Mesurer la consommation électrique de l'atelier avec un sous-compteur à impulsions et une carte Arduino / Genuino

1 Watt par-ci, 1 Watt par-là

Image d'entête

par skywodd | | Licence (voir pied de page)

Catégories : Tutoriels Arduino Projets | Mots clefs : Arduino Genuino Impulsion Compteur kWh Domotique


Dans ce tutoriel / mini projet, nous allons mesurer la consommation électrique de l'atelier du TamiaLab. Pour ce faire, nous utiliserons un sous-compteur à impulsions et une carte Arduino / Genuino. Les résultats risquent d'être … intéressants.

Sommaire

Bonjour à toutes et à tous !

Il y a quelques semaines, je vous détaillais dans un précédent article le passage à l'éclairage 100% LEDs de l'atelier du TamiaLab.

Vous avez été plusieurs à me demander si cela avez eu une incidence positive sur la consommation globale de l'atelier. Le fait est que je n'ai absolument aucune idée de combien consomme l'atelier lors d'une journée "classique" de travail. J'ai donc profité de l'occasion qui s'offrait à moi pour mettre en place un système de mesure de la consommation électrique.

Le sous-compteur électrique

Pour pouvoir mesurer la consommation électrique de l'atelier, il me fallait un compteur électrique. Ce qui m'intéresse dans mon cas n'est pas la consommation instantanée, mais bien la consommation en kWh de l'atelier (ce que facture EDF à la fin du mois).

Le super tableau électrique du TamiaLab

Le saint tableau électrique

Comme l'atelier est tout récent, à peine un an et demi, l'installation électrique l'est tout autant et un magnifique tableau électrique est accessible à porter de main. Par chance, un emplacement pour un module de tableau était libre. Je me suis donc tout de suite mis à la recherche d'un sous compteur électrique pour tableau.

J'ai trouvé toute une variété de sous compteurs dans divers magasins de bricolage, tous identiques, mais aux prix largement différents. 85€ d'un côté, 43€ de l'autre, jusqu'à 106€ dans le pire des cas, cela faisait bien cher pour un module provenant à coup sûr d'une même entreprise quelque part en Chine avec simplement un logo différent sur le côté.

Module sous compteur kWh Orno

Le module sous compteur kWh

Je suis donc allé voir sur internet et je suis tombé sur un module Orno (référence OR-WE-501) d'un revendeur polonais disponible sur Amazon pour une vingtaine d'euros. Norme CE, même apparence physique, mêmes spécifications, bref, la même chose que les modules disponibles en France, mais en (beaucoup) moins cher, frais de port inclus.

Ce sous-compteur pour tableau électrique permet de mesurer la consommation en kWh et dispose d'une sortie émettant 1000 impulsions par kWh (soit une impulsion par Wh, pratique). Il est donc possible de suivre l'évolution de la consommation électrique directement avec une carte Arduino, sans avoir à passer par un capteur optique pour détecter le flash de lumière de l'indicateur comme sur les compteurs EDF.

Installation du sous-compteur

Installation du sous compteur kWh

Installation du sous compteur

L'installation s'est faite sans problème après un peu de reroutage de câbles. Il a été décidé d'installer le compteur après le disjoncteur principal de l'atelier. Nul doute que les lecteurs électriciens se feront une joie de me faire savoir ma bêtise en commentaires si cela est nécessaire ;)

Câble d'accès aux impulsions du sous compteur kWh

Le câble

Installation de la prise d'accès aux impulsions du sous compteur kWh

Installation de la prise jack

Pour accéder facilement à la sortie à impulsions du compteur, j'ai réalisé un petit câble avec une sortie Jack 3.5mm. Cela me permet de venir connecter mon montage de mesure directement en dessous du tableau électrique sans avoir à l'ouvrir.

Pensez à vérifier que la sortie à impulsions est isolée

En parcourant les forums pour comprendre le fonctionnement de la sortie à impulsions, j'ai découvert que certains fabricants reliés la masse de la sortie à impulsion au neutre.

C'est particulièrement dangereux. Je vois mal comment cela peut être en accord avec les normes CE, mais mieux vaut être trop prudent que pas assez. Vérifiez donc avec un multimètre que les bornes des sorties à impulsions ne sont pas reliées d'une quelques façons au neutre (ou pire, à la phase).

Si la sortie à impulsions est reliée au neutre ou à la phase, au mieux vous allez cramer votre Arduino / informatique, au pire, vous allez finir en rôti.

N.B. Pour une utilisation avec une carte Arduino / Genuino, la sortie à impulsion DOIT être une sortie à collecteur ouvert, isolé du secteur. Si ce n'est pas le cas, il faudra bricoler un système d'isolement avec un optocoupleur.

Le montage Arduino

Photographie du montage Arduino pour la surveillance du sous compteur kWh

Photographie du montage

Le montage de collecte des mesures est très rudimentaire pour le moment. Je me suis contenté du strict nécessaire.

Le montage est constitué d'une carte Arduino UNO, d'un connecteur jack 3.5mm et d'une résistance de 10K ohms. Ni plus ni moins.

