Desarrollo de una aplicación con Arduino para la monitorización y registro de los datos de producción energética de la instalación solar fotovoltaica de la EEBE

TRABAJO FINAL DE GRADO Grado en Enginyeria Electrónica Industrial i Automática DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. Memória y Anexos Autor: Juan Carlos Ruiz Agüera Director: Guillermo Velasco Convocatória: Enero 2019 Desarrollo de una aplicación con Arduino para la monitorización y registro de los datos de producción energètica de la instalación solar fotovoltaica de la EEBE. i Resum A aquest apartat es pretén donar una visió general del projecte a realitzar. Sense entrar en detalls técnics peró deixant clares les funcionalitats del mateix. El projecte consisteix a desarollar una aplicació que sigui capaç de monitoritzar i analitzar el comportament d’una instal·lació fotovoltaica. Per aixó, comptem amb un analitzador de xarxa i una placa ARDUINO MEGA 2560 amb la qual s’analitzaràn i trataràn les dades rebudes. L’analitzador de xarxa es conectarà entre el convertidor DC/AC de la instalació fotovoltaica i la xarxa eléctrica per obtenir les dades de producció de la instalació. L’analitzador té sortides RS-485 i USB. En el nostre cas es connectará a través de la sortida RS-485 amb la que compte. A la Figura 1 podem veure el diagrama de fluxe de la instal·lació. Figura 1. Diagrama de flujo de los datos (Fuente: Juan Carlos Ruiz). Es programarà el software necessari pel tractament de les dades i es carregarà a la placa. D’aquesta manera, la placa ARDUINO Ethernet será capaç de tractar les dades d’entrada i enviar-les desprès a la xarxa per poder consultar-les a distancia, creant-se també un registre històric que podrà ser diari, setmanal, mensual… A més, es pretén també dotar el projecte amb un entorn gráfic per que en un futur les dades puguin ser mostrades a un monitor. Les dades monstrades serán tant de potències i energies generades per la instal·lació, com de la repercusió en el medi ambient que aquesta té. Memoria ii Resumen En este apartado se pretende dar una visión general del proyecto a realizar. Sin entrar en detalles técnicos pero dejando claras las funcionalidades del mismo. El proyecto consiste en el desarrollo de una aplicación que sea capaz de monitorizar y analizar el comportamiento de una instalación fotovoltaica. Para ello, se cuenta con un analizador de red y una placa ARDUINO en la cual se analizarán y tratarán los datos recibidos. El analizador de red se conectará entre el convertidor DC/AC de la instalación fotovoltaica y la red eléctrica para obtener los datos de producción de la instalación. Cuenta con salidas RS-485 y USB. En nuestro caso se conectará a la placa ARDUINO MEGA 2560 a través de la conexión RS-485 con la que cuenta. En la Figura 2 podemos ver el diagrama de flujo de la instalación. Figura 2. Diagrama de flujo de los datos (Fuente: Juan Carlos Ruiz). Se programará el software necesario para el tratamiento de los datos y se cargará en la placa. De esta manera, la placa ARDUINO Ethernet será capaz de tratar los datos de entrada y mandarlos después a la red para poder consultarlos a distancia, creándose también un registro histórico que podrá ser diario, semanal, mensual… Además, se pretende también dotar al proyecto con un entorno gráfico para que en un futuro los datos puedan ser mostrados en un monitor. Los datos mostrados serán tanto de potencias y energías generadas por la instalación, como de la repercusión medioambiental que esta tiene. Desarrollo de una aplicación con Arduino para la monitorización y registro de los datos de producción energètica de la instalación solar fotovoltaica de la EEBE. iii Abstract In this paragraph we talk about the project in a general way. We don't explain technical details but we will explain clearly its functionality. The project consists in the development of an application that is able of monitoring and analyzing the behavior of a photovoltaic system. For this, it has a network analyzer and an ARDUINO board in which the data received will be analyzed and processed. The network analyzer will be connected between the DC/AC converter and the electricity grid to obtain the production data of the installation. Analyzer have RS-485 and USB outputs. In the Figure 3 you can see the flowchart of the installation. Figura 3. Diagrama de flujo de los datos (Fuente: Juan Carlos Ruiz). The necessary software for processing the data will be programmed and loaded onto the board. In this way, the ARDUINO Ethernet board will be able to process the incoming data and then send them to the network to be able to consult them remotely. In addition, an graphic environment will be implemented so that in future the data can be displayed on a monitor. The data shown will be the powers and energies generated by the installation. Also the environmental repercussion that this has. Memoria iv Agradecimientos Me gustaría dar las gracias a todos los que han colaborado en la realización de este proyecto de final de grado. En primer lugar a mi tutor Guillermo Velasco, por su ayuda i compromiso durante la realización del proyecto. También a mis compañeros, que me han dado su ayuda de manera totalmente desinteresada en todo momento, no solo durante la realización del proyecto sino también durante todo el grado. Habéis hecho de estos años que hemos estudiado juntos una gran experiencia. Tanto a los compañeros de la EUETIB como a anteriormente a mis compañeros de la EPSEM. A mis amigos de toda la vida, gracias por darme apoyo en todo momento i por estar siempre a mi lado. Sois una pasada. I finalmente, agradecer a mis padres por todos los esfuerzos que habéis hecho para que yo haya tenido la oportunidad de tener una buena educación. Espero haberla aprovechado como os merecéis. Gracias por todo lo que habéis hecho, hacéis y haréis por mí. Solo puedo estar eternamente agradecido y orgulloso de teneros. Desarrollo de una aplicación con Arduino para la monitorización y registro de los datos de producción energètica de la instalación solar fotovoltaica de la EEBE. v Memoria vi Glosario  Placa de desarrollo hardware: es una computadora completa en un sólo circuito. El diseño se centra en un sólo microprocesador con la RAM, E/S y todas las demás características de un computador funcional en una sola tarjeta que suele ser de tamaño reducido, y que tiene todo lo que necesita en la placa base.  Arduino: es una compañía open source y open hardware, así como un proyecto y comunidad internacional que diseña y manufactura placas de desarrollo de hardware.  Shield: un shield en es una placa que se apila sobre el Arduino, de forma que nos permite ampliar el hardware o las capacidades del mismo.  Raspberry: es un ordenador de placa reducida, ordenador de placa única u ordenador de placa simple (SBC) de bajo coste desarrollado en el Reino Unido por la Fundación Raspberry Pi, con el objetivo de estimular la enseñanza de informática en las escuelas.  RS485: es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física. Está definido como un sistema de bus diferencial multipunto, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (10 Mbit/s hasta 12 metros y 100 kbit/s en 1200 metros) y a través de canales ruidosos, ya que el par trenzado reduce los ruidos electromagnéticos que se inducen en la línea de transmisión.  Cable de par trenzado: es un tipo de conexión que tiene dos conductores eléctricos aislados y entrelazados para anular las interferencias de fuentes externas y diafonía de los cables adyacentes.  Ethernet: es un estándar de redes de área local.  Html: es un lenguaje de programación que se utiliza para el desarrollo de páginas web.  Javascript (JS): es un lenguaje de programación ligero, interpretado por la mayoría de los navegadores y que les proporciona a las páginas web, efectos y funciones complementarias a las consideradas como estándar HTML Este tipo de lenguaje de programación, con frecuencia son empleados en los sitios web, para realizar acciones en el lado del cliente, estando centrado en el código fuente de la página web. Desarrollo de una aplicación con Arduino para la monitorización y registro de los datos de producción energètica de la instalación solar fotovoltaica de la EEBE. vii  Protocolo MODBUS: es un protocolo de comunicaciones, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor.  Analizador de red: es un instrumento capaz de analizar las propiedades de las redes eléctricas. