Smart Metering

Smart-Metering

Analisador trifásico de energia e qualidade de energia com interface gráfica touchscreen.

Objetivo

Desenvolver um instrumento completo para medição, visualização e registro de grandezas elétricas em sistemas monofásicos e trifásicos, incluindo:

• tensões e correntes RMS por fase;
• potência ativa, reativa e aparente;
• fator de potência;
• frequência;
• energia importada e exportada;
• demanda;
• diagrama fasorial;
• sequência de fases;
• desequilíbrio de tensão e corrente;
• formas de onda;
• THD;
• espectro harmônico;
• registro de afundamentos, elevações, interrupções e outros eventos de qualidade de energia;
• armazenamento histórico;
• comunicação Ethernet, Wi-Fi e RS-485/Modbus;
• interface local em touchscreen de 7".

Arquitetura inicial

Rede elétrica
   |
   +--> Proteção e condicionamento de tensão ----+
   |                                             |
   +--> TCs / condicionamento de corrente -------+--> ADE9430
                                                        |
                                                        | SPI
                                                        v
                                              MCU de metrologia
                                                        |
                                              Interface isolada
                                                        |
                                                        v
                                                   ESP32-P4
                                                        |
                                            Touchscreen 7" + LVGL

                     +--> microSD
                     +--> RTC
                     +--> Ethernet
                     +--> RS-485 / Modbus
                     +--> Wi-Fi / Bluetooth via coprocessador

Componentes centrais

• ADE9430 — front-end de medição polifásica e qualidade de energia.
• MCU ARM — aquisição do ADE9430, cálculo complementar, gerenciamento metrológico, calibração e eventos.
• ESP32-P4 — interface gráfica, touchscreen e serviços de alto nível.
• ESP32-C6 — opção para Wi-Fi/Bluetooth quando necessário.
• Touchscreen 7" — alvo inicial: 1024 × 600, interface capacitiva.

A seleção final do MCU ARM, TCs, display, isoladores, fontes e conectores será feita antes do fechamento do esquemático.

Estrutura do repositório

Smart-Metering/
├── hardware/
│   ├── README.md
│   └── Smart-Metering/
│       ├── Smart-Metering.kicad_pro
│       ├── Smart-Metering.kicad_sch      # folha raiz hierárquica
│       ├── 01_Power_Input.kicad_sch … 09_Power_Supplies.kicad_sch
│       ├── Smart-Metering.kicad_pcb      # layout roteado (todas as ligações feitas; DRC do KiCad pendente)
│       ├── Smart-Metering.kicad_dru      # regras de isolação (clearance/creepage)
│       ├── SmartMetering.kicad_sym       # símbolos próprios
│       ├── sym-lib-table
│       └── 3d/                           # modelos 3D simplificados do projeto (gen3d.py)
├── modelo 3D/                            # gabinete: Onshape (FeatureScripts) e Fusion (montagem, STEP)
├── docs/                                 # arquitetura, requisitos, decisões, layout, revisões
├── AGENTS.md                             # papéis e regras de trabalho dos agentes
└── README.md

Estado

Fase 2 — esquemático completo da placa de metrologia (rev. 0.1, a revisar no KiCad).

Todas as 9 folhas estão desenhadas e os sinais entre folhas foram conferidos (223 componentes):

A HMI (ESP32-P4 + ESP32-C6, display 7", Ethernet, Wi-Fi/BT, microSD) fica em placa separada (REQ-010). No protótipo: Espressif ESP32-P4-Function-EV-Board.

Componentes de terceiros usam os símbolos oficiais da biblioteca KiCad 10; a biblioteca SmartMetering guarda só os símbolos próprios. Referências numeradas por folha (1xx na folha 01, 2xx na 02, …).

Próximos passos

Revisão completa em docs/REVISAO_ESQUEMATICO.md; as pendências P1–P9 estão resolvidas.

• Rodar o ERC no KiCad e revisar.
• Confirmações de compra: variante CP-40 do ADE9430, certificação reforçada do ADuM6000, encapsulamento do RAC20-05SK/277.
• Firmware: configurar o BQ25895 por I2C (ICHG, VREG, VINDPM) e desabilitar o VBUS sensing do OTG no STM32.
• Layout da PCB (ver docs/LAYOUT.md): placa roteada (domínio quente, lado seguro e ilha RS-485) com creepage de 8 mm na barreira; todas as ligações feitas (rev. 0.6); falta preencher as zonas e rodar o DRC do KiCad (inclui creepage); os avisos de largura esperados estão listados no LAYOUT. Todos os componentes têm modelo 3D.

Bateria interna

Bateria Li-Po plana 1S recarregável, com NTC, carregada pelo BQ25895 com o medidor ligado à rede (folha 09, J901). Autonomia a definir; a meta anterior de 13 horas foi retirada. Ver bateria e alimentação.

Método de trabalho

Papéis dos agentes e regras de colaboração: AGENTS.md. Etapas, revisão e rastreabilidade: docs/WORKFLOW.md. Decisões de projeto: docs/DECISIONS.md. Dimensionamentos: entradas de tensão, fonte metrológica e clock.

Referências principais

• Analog Devices ADE9430: https://www.analog.com/en/products/ade9430.html
• Espressif ESP32-P4: https://documentation.espressif.com/esp32-p4_datasheet_en.html