Moduli IoT Power: Shtimi i një funksioni të matjes së fuqisë IoT në Kontrolluesin tim të Ngarkesës Diellore: 19 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Përshëndetje të gjithëve, shpresoj që të gjithë të jeni të shkëlqyeshëm! Në këtë udhëzues do t'ju tregoj se si kam bërë një modul të matjes së fuqisë IoT që llogarit sasinë e energjisë së gjeneruar nga panelet e mia diellore, që po përdoret nga kontrolluesi im i ngarkimit diellor për të ngarkuar paketën time të baterisë me acid plumbi. Ky modul kalon midis paneleve diellore dhe kontrolluesit të ngarkimit dhe ju jep të gjitha detajet e nevojshme të parametrave në telefonin tuaj nëpërmjet internetit. Për platformën IoT kam përdorur Blynk, i cili është shumë i lehtë për t’u përdorur dhe mund të personalizohet lehtësisht sipas projektit tuaj. Kufizimi i kontrolluesit ekzistues të ngarkimit ishte se ai më dha vetëm tensionin e ngarkimit dhe për këtë arsye sasia e energjisë nuk mund të përcaktohej. Në këtë projekt kam shtuar funksionet e matjes së tensionit dhe rrymës në modulin e fuqisë i cili mund të përdoret për të llogaritur fuqinë (në vat) dhe kështu energjinë totale të korrur. Ky modul energjie mund të përdoret lehtësisht në aplikacione të tjera të matjes së fuqisë DC. Kjo do të jetë një udhëzim mjaft i gjatë, kështu që le të fillojmë!

Furnizimet

1. Arduino Pro Mini / Nano ose ekuivalent
2. Moduli i konvertuesit LM2596 buck
3. Rregullatori i tensionit 7805
4. AMS1117 rregullator 3.3V
5. ESP8266-01 Moduli WiFi
6. Ekran OLED
7. LM358 dyfishtë OP-Amp
8. Rezistenca 100K, 10K, 2.2k dhe 1K (1/4 vat)
9. Kondensatorët e diskut prej qeramike 0.1uF
10. Kondensator elektrolitik 22uF
11. Terminalet e vidhave
12. Rrip mashkull dhe femër berg
13. Çelësi ON-OFF
14. Pllakë perfe ose veroboard
15. Pajisjet e saldimit

Hapi 1: Mbledhja e të gjitha pjesëve dhe Përfundimi i Paraqitjes

Pasi të kemi mbledhur të gjithë përbërësit e nevojshëm, është e rëndësishme që të vendosim me kujdes paraqitjen e tabelës sonë dhe vendosjen e përbërësve të ndryshëm në mënyrë që instalimet elektrike të bëhen të thjeshta dhe të gjithë përbërësit të vendosen pranë njëri -tjetrit. Për bashkëngjitjen e Arduino -s, konvertuesit, modulit WiFi dhe Oled Display unë do të përdor tituj femra në vend që të bashkoj direkt modulet, në këtë mënyrë unë mund të përdor komponentët për ndoshta ndonjë projekt tjetër, por ju mund t'i lidhni direkt modulet nëse planifikoni për ta bërë atë të përhershëm.

Hapi 2: Shtimi i Terminaleve të Vidhave

Para së gjithash ne lidhim terminalet e vidave që do të përdoren për të lidhur panelet diellore si hyrje dhe kontrolluesin e ngarkimit si dalje në modulin e energjisë. Terminalet me vida sigurojnë një mënyrë të thjeshtë për të lidhur ose hequr pajisjet kur është e nevojshme.

Hapi 3: Shtimi i Rrjetit të Ndarjes së Tensionit të Rezistencës

Për të ndjerë tensionin e hyrjes, përdoret një rrjet ndarës i tensionit. Për aplikimin tim, unë kam bërë një rrjet rezistence duke përdorur rezistencë 10K dhe 1K dhe po mat rënien e tensionit në rezistencën 1K që do të jepet si hyrje në mikrokontrolluesin Arduino. Për më tepër, kam shtuar një kondensator 0.1uF përgjatë rezistencës 1K për të zbutur çdo luhatje të papritur të tensionit.