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 5 3. Ingeniería de la concepción 3.1. Estudio de las diferentes posibilidades En este apartado se pretende realizar un estudio sobre las diferentes posibilidades y tecnologías que existen en el mercado actual para realizar un proyecto de las características del nuestro. Para ello se hará una comparación entre dos de las herramientas más usadas en proyectos electrónicos: Raspberry Pi y Arduino. Existen varias diferencias entre estas dos herramientas, aunque la mayoría de proyectos se podrían realizar con ambas. Arduino es un microcontrolador que podemos conectar a nuestro ordenador directamente a través de su bus USB y programarlo en función de las necesidades de nuestro proyecto, sin embargo no cuenta con un sistema operativo propio. Figura 3.1. Arduino Uno (Fuente: www.arduino.cc). Sin embargo es tanto hardware como software ya que gracias a los emuladores existentes podemos simular nuestros proyectos desde el ordenador personal. Podremos hacer conexiones virtuales y programarlo para comprobar cual sería su comportamiento real. Arduino es por lo tanto una plataforma simple y dedicada a montar sobre ella los componentes necesarios para crear el proyecto. Memoria 6 Uno de los puntos fuertes del Arduino es su facilidad para conectarse con otros dispositivos a través de sus puertos de entrada/salida analógicas y digitales, programándolas fácilmente desde el software. Además, cuenta con gran cantidad de shields de expansión capaces de equiparlo con funciones como conectividad WI-FI, GPS, conexión Ethernet, displays... Gracias a eso, Arduino tiene una gran facilidad de prototipado en muchos proyectos distintos. Existen dos grandes tipos de proyectos en los que Arduino puede ser muy útil. Proyectos en los que se utiliza el microcontrolador de Arduino como único elemento inteligente. Y proyectos en los que Arduino se usa como interfaz. Raspberry Pi, sin embargo, es un ordenador asequible. Cuenta con un microprocesador de entre 256MB y 1GB de memoria RAM dependiendo del modelo. Raspberry tiene instalado un sistema operativo de LINUX. Cuenta con mucha más capacidad de cálculo y memoria, pero menos capacidad de conexión con periféricos y menos adaptabilidad en proyectos sencillos. Figura 3.2. Raspberry Pi 3 (Fuente: www.raspberrypi.org ). La versión Pi modelo 2, por ejemplo, permite incluso reproducción de video en HD, tiene 4 puertos USB y cuenta con conexión a red Ethernet. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 7 Normalmente Raspberry Pi suele ser utilizada más en proyectos informáticos que electrónicos. En proyectos en los que la placa hace de interfaz Arduino suele adaptarse mejor, mientras que si nos interesa tener más capacidad de computación Raspberry Pi es la opción mas adecuada. Pero no es necesario elegir siempre entre una u otra opción, ya que existen placas que mezclan características de las dos plataformas. Por ejemplo, la placa UDOO NEO. Aunque esta opción suele ser mas cara que las otras dos. En cuanto al coste, las dos tienen precios muy similares. Las placas más básicas de ambas tienen un precio aproximado de entre 35 y 50 euros. Por lo tanto no es el precio una característica demasiado importante a la hora de elegir una u otra opción. La diferencia por lo tanto la marca el hecho que Arduino se adapta mejor a operaciones de captura de datos y manejo de hardware externo. Memoria 8 3.2. Solución elegida Como se ha comentado con anterioridad, el analizador de red dispone de dos posibilidades para la transmisión de los datos. Podemos utilizar un adaptador proporcionado por el fabricante (CIRCUITOR) de RS485 a USB y de esta manera recibir los datos a través del bus USB, o por el contrario, podemos recibir los datos directamente por el bus RS485 con el que cuenta el analizador. Tanto Raspberry como Arduino necesitan de un componente (shield) externo para poder recibir los datos a través del bus RS485. Sin embargo, el manejo de estas placas de expansión és mas sencillo en Arduino. Por lo tanto, dado el carácter electrónico de nuestro proyecto y la necesidad de utilizar diferentes componentes de hardware para la adquisición de los datos del analizador de red, se considera más eficiente para el desarrollo del mismo la elección de una placa Arduino. A continuación se presentan los diferentes modelos de Arduino existentes actualmente. Primeramente hay que aclarar que existen dos tipos de productos de la marca Arduino en el mercado. Las placas que contienen el microcontrolador que controla el proceso y que se puede programar a través del bus USB. Y los shields que no son más que placas compatibles conectables a la placa principal y que la dotan de diferentes funcionalidades. ARDUINO UNO Se trata de la placa estándar, la más conocida y documentada. Se puso a la venta en septiembre de 2010 y contiene el microcontrolador Atmega328 con 32 Kbytes de memoria ROM para el código del programa. También cuenta con conexión USB HID. Figura 3.3. Arduino UNO (Fuente: www.arduino.cc ). DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 9 ARDUINO MEGA Este es el modelo más potente de Arduino. Es el que más pines de entrada/salida tiene. Está fabricado para realizar con él proyectos más complejos. Cuenta con un microcontrolador Atmega2560 con más memoria ROM para el programa y más memoria RAM que el resto de modelos. Figura 3.4. Arduino MEGA (Fuente: www.arduino.cc ). ARDUINO ETHERNET Es básicamente una versión del ARDUINO UNO con conexión de red Ethernet. Sin embargo, no cuenta con conector USB. También cuenta con ranura para targeta de memoria Micro SD. Figura 3.5. Arduino ETHERNET (Fuente: www.arduino.cc ). Memoria 10 ARDUINO DUE Este es el modelo con mayor capacidad de procesamiento. Contiene el microcontrolador Atmel SAM3X8E ARM Corte-M3 CPU. Se trata de un microcontrolador de 32 bit y arquitectura ARM. Otra gran diferencia de este modelo con el resto es que se alimenta a 3,3 V. Esto supone una limitación ya que la mayoría de shields, sensores y actuadores para ARDUINO se alimentan a 5 V. Figura 3.6. Arduino DUE (Fuente: www.arduino.cc ). ARDUINO LEONARDO La diferencia de este modelo con el resto es que usa el microcontrolador ATmega32u4 que tiene integrado la comunicación USB, con lo cual se elimina la necesidad de usar un segundo microcontrolador para esta finalidad. Figura 3.7. Arduino LEONARDO (Fuente: www.arduino.cc ). DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 11 ARDUINO MICRO Está basado en el ATmega32u4 del ARDUINO LEONARDO pero la placa tiene un formato mucho más compacto. Figura 3.8. Arduino MICRO (Fuente: www.arduino.cc ). ARDUINO MINI Es una versión más pequeña del modelo ARDUINO UNO. La única diferencia con este modelo es que no cuenta con conector USB. Figura 3.9. Arduino MINI (Fuente: www.arduino.cc ). Memoria 12 Dadas las características del proyecto que vamos a realizar, se han valorado dos opciones de forma más detallada con la intención de elegir la opción que nos facilite posteriormente diseñarlo de la manera más cómoda. La primera opción es utilizar la placa ARDUINO ETHERNET, teniendo en cuenta que esta no cuenta con conector USB. La segunda opción es elegir el modelo ARDUINO MEGA junto con una placa shield de conexión a red Ethernet. Concretamente la conexión Ethernet se realizaría a través de la Ethernet Shield W5100. Arduino Ethernet es una placa basada en el microcontrolador ATmega328, está basada en el modelo Arduino UNO. Dispone de 14 pines I/O, 6 entradas analógicas, un cristal de 16MHz, un conector de red RJ45, conector de alimentación, un zócalo ICSP para cargar el microcontrolador y un pulsador de RESET. Es la combinación en una sola placa de un Arduino UNO y una Ethernet Shield en un menor espacio físico. En este modelo los pines 10, 11, 12 y 13 están reservados para la interfaz Ethernet y no se deben utilizar para otros propósitos. Esto reduce la cantidad de pines disponibles a 9 y a 4 con soporte PWM. Una de las grandes diferencias de este modelo es que no dispone de un conector USB ni del chip conversor USB/Série, por lo tanto es necesario un cable FTDI 5V para poder programarlo lo que hace que sea una tarea mas árdua. Dispone también de un zócalo para tarjetas de memoria MicroSD que puede ser utilizado para leer y escribir datos y es muy interesante en el caso de pequeños proyectos de servidores web. El pin 10 está reservado para la interfaz con el chip Wiznet. El pin SS para la tarjeta MicroSD está disponible en el pin 4. Esto hay que tenerlo en cuenta al utilizar las librerías que manejan la tarjeta SD. El precio de esta placa es de 39,90 €. Por otra parte, el modelo Arduino MEGA es una placa electrónica basada también en el microprocesador Atmega2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales y 15 de estas pueden utilizarse para salidas PWM. Además cuenta también con 16 entradas analógicas, un oscilador de 16MHz, una conexión USB al contrario que el modelo comentado anteriormente, un conector de alimentación, un header ICSP y un pulsador para el RESET. Éste modelo incorpora autoselección del voltaje de alimentación (DC/USB) gracias a un chip MOSFET incluido en la placa. Además, dispone del bootloader OptiBoot que permite cargar programas a DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 13 115Kbps. Cuenta con salidas DC a 5V y 3,3V que hacen posible trabajar con prácticamente todo tipo de hardware externo. A la placa, se conectaría la Ethernet Shield W5100. Está basada en el chip W5100 , con las librerías oficiales Ethernet, y permite la conexión del Arduino MEGA a una red Ethernet y su alimentación a través de esta línea. El precio del Arduino MEGA es de 36,62€, mientras que el de la Ethernet Shield ronda los 10€. Por lo tanto el precio total de las dos estará alrededor de 45€. De esta manera teniendo en cuenta las características del proyecto y que el espacio no es una cuestión critica en el proyecto, se opta por la segunda opción. De esta manera además, el ARDUINO se podrá cargar vía USB de manera más sencilla sin