IoT Power Module: IoT Power Measurement funkció hozzáadása a Solar Charge Controller -hez: 19 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Üdv mindenkinek, remélem mindannyian szuperek vagytok! Ebben az utasításban megmutatom, hogyan készítettem egy IoT teljesítménymérő modult, amely kiszámítja a napelemek által termelt energiát, amelyet a napelemes töltésvezérlőm használ fel az ólom -sav akkumulátor feltöltéséhez. Ez a modul belép a napelemek és a töltésvezérlő közé, és megadja az összes szükséges paramétert a telefonon az interneten keresztül. Az IoT platformhoz a Blynk -t használtam, amely nagyon könnyen használható, és könnyen testreszabható a projekt szerint. A meglévő töltésszabályozó korlátja az volt, hogy csak a töltési feszültséget adta meg nekem, ezért a teljesítmény mennyiségét nem lehetett meghatározni. Ebben a projektben hozzáadtam a feszültség- és árammérő funkciókat a teljesítménymodulhoz, amellyel kiszámítható a teljesítmény (wattban), és így a teljes betakarított energia. Ezt a tápegységet könnyen lehet használni más egyenáramú teljesítménymérési alkalmazásokban. Ez elég hosszú tanulságos lesz, így kezdjük el!

Kellékek

1. Arduino Pro Mini / Nano vagy ezzel egyenértékű
2. LM2596 bak konverter modul
3. 7805 feszültségszabályozó
4. AMS1117 3.3V szabályozó
5. ESP8266-01 WiFi modul
6. OLED kijelző
7. LM358 kettős OP-erősítő
8. 100K, 10K, 2,2k és 1K ellenállások (1/4 watt)
9. 0,1uF kerámia tárcsás kondenzátorok
10. 22uF elektrolit kondenzátor
11. Csavaros csatlakozók
12. Férfi és nőstény berg csík
13. BE-KI kapcsoló
14. Perf tábla vagy veroboard
15. Forrasztóberendezések

1. lépés: Az összes alkatrész összegyűjtése és az elrendezés véglegesítése

Miután összegyűjtöttük az összes szükséges alkatrészt, fontos, hogy alaposan döntsük el a tábla elrendezését és a különböző alkatrészek elhelyezését, hogy a kábelezés egyszerű legyen, és az összes alkatrész közel legyen egymáshoz. Az Arduino, a Buck Converter, a WiFi modul és az Oled Display csatlakoztatásához női fejléceket fogok használni a modulok közvetlen forrasztása helyett, így használhatom az alkatrészeket esetleg más projekthez, de közvetlenül forraszthatod a modulokat, ha úgy tervezed hogy állandó legyen.

2. lépés: A csavaros csatlakozók hozzáadása

Először is forrasztjuk azokat a csavarkapcsokat, amelyeket a napelemek bemenetére, a töltésszabályozót pedig kimenetként csatlakoztatunk a tápegység modulhoz. A csavaros csatlakozók egyszerű módot kínálnak az eszközök csatlakoztatására vagy eltávolítására, ha szükséges.

3. lépés: Az ellenállás feszültségosztó hálózatának hozzáadása

A bemeneti feszültség érzékeléséhez feszültségosztó hálózatot használnak. Alkalmazásomhoz készítettem egy ellenálláshálózatot 10K és 1K ellenállás felhasználásával, és megmérem az 1K ellenállás feszültségcsökkenését, amelyet bemenetként adnak az Arduino mikrokontrollernek. Ezenkívül hozzáadtam egy 0,1uF kondenzátort az 1K ellenálláshoz, hogy kiegyenlítse a hirtelen feszültségingadozásokat.

4. lépés: A söntellenállás hozzáadása az áramérzékeléshez

A shunt ellenállás nagyon kicsi (általában milliOhm nagyságrendű) ellenállás sorban a terheléssel, ami nagyon kicsi feszültségcsökkenést hoz létre, amelyet műveleti erősítővel lehet erősíteni, majd a kimenetet az arduino -nak kell adni mérésre. Az áram mérésére a sönt ellenállást használom (amelynek értéke körülbelül 10 milliohms. Ezt acélhuzal segítségével készítettem és hajlítva, hogy egyfajta tekercsmintát kapjak) az áramkör alsó oldalán, azaz, a teher és a talaj között. Így a kis feszültségcsökkenés közvetlenül mérhető a talajhoz viszonyítva.

