Contatori di energia e connettività intelligente

CONTATORI INTELLIGENTI –

Gli smartphone possono guidare il consumatore nell’uso efficiente delle risorse energetiche rappresentando uno strumento digitale con cui l’utente sarà in grado di fare tutte le scelte per la sua casa

La diffusione degli smartphone nel mercato è cresciuta rapidamente nel corso degli ultimi 10 anni ed è stata caratterizzata da una costante evoluzione nelle funzionalità messe a disposizione; questa crescita continuerà con ritmi vertiginosi anche nei prossimi anni. Conseguentemente, il settore dei dispositivi connessi a Internet è cambiato profondamente negli ultimi anni e tale cambiamento è sotto gli occhi di tutti: basta camminare per strada per osservare quanto sono diffusi e utilizzati smartphone quasi come un'irrinunciabile estensione dei nostri sensi. Oggi lo smartphone mette a disposizione dei consumatori un nuovo livello di applicazioni più intelligenti ed efficaci. Questo ha creato aspettative sempre maggiori degli utenti, che vogliono poter accedere a qualunque tipo di informazione semplicemente premendo un tasto del proprio telefonino. I progettisti di sistema sono quindi stati spinti a integrare gli smartphone nelle più diverse applicazioni. I consumatori sono sempre più consapevoli della necessità di utilizzare l'energia in modo efficiente, per ridurre i costi e diminuire l'impatto ecologico. Soluzioni attente all'ambiente, con una migliore efficienza energetica, offrono notevoli vantaggi e contribuiscono a realizzare un modello di ecosistema “sostenibile”. Gli smartphone possono guidare il consumatore nell'uso efficiente delle risorse energetiche offrendo uno strumento digitale con il quale l'utente inesperto sarà in grado di fare tutte le scelte opportune per la sua casa. Con un software intelligente, lo smartphone potrebbe spingere l'utente ad apportare determinate modifiche.

Controllare i costi e i consumi energetici

I contatori di energia sono evoluti passando da sistemi puramente meccanici ad apparecchiature elettroniche sempre più intelligenti. Oggi, è possibile controllare i consumi energetici di tutta la casa e anche di ogni singolo elettrodomestico. È possibile, infatti, acquistare apparecchiature che integrano al proprio interno un sistema per misurare il consumo di energia. Esistono anche prese elettriche intelligenti, le cosiddette “smart plug”, capaci di segnalare all'utente quale è il consumo dell'apparecchiatura collegata. Inoltre, alcuni contatori di energia hanno funzioni di connettività per la lettura remota dei consumi. Il modo più facile di leggere consumi di energia utilizzando uno smartphone è tramite Sms. Non è però il modo più indicato quando è necessario monitorare i consumi per un periodo di tempo sufficientemente prolungato. Inoltre, quando gli utenti desiderano una rappresentazione grafica dei dati, gli Sms hanno dei limiti evidenti.