necesidad de usar un programador ICSP. Ahorrando también dinero ya que el precio de estas dos placas es menor que el del modelo ARDUINO ETHERNET. El modelo Arduino MEGA tiene 256kb de memoria flash, 8 kb de SRAM y 4 kb de EEPROM. Figura 3.10. Arduino ETHERNET SHIELD (Fuente: www.arduino.cc ). En memoria flash es donde se guarda la imagen del programa y la data inicializada. Se trata de una memoria no volátil, no se borra cuando la alimentación se desconecta. La memoria SRAM es la que se usa mientras el programa se está ejecutando. La usan las variables locales, las llamadas a funciones... Hay que tener cuidado con el uso que se le da a esta memoria ya que, por ejemplo, se requiere una gran cantidad de ella (512 bytes aprox.) para trabajar con las funciones propias del manejo de la tarjeta SD. Memoria 20 3.4. Tratamiento de los datos En este apartado se detalla el tratamiento que se dará a los datos una vez recibidos a través del bus RS485. La consulta de datos se realizará cada 5 segundos. Se preguntará al dispositivo analizador de red por los 6 parámetros siguientes: voltaje, intensidad, potencia activa, factor de potencia, frecuencia y energía activa. Una vez recibida la respuesta por parte del analizador, se convierten los datos a formato decimal y se registran en un fichero. El mensaje de consulta es el siguiente: "0A04000000147EF1". Donde: Bytes Descripción 01 Número de periférico del CVM-SP 04 Función de lectura 00 00 Dirección inicial de lectura 00 14 Número de registros a leer (20 en decimal) 7E F1 Caracteres CRC Cada registro consta de 2 bytes, por lo tanto se leerán 40 bytes de los registros de información del analizador. El mensaje de respuesta tiene el siguiente aspecto: “0A 04 0c aa aa aa aa bb bb bb bb cc cc cc cc dd dd ee ee ff ff gg gg CRC” Se reciben 40 bytes en total con caracteres hexadecimales. Donde: DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 21 Bytes Descripción 01 Número de periférico del CVM-SP 04 Función de lectura 28 Bytes recibidos (40 en decimal) aa aa aa aa Bytes de informacion (4 bytes para cada parámetro) CRC Caracteres CRC (2 bytes) Las posiciones de los registros de cada dato se muestran en la siguiente tabla. Parámetro Posición en el array (decimal) Voltaje [01,02] Intensidad [03,04] Potencia Activa [05,06] Potencia Reactiva [07,08] Factor de Potencia [09,10] Cos α [11,12] Frecuencia [13,14] %THD V [15,16] %THD I [17,18] Energia Activa [19,20] Energia Reactiva Inductiva [21,22] Memoria 22 Energia Reactiva Capacitiva [23,24] Potencia Aparente [25,26] Demanda Máxima [27,28] Para conversión de los datos primeramente se guardan todos los bytes recibidos en un array.Después se extrae cada dato numérico de cuatro bytes del array, para cada uno de los datos recibidos, extrayendo de la cadena recibida los bytes de las posiciones correspondientes a cada parámetro y guardándolos en una variable tipo int para su mejor manejo en el resto del proceso. Pese a que los datos se reciben cada 5 segundos, no se graba un registro cada vez que se reciben. Los datos recibidos se displayan en tiempo real en la web enviada a través de la red Ethernet, a la vez que se hace la media de los datos en lapsos de aproximadamente 3 minutos. La media de estos 3 minutos es la que se registra en el fichero de la tarjeta SD. El fichero se montará dándole el formato .csv adecuado para posteriormente poder exportarlo a la herramienta Excel de Microsoft Office. La primera fila contendrá, separados por un punto y coma, los enunciados de las columnas del fichero. Las siguientes filas contendrán todos los datos de los parámetros recogidos a través del bus, en formato decimal y separados también por punto y coma. El primer dato de la fila será siempre la fecha y hora en que se han recogido esos datos. La recogida de la hora se hará a través de una consulta a través de la red y se grabara con formato "hh:mm". Con el registro de estos datos lo que se pretende es conocer mejor el comportamiento de la instalación fotovoltaica. Pudiendo así extraer patrones de comportamiento como: picos de consumo y producción, horas en las que se produce menos energía, horarios de demanda máxima de energía… Pudiendo así adaptar la instalación para que el aprovechamiento de la energía sea máximo. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 23 4. Ingeniería del desarrollo En este apartado se pretende explicar el funcionamiento del proyecto desde un punto de vista más técnico, así como las diferentes fases de su desarrollo y las diferentes herramientas utilizadas. Para desarrollar y compilar el código se ha utilizado el software disponible en la web de Arduino. El software cuenta con las librerías necesarias para la programación de la placa. Para realizar pruebas antes de cargar el programa generado en la placa Arduino se ha usado el software Fritzing como herramienta de simulación. El programa dispone de los elementos necesarios para simular el montaje y las conexiones entre las diferentes shields, y cargar el código fuente para evaluar posteriormente su comportamiento. A continuación se muestra el montaje en Fritzing para la simulación del proyecto: Figura 4.1. Esquema electrónico montaje (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). Memoria 24 Para conectar la placa de expansión Ethernet a nuestra placa Arduino MEGA no tenemos más que hacer coincidir los pines de las dos placas y ajustarlos hasta que queden bien conectados. Como se observa en la Figura 4.1, los pines 4, 10, 11, 12 y 13 quedan utilizados en exclusiva por la Ethernet Shield. Para conectar el driver de comunicación RS485 a la placa Arduino MEGA se conectan los pines de transmisión serie Rx y Tx a sus análogos en la placa Arduino (pines 0 y 1 respectivamente). Los pines R2 y R3 se conectan a dos de las salidas digitales de la placa, en nuestro caso los pines 2 y 3. De esta manera el dispositivo puede actuar en modo half duplex, tanto de receptor (poniendo la salida a 0) como de emisor (poniendo la salida a 1). El aspecto del montaje se muestra en las Figuras 4.2, 4.3 y 4.4: Figura 4.2. Ethernet Shield Vertical (Fuente: Juan Carlos Ruiz). Vemos que la shield Ethernet dispone de una tarjeta de memoria Micro SD de 32 GB. En esta memoria se grabará el histórico de datos recibidos a través del analizador de red. El PIN 10 queda reservado para la selección de la ethernet shield y el PIN 4 para activar el uso de la tarjeta SD. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 25 Figura 4.3. Encaje placas Lateral (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). Los pines de la placa Arduino MEGA y Shield Ethernet quedan perfectamente alineados y encajados. Figura 4.4. Encaje placas frontal (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). Durante la ejecución del programa, la comunicación Ethernet y las funciones propias de la tarjeta SD no pueden estar activas al mismo tiempo. Memoria 26 El programa consta de varias partes bien diferenciadas. Tal como se muestra a continuacion: INICIALIZACIÓN DE VARIABLES GLOBALES SETUP { ESTABLECE COMUNICACIONES RS485 Y ETHERNET } LOOP { RECUPERA FECHA Y HORA PREGUNTA AL ANALIZADOR ESPERA RESPUESTA TRATA DATOS RECIBIDOS CADA 3 MINUTOS { ESTABLECE COMUNICACIÓN CON SD GUARDA DATOS EN TARJETA SD CIERRA COMUNICACIÓN SD } SI HAY CLIENTE CONECTADO { ESTABLECE CONEXIÓN CON SERVIDOR WEB ENVIA WEB CIERRA CONEXIÓN SERVIDOR WEB } En la primera parte definimos las librerías que van a ser usadas y las variables globales del programa. En la función setup() se configuran las características de la comunicación serie y ethernet. Dentro de la funcion loop() tenemos todo el procedimiento del programa, que se ejecutará de forma continua mientras la placa esté alimentada. La función loop() tiene 4 partes bien diferenciadas. En la primera parte se obtiene la fecha y hora desde la red. Después se realiza la consulta al analizador de red. Lanzamos la pregunta a través del puerto serie y esperamos hasta que recibimos todo el mensaje de respuesta. Una vez recibida la respuesta tratamos los datos recibidos, formateándolos de la manera más adecuada a las necesidades del proyecto. Con los datos ya formateados, grabamos un registro en la tarjeta con todos los datos en decimal, separados por ";" para poder extraerlos en formato de hoja de cálculo. Esta parte se realiza únicamente una vez cada 3 minutos, grabando una media de los valores obtenidos durante ese periodo. El registro empieza con la fecha y la hora en la que se han obtenido los datos. