Ευφυές δίκτυο διαχείρισης ενέργειας και μέτρησης ενεργειακής κατανάλωσης οικίας με χρήση τεχνολογιών IoT

Πηλιχού, Γεωργία

Smart energy management and energy consumption measurement network in a household, using IoT technologies

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Πηλιχού, Γεωργία

Date

2022-06-02

Advisor

Koulouras, Grigorios

MSc Thesis (8.031Mb)

Keywords

Internet of things ; Energy management ; Energy consumption ; Data collection ; Wireless network ; Sensors ; Sensor measurements visualization ; Cloud ; Databases ; Virtual machine ; Διαδίκτυο πραγμάτων ; Διαχείριση ενέργειας ; Κατανάλωση ενέργειας ; Αισθητήρες ; Βάσεις δεδομένων ; Υπολογιστική νέφους

Abstract

Στην παρούσα εργασία σχεδιάστηκε μία εφαρμογή σε οικιακό περιβάλλον, η οποία περιλαμβάνει συσκευές μέτρησης και μετάδοσης μετρήσεων ενέργειας αλλά και των περιβαλλοντικών συνθηκών εντός ενός οικιακού δικτύου με ασύρματη μέθοδο. Μέσω των μετρήσεων αυτών, δόθηκε η δυνατότητα εντοπισμού αυξημένης κατανάλωσης ενέργειας, των αιτιών που την προκαλούν και του συμπεράσματος ότι πρέπει να βελτιωθεί ο τρόπος διαχείρισης των ενεργοβόρων ηλεκτρικών συσκευών. Αρχικά, θα μελετηθούν βασικές έννοιες που αφορούν την ενέργεια, τους τρόπους καταμέτρησης της, το σύστημα ηλεκτροδότησης, διαχείρισης και κοστολόγησης της ενέργειας στην Ελλάδα. Στη συνέχεια, θα εξεταστεί το Διαδίκτυο των πραγμάτων, εστιάζοντας στο πώς συνδυάζει υλικό και λογισμικό, με την απομακρυσμένη διαχείριση συσκευών και αισθητήρων. Αφού δοθεί, σαφής επεξήγηση των εννοιών, θα γίνει πλήρης ανάλυση του υλικού και του λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε στην υλοποίηση της εφαρμογής. Η εφαρμογή, περιλαμβάνει ασύρματους μικροελεγκτές WiFi, με δυνατότητες καταμέτρησης ενέργειας, διαχείρισης λειτουργίας των διαφόρων συσκευών, καθώς και αισθητήρες περιβάλλοντος. Για να γίνει, πιο αποδοτική η παρακολούθηση και ο έλεγχος αυτών των μικροελεγκτών, εντάχθηκαν σε μία ενιαία πλατφόρμα η οποία έχει αναπτυχθεί σε υπηρεσία εικονικής μηχανής νέφους (cloud virtual machine). Η πλατφόρμα αυτή, έχει δυνατότητες παρουσίασης, τόσο των δεδομένων ενέργειας/περιβάλλοντος σε πραγματικό χρόνο, όσο και έλεγχο λειτουργίας ή μη των συσκευών που έχουμε ορίσει. Τα δεδομένα αυτά, συλλέχθηκαν σε μία βάση δεδομένων εγκατεστημένη στο εικονικό μηχάνημα νέφους και η απεικόνιση τους έγινε με χρήση λογισμικού απεικόνισης των δεδομένων. Εν κατακλείδι, θα αποδειχθεί πως συνέβαλε η χρήση διάφορων εργαλείων και τεχνολογιών ΙοΤ, στο να επιτευχθεί πιο αποδοτική χρήση των οικιακών συσκευών και η έξυπνη εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας.

Abstract

In the present thesis, an application was designed within a house, which includes measuring devices that also transmit energy consumption and environmental measurements via a wireless network. Through these measurements, it was made possible to track energy overconsumption and the reasons for it, while conclusions were made regarding the need for upgrade and optimization in the managing of devices with high energy consumption. Firstly, basic concepts will be studied related to energy, ways of measuring the energy consumption, the power distribution system and pricing of energy consumption in Greece. Next, the concept of “Internet of Things” will be examined, focusing on how it combines hardware, software with remote controlling of devices or sensors. Once these concepts are detailed, a full analysis of the hardware and software, that was used in this project, will be presented. The project involves microcontrollers using Wi-Fi for wireless communication, with energy consumption measurement capabilities as well as capabilities for remote management of devices and sensors. In order to monitor and manage the microcontrollers in a more effective manner, these were embedded into a single platform that has been developed on a cloud virtual machine. The platform presents energy and environmental data in real time and can control the operation of the defined devices. The data has been collected and stored in a database, which has already been installed at the cloud virtual machine, while visualization was made using a data visualization platform. In the end, the use of IoT technologies combined with different tools will be proved as a way to improve home devices and make them smart and energy efficient.