5. lépés: Az OpAmp erősítő áramkörének hozzáadása

Az itt használt operációs erősítő az LM358, amely kettős Op-Amp chip. Csak egy Op-Amp-et fogunk használni nem invertáló erősítőként. A nem invertáló erősítő erősítése az R1 és R2 ellenálláshálózatok használatával állítható be, amint az a képen látható. Alkalmazásomhoz az R1 -et 100K -nak, az R2 -t pedig 2,2K -nak választottam, ami hozzávetőlegesen 46 nyereséget eredményez. Az ellenállás és az OpAmp nem tökéletesek, ezért az arduino programban bizonyos beállításokat kell végrehajtani a jó leolvasás érdekében (megvitatjuk hogy a későbbi lépésekben).

Készítettem egy projektet is arról, hogyan lehet wattmérőt készíteni az arduino számára, itt részletesen megvitattam a további fogalmakat. A projektet itt ellenőrizheti:

6. lépés: A tápegység

Az Arduino, az OpAmp, az OLED és a WiFi modul áramellátásához LM2596 bak konverter modult használok, hogy a bemeneti feszültséget lecsökkentsem körülbelül 7 voltra. Ezután egy 7805 feszültségszabályozó segítségével átalakítom a 7 voltot 5 voltra az Arduino és az OLED számára, és egy AMS1117 szabályozót használva előállítom a WiFi modulhoz szükséges 3,3 V -ot. Miért kérdez ennyit a tápegységről? Ennek az az oka, hogy nem csatlakoztathatja közvetlenül a napelemet egy 5 voltos szabályozóhoz, és elvárhatja a hatékony működést (mivel ez egy lineáris szabályozó). A napelem névleges feszültsége is körülbelül 18-20 volt, ami túl magas lehet a lineáris szabályozóhoz, és pillanatok alatt megsütheti az elektronikát! Tehát jobb, ha van egy hatékony bak konverter

7. lépés: A Buck konverter és a szabályozó javítása

Először megjelöltem azokat a pozíciókat, ahol a bak konverter csapjai beilleszkednek. Ezután női fejléceket forrasztottam ezekre a pontokra, és férfi fejrészeket a buck konverterre (hogy szükség esetén könnyen eltávolíthassam a modult). az 5 V -os szabályozó közvetlenül a buck konverter modul alá kerül, és az átalakító kimenetéhez van csatlakoztatva, hogy sima 5 V -ot kapjon a vezérlőpanel számára.

8. lépés: Kapcsoló hozzáadása

Hozzáadtam egy kapcsolót a bak konverter és a napelem bemenetek között, ha be- vagy kikapcsolom a tápegységet. Kikapcsolás esetén az áramot továbbra is a terhelésre szállítják (esetemben a töltésszabályozó), csak a mérési és az IoT funkciók nem működnek. A fenti kép az eddigi forrasztási folyamatot is mutatja.

9. lépés: Az Arduino fejléceinek hozzáadása és a 3.3v -os szabályozó rögzítése

Most levágtam a női fejléceket az Arduino pro mini méretének megfelelően, és forrasztottam. Az AMS1117 szabályozót közvetlenül az Arduino tápegység Vcc és Gnd közé forrasztottam (az Arduino 5V -ot kap a 7805 -ös szabályozóból, amely viszont ellátja az AMS1117 -et a WiFi modulhoz szükséges 3,3 V -ért). Stratégiailag úgy helyeztem el az alkatrészeket, hogy minimális vezetékeket kellett használnom, és az alkatrészeket forrasztónyomokon keresztül lehet csatlakoztatni.

10. lépés: A fejlécek hozzáadása a WiFi modulhoz

Forrasztottam a női fejléceket a WiFi modulhoz, közvetlenül az Arduino pro mini helyére.

