Arduino Energy Shield y Pachube

Introducción

¿Quieres realizar tu propio sistema de medición de energía remoto? ¿Te gustaría poder encender y/o apagar equipos eléctricos cómodamente a través de internet, y así disminuir el consumo en tu hogar? Todo esto es posible utilizando la plataforma Arduino junto con un par de shields externos: el Arduino Ethernet Shield, y el Arduino Energy Shield, algunos sensores y el sitio Web gratuito Pachube.    En este tutorial utilizaremos la plataforma Arduino (Duemilanove, con un Atmega 328) como cerebro del proyecto.Pero, qué voy a necesitar? Sólo una pequeña cantidad de cosas….  

• Arduino UNO
• Arduino Ethernet Shield
• Arduino Energy Shield 
• 1 Transformador 220/12V
• 1 Sensor de corriente 
• 1 resistencia 330 ohm
• 1 led común
• 1 Transformador AC/DC 9V 650mA regulado
• Protoboard (si es que no quieres o no sabes soldar)

El Ethernet Shield se encargará de manejar el tráfico de datos TCP/IP con el servidor de Pachube, y el Energy Shield será utilizado para sensar energía. Ok, ahora que tenemos todo lo necesario, a trabajar!

¿Pachube…?

Pachube (www.pachube.com) es un sitio gratuito que te permite administrar datos de sensores y otros dispositivos en tiempo real. Además permite visualizar datos enviados por algún dispositivo de forma gráfica, y mantiene un archivo histórico de la información.Cuenta de Pachube Para utilizar Pachube, en primer lugar necesitas crear una cuenta. Para esto:   

1. Dirígete a www.pachube.com y haz click en Sign Up.
2. Elige Pachube FREE, ya que para este tutorial no necesitarás más. (Posteriormente y en caso de que lo necesites puedes adquirir una cuenta pagada). Lo demás es seguir las instrucciones de la página.
3. Una vez creada la cuenta debes crear un Feed. Para esto haz click en Create Feed, como se muestra a continuación:

1. Llena los datos y haz click en Save.
2. El explorador te llevará automáticamente a tu página personal de Pachube. En este caso: https://pachube.com/feeds/33737. El número 33737 es tu PachubeID. Lo necesitarás más adelante asi que anótalo.
3. Ahora haz click en My API keys (debajo de My Feeds).
4. Te aparecerá una secuencia de caracteres larga. Ésta es tu PachubeKey, algo así como tu password (personal, no se lo des a nadie). Anótalo también.
5. Ok, ahora que tenemos todo listo, podemos entrar en la parte más divertida!

Cableando las placas

  Antes de entrar en el código debemos  cablear correctamente nuestro sistema. Para esto:   

1. Coloca el Ethernet Shield sobre el Arduino Shield. Ten cuidado de que los pines entren derechos y no se vayan a doblar.
2. Para poder utilizar el Ethernet Shield y el Energy Shield simultáneamente debes cablear algunos pines como se muestra en la figura 2. Nótese que el pin 9 del Ethernet Shield está conectado al pin 10 del Energy Shield:

  Figura 2: Cableado del sistema   Esto debe hacerse porque el Ethernet Shield y el Energy Shield ocupan los mismos pines para comunicarse con el Arduino: Los pines 10, 11, 12 y 13 (SPI).   Se ha colocado un LED amarillo para debugging. Este se encenderá cuando el Arduino esté “hablando” con el servidor de Pachube.   En las siguientes imágenes puedes ver el cableado del proyecto:  

     Figura 3: Proyecto cableado.   Las placas fueron montadas en una caja metálica de fuente de poder computacional común. Puedes obtener un acabado más profesional de esta forma.   

1. Conecta la sonda de corriente al conector correspondiente. Debes colocarla en un solo cable.
2. Conecta el transformador 220/12V en el conector de voltaje. Los extremos del transformador deben ser conectados en paralelo a la red eléctrica. Se recomienda utilizar un enchufe como el de la figura 3.

Figura 4: Proyecto armado.   Como se ve en la figura 4, se conectó una lámpara para medir consumo. El enchufe de la lámpara fue intervenido, para tener acceso a la corriente que fluye hacia la ampolleta (cable azul). Además se conectó el transformador en paralelo, para medir el voltaje de la red eléctrica.Y ya está, tienes todo cableado y listo para ser usado en tu proyecto de medición remota.  

Firmware

Ahora que tenemos el hardware y la cuenta de Pachube listos, sólo queda modificar el Firmware.   

1. Descarga el Firmware desde aquí.
2. Si no tienes las bibliotecas de MCI, descárgalas desde aquí. Las carpetas deben ser descomprimidas en arduino-00xx/libraries. (Debes reiniciar arduino IDE para usarlas).
3. Abre pachubeClientEnergyShield.pde con Arduino IDE. (Si es que no lo tienes lo puedes descargar desde aquí)                                          
4. En la línea 105 reemplaza pachubeKey por la secuencia de caracteres que anotaste anteriormente.
5. Haz lo mismo en la línea 107, para pachubeFeed.
6. Si lo deseas, también puedes cambiar las direcciones IP (Línea 109) y MAC (Línea 111) con las que se identificará el Arduino dentro de tu red local.
7. Cambia el valor de gateway según la dirección IP del router de tu red local. (Línea 113)
8. En general, el valor de subnet (Línea 115) no necesita modificarse, pero puedes cambiarlo si es que lo necesitas.
9. Compila el sketch y programa el Arduino con el cable USB.
10. Conecta el cable de red al Ethernet Shield.
11. Abre el terminal, (Serial Monitor) haciendo click en el ícono de Arduino IDE. Aparecerá información sobre las mediciones de energía, y cada 10 segundos, el Arduino intentará conectarse a Pachube para enviar la información. Si no aparecen mensajes como “connection failed”, y en cambio aparece “Connected”, ¡Felicidades! Acabas de conectar tu proyecto a Pachube. Ahora puedes ingresar a tu Feed de Pachube, www.pachube.com/feeds/33737 en este caso y podrás ver cómo se van generando los gráficos con la información de energía que estás subiendo.

Figura 6: Gráficos en Pachube.   Finalmente está listo el sistema. El Arduino está programado y se conecta con Pachube correctamente. Esta es una foto del proyecto terminado:  

Figura 7: Gabinete cerrado.

Más ideas

Este tutorial sólo tenía la intención de mostrarte cómo utilizar el Energy Shield junto con Pachube, de forma básica.    Si quieres entrar en más detalles sobre el tema, como por ejemplo, cómo utilizar el Reloj de Tiempo Real (RTC) o cómo usar el conector XBee incluído para comunicación inalámbrica, es recomendable que eches una mirada por el manual de usuario del Energy Shield. Todo esto lo puedes ver en este link.