مقياس الطاقة (الجزء الثالث)

الخطوة ١: صنّع

ما هو؟

المشروع الثالث من بين ثلاثة مشاريع تهدف إلى مساعدتك على جمع البيانات حول استهلاكك للطاقة. تعلّم كيفية حساب التكاليف، وإنشاء مؤقّت يقيس تكلفة تشغيل المصابيح الكهربائية.

يُعد هذا المشروع جزءًا من سلسلة أُنشئت لتقديم أنشطة لحل المشاكل تهدف إلى إستخدام التقانة كأحد الحلول للتحديات التي تواجه الأهداف العالمية للتنمية المستدامة.

ماذا ستتعلم؟

• كيفية استخدام العمليات الحسابية لتحويل وحدات القياس من الواط (W) إلى الكيلو - واط (kW). و من الدقائق إلى الساعات.
• كيفية حساب الطاقة المستخدمة بالكيلوواط ساعة (kWh) من الطاقة المقاسة بالواط (W) والوقت.
• كيفية استخدام المتغيّرات لتخزين القيم، بحيث يتمكّن المستخدم من ضبط إعدادات النظام وتهيئته قبل بدء استخدامه.

كيفية الاستخدام

قام المشروع السابق، «مؤقّت الطاقة الضوئية (Energy Light Timer)» ، بقياس المدة التي يظل فيها المصباح مضاءً. أما هذه النسخة من المشروع، فيعمل بطريقة مشابهة، لكنه يحسب ويعرض تكلفة الطاقة الكهربائية التي يستهلكها المصباح بدلًا من عرض مدة تشغيله
لاستخدام هذا المشروع، تحتاج إلى معرفة ثلاثة أرقام:

• قراءة الإضاءة عند تشغيل المصباح: وهي القيمة التي حصلت عليها باستخدام المشروع الأول، «مقياس الطاقة (الجزء الأول)» ، واستخدمتها في مشروع «مقياس الطاقة (الجزء الثاني)»
• قدرة المصباح الكهربائي (Wattage): وهي القدرة الكهربائية للمصباح، وتُقاس بالواط (W)، وعادةً ما تكون مكتوبة على المصباح نفسه. هذا موجود عادة على المصباح.
• سعر الكهرباء: وهو المبلغ الذي تدفعه مقابل كل كيلوواط ساعة (kWh) من الكهرباء المستهلكة.

يخزّن البرنامج هذه الأرقام الثلاثة في متغيّرات، ويجب عليك تعديل قيمها قبل استخدام هذا المشروع.

إستخدم مشروع «مقياس الطاقة (الجزء الأول)» كما فعلت سابقًا للحصول على قيمة تضعها في المتغيّر «الضوء (Light)»

انظر إلى المصباح الكهربائي لمعرفة قدرته بالواط (W). تذكّر أن المصابيح قد تصبح شديدة السخونة، وأنها عادةً ما تكون متصلة بالتيار الكهربائي الرئيسي؛ لذلك اطلب من شخص بالغ القيام بهذه المهمة نيابةً عنك.

أخيرًا، أدخل تكلفة الكيلوواط في المتغيّر «تكلفة الكيلوواط ساعة (COSTPERKWH)». قد تحتاج إلى طلب المساعدة من شخص بالغ لمعرفة هذه القيمة، أو معرفة اسم شركة تزويد الكهرباء الخاصة بك والبحث عبر الشبكة عن سعر وحدة الكهرباء التي تستهلكها.

حمّل هذا البرنامج على جهاز مايكروبت، ثم وصّل به حزمة البطاريات. ضع المؤقّت بالقرب من مصدر الضوء. سيستخدم جهاز مايكروبت المعلومات التي أدخلتها مسبقًا حول: شدة الإضاءة، قدرة المصباح الكهربائي بالواط (W)، تكلفة الكهرباء لكل كيلوواط ساعة (kWh). وسيجمع هذه المعلومات مع القراءات التي يحصل عليها من مستشعر الضوء المدمج والمؤقّت الموجود في المعالج، وذلك لمراقبة تكلفة الكهرباء التي يستهلكها المصباح خلال فترة زمنية محددة.

يمكنك أخذ قراءات التكلفة في الوقت نفسه يوميًا أو أسبوعيًا، وذلك بالضغط على الزر «B». لإعادة ضبط المؤقّت. اضغط على زر إعادة الضبط الموجود في الجزء الخلفي من الجهاز و اضغط على الزر «B» مرة أخرى.

