「遠隔監視」カテゴリーアーカイブ

八戸工大のエジソンクラブで八戸市の屋外設置用防水防塵耐候型センサ情報遠隔監視システムを量産しています

2016年2月4日(木)の午前中はとても良い天気で、現在2台稼働中の自作による超小型・安価で運用コストの低い太陽パネルによる太陽光発電も含めたLinux OSで制御されたラズベリーパイというマイコンによる遠隔監視システムは順調に稼動しています。そのうちの一台である一号機は、さらに大きな容量のバッテリーを装着時の充放電特性を確認するため、12V 45Whの蓄電池に換装しています。

そして、1ヶ月以上にわたる屋外設置での実績も出来てきたので、いよいよ装置一式を八戸市内の観光地などの屋外に配置するため、HIT Teamたねちゃんメンバーは八戸工大のエジソンクラブにて防水防塵耐候型センサ情報遠隔監視システムの量産を開始しました。

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4年生の技術チーフである菊地君の指導のもと、技術担当の3年生の若沢君と坂本君がそれそれ1台、計2台の八戸の綺麗な景観などをリアルタイムで配信出来る防水防塵耐候型遠隔監視システムを製作しています。

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実際の海岸や施設、公園などの公共的な場所への設置には、システム自体が火事や危害を与えないかなどの安全性や耐久性、防犯対策など、様々な問題をクリアしなければなりませんが、関係の方々と協議を進めながら、実現が出来ればと考えております。

屋外に設置した太陽光発電遠隔監視システム(2号機)は2016年に入って最高の発電量を記録しました

八戸市の屋外に設置した自作の教材用のラズベリーパイ(Raspberry Pi)というLinuxマイコンと50Wの太陽光パネル、12V・20Ahの蓄電池からなる下図の小型で安価かつ運用コストの低い太陽光発電遠隔監視システム(2号機)は、1月22日(金)に2016年に入って最大の発電量を記録しました。

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以下の図に示すように昨日との発電量の差は明白で、連続して35Wを超える時間が3時間を越えていることから、その他の時間の発電量の積算も考えると、ざっくりと35×4=140Whは発電していると思われます。但し、実際の1日のトータルとしての発電量は各時間の発電量の瞬時値の時間積分(弧の面積)で計算できるので、正確な発電量はこの理論に基づいたシステムへのプログラムの組み込みが必要です。今日の発電特性はデータが綺麗な弧を描いているので、多分この時期のチャンピオンデータでしょう。

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また、この図より15時以降に急激に発電量が低下していることも確認でき、この時間から日が西に傾きパネルへの入射角が大きくなることが理由と思われます。

さらに、1ヶ月近くの観測で分かってきたことは、冬場には数日間にわたり発電が見込めない日があるため、晴天の日に蓄えた電力を長時間消費するために、より大容量のバッテリーが必要なことです。

八戸市での太陽光パネルを用いた発電特性については、大分把握が出来てきたので、引き続きシステム改善のためのデータ収集を続けて参ります。

屋外に設置した太陽光発電遠隔監視システム(2号機)は無事に吹雪を乗り切りました

2016年1月18日(月)の夕方から深夜にかけ、八戸市内は激しい風に見舞われました。なので屋外に太陽光発電遠隔監視システムの2号機を設置したHIT Teamたねちゃんはとても不安だったのですが、無事に吹雪を乗り切ることが出来て一安心です。写真は翌日の1月19日(火)のシステム周りの様子です。

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ご覧の通り、特にパネルは完全に雪に埋もれてしまいました。

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但し2号機自体は今のところ、昨日に引き続き蓄えた電気を消費しつつ、連続動作しています。これを見ると、昨日、本日と全く発電しておりませんが、現時点でバッテリー電圧は12.1Vなので少し余裕があります。このシステムの平均消費電力は2.8W程度なので、あと1日くらいは太陽光による発電がなくても動作を維持できそうです。

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一方、別の場所に設置したシステム(1号機)は12Ahと小さな容量のバッテリーを用いているため、電圧は11.15Vで非常に厳しい状態です。本システムは10.6V程度でバッテリーからの負荷への電力の供給を停止するので、この状態では多分、明日の朝までの連続稼動は見込めません。理由として、この場所に設置したシステムはUSB接続の温度・湿度センサも接続しているので、消費電力が3.2W程度と若干多くなっていることがあげられます。