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 27 Finalmente, en caso de haber algún cliente coonectado al servidor web, se mandan los datos a la red a través de la comunicación Ethernet. A la hora de tratar la grabación del fichero en la tarjeta SD hay que tener varias consideraciones previas. La placa Arduino MEGA 2560 solo es capaz de trabajar con formatos de datos FAT16 o FAT32, por lo tanto, tendremos que formatear la tarjeta previamente a empezar a trabajar con ella para asegurarnos que está configurada en uno de estos formatos. Otra cosa a tener en cuenta es que la placa es capaz de leer y escribir en la tarjeta SD pero no es capaz de formatearla ni borrar datos, por lo tanto, debemos hacerlo previamente desde un ordenador. Los nombres de los ficheros deben tener como máximo 8 caracteres y una extensión de 3 caracteres también. También hay que tener cuidado a la hora de establecer conexiones ethernet y con la tarjeta SD ya que la shield Ethernet no puede trabajar con las dos a la vez. El esquemático del montaje se muestra a continuación en la Figura 4.5: Figura 4.5. Esquema electrónico montaje (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). Memoria 28 Vemos como el shield de transmisión RS485 se controla a través de los pines Rx y Tx. La transmisión serie se ha configurado a una velocidad de 9600 baudios que es la velocidad estándar de la mayoría de los dispositivos. A las entradas A y B del MAX485 se conecta el analizador de red a través de su puerto de comunicación serie. La conexión entre la placa y la shield RS485 se realiza tal y como se muestra en la Figura 4.6: Figura 4.6. Montaje placa RS485 (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). 4.1. Módulo RS485 Para conectar el módulo MAX485 con la placa Arduino y el analizador de red, en primer lugar, se alimenta el módulo conectando Vcc y Gnd, respectivamente, a los pines 5V y Gnd de Arduino. Por otro lado, se conectan los conductores A(RS485+) y B(RS485-) del par trenzado que constituyen el propio bus RS485, con los pines 2 (RS485+) y 1(RS485-) del analizador de red. Ahora, se configura el módulo como emisor o receptor, para lo cual se emplean los pines RE (receiver enable) y DE (driver enamble). Si se conectan estos pines a Vcc el módulo actuará como emisor, y si se conectan a Gnd como receptor. Finalmente, se conectan, respectivamente la entrada de datos al módulo DI (drive input) en el caso de que actué como emisor, o la salida de datos del módulo RO (receiver output) en el caso que actué de receptor. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 29 Si queremos que durante la conexión el conversor RS485 pueda cambiar su papel de emisor a receptor (conexión half duplex) simplementese deben conectar los pines RE y DE a una salida digital para poder cambiar su tensión de Gnd a Vcc. Figura 4.7. RS485 Shield (Fuente: https://aprendiendoarduino.wordpress.com). El RS485 sólo es un protocolo de capa física, es decir, un “medio de transmisión” por el que se puede mandar cualquier señal digital, lo que incluye UART, Modbus, bus SPI, I2C. Para conectarse con un dispositivo RS485, como por ejemplo un termostato, un sensor, o un actuador industrial, se necesita saber el protocolo que emplea y la trama a utilizar. El siguiente ejemplo muestra el funcionamiento en modo half-duplex, es decir, cada dispositivo puede actuar como emisor o receptor, pero no simultáneamente. Para ello se dispone de dos pines digitales (pines 2 y 3 en nuestro caso) para cambiar el modo de cada dispositivo. También indicamos el modo en el que está operando cada dispositivo con el pin integrado en la placa. El ejemplo simula la solicitud de un dato desde un Arduino master a un dispositivo slave. Para ello, el master envía un mensaje de solicitud. El slave responde enviando una string con los datos solicitados, que es recogido por el master. En un proyecto real podríamos enviar distintos comandos, o una dirección para comunicarnos con varios slaves. const int RS485 = 2; // HIGH = Driver / LOW = Receptor void setup() { Serial.begin(9600,SERIAL_8N1); Serial.setTimeout(100); pinMode(RS485, OUTPUT); } void loop() { //RS485 transmisor digitalWrite(RS485, HIGH); Serial.print(mensaje_ida[i],BIN); Serial.flush(); delay(50); //RS485 como receptor Memoria 36 4.3. Librería Modbus para ARDUINO MEGA 2560 Para implementar el protocolo MODBUS en nuestro proyecto Arduino se utilizará la librería ModbusMaster. Esta librería sirve para establecer comunicación con cualquier esclavo utilizando el protocolo Modbus RTU. Para ello se crea un paquete con toda la información necesaria para comunicarse con el esclavo, se envía el paquete y se espera para recibir la respuesta. A continuación se explica con más detalle el funcionamiento de la librería y su implementación dentro de nuestro proyecto. Dentro de la librería ModbusMaster.h encontramos definida la clase ModbusMaster junto con todas las funciones necesarias para establecer la comunicación. Las funciones utilizadas son las siguientes: ModbusMaster ModbusMaster::ModbusMaster(void) { _idle = 0; _preTransmission = 0; _postTransmission = 0; } Se ejecuta cuando se crea el class object. node.begin void ModbusMaster::begin(uint8_t slave, Stream &serial) { _u8MBSlave = slave; _serial = &serial; _u8TransmitBufferIndex = 0; u16TransmitBufferLength = 0; #if __MODBUSMASTER_DEBUG__ pinMode(__MODBUSMASTER_DEBUG_PIN_A__, OUTPUT); pinMode(__MODBUSMASTER_DEBUG_PIN_B__, OUTPUT); #endif } DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 37 Assigna la dirección del esclavo y el puerto serial de la comunicación. node.preTransmission void ModbusMaster::preTransmission(void (*preTransmission)()) { _preTransmission = preTransmission; } Esta función se llama justo antes de que un mensaje Modbus se envíe a través del puerto serie y habilita el transreceptor RS485. node.postTransmission void ModbusMaster::postTransmission(void (*postTransmission)()) { _postTransmission = postTransmission; } Esta función se llama justo después de que un mensaje Modbus se envíe a través del puerto serie y deshabilita el transreceptor RS485. node.readInputRegisters uint8_t ModbusMaster::readInputRegisters(uint16_t u16ReadAddress, uint8_t u16ReadQty) { _u16ReadAddress = u16ReadAddress; _u16ReadQty = u16ReadQty; return ModbusMasterTransaction(ku8MBReadInputRegisters); } Esta función recibe las características de la lectura que se quiere realizar en los registros del esclavo y llama a la función ModbusMasterTransaction. Devuelve el resultado de la transmisión y el motivo en caso de que no sea exitosa. ModbusMasterTransaction uint8_t ModbusMaster::ModbusMasterTransaction(uint8_t u8MBFunction) { uint8_t u8ModbusADU[256]; uint8_t u8ModbusADUSize = 0; uint8_t i, u8Qty; uint16_t u16CRC; uint32_t u32StartTime; uint8_t u8BytesLeft = 8; uint8_t u8MBStatus = ku8MBSuccess; // assemble Modbus Request Application Data Unit u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = _u8MBSlave; u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = u8MBFunction; switch(u8MBFunction) { Memoria 38 case ku8MBReadInputRegisters: u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = highByte(_u16ReadAddress); u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = lowByte(_u16ReadAddress); u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = highByte(_u16ReadQty); u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = lowByte(_u16ReadQty); break; } // append CRC u16CRC = 0xFFFF; for (i = 0; i < u8ModbusADUSize; i++) { u16CRC = crc16_update(u16CRC, u8ModbusADU[i]); } u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = lowByte(u16CRC); u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = highByte(u16CRC); u8ModbusADU[u8ModbusADUSize] = 0; // flush receive buffer before transmitting request while (_serial->read() != -1); // transmit request if (_preTransmission) { _preTransmission(); } for (i = 0; i < u8ModbusADUSize; i++) { _serial->write(u8ModbusADU[i]); } u8ModbusADUSize = 0; _serial->flush(); // flush transmit buffer if (_postTransmission) { _postTransmission(); } // loop until we run out of time or bytes, or an error occurs u32StartTime = millis(); while (u8BytesLeft && !u8MBStatus) { if (_serial->available()) { #if __MODBUSMASTER_DEBUG__ digitalWrite(__MODBUSMASTER_DEBUG_PIN_A__, true); #endif u8ModbusADU[u8ModbusADUSize++] = _serial->read(); u8BytesLeft--; #if __MODBUSMASTER_DEBUG__ digitalWrite(__MODBUSMASTER_DEBUG_PIN_A__, false); #endif } else { #if __MODBUSMASTER_DEBUG__ digitalWrite(__MODBUSMASTER_DEBUG_PIN_B__, true); #endif DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 39 if (_idle) { _idle(); } #if __MODBUSMASTER_DEBUG__ digitalWrite(__MODBUSMASTER_DEBUG_PIN_B__, false); #endif } // evaluate slave ID, function code once enough bytes have been read if (u8ModbusADUSize == 5) { // verify response is for correct Modbus slave if (u8ModbusADU[0] != _u8MBSlave) { u8MBStatus = ku8MBInvalidSlaveID; break; } // verify response is for correct Modbus function code (mask exception bit 7) if ((u8ModbusADU[1] & 0x7F) != u8MBFunction) { u8MBStatus = ku8MBInvalidFunction; break; } // check whether Modbus exception occurred; return Modbus Exception Code if (bitRead(u8ModbusADU[1], 7)) { u8MBStatus = u8ModbusADU[2]; break; } // evaluate returned Modbus function code switch(u8ModbusADU[1]) { case ku8MBReadInputRegisters: u8BytesLeft = u8ModbusADU[2]; break; } } if ((millis() - u32StartTime) > ku16MBResponseTimeout) { u8MBStatus = ku8MBResponseTimedOut; } } // verify response is large enough to inspect further if (!u8MBStatus && u8ModbusADUSize >= 5) { // calculate CRC u16CRC = 0xFFFF; for (i = 0; i < (u8ModbusADUSize - 2); i++) { u16CRC = crc16_update(u16CRC, u8ModbusADU[i]); } Memoria 40 // verify CRC if (!u8MBStatus && (lowByte(u16CRC) != u8ModbusADU[u8ModbusADUSize - 2] || highByte(u16CRC) != u8ModbusADU[u8ModbusADUSize - 1])) { u8MBStatus = ku8MBInvalidCRC; } } // disassemble ADU into words if (!u8MBStatus) { // evaluate returned Modbus function code switch(u8ModbusADU[1]) { case ku8MBReadInputRegisters: // load bytes into word; response bytes are ordered H, L, H, L, ... for (i = 0; i < (u8ModbusADU[2] >> 1); i++) { if (i < ku8MaxBufferSize) { _u16ResponseBuffer[i] = word(u8ModbusADU[2 * i + 3], u8ModbusADU[2 * i + 4]); } _u8ResponseBufferLength = i; } break; } } _u8TransmitBufferIndex = 0; u16TransmitBufferLength = 0; _u8ResponseBufferIndex = 0; return u8MBStatus; } Esta función es la que realiza el grueso de la comunicación. Tal como se observa en el código concatena todo el mensaje a mandar por el puerto serial dentro de la variable u8ModbusADU[i]. Primero los datos pasados por parámetro anteriormente: dirección del esclavo, función, los dos bytes de la dirección de lectura y los dos bytes de la longitud de lectura. Finalmente calcula el CRC (código de control de errores), lo concatena al resto del mensaje y lo manda byte a byte a través del puerto serie. Una vez se ha mandado todo el mensaje, espera la respuesta y la evalúa. En caso de que haya algún error en el mensaje de respuesta lo retorna en la variable u8MBStatus. Si la comunicación ha sido exitosa, guarda la respuesta en el array u16ResponseBuffer. