2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

العراقي للمستهلك الكهربائية الطاقة مقاييس قراءة نظام تطويرباستخدام

البلوتوث تقنية

. عباس إبراهيم اياد مذبوب د محمد يعربeyad_electdep@yahoo.com yar_ab@yahoo.com

- بغداد / – التكنولوجية الجامعة الكهربائية الهندسة قسمالعراق

الخالصةالطاقة مقياس قراءة نظام لتدعم الكهربائية الطاقة عدادات تطوير تم البحث هذا في

البلوتوث، تقنية طريق عن للمستهلك العداد حيث الكهربائي لقرص الدورات عدد احتساب تم

تخطيط اعتماد وهي الفيزيائية القرص خصائص من تغير ال طريقه باستخدام الكهروميكانيكي

الحمراء تحت االشعة حساس استخدم ثم ومن عاكسة واخرى معتمة مناطق الى القرص

) على ) والسيطرة باحتسابها اردوينو الدقيق المسيطر يقوم نبضات على للحصول االنعكاسي

. نظام صمم لقد البيانات وخزن الطرفية البلوتوث وحدة وتشغيل المستهلك بيانات لعرض شاشة

المعدلة العدادات . ليوافق قراءة اضافة القراءات اخذ في والسهولة والدقة السرعة مواصفات

ورقم المنزل ورقم القراءة وقت مثل المستهلكين بيانات لحفظ جداول يحوي ملف بناء الى

. من النهائي الملف مع التعامل يمكن حيث ساعة بالكيلوواط محسوبة القراءة ورقم البلوتوث

. العداد بيانات قراءة في المنظومة هذه ان الرئيسية البيانات قواعد الى والتعديل االضافة حيث

. المقاييس قراءة في البشرية االخطاء وتقليل والوقت الجهد من الكثير توفر

المفتاحية .الكلمات البلوتوث: - اردوينو، الدقيق المسيطر الكهربائية، الطاقة مقياس

Abstract

In this paper, the development of the energy meter to support the reading of

electrical energy for the consumer via Bluetooth technology has been developed. It counts a

number of cycles for the electromechanical energy meter disk using a method that does not

change the disk physical characteristics. This method is an adoption of the disk layout to

darken areas and other reflective areas, then uses dual infrared reflection to get the pulses of

the microcontroller Arduino which is used for calculation and driven the screen to view the

consumer data, operation of the Bluetooth unit, and data storage. It is designed to read the

revised system counters to approve the following speed and accuracy and ease of taking

readings specifications. Add to build a file containing tables to save consumers time reading 78

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

data and house number, Bluetooth mark number and reading calculated energy in KWh. The

final file can be amendment and added to the main database. This system in the meter reading

data reduces efforts, time and human errors.

Keywords: Electromechanical Energy Meter, Arduino and Bluetooth.

1: المقدمة-

الرق زيادة الى ادى الذي السكاني النمو زيادة سكنية عان احياء واستحداث المأهولة الجغرافية ة

فواتير جباية في مشكلة ظهور الى ادت الكهربائية الطاقة توصيل بخدمات مشمولة جديدة

نظام حسب االستهالك في التقنين وعدم والمال الوقت من الكثير هدر الى يؤدي الذي الكهرباء

. في الفوائد من الكثير له االلكترونية بالطرق المستهلكة الطاقة قياس الكهروميكانيكي العداد

وأسهل ] وأسرع ادق بشكل البيانات وتجميع المختلفة االتصال وسائل استخدام تعتبر[. 1,2امكانية

وبتكاليف محدودة لمسافات البيانات نقل مجال في جدا المفيدة الوسائل من البلوتوث تقنية

البلوتوث بتقنية المدعومة الكهربائية الطاقة مقاييس ومنها التطبيقات من لكثير ومثالية منخفضة

بعض في الكترونية بأخرى الكهربائية الطاقة لقياس ميكانيكية الكهرو العدادات استبدال بدء حيث

عام منذ والصين الهند منها العالم المحمولة[. 3,4 ]2004دول االجهزة استخدام الممكن من

البيانات جمع اجل من الذكية العدادات مع ارتباط ببرامج لتحمل اللوحية واالجهزة الذكية الهواتف

للمستخدمين ] بالنسبة عليها االطالع [. 5او

السابقة- 2 االعمال

[ السلكيا[ 6في المستهلكة الطاقة قراءة اجل من الطور احادي كهربائية طاقة عداد صمم

( الدقيق المسيطر باالعتماد المحمول الهاتف شبكة ]AT89C52باستخدام نظام[ 7في(. اقترح