Hapi 4: Shtimi i rezistencës së shuntit për ndjeshmërinë aktuale

Rezistenca shunt është një rezistencë me vlerë shumë të vogël (zakonisht në rendin e miliOhms) në seri me ngarkesën e cila krijon një rënie shumë të vogël të tensionit që mund të amplifikohet duke përdorur një Amplifikator Operacional dhe dalja pastaj mund t'i jepet arduino për matje. Për matjen e rrymës, unë jam duke përdorur rezistencën e shuntit (e cila ka një vlerë prej rreth 10 miliohms. Unë e kam bërë këtë duke përdorur një tel çeliku dhe duke e përkulur atë për të bërë një lloj modeli spirale) në anën e ulët të qarkut, dmth., midis ngarkesës dhe tokës. Në këtë mënyrë rënia e vogël e tensionit mund të matet drejtpërdrejt në lidhje me tokën.

Hapi 5: Shtimi i Qarkut të Përforcuesit OpAmp

Përforcuesi operacional i përdorur këtu është LM358 i cili është një çip i dyfishtë Op-Amp. Ne do të përdorim vetëm një Op-Amp si një përforcues jo përmbysës. Fitimi i amplifikatorit jo përmbysës mund të vendoset duke përdorur rrjetet e rezistencës R1 dhe R2 siç tregohet në imazh. Për aplikimin tim kam zgjedhur R1 si 100K dhe R2 si 2.2K që më jep një fitim të përafërt prej 46. Rezistori dhe OpAmp nuk janë perfektë kështu që duhet të bëhen disa rregullime në programin arduino për të marrë lexime të mira (ne do të diskutojmë që në hapat e mëvonshëm).

Unë gjithashtu kam bërë një projekt se si të bëj një wattmeter për arduino këtu kam diskutuar më shumë koncepte në detaje. Mund ta kontrolloni projektin këtu:

Hapi 6: Furnizimi me energji elektrike

Për të furnizuar me energji modulin Arduino, OpAmp, OLED dhe WiFi, unë jam duke përdorur një modul konvertuesi LM2596 buck për të ulur tensionin e hyrjes në rreth 7 volt. Pastaj duke përdorur një rregullator të tensionit 7805 unë po konvertoj 7 volt në 5 volt për Arduino dhe OLED dhe duke përdorur një rregullator AMS1117, duke gjeneruar 3.3V të nevojshme për Modulin WiFi. Pse kaq shumë për furnizimin me energji që ju kërkoni? Arsyeja është që ju nuk mund të lidhni direkt panelin diellor me një rregullator 5 volt dhe të prisni që të punoni me efikasitet (pasi është një rregullator linear). Gjithashtu tensioni nominal i një paneli diellor është rreth 18-20 volt, i cili mund të jetë shumë i lartë për rregullatorin linear dhe mund të skuqet elektronika juaj në një gjendje të keqe! Pra, është më mirë të kesh një konvertues efektiv të monedhës në vend

Hapi 7: Rregullimi i Konvertuesit dhe Rregullatorit të Buck

Së pari, unë shënova pozicionet ku do të përshtateshin kunjat e konvertuesit. Pastaj bashkova titujt femra në ato pika dhe titujt meshkuj në konvertuesin (në mënyrë që të mund ta heq lehtësisht modulin, nëse është e nevojshme). rregullatori 5V shkon pak më poshtë modulit të konvertuesit buck dhe është i lidhur me daljen e konvertuesit për të dhënë një 5V të qetë për bordin e kontrollit.

Hapi 8: Shtimi i një ndërprerës

Unë kam shtuar një ndërprerës në mes të konvertuesit buck dhe hyrjeve të panelit diellor, në rast se dua të aktivizoj ose çaktivizoj modulin e energjisë. Nëse është e fikur, fuqia do t'i dorëzohet ngarkesës (kontrolluesi i ngarkimit në rastin tim), vetëm funksionet e matjes dhe IoT nuk do të funksionojnë. Imazhi i mësipërm tregon gjithashtu procesin e bashkimit deri më tani.

Hapi 9: Shtimi i titujve për Arduino dhe rregullimi i rregullatorit 3.3v

Tani i kam prerë titujt femra në përputhje me madhësinë e Arduino pro mini dhe i kam bashkuar. Unë bashkova rregullatorin AMS1117 drejtpërdrejt midis Vcc dhe Gnd të furnizimit me energji Arduino (Arduino merr 5V nga rregullatori 7805 i cili nga ana tjetër furnizon AMS1117 për 3.3v të nevojshëm nga moduli WiFi). Unë i kam vendosur në mënyrë strategjike përbërësit në mënyrë të tillë që më është dashur të përdor tela minimalë dhe pjesët mund të lidhen përmes gjurmëve të saldimit.

Hapi 10: Shtimi i Titujve për Modulin WiFi

I bashkova titujt e femrave për modulin WiFi pikërisht aty ku do të përshtatet Arduino pro mini.