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 41 node.getResponseBuffer uint16_t ModbusMaster::getResponseBuffer(uint8_t u8Index) { if (u8Index < ku8MaxBufferSize) { return _u16ResponseBuffer[u8Index]; } else { return 0xFFFF; } } Esta función permite acceder al buffer del mensaje de respuesta. El acceso se hace byte a byte. Indicando en el parámetro u8Index la posición del array a la que queremos acceder. Para utilizar todas estas funciones y clases en nuestro programa lo primero que se hace es incluir la librería en el sketch de Arduino con la siguiente sentencia: #include <ModbusMaster.h> Ahora se definen los pines a través de los que se va a elegir si el del dispositivo actuará como master o slave. En nuestro proyecto se utilizan los pines digitales 2 y 3 de la placa Arduino. #define MAX485_DE 3 #define MAX485_RE_NEG 2 Se instancia el objeto “node” a la clase ModbusMaster. ModbusMaster node; A continuación se definen dos funciones que configuran los dos posibles estados del dispositivo, en modo master y slave. void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 1); digitalWrite(MAX485_DE, 1);} void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 0); digitalWrite(MAX485_DE, 0);} Una vez definido esto, se configuran las características de la comunicación dentro de la zona de setup() del programa . Se configuran los dos pins de control master/slave como outputs. pinMode(MAX485_RE_NEG, OUTPUT); Memoria 42 pinMode(MAX485_DE, OUTPUT); Se inicializa el dispositivo Arduino en modo slave y la comunicación a una velocidad de 9600 baudios. digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 0); digitalWrite(MAX485_DE, 0); Serial.begin(9600); Se llama a la función begin de la clase ModbusMaster con ID = 1 y puerto serie = Serial. node.begin(1, Serial); Se llama a las funciones preTransmission y postTransmission para configurarlas con los parámetros previamente definidos. node.preTransmission(preTransmission); node.postTransmission(postTransmission); Una vez configurada la comunicación se implementa dentro del ciclo de ejecución del programa. //Funcion comunicacion con el analizador void com_analizador() { uint8_t result; // Lee 20 (0x14h) registros empezando en 0x0000) result = node.readInputRegisters(0x00, 0x14); if (result == node.ku8MBSuccess) { Serial.print(F("Comunicación con analizador OK -->")); registros--; v_dec = node.getResponseBuffer(0x01)/10.0f; i_dec = node.getResponseBuffer(0x03)/1000.0f; pactiva_dec = node.getResponseBuffer(0x05)*1.0f; fpot_dec = node.getResponseBuffer(0x09)/100000.0f; frec_dec = node.getResponseBuffer(0x0d)/10.0f; eact_dec = node.getResponseBuffer(0x13)/1.0f; suma_medias();} DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 43 delay(1); } En esta función lo primero que se hace es definir una variable “result” numérica de 1 byte sin signo, para evaluar el retorno de la función, y un array de 6 elementos con variables “data” numérica de 2 bytes sin signo. Después se llama a la función readInputRegisters con la dirección del primer registro de lectura = 0x00 y cantidad de registros a leer = 0x14 (20 en decimal). Los datos que nos envía el analizador de red ( los de respuesta) se guardan dentro de la variable u16ResponseBuffer de la clase ModbusMaster. Para acceder a ellos, se ha de realizar una llamada a la función getResponseBuffer indicando el registro dentro del array de respuesta que queremos recuperar. Debemos tener en cuenta que el array se ha definido con variables de 16 bits (2 bytes), mientras que cada parámetro que nos retorna el analizador tiene una longitud de 32 bits (4 bytes). Finalmente se guardan los datos recibidos del analizador en variables tipo int para tratarlas de manera más sencilla a lo largo del resto del proceso. Memoria 44 4.4. Ethernet Como se ha descrito anteriormente, para dotar al proyecto de un entorno más gráfico se implementará una página web en lenguaje html para displayar los datos recibidos desde el analizador en tiempo real. Para ello, se utiliza la shield Ethernet de Arduino y, a través de este protocolo de comunicación y utilizando alguno de los puertos disponibles del router de la escuela se enviarán los datos. Pudiéndose estos consultar desde cualquier ordenador o monitor conectado a la red. Para el manejo de las funciones Ethernet se utiliza la librería Ethernet.h con la que cuenta la placa Arduino Mega. Simplemente tenemos que añadirla al sketch. #include <Ethernet.h> A continuación se detalla el proceso implementado para esto. Primero se deben definir las direcciones MAC e IP que se usaran para la comunicación Ethernet y se selecciona el puerto del server para el HTTP. // Introduzca una dirección MAC y la dirección IP para el controlador byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; IPAddress ip(192,168,1,50); // Direccion IP de la subred de su Area Local y es la que // usara para conectarse por el Navegador. EthernetServer server = EthernetServer(80); // Puerto 80 por defecto para HTTP Inicializamos la conexión Ethernet dentro del área de setup: //Inicializa la conexión Ethernet y el servidor Ethernet.begin(mac, ip); server.begin(); La comunicación Ethernet se inicia con las direcciones MAC e IP fijadas previamente. Una vez configurada la comunicación se implementa dentro del ciclo de ejecución del programa. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 45 EthernetClient client = server.available(); //Cliente conectado al servidor if (client) { String request = ""; while (client.available()) { char c = client.read(); if (c == '\n') break; else request += c; } while (client.available()) { client.read(); } if (request.startsWith("GET / HTTP")) envia_web(client); else if (request.startsWith("GET /ajax HTTP")) envia_ajax(client); } En caso de que haya solicitud de algún cliente y la petición sea de apertura de la página se abre el fichero que contiene la página web htmlweb.htm y se envía a través del puerto serial hasta final de fichero, utilizando la función write de la clase EthernetServer. Al finalizar de leer el fichero, este se cierra. void envia_web(EthernetClient &client_web){ // Abrimos la página de la SD y enviamos la cabecera de la web File webfile = SD.open("htmlweb.htm"); if (webfile) { while (webfile.available()) { client_web.write(webfile.read()); } webfile.close(); } Memoria 52 En el primer script se define el estilo de los indicadores de datos que se van a utilizar, en este caso unos gauges con un display digital además del indicador de aguja, el aspecto se muestra en la Figura 4.17. Figura 4.17. Indicador de voltaje (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). <script type="text/javascript"> var voltaje; var intensidad; var potencia; var frecuencia; var fpot; var eact; function update() { <!--esta funcion es la que me interesa --> recoge los datos del arduino --> var xhttp; xhttp = new XMLHttpRequest(); xhttp.onreadystatechange = function() { if (xhttp.readyState == 4 && xhttp.status == 200) { var json = JSON.parse(xhttp.responseText); voltaje = json.voltaje; intensidad = json.intensidad; potencia = json.potencia; fpot = json.fpot; frecuencia = json.frecuencia; eact = json.eact; } }; xhttp.open("GET", "http://192.168.1.50/ajax", true); <!