الدعم توفير مع السلكية او سلكية اتصاالت شبكة على ليربط االلكتروني الطاقة عداد استخدام

[ . في الكهربائية الطاقة من المستهلكين استهالك بيانات توفير اجل من الالزم [8البرمجي

تقنية ) السلكيا) GHz 2.4بتردد( )ZigBeeاستخدمت الكهربائية الطاقة عداد بيانات تحصيل اجل من

[ . وفي المجال هذا في شبكة بناء مقياسمصمم[ 5وأقترح بيانات لنقل البلوتوث تقنية استخدمت

. الشخصي الحاسوب الى الدقيق المسيطر باستخدام

3) اردوينو- ) الدقيق المسيطر

عام في اردوينو انتاج مشروع . 2005بدا ميزات ان العالم انحاء جميع في واسع انتشارا وشهد

الجاهزة والتطبيقات االنترنيت شبكة على المعلومات من هائل كم توفر هي المتعدد اردوينو

تطويرها ] او منها االستفادة يمكن المصدر [.9مفتوحة

والسيطرة االحساس على القدرة لها كمبيوتر اجهزة لصناعة اداة هو اردوينو الدقيق المسيطر ان

المصدر مفتوحة تطوير منصة انها المكتبية، الحاسوب اجهزة من أكثر المادي العالم على

79

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

. المختلفة التحكم تكون لمشاريع ان اردوينو لمشاريع ويمكن الخاصة، البرمجيات كتابة بيئة مع

. الحاسوب مع مربوطة او بذاتها برنامج قائمة وتوافق تكلفتها، بانخفاض اردوينو مسيطرات تتميز

كل تناسب البرمجة وبيئتها ولينكس، وندوز ماكنتوش المختلفة التشغيل انظمة مع اردوينو

المصدر . مفتوحة وهي والمتقدم المبتدئ رقم )المستويات .1الشكل اونو( نوع اردوينو مسيطر

رقم ) .1الشكل اردوينو( مسيطر

التعليمات مع اردوينو برنامج خالل من اردوينو الدقيق للمسيطر البرمجية التعليمات تكتب

بحاجة , هو ذلك اجل من الوظائف من الكثير تنفيذ الردوينو يمكن فعله المسيطر على ما البرمجية

لذلك ]] ألالزمه البرنامج كتابة و االخراج و االدخال اجهزت .10الى

(:HC-05 moduleالبلوتوث- )4

بروتوكول على يعمل لكونه المختلفة التطبيقات في كفاءة ذات وسيله البلوتوث من النوع هذا ان

(SPP, Serial Port Protocol( , )لهذا البيانات نقل معدل يستخدم 10ولمسافة( Mbps 3يبلغ وهو متر

( )GHz 2.4التردد , تقنية( على باالعتماد AFH , Adaptive Frequency Hoppingو( )CMOSمبني

Feature( .)رقم التوصيل( ]2الشكل أطراف مع القطعة [.11يبين

80

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

رقم ) نوع( 2الشكل .HC-05بلوتوث

اوامر ) امكانية( ATاستخدمت النوع فلهذا وإعداداته، البلوتوث عمل بأنماط والتحكم للسيطرة

) المنظومة ) في النمطان واستخدم كعميل او االتصال عملية عاتقة على يقع السيد كسيد العمل

. سيد العداد قارئ وبلوتوث عميل العداد بلوتوث كان حيث المقترحة،

5- : المقترحة– المنظومة وتنفيذ تصميم

: المعدل، الكهروميكانيكي العداد يمثل االول جزئيين من لتتكون المقترحة المنظومة صممت

االرسال دائرة واخيرا كرستال، عرض شاشة اردينو، المسيطر بورد النبضات، توليد ودائرة

) الشكل) في مبين وكما )البلوتوث بقرا (.3رقم يقوم الذي العدادات قارئ الثاني الجزء بينما

( رقم الشكل في وكما المعدلة )4العدادات الحقيقي( الزمن دائرة اليه اضيف مع (RTCحيث

. اضافية ذاكرة

رقم ) المقترحة( .3الشكل المنظومة من االول للجزء الكتلي المخطط

81

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

رقم ) .4الشكل المقترحة( المنظومة من الثاني للجزء الكتلي المخطط

5-1 : الكهروميكانيكي العداد تطوير

تحت المثبت العداد لقرص دورانيه حركة الى المستهلكة القدرة الكهروميكانيكي العداد يحول