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というわけで現時点では、八戸市で50Wの太陽光パネルを用いて常時3W程度の消費電力を有する装置を連続稼動するためには、3,4日の悪天候時の蓄えた電力の消費を考慮すると、20Ah程度の容量が大きなバッテリーが必要であると判断しています。

もしくは低消費電力なマイコン、センサおよび無線インターネットアクセス機器を選択し、システム自体の低消費電力化が必要です。これは今後の開発の課題となりそうです。

屋外に設置した太陽光パネルによる遠隔監視システム(2号機)は吹雪の中で元気に稼働中

2016年1月18日(月)は八戸市はかなり激しい吹雪に見舞われています。これにより、市内の屋外(屋上)に設置したラズベリーパイというLinuxマイコンを用いた自作の教材用太陽光パネルによる遠隔監視システム(2号機)は太陽光パネルだけでなく、防水ケースも雪の中で埋もれた状態で発電量はゼロですが、装置自体は前日までにバッテリーで蓄えられた電気を使いながら(システムの稼動電力は3W)、元気に連続稼働中です。ちなみにバッテリーは長期間の悪天にも耐えられるよう20Ahのものに換装してあります。

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図の通り、これで屋外に設置して5日が経過していますが、さらに雨季の長雨や真夏の長時間の炎天下、地震などの自然災害を乗り切ることが出来れば、本格的な実用に耐えられるシステムとなります。

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なので、引き続き動作の状態を監視して参りたいと思います。

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太陽光パネルやバッテリーの発電充電状況も含めたセンサ情報遠隔監視システム(2号機)を屋外に設置しました

2016年1月13日(水)はラズベリーパイというLinux OSの動作するマイコンによる太陽光パネルやバッテリーの発電充電状況も含めたセンサ情報の遠隔監視システム一式(2号機)を防水ケースに入れて屋外に設置し、追加の防水処置を施しました。

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すでに50Wの太陽光パネルを取り付けた発電状況等の長期データは取得済みなので、今後は実際にシステムが雨風や降雪、さらには温度変化に負けず、動作し続けるかの確認となります。よって、連続運転しつつ今後の推移を見守りたいと思います。

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太陽光パネルの屋外設置によるLinuxマイコンによる遠隔監視システム(1号機)の運用試験を開始しました

2015年12月24日(木)は自作した50Wの太陽光パネルを青森県八戸市の屋外に設置し、発電した電力を12V・9Ahのバッテリーに充電させつつ、自作した安価な4G-LTEの携帯電話回線とWi-Fi経由でラズベリーパイ(Raspberry Pi)という、屋内に設置した教材用Linuxマイコンによる遠隔監視システム(1号機)を常時運用できるかの試験を開始しました。これは、太陽光パネルとバッテリーの組み合わせが、当該の低価格な太陽光発電システムの連続運転に適しているかが判される、とても重要な試験です。

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太陽光、バッテリー、負荷の電圧、電流、電力を監視しながら、以下の通り、装置の設置場所の温度・湿度を逐次監視しています。試験を開始したばかりなので、グラフの時間変化も短い状態ですが、何とか一晩をしのぐことが出来ました。この取得データが数日間、数週間と途切れずに連続していれば、自然エネルギーだけによる独立システムが連続稼動できていることになります。

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さらに、Wi-Fiと携帯電話回線およびVPN経由でWindows PCからSSHにてマイコンにログインし、I2Cで接続したINA226というセンサの情報を取得するPHPのスクリプトを稼動させたところ、以下の通り12月26日(土)の9:30時点での発電量が10.7W、システムの消費電力は3.0Wであることを確認できました。現時点で2日間連続稼働中です 。

発電状況監視

また、2015年12月26日の11:00過ぎには下図の通り、発電電力は31.3Wにも達しました。

発電状況2015年12月26日11時03分

そこで、Muninというソフトウェアで12月29日(火)と30日(水)の2日間の発電量の時間変化を観測した結果は以下の通り、瞬時的には40W以上の発電が確認出来るものの、晴天時と曇天時の発電量には大きな違いが見られます。また、この期間の夜間の無発電時も含めた平均発電電力が3.3Wということは、八戸地域で50Wの太陽光パネルを用いた場合、常時運用可能な電力が概ね3.0W以下ということになり、かなり厳しいことが分かります。