-- la ip por donde se mandan los datos y la peticion de datos --> xhttp.send(); } var id_interval = setInterval('update()',5000); </script> DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 53 En este segundo script se definen las funciones Json del documento. Se recogen los datos de la respuesta y se guardan en las variables globales de los diferentes parámetros: voltaje, intensidad, potencia, fpot, frecuencia y eact. Para posteriormente actualizarlos en el gauge. Seleccionamos un intervalo de petición de datos de 5 segundos. <p> VOLTAJE [V]</p> <p> INTENSIDAD [A]</p> <p> POTENCIA [W]</p><br /> <p><canvas id="an_gauge_1" data-major-ticks="0 40 80 120 160 200 240 280 320 360" datatype="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="360" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_1').setValue(voltaje);}, 200);"></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_2" data-major-ticks="0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20" data-type="canvgauge" data-min-value="0" data-max-value="20" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_2').setValue(intensidad);}, 200);" ></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_3" data-major-ticks="0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000" data-type="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="5000" dataonready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_3').setValue(potencia);}, 200);" ></canvas></p> <p> FRECUENCIA [Hz]</p> <p> FACTOR DE POTENCIA </p> <p> ENERGIA ACTIVA [W.h]</p><br /> <p><canvas id="an_gauge_4" data-major-ticks="0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100" datatype="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="100" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_4').setValue(frecuencia);}, 200);" ></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_5" data-major-ticks="0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1" datatype="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="1" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_5').setValue(fpot);}, 200);" ></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_6" data-major-ticks="0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000" data-type="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="10000" dataonready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_6').setValue(eact);}, 200);" ></canvas></p> Aquí es donde definimos las características propias de cada gauge. Se define para cada indicador el rango de valores a mostrar y se selecciona como valor a mostrar el dato recibido anteriormente. El aspecto final de la web es el mostrado en la Figura 4.18: Memoria 54 Figura 4.18. Página Web monitor de datos (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 55 4.7. Hora Udp Con la intención de poder analizar los datos recogidos en la tarjeta SD de forma más ordenada y poder establecer una relación con las distintas franjas horarias del día, se obtendrá la hora actual desde la red. Para el manejo de las funciones para recoger la hora de la red se utiliza la librería EthernetUdp.h con la que cuenta la placa Arduino Mega. Simplemente tenemos que añadirla al sketch. #include <EthernetUdp.h> A continuación se detalla el proceso implementado para esto. Primero se deben definir la dirección IP que se usaran para la comunicación y se crea la instancia del server para el Udp. IPAddress timeServer(193,92,150,3); // time.nist.gov NTP server const int NTP_PACKET_SIZE = 48; // La hora son los primeros 48 bytes del mensaje byte packetBuffer[ NTP_PACKET_SIZE]; // buffer para los paquetes EthernetUDP Udp; // Una instancia de UDP para enviar y recibir mensajes Inicializamos la conexión Ethernet dentro del área de setup: Udp.begin(80); Una vez configurada la comunicación se implementa dentro del ciclo de ejecución del programa. void com_udp_ntp() { sendNTPpacket(timeServer); // Enviar una petición al servidor NTP delay(100); // Damos tiempo a la respuesta if ( Udp.parsePacket() ) { Udp.read(packetBuffer,NTP_PACKET_SIZE); // Leemos el paquete // La hora empieza en el byte 40 de la respuesta y es de 4 bytes o 2 words // Hay que extraer ambas words: unsigned long highWord = word(packetBuffer[40], packetBuffer[41]); unsigned long lowWord = word(packetBuffer[42], packetBuffer[43]); // se combinan los 4 bytes (2 words) en una variable long integer // this is NTP time (seconds since Jan 1 1900): unsigned long secsSince1900 = highWord << 16 | lowWord; // Ahora a convertir el tiempo NTP en tiempo Uxix: // Unix time empieza en Jan 1 1970. En segundos, son 2208988800: const unsigned long seventyYears = 2208988800UL; // extrae setenta years: unsigned long epoch = secsSince1900 - seventyYears; horas = ((epoch % 86400L) / 3600) + 2; // Horas (86400 segundos por dia) minutos = ((epoch % 3600) / 60); // Minutos: } delay(100); } Memoria 56 unsigned long sendNTPpacket(IPAddress& address) { // set all bytes in the buffer to 0 memset(packetBuffer, 0, NTP_PACKET_SIZE); // Initialize values needed to form NTP request // (see URL above for details on the packets) packetBuffer[0] = 0b11100011; // LI, Version, Mode packetBuffer[1] = 0; // Stratum, or type of clock packetBuffer[2] = 6; // Polling Interval packetBuffer[3] = 0xEC; // Peer Clock Precision // 8 bytes of zero for Root Delay & Root Dispersion packetBuffer[12] = 49; packetBuffer[13] = 0x4E; packetBuffer[14] = 49; packetBuffer[15] = 52; // all NTP fields have been given values, now // you can send a packet requesting a timestamp: Udp.beginPacket(address, 123); //NTP requests are to port 123 Udp.write(packetBuffer,NTP_PACKET_SIZE); Udp.endPacket(); //} Basicamente lo que hacemos en este punto es acceder a una URL que contiene el timestamp actual y le mandamos una request para que nos conteste con los datos solicitados. Una vez recibida la respuesta y guardada en el buffer, recuperamos la hora exacta del acceso. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 57 4.8. Montaje de la placa e integración del circuito Para integrar nuestro proyecto del circuito eléctrico de la EEBE se ha decidido integrar todos los elementos del montaje dentro de una caja mecanizada de la marca RETEX serie 102. Figura 4.19. Caja RETEX serie 102 (Fuente: https://diotronic.com). Características: Las dimensiones de la caja son 155 x 95 x 60 mm. Caja fabricada en ABS con tapa en policarbonato transparente. Rebaje en tapa y base para teclados de membrana. Torretas en base para fijación de circuitos. Base resistente hasta 85ºC. Tapa hasta 120ºC. Además se alimentará la placa a través de un transformador de 230V a 9 V de 1A. Memoria 58 Figura 4.20. Transformador a 9V (Fuente: https://diotronic.com). La caja se ha mecanizado para que la placa Arduino y sus shields encajen correctamente y queden fijadas, además de permitir las conexiones. El aspecto del montaje final se muestra a continuación: Figura 4.21. Montaje Final 1 (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 59 Figura 4.22. Montaje Final 2 (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). La conexión entre la shield RS485 y el analizador de red se hará a través de un par trenzado de dos hilos, a ser posible con apantallamiento para evitar posibles interferencias. Sobre todo si la distancia entre los dos dispositivos es larga o si la red va a pasar por zonas con interferencias electromagnéticas. Para la conexión Ethernet se usará un cable Ethernet estándar del tipo CAT5 o CAT6 con conectores RJ45. La caja mecanizada cuenta con agujeros para, una vez decidida la ubicación del dispositivo, fijarla a la pared si se requiere. La longitud de los cables de conexión (Ethernet, par trenzado) dependerá del emplazamiento de los componentes. En cuanto al cable de alimentación de la placa Arduino tiene una longitud aproximada de 1,5 metros. Esto tampoco es un gran problema a la hora de elegir la ubicación del sistema dado que no haber ningún enchufe cerca, bastaría con un simple alargo. Memoria 60 5. Software 5.1. Sketch Arduino // Librerias usadas #include <Ethernet.h> #include <SD.h> #include <ModbusMaster.h> #include <EthernetUdp.h> // Declaracion de ficheros File dataFile; File webfile; // Parametros y variables comunicacion RS485 #define MAX485_DE 3 #define MAX485_RE_NEG 2 void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 1); digitalWrite(MAX485_DE, 1); } void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 0); digitalWrite(MAX485_DE, 0); } // Inicializa objeto ModbusMaster ModbusMaster node; // Parametros y variables comunicacion Ethernet byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; //Direccion MAC por defecto IPAddress ip(192, 168, 1, 50); // Direccion IP de la subred del Area Local que usara para conectarse por el Navegador. EthernetServer server = EthernetServer(80); // Puerto 80 por defecto para HTTP // Variables decimales de los datos del analizador float v_dec, i_dec, pactiva_dec, frec_dec, fpot_dec, eact_dec; // Variables decimales media de los datos del analizador float v_med, i_med, pactiva_med, frec_med, fpot_med, eact_med; // Variables ethernet udp hora y fecha IPAddress timeServer(193, 92, 150, 3); // time.nist.gov NTP server (fallback) const int NTP_PACKET_SIZE = 48; // La hora son los primeros 48 bytes del mensaje byte packetBuffer[ NTP_PACKET_SIZE]; // buffer para los paquetes de la comunicacion EthernetUDP Udp; // Una instancia de UDP para enviar y recibir mensajes // Otras variables byte registros = 150; byte id = 0; int horas, minutos ; String puntocoma = ";" ; String dospuntos = ":" ; /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //Configuracion inicial void setup() { // Comprueba que la targeta esta conectada y graba registro de cabecera if (!SD.begin(4)) { Serial.println(F("No hay tarjeta")); return; DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 61 } pinMode(4, OUTPUT); graba_cabecera_sd(); // Inicializa la conexion Ethernet y el servidor pinMode(10, OUTPUT); Ethernet.begin(mac, ip); server.begin(); // Configuracion inicial Modbus a 9600 bauds , esclavo ID 1 pinMode(MAX485_RE_NEG, OUTPUT); pinMode(MAX485_DE, OUTPUT); digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 