التيار ملف هو اخر ملف من صادر والثاني الجهد ملف من صادر االول مغناطيسيان مجاالن تأثير

في كما المستهلكة الحقيقية القدرة مع تتناسب بحيث محسوبة الدوران سرعة المحصلة في

( . 5الشكل ميكانيكي( رقمي بعداد القرص مسننات من مجموعة تربط العداد اجزاء يمثل الذي

العداد ثابت يدعى معين ثابت في مضروب الدورات عدد ليمثل القرص دورات حساب على تعمل

: تعادل) التي القرص دورات عدد ويمثل العداد ( 1ثابت لحساب معين ثابت عداد ولكل وات كيلو

. المصروفة ساعة الكيلوواط عدد

82

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

رقم ) .5الشكل الكهروميكانيكي( العداد أجزاء

القرص لتصميم خصائص من تغير ال طريقه باستخدام العداد قرص على التعديل تم رقمي نظام

رقم ) الشكل في كما عاكسة واخرى معتمه مناطق الى القرص تخطيط اعتماد وهي ( 6الفيزيائية

83

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

رقم ) .6الشكل التعديل( بعد العداد قرص

(( نوع االنعكاسي الحمراء تحت لألشعة الحساس موجي CNY70واستخدم (nmبطول

950( , ) رقم )7الشكل نوع( للحساس االلكترونية الدائرة اعطاء(, CNY70يوضح على يعمل

. معتمة منطقة مرور عند عدمها و عاكسة منطقة مرور عند اشارة

رقم ) لنوع( ))7شكل االلكترونية .CNY70الدائرة

( كل ليمثل مصمم العداد العراقية، ديالى شركة من عداد يعادل ( 1استخدم بعدد واط 375كيلو

تكافا , الواحدة الدورة فان لذا للقرص 3دورة8. ساعة واط

الى الدوار القرص خطط الدقة الشكل 26ولزيادة في كما التعاقب على عاكس معتم منطقة

( )6رقم كل( حسابها يمكن لكل( Wh 0.1حيث تحسب سابقا عالية دقة ( (.Wh 100وهي

جهد مجهز مع العداد صندوق داخل القرص تخطيط لتحسس االلكترونية الدائرة فولت 5وضعت

( ) ( مزدوج ضوئي ومتحسس باعث باستخدام الدقيق المسيطر الى النبضات االشارة ربطت

يكافئها(. ما واظهار العداد من الصادرة النبضات لحساب اونو نوع اردوينو مسيطر ربط تم ضوئي

نوع ) عرض شاشة . 16×2على يحفظ ( الدقيق المسيطر على تسلسلي بمنفذ البلوتوث ربط و

التيار انقطاع بعد حتى المستهلك وقراءة المستهلك رقم يمثل الذي للجهاز التسلسلي الرقم

ذاكرة ) من بدال ( EEPROMمستفيدا يبلغه الذي المدى اما العودة حالة في انتهى حيث من فيبدأ

الى( ) 99999من ) مدد القديم العداد وفوائد ( 16646655في القراءة وقت تمديد فرصة يتيح هذا

أخرى.

5-2: العدادات قارئ تصميم

84

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

نوع ) اردوينو بورد قارئ( MEGAاستخدم وهو الثانــي الجزء لتنفيذ المكـــونات من ومجمـــوعة

( Bluetoothالعــــداد meter reader .)المحيطة االجهزة مع التواصل وسيلة البلوتوث يعتبر

. ) الكريستال) شاشة على البيانات عرض يتم بينما المطورة العداداتالمؤثر ) المدى المؤثر المدى ضمن بالموقع المحيطة العدادات كشف على العدادات قارء يعمل

) من واحد بكل باالرتباط بعدها ليقوم عندها العداد اكتشاف العداد لقارئ يمكن التي المسافة هو

طلـــب ارسال وبعدها خاصا مرور بكلمة محمـي الفيزيائـي االرتباط ويكون المحيطة العدادات

( رقم الشكل في مـــبين وكمــا بروتوكول حســـب في( 8القراءة لتحفظ القراءة واستقبال

. بيانات قاعدة خاصضمن سجل في الحقيقي والتاريخ الوقت

رقم ) .8الشكل والعداد( القارئ بين االرتباط برتوكول

6- : المقترحة- المنظومة برمجة

في الخاصكما اردوينو برنامج باستخدام المقترحة المنظومة من الجزئيين برمجة تمت : ادناه المخططات

