Tässä työssä kehitettiin kaksi versiota langattomasti kommunikoivasta, pistotulppakytkentäisten verkkovirtalaitteiden energiankulutuksen reaaliaikaiseen mittaamiseen soveltuvasta mittarista. Mittarit ovat osa UBI-AMI-järjestelmää, joka hyödyntää monen hypyn IPv6-pohjaista langatonta sensoriverkkoa kotitalouksien energiankulutuksen mittaamiseen. Laitteen ensimmäinen versio, Socket Sensor, toteutettiin kaupallisesta mittarista puretun mittauslogiikan pälle. Mittari koostuu dataa käsittelevästä mikrokontrollerista, 2,4 GHz taajuudella kommunikoivasta radiomoduulista, ympäristön lämpötilaa ja valoisuutta mittaavista sensoreista, sekä mittauksen kohteena olevan verkkovirtalaitteen virransaantia ohjaavasta releestä. Radiomoduuli sisältää 6LoWPAN-protokollapinon toteuttavan Sensinode Nanostack 1.0 -ohjelmiston, joka mahdollistaa monen hypyn langattoman kommunikaation. Mittarista valmistettiin 40 kpl prototyyppisarja, joka koestettiin UBI-AMI v1 -järjestelmän kenttätestauksessa. Kenttätestauksen löydökset osoittavat radiosignaalin kantaman ja läpäisykyvyn rajallisuuden, sekä mittarissa käytetyn jatkojohdon epäkäytännöllisuuden.
Löydösten perusteella laitteen toinen versio, Socket Sensor Mini, suunniteltiin ensimmäistä kompaktimmaksi ja suorituskykyisemmäksi. Mittauslogiikka suunniteltiin uusiksi ja integroitiin osaksi muuta kytkentää. Mikrokontrolleri päivitettiin muistikapasiteetiltaan suurempaan ja radiomoduuli vaihdettiin käyttämään 868 MHz taajuutta radiokantaman parantamiseksi. Radiomoduulin ohjelmistoksi päivitettiin Sensinode Nanostack 2.0, joka valitettavasti ilmeni toimimattomaksi ja yhtiö lopetti laitteistotuen. Resistiivisillä kuormilla tehdyt energiamittaustestit osoittavat Socket Sensor Mini:n energiankulutusmittauksen virheen säilyvän alle 2 % kuorman ollessa 37 W ja 2817 W välillä. 13 W kuormalla mittavirhe säilyi alle 7 %. / Two versions of a wireless energy meter for real-time metering of pluggable mains powered devices were developed in this thesis. The energy meters are a part of the UBI-AMI system that employs multi-hop IPv6-based wireless sensor networks for metering domestic energy consumption. The first version of the energy meter dubbed Socket Sensor was built atop the measurement logic taken from a commercial energy meter. The energy meter includes a microcontroller for data processing, a radio module with built-in Sensinode NanoStack 1.0 software for multi-hop wireless communication using the 6LoWPAN protocol stack on the 2.4 GHz band, temperature and illumination sensors for monitoring the environment, and a relay for switching on and off the device being measured. A set of 40 prototypes was built and evaluated in the longitudinal user evaluation of the UBI-AMI version 1. The main findings included the limited range and penetration of the wireless link, and the cumbersome power cord.
Based on the findings of the user evaluation, the second version of the energy meter dubbed Socket Sensor Mini was designed to be smaller and more efficient. The measurement logic was redesigned and integrated with other electronic components. The microcontroller was upgraded to have a larger memory. The radio module was changed to use the Sensinode NanoStack 2.0 software for wireless communication on the 868 MHz band for better range and penetration, but unfortunately it proved dysfunctional and company discontinued customer support. Empirical energy measurement tests with resistive loads indicated that the measurement error of the Socket Sensor Mini remained under 2% with loads between 37 W and 2817 W. When the load was 13 W, the measurement error stayed under 7%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:nbnfioulu-201406071701 |
| Date | 10 June 2014 |
| Creators | Närhi, P. (Pauli) |
| Publisher | University of Oulu |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | Finnish |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © Pauli Närhi, 2014 |
Page generated in 0.002 seconds