Illustration du câblage du montage Arduino pour la surveillance du sous compteur kWh

Illustration du câblage

La sortie (+) du compteur est reliée à la broche D2 de la carte Arduino. La sortie (-) du compteur est reliée à la masse de la carte Arduino. La résistance de 10K ohms est câblée en résistance de tirage entre la sortie (+) du compteur et l'alimentation 5V de la carte Arduino.

Je me répète, mais ...

Vérifiez bien que la sortie à impulsions du compteur est une sortie à collecteur ouvert isolée du secteur. Ce serait bête de finir grillé pour une histoire de câblage ;)

Il ne doit pas y avoir de tension sur la sortie aussi bien au repos qu'en activité. Et un multimètre en mode ohmmètre doit afficher une valeur basse quand la LED d'indication de consommation clignote et très haute le reste du temps.

Montage Arduino pour la surveillance du sous compteur kWh e fonctionnement

Montage in-situ

Une fois le montage terminé, il suffit de brancher le câble et de passer au code ;)

Le code

Le code ci-dessous est extrêmement simpliste et naïf. Je m'en suis servi pour observer la différence de consommation des divers matériels électrique de l'atelier en temps réel.

Pour une utilisation réelle dans un système domotique, il serait bien plus simple et correct de compter le nombre d'impulsions sur une durée d'une heure, puis de transmettre l'information toutes les heures à un système de visualisation distant.

Le code avec commentaires :

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/**
 * Code simpliste de mesure de consommation électrique pour une utilisation 
 * un sous compteur à impulsions (avec 1000 impulsions par kWh).
 */
 
/** Fonction setup() */
void setup() {
  
  /* Initialise le port série */
  Serial.begin(115200);
  
  /* Place la broche du compteur en entrée*/
  pinMode(2, INPUT);
}

/** Fonction loop() */
void loop() {
  static unsigned long previousMillis = 0;

  /* Si la broche est à LOW (impulsion) */
  if (digitalRead(2) == LOW) {
  
    /* Calcul le temps écoulé depuis la dernière impulsion */
    unsigned long currentMillis = millis();
    unsigned long elapsedMillis = currentMillis - previousMillis;
    
    /* Affiche le temps écoulé ainsi que la consommation équivalente */
    Serial.print(elapsedMillis);
    Serial.print(F("ms "));
    Serial.print(3600000 / elapsedMillis);
    Serial.println(F("Wh"));
    
    /* Garde en mémoire le temps actuel et attends la fin de l'impulsion */
    previousMillis = currentMillis;
    delay(150);
  }
}

L'extrait de code ci-dessus est disponible en téléchargement sur cette page (le lien de téléchargement en .zip contient le projet Arduino prêt à l'emploi).

Bonus : Alors, c'est grave docteur ?

Après l'installation du compteur, je me suis amusé à tester la consommation des divers matériels que j'utilise quotidiennement. Voici les résultats :

Périphérique

Consommation

Carte graphique (GPU stress) du PC de travail

172 Wh

Processeur (CPU stress) du PC de travail

70 Wh

PC de travail (au repos)

131 Wh

Onduleur PC de travail

2 Wh

Panneau LEDs (plafond x 2)

84 Wh

Disque réseau (4 baies)

33 Wh

Serveur (4 baies)

43 Wh

Routeur Wifi

8 Wh

Onduleurs serveur / réseau (x 2) + alimentations du disque réseau (x 2)

23 Wh

Imprimante laser

2 Wh

La consommation électrique des panneaux de LEDs correspond exactement aux 42 Watts par panneau (soient 84 Watts au total) spécifiés par le fabricant. Cela me rassure donc quant à la fiabilité des résultats obtenus.

Je suis assez fière de mon serveur de développement fait maison, celui-ci dispose d'un hardware relativement puissant, et pourtant, il consomme moins que mon disque réseau Synology, pour un nombre de baies disques identiques (33Wh + (23Wh – 2 x 2Wh) = 52Wh au total avec les alimentations).

Autre fait intéressant, les onduleurs ne consomment quasiment rien (2Wh chacun) quand la batterie est chargée. C'est pour moi une bonne surprise.

Au final, après trois jours de prise de mesures, j'obtiens une consommation moyenne de 133Wh la nuit et 344Wh le jour, ce qui est tout à fait respectable. Un réfrigérateur éco A+ consomme 150Wh au minimum, je suis donc en dessous de cette limite la nuit.

Au redémarrage, post-installation du compteur, j'ai mesuré un magnifique pic à 1060Wh quand toute l'informatique s’est remise en marche. Ce que je n'explique pas vraiment c'est les 19Wh "fantôme" que je mesure en ayant tout débranché dans l'atelier. Si un expert à une idée, qu'il s'exprime en commentaires.

J'ai donc la réponse à la question qui tue : l'atelier consomme 5.302kWh par jour (soit 0.83€ par jour d'électricité au tarif réglementé EDF à raison de 10h d'activité par jour). Pour certains cela parait bien peu, pour moi au contraire, cela parait bien élevé. Qu'en pense vous ? C'est le moment de donner votre avis ;)

Conclusion

Ce tutoriel / mini projet est désormais terminé.

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