A- : المطور - العداد برمجة

ذاكرة ) من للعداد البتدائية القيم العداد( EEPROMتؤخذ سجلها قراءة بأخر محملة تكون التي

حالة وفي العداد من صادرة نبضة وجود حالة وتفحص المعدل العداد شاشة على عرضها ليتم

( في ويخزن واحد بمقدار العداد يزداد يستمر( EEPROMوجودها نبضة وجود عدم حالة في

خالل من المصادقة تكون وجودة حالة وفي العداد قارئ من طلب وجود فحص في البرنامج

الرمز ) يعتبر( PIN CODEتوافق فيزيائيا البلوتوث قطع ارتباط لعدم اصال طلب يكون ال وبخالفها ،

85

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

. عملية لتتم اجتيازه يجب خاص حماية نظام فهوه الثانية االمني الجدار اما االول االمني الجدار

( . رقم الشكل البيانات .9نقل المطور( العداد لبرمجة االنسيابي المخطط يبين

رقم ) .9الشكل المطور( العداد لبرمجة االنسيابي المخططB- : العدادات- قارئ برمجة

الخارجية ) الذاكرة بفحص البرنامج الحاليين( SD CARDيبدأ والتاريخ الوقت ويعرض والبلوتوث . لبدء ابدأ على اضغط رسالة القارئ يعرض خطأ وجود تفيد يعرضرسالة خطأ وجود حالة في

البحث.

86

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

يجب تبعا معها االرتباط ويبدأ المؤثر المدى ضمن الموجودة المطورة العدادات عن القارئ يبحث

من( PIN CODEتوحيد ) الثاني و االول البلوتوث بين االرتباط عملية لتتم البلوتوث اجهزه لجميع

تجمع وبعدها العشوائية االرتباطات لتجنب المرتبطة االجهزة من تحقق عملية هناك تكون ثم

الخارجية ) الذاكرة على جدول في تخزن و عملية( SD CARDالبيانات في ما خطأ وجود حالة في

الى وتشير االرتباط من الرغم على البيانات جمع فشل تبين مالحة تظهر لبيانات على الحصول

بياناته . لجمع الجهاز نفس على ثانيا المحاولة او قراءه بدون وتسجيله الجهاز اهمال اما حالتين

. الشكل وهكذا ثانيا للبحث اخرى منطقة الى التحول يكمن الممسوحة المنطقة من االنتهاء بعد

.10رقم ) العدادات( قارئ لبرمجة االنسيابي المخطط يبين

رقم ) .10الشكل العدادات( قارئ لبرمجة االنسيابي المخطط87

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

قارئ ودائرة المطور العداد دائرة بجزئيها المقترحة للمنظومة االلكترونية الدائرة تنفيذ تمرقم ) الشكل في مبين وكما الدقيق( 11العدادات المسيطر على المصممة البرامج تحميل وتم

. المنظومة وتشغيل اردينو

رقم ) .11الشكل المقترحة( للمنظومة المنفذة الدائرة A . المطور – العداد العداد- Bدائرة قارئ .دائرة

7: النتائج-

: يلي كما النتائج وكانت مستهلكين ثالثة تمثل مطورة عدادات لثالثة المنظومة اختبار تم

A – المطور العداد نتائج

) مبين ) كما التقليدي العداد القديم للعداد مطابقة النتائج وظهرت للنظام المطور العداد تجربة تمرقم ) الجدول منزل( 1في استهالك تحاكي مختلفة ولفترات مختلفة احمال استخدمت حيث. واحد بطور مجهز

رقم ) الجدول .1الهظ الرقمي( الميكانيكي بالعداد مقارنة المطور العداد قراءة

العداد ت قراءةKWhالكهروميكانيكي

العداد قراءةKWhالمطور

150.050. 000255.455.400360.260.200470.070.000575.075.000680.680.6007100.0100.000

88

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

8110.6110.6009120.0120.00010125.2125.200

B - العداد نتائج قارئ

منازل وأرقام مختلفة قراءات على ضبطت وقد معدلة عدادات لثالث العداد قارئ تجربة تم( رقم الجدول في كما النتائج وكانت ايضا البيانات( 2مختلفة عرض تم انه الى باإلضافة ،

المقياس لقارئ الكريستال شاشة على المتحصلة

رقم ) للمستهلكين( 2الجدول منازل لثالث عدادات ثالثة قراءة .