Hapi 11: Shtimi i Komponentëve për Modulin WiFi

Moduli ESP8266 funksionon në 3.3 volt dhe jo 5 volt (duke aplikuar 5 volt kam vërejtur se moduli nxehet shumë, shumë nxehtë dhe ka shumë të ngjarë të dëmtohet nëse përdoret për një kohë të gjatë). Moduli Arduino dhe WiFi komunikojnë përmes komunikimit serik i cili përdor kunjat Tx dhe Rx të modulit. Ne mund të konfigurojmë çdo 2 kunja dixhitale të arduino për të vepruar si kunja serike duke përdorur bibliotekën serike të softuerit të arduino IDE. Kunja Rx e modulit shkon në Tx të Arduino dhe anasjelltas. Kunja Rx e ESP funksionon në logjikën 3.3V kështu që ne përdorim një rrjet ndarës të tensionit prej 2.2K dhe 1K për të ulur nivelin logjik 5V të Arduino në afërsisht 3.6V (e cila është akoma e pranueshme). Ne mund ta lidhim drejtpërdrejt Tx të ESP me Rx të arduino pasi arduino është e pajtueshme me 3.3v.

Hapi 12: Shtimi i ekranit OLED

Për të lidhur ekranin OLED na duhen 4 lidhje, dy për furnizimin me energji dhe 2 për protokollin e komunikimit he I2C me Arduino që është kunjat A4 dhe A5 të Arduino. Unë do të përdor një tel të vogël kërcyes së bashku me kokën mashkullore për të lidhur kunjat I2C dhe për të lidhur drejtpërdrejt lidhjet e energjisë

Hapi 13: Shikoni Përfundimtar Bordin Modular

Pasi përfundoi përfundimisht i gjithë procesi i bashkimit, kështu duket bordi! Po, më duhej të përdorja disa tela në fund, por isha goxha i kënaqur me rezultatin. Pjesa interesante është se bordi është plotësisht modular dhe të gjithë përbërësit kryesorë mund të hiqen ose zëvendësohen lehtësisht nëse është e nevojshme.

Hapi 14: Vendosja e të gjitha së bashku

Kështu duket moduli i plotë kur gjithçka është në vend!

Le të kalojmë në pjesën e softuerit tani…

Hapi 15: Programimi duke përdorur Bordin FTDI

Për programimin e këtij moduli do të përdor bordin e shpërthimit FTDI i cili është ideal për të programuar Arduino Pro Mini. Hartimi i kunjave të tij është përafruar në mënyrë perfekte kështu që nuk do të keni nevojë të përdorni dhe kërcyesit apo më shumë.

Hapi 16: Diagrami Skematik

Ky është diagrami i plotë i qarkut të modulit të njehsorit të energjisë IoT. Unë e kam hartuar këtë skemë në Eagle CAD. Mos ngurroni të shkarkoni dhe modifikoni skedarët skematikë sipas ideve tuaja:)

Hapi 17: Rezultatet

Unë kam përfunduar konfigurimin duke lidhur modulin e energjisë midis panelit diellor dhe kontrolluesit të ngarkimit dhe sapo ta fuqizojmë lidhet me ruterin tim WiFi dhe të dhënat po publikohen vazhdimisht në aplikacionin Blynk në telefonin tim inteligjent. Kjo jep të dhëna në kohë reale të parametrave të karikimit pavarësisht se ku jam, për sa kam lidhje në internet! Ndihem mirë kur e shihni projektin duke punuar mirë:)

Për qëllime eksperimentale, unë testova konfigurimin duke përdorur panelin tim diellor 50 Watt dhe një bateri acidi plumbi 12V 18AH.

Hapi 18: Kodi Arduino

Këtu është kodi i plotë Arduino që kam përdorur për projektin tim.

Ka disa biblioteka që do t'ju nevojiten në mënyrë që ky projekt të funksionojë siç duhet janë:

Biblioteka kryesore e Blynk

Biblioteka Adafruit_GFX

Biblioteka Adafruit_SSD1306

Shpresoj se ky projekt ishte i dobishëm. Merrni parasysh mbështetjen e projekteve të mia duke e ndarë atë me komunitetin tuaj:)

Mos ngurroni të komentoni çdo reagim ose pyetje që keni në lidhje me këtë projekt. Kalofsh nje dite te mire !

Ky projekt më ndihmon të monitoroj sasinë e energjisë që marr nga panelet e mia. Le të bëjmë një hap përpara për t'u kthyer më shumë drejt burimeve të rinovueshme të energjisë për të zvogëluar gjurmët e karbonit dhe për të krijuar një mjedis të qëndrueshëm:)