0); digitalWrite(MAX485_DE, 0); Serial.begin(9600); node.begin(1, Serial); // Callbacks para configurar la comunicacion RS485 correctamente node.preTransmission(preTransmission); node.postTransmission(postTransmission); // Inicializa el servidor udp Udp.begin(80); } // Proceso void loop() { com_udp_ntp(); delay(200); com_analizador(); if (registros == 0) { calcula_media(); graba_sd(); inicializa_medias(); } // Envia datos a la red ip configurada en el inicio EthernetClient client = server.available(); //Cliente conectado al servidor if (client) { Serial.print(F("Cliente conectado -->")); String request = ""; while (client.available()) { char c = client.read(); if (c == '\n') break; else request += c; } while (client.available()) { client.read(); } Serial.print(F("Request:")); Serial.print(request); if (request.startsWith("GET / HTTP")) envia_web(client); else if (request.startsWith("GET /ajax HTTP")) envia_ajax(client); } Serial.print(F("Fin programa :")); Serial.println(registros); delay(100); } // Comunicacion udp para recuperar fecha y hora void com_udp_ntp() { Serial.print(F("Recupera hora: ")); sendNTPpacket(timeServer); // Enviar una peticion al servidor NTP delay(100); // Damos tiempo a la respuesta if ( Udp.parsePacket() ) { Udp.read(packetBuffer, NTP_PACKET_SIZE); // Leemos el paquete // La hora empieza en el byte 40 de la respuesta y es de 4 bytes o 2 words unsigned long highWord = word(packetBuffer[40], packetBuffer[41]); unsigned long lowWord = word(packetBuffer[42], packetBuffer[43]); Memoria 68 learRect(-t,-u,C,D);B.save();var g={ctx:a};a=B;p();N();J();d();s();b.title&&(a.save(),a.font=24*(f/200)+"px Arial",a.fillStyle=b.colors.title,a.textAlign="center",a.fillText(b.title,0,- f/4.25),a.restore());b.units&&(a.save(),a.font=22*(f/200)+"px Arial", a.fillStyle=b.colors.units,a.textAlign="center",a.fillText(b.units,0,f/3.25),a.restore());A .i8d=!0;a=g.ctx;delete g.ctx}a.clearRect(-t,-u,C,D);a.save();a.drawImage(A,-t,- u,C,D);if(Gauge.initialized)L(),K(),H||(E.onready&&E.onready(),H=!0);else var e=setInterval(function(){Gauge.initialized&&(clearInterval(e),L(),K(),H||(E.onready&&E.onre ady(),H=!0))},10);return this}};Gauge.initialized=!1; (function(){var b=document,l=b.getElementsByTagName("head")[0],q=- 1!=navigator.userAgent.toLocaleLowerCase().indexOf("msie"),v="@font-face {font-family: 'Led';src: url('fonts/digital-7mono."+(q?"eot":"ttf")+"');}",k=b.createElement("style");k.type="text/css";if(q)l.appendChi ld(k),l=k.styleSheet,l.cssText=v;else{try{k.appendChild(b.createTextNode(v))}catch(e){k.css Text=v}l.appendChild(k);l=k.styleSheet?k.styleSheet:k.sheet||b.styleSheets[b.styleSheets.le ngth-1]}var g=setInterval(function(){if(b.body){clearInterval(g); var e=b.createElement("div");e.style.fontFamily="Led";e.style.position="absolute";e.style.heigh t=e.style.width=0;e.style.overflow="hidden";e.innerHTML=".";b.body.appendChild(e);setTimeou t(function(){Gauge.initialized=!0;e.parentNode.removeChild(e)},250)}},1)})();Gauge.Collecti on=[]; Gauge.Collection.get=function(b){if("string"==typeof b)for(var l=0,q=this.length;l<q;l++){if((this[l].config.renderTo.tagName?this[l].config.renderTo:docu ment.getElementById(this[l].config.renderTo)).getAttribute("id")==b)return this[l]}else return"number"==typeof b?this[b]:null};function domReady(b){window.addEventListener?window.addEventListener("DOMContentLoaded",b,!1):window .attachEvent("onload",b)} domReady(function(){function b(b){for(var e=b[0],d=1,g=b.length;d<g;d++)e+=b[d].substr(0,1).toUpperCase()+b[d].substr(1,b[d].length1);return e}for(var l=document.getElementsByTagName("canvas"),q=0,v=l.length;q<v;q++)if("canvgauge"==l[q].getAttribute("data-type")){var k=l[q],e={},g,p=parseInt(k.getAttribute("width"),10),w=parseInt(k.getAttribute("height"),10 );e.renderTo=k;p&&(e.width=p);w&&(e.height=w);p=0;for(w=k.attributes.length;p<w;p++)if(g=k. attributes.item(p).nodeName,"data-type"!=g&&"data-"== g.substr(0,5)){var d=g.substr(5,g.length-5).toLowerCase().split("- ");if(g=k.getAttribute(g))switch(d[0]){case "colors":d[1]&&(e.colors||(e.colors={}),"needle"==d[1]?(d=g.split(/\s+/),e.colors.needle=d[ 0]&&d[1]?{start:d[0],end:d[1]}:g):(d.shift(),e.colors[b(d)]=g));break;case "highlights":e.highlights||(e.highlights=[]);g=g.match(/(?:(?:-?\d*\.)?(-?\d+){1,2} ){2}(?:(?:#|0x)?(?:[0-9A-F|a-f]){3,8}|rgba?\(.*?\))/g);for(var d=0,J=g.length;d<J;d++){var s=g[d].replace(/^\s+|\s+$/g,"").split(/\s+/),x={}; s[0]&&""!=s[0]&&(x.from=s[0]);s[1]&&""!=s[1]&&(x.to=s[1]);s[2]&&""!=s[2]&&(x.color=s[2]);e. highlights.push(x)}break;case "animation":d[1]&&(e.animation||(e.animation={}),"fn"==d[1]&&/^\s*function\s*\(/.test(g)&&( g=eval("("+g+")")),e.animation[d[1]]=g);break;default:d=b(d);if("onready"==d)continue;if("m ajorTicks"==d)g=g.split(/\s+/);else if("strokeTicks"==d||"glow"==d)g="true"==g?!0:!1;else DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 69 if("valueFormat"==d)if(g=g.split("."),2==g.length)g={"int":parseInt(g[0],10),dec:parseInt(g [1],10)};else continue; e[d]=g}}e=new Gauge(e);k.getAttribute("datavalue")&&e.setRawValue(parseFloat(k.getAttribute("data-value")));k.getAttribute("dataonready")&&(e.onready=function(){eval(this.config.renderTo.getAttribute("dataonready"))});e.draw()}});window.Gauge=Gauge; <!-- Gauge Code Ends --> </script> <script type="text/javascript"> var voltaje; var intensidad; var potencia; var frecuencia; var fpot; var eact; function update() { <!--esta funcion es la que me interesa --> recoge los datos del arduino --> var xhttp; xhttp = new XMLHttpRequest(); xhttp.onreadystatechange = function() { if (xhttp.readyState == 4 && xhttp.status == 200) { var json = JSON.parse(xhttp.responseText); voltaje = json.voltaje; intensidad = json.intensidad; potencia = json.potencia; frecuencia = json.frecuencia; fpot = json.fpot; eact = json.eact; } }; Memoria 70 xhttp.open("GET", "http://192.168.1.50/ajax", true); <!-- la ip por donde se mandan los datos y la peticion de datos --> xhttp.send(); } var id_interval = setInterval('update()',5000); </script> </head> <body> <header> <h1><CENTER><IMG SRC="https://www.upc.edu/++theme++homeupc/assets/images/logomark.png"></IMG></CENTER></h1> <H2><CENTER>Arduino Monitor</H2></CENTER><br /> <H3><CENTER>Monitorea datos instalación fotovoltaica</CENTER></H3> </header> <br /> <main><CENTER> <p> VOLTAJE [V]</p> <p> INTENSIDAD [A]</p> <p> POTENCIA [W]</p><br /> <p><canvas id="an_gauge_1" data-major-ticks="0 40 80 120 160 200 240 280 320 360" datatype="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="340" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_1').setValue(voltaje);}, 200);"></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_2" data-major-ticks="0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20" data-type="canvgauge" data-min-value="0" data-max-value="20" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_2').setValue(intensidad);}, 200);" ></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_3" data-major-ticks="0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000" data-type="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="5000" dataonready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_3').setValue(potencia);}, 200);" ></canvas></p> <p> FRECUENCIA [Hz]</p> <p> FACTOR DE POTENCIA </p> <p> ENERGIA ACTIVA [W.h]</p><br /> <p><canvas id="an_gauge_4" data-major-ticks="0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100" datatype="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="100" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_4').setValue(frecuencia);}, 200);" ></canvas></p> DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 71 <p><canvas id="an_gauge_5" data-major-ticks="0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1" data-type="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="1" data-onready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_5').setValue(fpot);}, 200);" ></canvas></p> <p><canvas id="an_gauge_6" data-major-ticks="0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000" data-type="canv-gauge" data-min-value="0" data-max-value="10000" dataonready="setInterval( function() { Gauge.Collection.get('an_gauge_6').setValue(eact);}, 200);" ></canvas></p> <br /><br /><br /><br /><footer> <b><br /><CENTER> Juan Carlos Ruiz - Trabajo final de Grado - Ing. Electrónica industrial y automática </CENTER><br /></b> <footer> </body> </html> Memoria 72 6. Pruebas Una vez implementada la instalación y el software se procede a realizar las pruebas funcionales del proyecto. Para ello se conectará el analizador de red entre la instalación de red y una carga durante un periodo largo de tiempo con la intención de recoger los datos generados por el consumo de la misma. Figura 6.1. Dispositivo en funcionamiento (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). A su vez, se comprobará que el histórico se genera correctamente en la tarjeta SD de la placa ARDUINO Ethernet Shield y que se envían los datos en tiempo real correctamente a través de la red, consultando la dirección IP que se ha configurado la comunicación. A continuación se presentan las pruebas realizadas junto con los resultados obtenidos. Se ha conectado el dispositivo entre las 19:48 y las 19:54 horas de la tarde, se