تذكّر أن هذه القراءة تخص مصباحًا كهربائيًا واحدًا فقط؛ لذا فكّر في التكلفة الإجمالية لتشغيل جميع المصابيح في مبنى كامل على مدار سنة.
والآن، بعد أن أصبحت لديك بيانات عن استهلاك الطاقة، كيف يمكنك تشجيع الناس على تغيير سلوكهم لتوفير الطاقة والمال، وربما المساهمة في مكافحة التغيّر المناخي؟

كيف يعمل ؟

• يقيس البرنامج المدة التي يظل فيها المصباح مضاءً باستخدام مستشعر الضوء الموجود في جهاز مايكروبت.
• يتم حساب كمية الطاقة المستهلكة عن طريق ضرب قدرة المصباح الكهربائي في مدة تشغيله. وتُقاس الطاقة بوحدة الكيلوواط ساعة (kWh). نظرًا لأن قدرة المصباح الكهربائي تُقاس عادةً بالواط (W) وليس بالكيلوواط (kW)، يقوم البرنامج بتحويل الواط إلى كيلوواط عن طريق القسمة على 1000:
  
  الواط ÷ 1000 = الكيلوواط
  
  مثال: مصباح قدرته ٦٠ واط يستهلك قدرة مقدارها (٠.٠٦) كيلوواط:
  
  ٦٠ واط ÷ ١٠٠٠ = ٠.٠٦ ك.ط
• يقوم البرنامج أيضًا بتحويل وحدات الزمن. لتحويل الوقت من الدقائق إلى الساعات، نقسم عدد الدقائق على ٦٠. إذن:
  ٦٠٠ دقيقة / ٦٠ = ١٠ ساعات
• لحساب تكلفة الطاقة المستهلكة خلال فترة زمنية محددة، يضرب البرنامج كمية الطاقة المستهلكة بالكيلوواط ساعة (kWh) في سعر وحدة الكهرباء لكل كيلوواط ساعة.
• إذا كانت تكلفة الكهرباء 16 بنسًا لكل كيلوواط ساعة (kWh)، فإن ترك مصباح كهربائي قدرته 60 واط مضاءً لمدة 10 ساعات سيكلف حوالي 10 بنسات:
  
  0.6 kWh × 16p = 9.6p
  
  أي ما يعادل 9.6 بنسات (حوالي 10 بنسات).

المطلوب

• مايكروبت
• محرر «بايثون» أو «ميك كود»
• حزمة البطارية (موصى به)

الخطوة ٢: بَرمج

1from microbit import *
2display.show('L')
3
4LIGHT = 114  # <<< Enter your 'measured' reading here
5WATTS = 1000  # <<< Enter your bulb wattage here
6COSTPERKWH = 0.18  # <<< Enter unit electricity cost here
7
8HYSTERESIS = 8
9LIGHT -= (HYSTERESIS/2)
10DARK = LIGHT - HYSTERESIS
11ON_IMAGE = Image('99999:99999:99999:99999:99999')
12OFF_IMAGE = Image('00000:00000:00900:00000:00000')
13timing = False
14start_time = 0
15total_time = 0
16reading = display.read_light_level()
17sleep(1000)
18
19def calc_cost(m):
20    # Calculate cost of electricity for this number of mins
21    kw = WATTS / 1000.0  # answer as a decimal
22    hours = m / 60.0  # answer as a decimal
23    kwh = kw * hours
24    cost = kwh * COSTPERKWH
25    return cost  # as pounds and pence
26    
27def show_number(n):
28    # Scroll number as 3 decimal places
29    display.scroll("%.3f" % n)
30
31while True:
32    reading = display.read_light_level()
33    if reading < DARK:
34        if timing:
35            # it has just gone dark, update timer for 'on' time
36            end_time = running_time()
37            total_time += (end_time - start_time)
38            timing = False
39        
40    elif reading >= LIGHT:
41        if not timing:
42            # it has just gone light, start the timer
43            start_time = running_time()
44            timing = True
45        
46    if button_b.was_pressed():
47        # calculate and display cumulative cost in pounds and pence
48        minutes = total_time / 60000
49        if timing:
50            # adjust live for current ON time
51            minutes += (running_time() - start_time) / 60000
52        display.clear()
53        show_number(calc_cost(minutes))
54        sleep(500)
55
56    # update the display with the ON/OFF state
57    if timing:
58        display.show(ON_IMAGE)
59    else:
60        display.show(OFF_IMAGE)
61    sleep(1000)
62
63        

الخطوة ٣: حسّن

• استخدم عدة أجهزة مايكروبت لقياس تكلفة الإضاءة في أماكن مختلفة.
• استخدم الاتصال اللاسلكي لإرسال بيانات التكلفة إلى الجهاز الآخر، ثم أعد ضبط المؤقّت عن بُعد.