La soluzione
Near Field Communication

Una delle tecnologie che stanno emergendo per realizzare funzioni di connettività negli smartphone è la cosiddetta Nfc (Near Field Communication) che permette ai consumatori di scambiare informazioni a distanza ravvicinata (al massimo pochi centimetri). I tag o dispositivi Nfc possono essere lette da un apposito sistema Nfc anche se sono sprovviste di un'alimentazione propria. I sistemi Nfc utilizzano la stessa tecnologia di base dei Tag Rfid (Radio Frequency Identification) di prossimità (13.56 MHz) e delle smart card contactless. Sono riconosciuti dalla Iso/Iec, dall'Etsi e dall'Ecma. Per poter attivare il collegamento, la tecnologia Nfc ha bisogno che il lettore ed il Tag siano collocati a una distanza inferiore a 4 cm. Permette la trasmissione di dati tra etichetta Nfc e lettore/sistema di scrittura Nfc o tra due dispositivi Nfc. È una tecnologia che può essere utilizzata per accedere in modo semplice e immediato ai dati relativi ai consumi energetici. Gli smartphone dotati di interfaccia Nfc possono leggere/scrivere dati da/verso un Tag Nfc (dispositivo Nfc passivo) e i consumatori in questo modo possono avere accesso alle informazioni sui propri consumi di energia o sul funzionamento del proprio contatore.
Sono disponibili in commercio alcune innovative Rfid con doppia interfaccia, che si collegano a qualunque microcontrollore tramite un bus I2C. Possono essere utilizzati per realizzare soluzioni di contatori intelligenti di energia con interfaccia Nfc. Si tratta di memorie Eeprom che possono essere lette o scritte sfruttando un'interfaccia I2C o Rfid. Un'Eeprom duale di questo tipo, integrata in un contatore di energia, si interfaccia direttamente con uno smartphone a cui invia i dati di consumo energetico relativo a un intervallo di tempo definito. Successivamente, queste informazioni possono essere interpretate e rielaborate in forma grafica per facilitarne la comprensione.
Una Rfid Eeprom integrata in un contatore di energia funziona da Tag Nfc di categoria Nfc-V e supporta lo standard Iso 15693. Il contatore registra tutti i consumi energetici e gli altri dati principali per il periodo di tempo definito memorizzandoli nell'Eeprom duale. Le informazioni possono poi essere lette tramite un'applicazione Android che permette all'utente di conoscere le sue informazioni di consumo, per esempio, e analizzarle in forma grafica.

La piattaforma di ST per i contatori di energia

ST Microelectronics mette a disposizione diversi progetti di riferimento per contatori di energia mono-fase e multi-fase. Dalle prime architetture di base per contatori di energia intelligenti, si sta pian piano passando a sistemi più avanzati con caratteristiche come un'elevata dinamica e un'altissima precisione delle misure di corrente, calibrazione digitale veloce, protezione da manomissioni e da tentativi di frode. Per rispondere a tutti questi requisiti, ST propone una piattaforma di progetto di riferimento per contatori elettronici di energia. Il diagramma a blocchi della figura successiva descrive gli elementi principali della piattaforma per la misura dei consumi energetici. Lo STEVAL-IPE020V1 è un dimostratore di contatore di energia mono-fase basato sul circuito integrato di misura STPM10BTR e sul microcontrollore STM8L152C6 con la Eeprom con doppia interfaccia, M24LR64. È una soluzione mono-fase completa e pienamente funzionante, con la possibilità di visualizzare i principali parametri, protezione dalle manomissioni fraudolente, calcolo del picco di domanda, interfaccia duale (Rf e I2C) memorizzazione dei dati nella Eeprom e gestione delle basse tensioni. Questo contatore di energia supporta lo standard Iec 61036:1996 + A1: 2000, misure statiche per energia attiva classe 1 con Ib=10 A. Dispone inoltre di diversi meccanismi di protezione contro le manomissioni fraudolente: mancanza della connessione di terra o del neutro, inversione, manomissione dell'involucro protettivo, rilevazione di tentativi di manomissione tramite campo magnetico. L'STM8L152C6T6 è un microcontrollore di ST a basso consumo che si occupa della gestione dei dati e dell'alimentazione. Il microcontrollore ha un consumo ridotto e contiene un Real Time Clock, per il calcolo della data e dell'ora. L'STPM10BTR è un circuito integrato programmabile per la misura di energia mono-fase che si collega al microcontrollore con un'interfaccia Serial Peripheral Interface. I valori di energia attiva, energia apparente, tensione istantanea, corrente istantanea sono misurati dal circuito integrato STPM10. L'STPM10 implementa un meccanismo di auto-calibrazione. L'Eeprom con interfaccia duale M24LR64-RMN6T/2 si collega al microcontrollore tramite bus I2C. Poiché la memoria ha un'interfaccia duale, accetta connessioni sia di tipo I2C (wired) che Rf (wireless) utilizzando un lettore Rf come, per esempio, uno smartphone Nfc. La Eeprom può memorizzare diversi parametri critici tra cui l'energia complessiva, il valore dei picchi di domanda, il fattore medio di potenza o informazioni su eventuali tentativi di manomissione, anche per sette mesi consecutivi.