han conectado y desconectados diferentes cargas durante este periodo simulando así el uso normal de una instalación en la que los diferentes dispositivos conectados a la red van variando en el tiempo. El registro grabado en la tarjeta SD es el siguiente: id;timestamp;v_med(V);i_med(A);pactiva_med(W);frec_med(Hz);fpot_med;eact_med(Wh); 1;19:48;218.52;4.72;1029.18;50.00;0.65;5616.40; 2;19:50;218.30;4.72;1027.28;50.00;0.65;5655.12; 3;19:52;217.77;4.70;1021.50;50.00;0.65;5693.85; 4;19:54;218.29;4.72;1027.00;50.00;0.65;5732.41; DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 73 Tal como se observa, se han grabado 4 registros de datos durante el periodo de 6 minutos aproximadamente. El primer registro grabado es el de cabecera, donde se indican los datos y sus unidades de medida grabados a continuación. Durante este periodo se han consultado los datos online a través de la página web: Figura 6.2. Web en funcionamiento (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). Una vez comprobado el correcto funcionamiento de la instalación, se exportan los datos a Excel para evaluarlos. Figura 6.3. Datos exportados en Excel (Fuente: Juan Carlos Ruiz ). Memoria 74 Tal como se observa en la Figura 6.3 los datos se exportan correctamente con el formato esperado, pudiendo así establecerse patrones de comportamiento de la instalación para posibilitar posteriormente aumentar la eficiencia de la misma. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 75 7. Análisis del impacto ambiental En este apartado se pretende cuantificar el impacto medioambiental de nuestro proyecto tanto a nivel de consumo y de huella ecológica como de riesgos de su implementación. A parte del consumo energético eléctrico se ha calculado el gasto energético de los componentes que se deberán implementar en la instalación fotovoltaica. Según su documento técnico el analizador de red tiene un consumo de 3VA. Calculando la energía que esto supone durante todo un año funcionando las 24 horas del día obtenemos que el consumo anual del dispositivo analizador de red es 26.28 kWh. El consumo de la placa Arduino MEGA con la shield ethernet es de aproximadamente 50mA, lo que a lo largo del año suponen 2.19 kWh. El consumo total anual de la instalación será por lo tanto de 28.47 kWh, o lo que es lo mismo 18.5 kg de CO2. Teniendo en cuenta que el dispositivo estará bien aislado se le calcula una vida útil de unos 10 años aproximadamente, con lo cual la huella ecológica durante todo este tiempo será de 185 kg de CO2. Los riesgos que podrían derivar en un consumo más elevado del esperado no serán otros que los ambientales. Un mal aislamiento de la placa en condiciones de lluvia o humedad podría hacer que el consumo del prototipo se elevara o incluso dejará de funcionar, debiendo en este último caso sustituirse por una nueva placa, elevando costes y recursos para su implementación. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 77 Conclusiones La realización de este proyecto ha servido para comprender todas las fases del proceso de prototipado de una aplicación demandada por un cliente o usuario. Teniendo que comprender la funcionalidad de lo demandado para diseñar su resolución de la manera más eficiente comparando las diferentes posibilidades. Las mayores dificultades que nos hemos encontrado durante la realización del mismo han sido sobre todo la necesidad de obtener conocimientos en ámbitos y lenguajes de programación no trabajados con anterioridad. Pese a que durante el grado se ha trabajado en lenguaje C, se han tenido que definir y acotar las posibilidades de la plataforma Arduino. Además se ha tenido que hacer hincapié en adquirir conocimientos básicos en HTML y JavaScript para poder relizar la comunciación entre Arduino y el entorno gráfico del proyecto. Tras iniciar el proyecto sobre la placa ARDUINO UNO se dedujo que la capacidad de memoria de la placa seleccionada reducía considerablemente el alcance del proyecto. De tal manera que nos vimos obligados a cambiar la placa del prototipo por una ARDUINO MEGA 2560 con mucha mas capacidad de memoria y que nos ha permitido implementar la funcionalidad completa del proyecto. Con las actuales características del proyecto, se conseguirá mostrar de forma correcta y comprensible el trabajo realizado por la instalación fotovoltaica a la que se conecte y recopilar datos interesantes para el análisis de la eficiencia de la misma. De cara al futuro, existen diferentes posibilidades para ampliar el presente proyecto que podrian ser interesantes. Dado que las comunicaciones entre los diferentes dispositivos ya esta implementada, las mejoras vendrian en cuanto al apartado más gráfico, quizás dotando al proyecto de una página web mejorada y/o implantando la misma dentro de la web de la universidad. También ampliando los datos obtenidos desde el analizador o mejorando el tratamiento y análisis sobre ellos. DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 85 Bibliografía Aguado, O. (2018). Principales diferencias entre Raspberry Pi y Arduino. [online] Conmasfuturo. Available at: http://www.conmasfuturo.es/principales-diferencias-entre-raspberry-pi-y-arduino2/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Anon, (2018). [online] Available at: http://www.leantec.es/blog/24_Como-conectar-Arduino-aEthernet-y-hacer-serv.html [Accessed 19 Feb. 2018]. Aprendiendo Arduino. (2018). Diferentes modelos de placas Arduino. [online] Available at: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2015/03/23/diferentes-modelos-de-placasarduino/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Aprendiendo Arduino. (2018). Memoria Flash, SRAM y EEPROM. [online] Available at: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2017/06/21/memoria-flash-sram-y-eeprom-3/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Aprendiendoarduino.wordpress.com. (2018). RS485 | Aprendiendo Arduino. [online] Available at: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/category/rs485/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Arduino.cc. (2018). Arduino - Home. [online] Available at: https://www.arduino.cc/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Doutel, F. (2018). Raspberry Pi frente a Arduino: ¿quién se adapta mejor a mi proyecto maker?. [online] Xataka.com. Available at: https://www.xataka.com/makers/raspberry-pi-frente-aarduino-quien-se-adapta-mejor-a-mi-proyecto-maker [Accessed 19 Feb. 2018]. Ingeniería y Tecnología (Arduino-Processing). (2018). Ingeniería y Tecnología (Arduino-Processing). [online] Available at: http://jasonhd.wixsite.com/jason/proyecto-joas-1 [Accessed 19 Feb. 2018]. Naylampmechatronics.com. (2018). Comunicación RS485 con Arduino. [online] Available at: http://www.naylampmechatronics.com/blog/37_Comunicaci%C3%B3n-RS485-conArduino.html [Accessed 19 Feb. 2018]. Prometec.net. (2018). Ethernet SHIELD W5100 R3 | Tienda y Tutoriales Arduino. [online] Available at: https://www.prometec.net/producto/ethernet-shield-w5100-r3/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Prometec.net. (2018). MAX 485 TTL to RS485 | Tienda y Tutoriales Arduino. [online] Available at: https://www.prometec.net/producto/max-485-ttl-to-rs485/ [Accessed 19 Feb. 2018]. Memoria 86 Rinconingenieril.es. (2018). Citar un sitio web - Cite This For Me. [online] Available at: https://www.rinconingenieril.es/rs485/ [Accessed 19 Feb. 2018]. WooCommerce, C. (2018). Arduino Ethernet (Original) » IBEROBOTICS. [online] IBEROBOTICS. Available at: https://www.iberobotics.com/producto/arduino-ethernetoriginal/?gclid=Cj0KCQjwsNfOBRCWARIsAGITapaVDPzqmSE5vPTZFfJRSZ6LheKT0wRpZ1EX_pyWRlSgdbxEfXbPCkaAriZEALw_wcB [Accessed 19 Feb. 2018]. WooCommerce, C. (2018). Arduino UNO Rev3 (Original) » IBEROBOTICS. [online] IBEROBOTICS. Available at: https://www.iberobotics.com/producto/arduino-uno-rev3-original/ [Accessed 19 Feb. 2018]. YouTube. (2018). Conectar Arduino al televisor. [online] Available at: https://www.youtube.com/watch?v=ny6fzcoz454 [Accessed 19 Feb. 2018]. Ethernet SHIELD W5100 R3 | Tienda y Tutoriales Arduino, 2018. Prometec.net [online], Ingeniería y Tecnología (Arduino-Processing), 2018. Ingeniería y Tecnología (ArduinoProcessing)[online], MAX 485 TTL to RS485 | Tienda y Tutoriales Arduino, 2018. Prometec.net [online], Memoria Flash, SRAM y EEPROM, 2018. Aprendiendo Arduino [online], RS485 | Aprendiendo Arduino, 2018. Aprendiendoarduino.wordpress.com [online], WOOCOMMERCE, CREADO, 2018, Arduino Ethernet (Original) » IBEROBOTICS. IBEROBOTICS[online]. 2018. [Accessed 19 February 2018]. Available from: https://www.iberobotics.com/producto/arduino-ethernetoriginal/?gclid=Cj0KCQjwsNfOBRCWARIsAGITapaVDPzqmSE5vPTZFfJRSZ6LheKT0wRpZ1EX_pyWRlSgdbxEfXbPCkaAriZEALw_wcB WOOCOMMERCE, CREADO, 2018, Arduino UNO Rev3 (Original) » IBEROBOTICS. IBEROBOTICS [online]. 2018. [Accessed 19 February 2018]. 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ARDUINO MEGA DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 91 A3. Ethernet Shield W5100 Annexos 92 DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN CON ARDUINO PARA LA MONITORIZACIÓN Y REGISTRO DE LOS DATOS DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA DE LA EEBE. 93 A4. Analizador de red CVM-SP-RS485-C Annexos 100