El uso de ahorro de energía de investigación basados ​​en Arduino térmica hecho a sí mismo Bashny.Net

¿Qué se puede hacer con dos ladrillos, tejas y un Imager ordinaria en Arduino ? Puedo guardar una gran cantidad de electricidad! Como todas estas cosas están interconectadas, se puede encontrar en este artículo. En el camino, tuve que enfrentar algunas cosas de TAU (teoría de control automático), pero he tratado de deshacerse de las matemáticas aburridas y explicar en detalle el papel de la "cámara termográfica por menos de $ 100" en el proceso.



Precaución Bajo el corte, hay una muy "gordo", sino un cuadro bonito! Y un montón de texto!


Hoy en día, casi todos en el hogar tiene eléctricos calentadores - tejas, calderas, calentadores y calderas, así, en el peor. En general, el principio de su trabajo se puede describir como - la corriente fluye a través del filamento de nicromo y provoca que se caliente, así como el diseño robusto sacude metros. Todos los calentadores son tantos "comer" la electricidad, por lo que pasó. Sin embargo, hay una manera de salir!

El hecho de que cada cuerpo tiene su propia "inercia térmica", y usted puede traer puede no ser del todo exacto, pero se entiende la analogía de un gran adoquín circular:
Imagine que usted necesita para hacer retroceder el adoquín a una distancia de diez metros. Puede saltar inmediatamente sobre él todo el peso, en toda la región hay fuerzas que empujan y por lo tanto se mueven a la ubicación deseada. Un primer esfuerzo se puede mover, y luego un poco empuje. Por supuesto, en el segundo caso, nos cansamos menos. Así que la primera analogía - es la inclusión del calentador directamente a la red, y el segundo - el uso de algoritmos de control de eficiencia energética.

Esto significa que podemos aplicar la tensión de entrada del elemento de calefacción eléctrica de forma especial, que llegará a la temperatura deseada, pero con menos energía (kWh). Naturalmente, este ahorro no se toma desde el aire. Y ahí es debido al aumento en el tiempo de calentamiento, y cuanto más tiempo - los correspondientemente mayor ahorro! Cómo calcular esta operación - tiene una larga historia, y en este artículo se verá afectado sólo superficialmente (por Matan)
. Así, tomemos, por ejemplo, para estudiar fuegos común, con una capacidad de 1 kW. Y poner sus dos ladrillos de silicato - para elevar el mismo "inercia térmica" (como ya ha entendido lo que este valor nocional del tiempo, los ahorros más grandiosas por ciento). Aquí es una belleza:


Estoy de acuerdo, no se ve! Ella ha visto mucho en su vida, y sin embargo, continuar a servir en el nombre de la ciencia, y más.
Para calcular el control de ahorro de energía para los calentadores eléctricos en el primer lugar, es necesario llevar a cabo la tarea de elaboración de su modelo matemático simple. Puede ser, por ejemplo, por una ecuación diferencial, o, como en este caso, la función de transferencia. En el lenguaje de Wikipedia, la función de transferencia es un operador diferencial, expresando la conexión entre la entrada y salida de un sistema estacionario lineal. Y conociendo la señal de entrada y la función de transferencia del sistema, es posible restaurar la salida.
En calentadores eléctricos valor de entrada es действующее tensión, y la salida - la temperatura del objeto. Y tener la función de transferencia térmica del objeto, podemos, mediante la presentación de la tensión de entrada de 220V, la salida es la temperatura, y por lo tanto poseen un cierto modelo matemático.
Abrir cualquier libro de texto sobre la UTA, podemos ver que las funciones de transferencia de especies que hay tantos. Así que, ¿cómo saber cuál es describir con mayor precisión el objeto de estudio? Esto requiere una especie de "reconocimiento" para la Ciencia - Identificación de la instalación. Suena grave, y en la práctica es como sigue: Para habilitar la red y para medir la temperatura durante todo el tiempo de calentamiento. Eso es lo que sucede en el caso de las placas:


En base a la forma de la función, se puede concluir con seguridad que la estufa se describe con precisión por la función de transferencia, llamado segunda orden de vínculos aperiódica i>. Así es como se ve:


Aquí, el valor de entrada U (t) denota el voltaje que puede ser una constante en el tiempo (220, se refiere al valor efectivo) y cambiar por cualquier encima de la ley. El valor de salida x (t) - la temperatura. A partir de las imágenes se puede ver que en este nivel tiene sus propios parámetros - K, T1 y T2, que se llama la ganancia y la constante de tiempo. Como su nombre lo indica, el valor de K representa la cantidad de cambio de la señal transmitida a través de un enlace, y las constantes de tiempo son directamente dependientes de la misma "inercia térmica" del objeto. Estos factores pueden ser estimados a partir de la lista anterior. Y, obviamente, que afectan a la exactitud del modelo matemático, y por lo tanto la cantidad de energía ahorrada.
Te diré - este azulejos para más de un año, los estudiantes cuentan el mayor control de ahorro de energía (por qué es tan mal). Y una y otra vez, para identificar el objeto (bueno, para obtener la tabla de arriba) un termopar estrictamente en el medio entre los ladrillos. Así que la pregunta natural surge - y que si se toma y se mueve el sensor de temperatura en un lugar muy diferente, cómo cambiar los parámetros del objeto? Cada vez que una experiencia diferente para mantener la posición de los termopares sería extremadamente larga - como puede entenderse a partir de la gráfica anterior, un experimento es casi tres horas. Y a continuación, en el momento el uso más adecuado de la cámara termográfica en el Arduino.
El principal inconveniente del dispositivo que acabamos de mencionar - un largo tiempo de formación de imágenes en el infrarrojo es prácticamente ningún papel - el experimento es muy largo comparado con el tiempo de escaneado. Pero como resultado, resulta no un gráfico del cambio de temperatura en un punto tanto como 768! De conformidad con una resolución de píxeles 32x24 termograma.
Por lo tanto, mediante el uso de una cámara termográfica, un experimento similar se llevó a cabo en la identificación del objeto - 25 imágenes térmicas se filmaron durante varias horas. Área de escaneado cubre casi toda la superficie lateral de los ladrillos, como se muestra en la imagen:


