat te
bekomen voor het verbruik in kWs. Per dag wordt een nieuw bestand aangemaakt met
als naam van het bestand de datum van die dag: “JJJJMMDD.CSV”. Elke lijn bevat de
tijd van de sample, de temperatuur [°C] en relatieve luchtvochtigheid [%], de
momentele spanning [V], stroom [A], actief vermogen [W], schijnbaar vermogen [VA],
power factor, het verbruik tot dat tijdstip [kWs] en de frequentie [Hz]. Dit is een hele
hoop gegevens om te verwerken. Een voordeel van CSV bestanden is dat deze snel in
een spreadsheet-programma, zoals Microsoft Excel, grafisch kunnen voorgesteld
worden. Naast een spreadsheet programma kan ook het java-programma Renewable
Revue E Tijdschrift – 131 ste jaargang/131 e année – n° 1-2-3-4-2015 (publication mars/publicatie maart 2017) 3