Un'applicazione per la misura dell'energia

L'applicazione per la misura dell'energia è una soluzione basata su Android facile da utilizzare e che colloquia con il contatore grazie a una Eeprom duale tramite la tecnologia Nfc. Il contatore di energia integra una Eeprom duale come etichetta Rfid. La Eeprom raccoglie dati come il consumo cumulativo di energia, i picchi di domanda, il fattore medio di potenza e la registrazione di eventuali tentativi di manomissione, e li memorizza in posizioni specifiche. L'applicazione in questione è presente come file di tipo .apk su Google Play e può essere facilmente installata su un qualunque telefono cellulare Android. Per poter funzionare in questo specifico caso, lo smartphone Android deve supportare connessioni Nfc. L'applicazione viene attivata dal menù principale del telefono. Dispone anche delle funzioni Help e Slideshow. Una volta attivata va alla ricerca di un Tag Nfc Rfid. L'indicatore rimane rosso se non viene rilevata alcuna etichetta Nfc. Diventa invece verde quando in prossimità del telefono è presente un'etichetta RF. Questo menu può essere utilizzato dal fornitore dei servizi di energia per memorizzare il nome del fornitore, il nome del modello, il numero seriale, la versione hardware, la versione firmware, il luogo di produzione. I dati vengono memorizzati nella Eeprom duale tramite una connessione Nfc e collocati in una posizione specifica della memoria, quando il sistema è in prossimità del Tag Rf e l'indicatore diventa verde.
Lettura dei dati di misura
Uno degli aspetti principali dell'applicazione è la possibilità di scaricare e leggere i dati dalla memoria Eeprom duale del contatore, direttamente tramite un telefono cellulare. L'utente, in questo modo, può accedere ai dati di consumo mensile, al numero dei tentativi di manomissione, alle informazioni sui picchi di domanda. Per accedere correttamente ai dati memorizzati nel contatore, l'utente deve avvicinare il telefono cellulare alla Eeprom duale integrata nel contatore e iniziare a scaricare le informazioni utilizzando l'applicazione Android. È necessario verificare che l'indicatore sia diventato verde, prima di iniziare a scaricare i dati. Completata l'operazione, sono disponibili diverse opzioni per analizzare i dati di consumo, elaborare serie storiche sugli ultimi sei mesi, o per altre funzioni analoghe. L'utente può accedere alle informazioni di base sul contatore utilizzando questa opzione della applicazione. Il numero del produttore, il luogo di produzione, il nome del modello, il numero seriale, la versione firmware e la data di produzione sono accessibili in qualunque momento, in pochi secondi, direttamente tramite telefono cellulare.
Confronto dei dati mensili di consumo di energia
Il confronto dei consumi mensili di energia è una delle caratteristiche uniche e innovative di queste applicazioni. Gli utenti possono, in modo facile e immediato, analizzare in forma grafica serie storiche di dati relativi ai sei mesi precedenti: consumo complessivo di energia; picchi di domanda; energia complessiva mensile; variazioni del fattore di potenza; tentativi di manomissione eliminando la connessione di terra, invertendo le connessioni, eliminando il neutro o danneggiando l'involucro. I grafici dei diversi dati di consumo vengono presentati in un modo elegante con funzioni di zoom in, zoom out e scorrimento sul video in modo da offrire all'utente la massima flessibilità nell'analisi. La figura illustra uno dei grafici che possono essere ottenuti. L'applicazione offre alcune funzioni aggiuntive che permettono di accedere a informazioni testuali come la data di installazione, la data dell'ultima manutenzione, informazioni sulla calibrazione, sul superamento della potenza massima consentita, sui periodi di mancanza di alimentazione e sull'energia complessiva erogata. L'applicazione Android è molto utile, semplice e comoda da utilizzare e permette agli utenti di conoscere in pochi secondi, tramite il proprio smartphone, le informazioni sul consumo di energia. Con la diffusione crescente di telefonini Android gli utenti potranno certamente utilizzare questa applicazione per accedere velocemente ad alcune informazioni importanti, memorizzandole nel proprio smartphone.

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