Pero también lo es el proceso de calentamiento en el infrarrojo (IR especie de lapso de tiempo):


Vale la pena señalar que el falso color de la imagen térmica se asignan automáticamente en función de los valores máximo y mínimo medido la temperatura, y la pendiente de cumplimiento y dinámicamente cambiante.
El descubrimiento fue el hecho de que el centro de la calefacción desplaza a la izquierda, a pesar de que la cámara está apuntando directamente hacia abajo los ladrillos medias. Esto es probablemente debido a la falta de homogeneidad dentro del diseño de ladrillo o baldosa inferior del elemento de calefacción.
Arduino basado Thermal-funciona de la siguiente manera - primer componente de las temperaturas de la matriz espacial, lo que ya ha hecho una imagen en color falso en. Esto resultó ser una gran ventaja - porque la salida del sistema no es sólo una imagen bonita, pero la matriz de imagen, que juega un papel importante en el estudio. Tomando en puntos al azar en cinco de estas matrices (de 25), es posible rastrear la dinámica del cambio de la temperatura:


Eso es gráficos se verán transitorios (como la temperatura en función del tiempo se llaman), seleccionándose cinco puntos y un termopar para la comparación:


Cartas con una cámara termográfica torpe como simplemente basan en 25 puntos, mientras que los datos del termopar viene cada dos segundos. Además, el ojo desnudo puede notar la diferencia en las listas con un termopar y la temperatura de la cámara termográfica. Tal vez esto se debe a las diferencias físicas de los métodos de medición - si el termopar se encuentra, por así decirlo objeto "dentro", el sensor infrarrojo térmico explora la superficie de la misma, que a su vez afecta a los procesos de evaporación de la humedad y la convección de aire
.
Además, a partir de estos gráficos, se puede obtener los mejores coeficientes (K, T1 y T2) para crear un modelo matemático de la eléctrica. Pero esta vez, vamos a tener no uno, sino seis modelos!
La omisión de la parte matemática de vale la pena señalar que en el transcurso del estudio fue visto característica interesante - los coeficientes dependen de la localización del punto en el termograma en relación con el calentamiento centro propuesto - este es el área roja en la parte inferior del termograma. Y su relación es casi lineal:




Y ya sabemos que los gráficos no mienten, centrándose en la posición del punto de medición, en principio, es posible determinar los coeficientes de casi todos los puntos del objeto, sin recurrir a los programas de construcción para todos 768.
Sin embargo, uno de los cinco puntos seleccionados previamente, los mejores resultados en el ahorro de energía mostró el punto izquierdo. Como parte del controlador del sistema que está configurado basa en los datos recibidos desde este punto:


El porcentaje de ahorro se considera que en comparación con la energía se gasta en calefacción es eléctrica a 80 grados mediante la simple inclusión en el tomacorriente. ¿Cómo debe cambiar la tensión sobre una placa caliente para ahorrar casi un 40% de la electricidad, se puede ver en esta tabla:


Aquí, el control óptimo está indicada por U (t), correspondiente a la temperatura de las baldosas en esta administración - T (FINE). Para la comparación, los gráficos de voltaje y temperatura de las baldosas mediante una simple inclusión en la red. Como se puede ver, el ahorro obtenido al aumentar el tiempo de calentamiento es casi tres veces.

En resumen:
Así pues, si usted es el artículo completo atormentado por la pregunta, ¿por qué necesita para calentar los ladrillos en la estufa y leer lo que el ahorro míticos si, en la práctica, nadie necesita, entonces aquí es una respuesta decente: el hecho de que las baldosas es un análogo directo del objeto de estudio como un horno resistencia. Esta capacidad monstruo industrial de 800 kW (por ejemplo) no sólo consume mucha, pero mucha electricidad de forma espectacular. Y, en consecuencia, la eficiencia energética es muy fuera de lugar.
La cámara termográfica en este caso, juega un papel muy importante, lo que permite construir la imagen más completa de los procesos que ocurren durante el funcionamiento de los aparatos eléctricos, y sobre la base de estos datos para obtener más precisa en términos del modelo de ahorro de energía del objeto, y, por otra parte, para encontrar aplicación finalmente grave como una unidad completa .

Fuente: habrahabr.ru/post/226313/