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一方、2日間の負荷出力は以下の通り、このラズベリーパイというLinuxマイコンを用いた太陽光発電遠隔監視システム自身の消費電力は3W程度と一定である一方、負荷両端の電圧は太陽光パネルによる発電と負荷によるバッテリー電力の消費の影響により、17Vから12V程度まで変化しています。

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12月中にIoT機器である遠隔監視システム本体も屋外に設置し、最終的な全てのシステムにつき屋外での耐久試験を開始する予定ですが、出てきた問題を一つずつ解決しながら、実フィールドでの運用までもっていければと思います。

但し、冬は積雪による発電量の低下が懸念されるので、色々と注意が必要です。

Linuxマイコンによる屋外対応型遠隔監視システムを絶賛・量産中!!

2015年11月26日(木)現在、HIT Teamたねちゃんメンバーは遠隔監視システムを八戸市の各所に配置するため、Linux マイコンを搭載した超小型で安価な運用コストの低い屋外対応型遠隔監視システムを八戸工大のエジソンクラブで自作しつつ絶賛・量産中です。防水加工も含めた作業を多くこなす必要があり、またこのシステムは太陽光パネルによる独立電源を有する、震災に強い防災のためのネットワーク・センシングシステムでもあるため、メンバーは労働に対し正当な対価を得る仕事として、量産のためアルバイトにて着々と作業をこなしています。これらのシステムが八戸の活性化のみならず、震災からの復興にも役に立てばと考えております。

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ところで、このエジソンクラブ、八戸工業大学工学部・電気電子システム学科のものづくりスタートアップ・スペースとしても機能しています。最近、安価な3Dプリンタや半導体チップの普及、さらにはソフトウェア技術の発展により、斬新なアイデアと熱意さえあれば、キックスタータなどクラウドファンドの助けを借り、1人で物を作って世の中に送り出すことが可能になってきています。

このような動きは日本ではDMMメイクなどが音頭をとっている秋葉原が有名ですが、実は米国・英国など先進諸国はもちろんのこと、中国の深圳(シンセン)や東莞(トウカン)などの有象無象のスマートフォンメーカや、それらに用いる電子部品を扱う華強北路などでも見られる風景で、そのへんのスマートフォンの修理屋や電子部品屋の奥で、若者が半田ごてを片手にせっせと電子回路の配線をしています。

私は国際会議での自身の発表のついでに中国の秋葉原と呼ばれる深センの華強北(ファーチェンペイ)にある電気街や、広州、上海、杭州市などに訪れ、特に若者によるものづくりや仕事に対する熱意に圧倒された記憶があります。現在、中国のIT不況が囁かれていますが、このような混沌とした雰囲気や情熱から新しいモノや価値が生まれているのではと考えており、八戸工大のエジソンクラブもそのような新しい価値の発信場所となることを願っております。

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太陽光発電モニタリングシステムを配線しマイコンによる遠隔監視システムに組み込みました

2015年11月20日(金)は教材用太陽光発電モニタリングシステムを自作するため配線して、マイコンによる遠隔監視システムに組み込みました。写真の上から左がラズベリーパイというLinux OSが動くマイコンで、その右が太陽光発電コントローラです。さらにその下にある小さな四角い緑の基板が電流・電圧センサです。

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このシステムでは、太陽光パネルからバッテリに供給されたりバッテリーから装置に供給する電力の電圧・電圧をモニタリングし、I2Cという通信法でマイコンに取り込むことが出来ます。

将来的には太陽光パネルによる充電電力、機器での消費電力の時間変化を観測して記録し、八戸の屋外での発電特性を記録しようと思います。

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この装置は防水ケースに入れて、種差海岸や白浜海岸などに仮設置したいと考えておりますが、これにとどまらず、たとえば八戸市内の小中学校の屋上などに置かせてもらえれば、児童・生徒の理科教育の手助けにもなるのではと考えます。

私事で恐縮ですが、色々と一生懸命考えていると、面白いアイデアが突然浮かんできます。そういえば中学生か高校生のころ、東北大名誉教授の西澤潤一先生の本で、「考え抜くことを徹底して持続すること」の重要性が書かれていたのを読んだ気がします。

色々と考え抜いて、八戸のためになることを思いつくのが楽しみになっている、最近のHIT Teamたねちゃんメンバーなのでした。