ت المنزل رقم KWhالقراءة 1 000111222111 686872 000111222222 159713 000111222333 94765

في كما ايضا الوقت ويعرض والبلوتوث الذاكرة بطاقة ووجود عمل فحص على النظام يعمل

رقم ) (.12الشكل

SD card check ok

BT check ok ...

press start Button ..

2015/1/31 23:39

رقم ) .12الشكل العداد( لقارئ البدء شاشة

عبارة ) بظهور البحث يبدأ ابدأ مفتاح على الضغط الجوار( Auto scanعند في االجهزة ليكشف

رقم ) شكل يجده جهاز لكل للبلوتوث التسلسلي الرقم .(13فيظهر

BTM1 = 2014,8,144481

BTM2=2014,10,160196

BTM3=2014,10,160223

89

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

رقم ) .13الشكل المتاحة( االتصال عرضجهات

مبين كما شاشة على لفترة ويعرضها العداد بيانات على ليحصل الثاني تلو واحد بها االتصال ويبدأ

رقم ) الشكل ثالثة( 14في وبسرعة ذاتيا تتم العملية هذه كل الرئيسي الجدول في ويدونها

رقم ) جدول البحث نتائج اظهرت كما الدقيقة في .3عدادات ملف( شكل على

000111222111,68687

000111222333,94765

000111222222,15971

رقم ) العداد( 14الشكل قراءة مع المنزل عرضرقم

رقم ) العدادات( 3جدول قارئ نتائج

90

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

8: االستنتاجات-

النظام مع مقارنتا جدا مرتفع العدادات قراءة زمن معدل ان يظهر المقترحة المنظومة في

كلفة ذات المنظومة ان الى اضافة دقيقة من بأقل عدادات ثالثة قراءة الممكن من حيث القديم

. تعمل والبلوتوث اردوينو الدقيق المسيطر واضافة القديم العداد تطوير على العتمادها منخفضة

اليدوي البيانات ادخال واختصار العداد لقراءة البشرية االخطاء على التغلب على المنظومة

. يمكن المفيدة ادواتها استخدام يسهل المختلفة البيانات قواعد برامج مع النهائي الملف وتوافق

حيث الحديثة االتصاالت وسائل مثل المتطورة التحتية البنى الى تفتقر بلدان في المنظومة بناء

ومن السلكية، او سلكية هاتفية شبكات او انترنيت شبكة الى تحتاج ال المقترحة المنظومة ان

. المقترح للنظام ومطور مساند الشبكات تلك تكون ان الممكن

المصادر

]1[ Tanmoy M., and Partha S. “A Novel three phase Energy Meter Model with Wireless data

reading and online billing solution” . IEEE , Symposium on computers &Informatics,

2011.

]2[ P. Sachin, A. D. Bhoi," Portable Measurement System Powered by Android",

International journal of software & hardware research in engineering, Vol. 2, Issue 11,

November 2014.

]3[ B. Koay ، S. Cheah, and Y. Chong” Design and Implementation of Bluetooth Energy

Meter”, Information, Communications and Signal Processing, 2003 and Fourth Pacific

Rim Conference on Multimedia. Proceedings of the 2003 Joint Conference of the Fourth

International Conference on, Vol.3, pp. 147, December 2003.

91

2015(.. كانون االول 4(.. العدد )10مجلة جامعة ذي قار العلمية... مجلد )

]4[ P.R Aswathy, C.Shanthi," An Automated Energy Metering System -Home Based

Approach", International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and

Instrumentation Engineering, Vol. 3, Issue 3, March 2014.

]5[ R. Shahrara “Design and Implementation of a Microcontroller Based Wireless Energy

Meter”, Master thesis, Eastern Mediterranean University, January 2011

]6[ Prashanth B.U.V," Design and Implementation of Wireless Energy Meter System for

Monitoring the Single Phase Supply", International Journal of Computer

Applications,Vol.41 ,Issue 2 ,march 2012.

]7[ Vinu V Das," Wireless Communication System for Energy Meter Reading",

International Conference on Advances in Recent Technologies in Communication and

Computing,2009.

]8[ M. Chahare, P.T.Karule," Wireless Electric Meter Reading Based On Zigbee

Technology" ,ITSI Transactions on Electrical and Electronics Engineering )ITSI-TEEE(,

Vol. 1, Issue 6, 2013.

]9[ Michael McRoberts “Beginning Arduino”, this book is available at www.apress.com,

2010.

]10[http://arduino.cc/en/Guide/Introduction.

]11[Datasheet of HC-05 Bluetooth module, iteadstudio.com.

92