11. lépés: Az összetevők hozzáadása a WiFi modulhoz

Az ESP8266 modul 3,3 voltról és nem 5 voltról működik (5 volt alkalmazásával megfigyeltem, hogy a modul nagyon -nagyon felforrósodik, és valószínűleg túl hosszú ideig megsérül). Az Arduino és a WiFi modul soros kommunikáción keresztül kommunikál, amely a modul Tx és Rx csapjait használja. Az arduino IDE szoftver soros könyvtárát használva konfigurálhatjuk az arduino tetszőleges 2 digitális tűjét soros tűként. A modul Rx csapja az Arduino Tx -hez kerül, és fordítva. Az ESP Rx csapja 3,3 V -os logikán működik, így 2,2K és 1K feszültségosztó hálózatot használunk, hogy az Arduino 5V -os logikai szintjét körülbelül 3,6V -ra csökkentsük (ami még elfogadható). Az ESP Tx -jét közvetlenül csatlakoztathatjuk az arduino Rx -hez, mivel az arduino 3.3v kompatibilis.

12. lépés: Az OLED kijelző hozzáadása

Az OLED kijelző csatlakoztatásához 4 csatlakozóra van szükségünk, kettő a tápegységre és 2 az I2C kommunikációs protokollra az Arduino -val, amely az Arduino A4 és A5 érintkezője. Egy kis áthidaló vezetéket fogok használni az apa csatlakozóval az I2C csapok csatlakoztatásához és a forrasztócsatlakozások közvetlen forrasztásához

13. lépés: Utolsó pillantás a moduláris táblára

Miután végre befejezte az összes forrasztási folyamatot, így néz ki a tábla! Igen, néhány vezetéket kellett használnom a végén, de nagyon elégedett voltam az eredménnyel. Az érdekes rész az, hogy a tábla teljesen moduláris, és minden fontos alkatrész könnyen eltávolítható vagy cserélhető, ha szükséges.

14. lépés: Összerakás

Így néz ki a teljes modul, ha minden a helyén van!

Most térjünk át a szoftver részre…

15. lépés: Programozás az FTDI Board használatával

Ennek a modulnak a programozásához az FTDI megszakító kártyát fogom használni, amely ideális az Arduino Pro Mini programozásához. Tűleképezése tökéletesen illeszkedik, így nem kell használnia és áthidalókat.

16. lépés: Vázlatos diagram

Ez az IoT teljesítménymérő modul teljes kapcsolási rajza. Ezt a vázlatot az Eagle CAD -ben terveztem. Nyugodtan töltse le és módosítsa a vázlatos fájlokat elképzelései szerint:)

17. lépés: Eredmények

Befejeztem a beállítást úgy, hogy a tápegységet a napelem és a töltésvezérlő közé kötöttem, és amint bekapcsoljuk, csatlakozik a WiFi útválasztómhoz, és az adatokat folyamatosan közzéteszem okostelefonom Blynk alkalmazásban. Ez valós idejű adatokat szolgáltat a töltési paraméterekről, bárhol is vagyok, amennyiben van internetkapcsolatom! Nagyon jó látni, hogy a projekt jól működik:)

Kísérleti célból 50 Wattos napelememmel és 12V 18AH ólomakkumulátorommal teszteltem a beállítást.

18. lépés: Az Arduino -kód

Itt található a teljes Arduino kód, amelyet a projektemhez használtam.

A projekt megfelelő működéséhez néhány könyvtárra van szüksége:

A Blynk mesterkönyvtár

Adafruit_GFX könyvtár

Adafruit_SSD1306 könyvtár

Remélem hasznos volt ez a projekt. Fontolja meg projektjeim támogatását azáltal, hogy megosztja a közösséggel:)

Nyugodtan megjegyzéseket fűzhet ehhez a projekthez kapcsolódó bármilyen visszajelzéséhez vagy kérdéséhez. Szép napot !

Ez a projekt segít nyomon követni a panelekből begyűjtött energiamennyiséget. Tegyünk egy lépést előre, hogy inkább a megújuló energiaforrások felé forduljunk a szén -dioxid -kibocsátás csökkentése és a fenntartható környezet megteremtése érdekében:)