IoT barošanas modulis: IoT jaudas mērīšanas funkcijas pievienošana manam saules enerģijas uzlādes kontrolierim: 19 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Sveiki visiem, es ceru, ka jūs visi esat lieliski! Šajā pamācībā es jums parādīšu, kā es izveidoju IoT jaudas mērīšanas moduli, kas aprēķina manu saules paneļu radīto enerģijas daudzumu, ko izmanto mans saules enerģijas uzlādes kontrolieris, lai uzlādētu svina skābes akumulatoru. Šis modulis atrodas starp saules paneļiem un uzlādes kontrolieri un sniedz visu nepieciešamo informāciju par tālruni, izmantojot internetu. IoT platformai esmu izmantojis Blynk, kuru ir ļoti viegli lietot un kuru var viegli pielāgot atbilstoši jūsu projektam. Esošā uzlādes kontroliera ierobežojums bija tāds, ka tas man deva tikai uzlādes spriegumu, un tāpēc jaudas daudzumu nevarēja noteikt. Šajā projektā jaudas modulim esmu pievienojis sprieguma un strāvas mērīšanas funkcijas, ar kurām var aprēķināt jaudu (vatos) un līdz ar to arī kopējo iegūto enerģiju. Šo jaudas moduli var viegli izmantot citās līdzstrāvas jaudas mērīšanas lietojumprogrammās. Tas būs diezgan garš pamācības, tāpēc ļaujiet sākt!

Piegādes

1. Arduino Pro Mini / Nano vai līdzvērtīgs
2. LM2596 dolāra pārveidotāja modulis
3. 7805 sprieguma regulators
4. AMS1117 3.3V regulators
5. ESP8266-01 WiFi modulis
6. OLED displejs
7. LM358 dubultā OP-Amp
8. 100K, 10K, 2,2k un 1K rezistori (1/4 vati)
9. 0.1uF keramikas disku kondensatori
10. 22uF elektrolītiskais kondensators
11. Skrūvju termināļi
12. Berga sloksne vīriešiem un sievietēm
13. ON-OFF slēdzis
14. Perf dēlis vai verbords
15. Lodēšanas iekārtas

1. darbība: visu detaļu savākšana un izkārtojuma pabeigšana

Kad esam apkopojuši visus nepieciešamos komponentus, ir svarīgi rūpīgi izlemt mūsu dēļa izkārtojumu un dažādu komponentu izvietojumu, lai elektroinstalācija kļūtu vienkārša un visas detaļas būtu novietotas tuvu viena otrai. Arduino, buka pārveidotāja, WiFi moduļa un Oled displeja pievienošanai es izmantošu sieviešu galvenes, nevis tieši lodēsim moduļus, šādā veidā es varu izmantot komponentus kādam citam projektam, bet jūs varat tieši lodēt moduļus, ja plānojat lai tas būtu pastāvīgs.

2. darbība: skrūvju spaiļu pievienošana

Vispirms mēs pielodējam skrūvju spailes, kuras tiks izmantotas, lai savienotu saules paneļus kā ieeju un uzlādes kontrolieri kā izeju pie barošanas moduļa. Skrūvju termināļi nodrošina vienkāršu veidu, kā vajadzības gadījumā pievienot vai noņemt ierīces.

3. darbība. Rezistoru sprieguma dalītāja tīkla pievienošana

Ievades sprieguma noteikšanai tiek izmantots sprieguma dalītāja tīkls. Savam lietojumam esmu izveidojis rezistoru tīklu, izmantojot 10K un 1K rezistoru, un es mēra sprieguma kritumu 1K rezistorā, kas tiks ievadīts kā Arduino mikrokontrollera ievade. Turklāt esmu pievienojis 0.1uF kondensatoru pāri 1K rezistoram, lai izlīdzinātu pēkšņas sprieguma svārstības.

4. solis: šunta rezistora pievienošana strāvas noteikšanai

Šunta rezistors ir rezistors ar ļoti mazu vērtību (parasti miliOhm secībā) sērijveidā ar slodzi, kas rada ļoti nelielu sprieguma kritumu, ko var pastiprināt, izmantojot darbības pastiprinātāju, un izeju var nodot arduino mērīšanai. Strāvas mērīšanai es izmantoju šunta rezistoru (kura vērtība ir aptuveni 10 miliohmi. Es to izdarīju, izmantojot tērauda stiepli un saliekot to, lai izveidotu sava veida spoles modeli) ķēdes apakšējā pusē, ti, starp kravu un zemi. Tādā veidā nelielu sprieguma kritumu var tieši izmērīt attiecībā pret zemi.

5. darbība: pievienojiet OpAmp pastiprinātāja shēmu

Šeit izmantotais darbības pastiprinātājs ir LM358, kas ir dubultā Op-Amp mikroshēma. Mēs izmantosim tikai vienu Op-Amp kā pastiprinošu pastiprinātāju. Neinvertējošā pastiprinātāja pastiprinājumu var iestatīt, izmantojot rezistoru tīklus R1 un R2, kā parādīts attēlā. Savam lietojumam esmu izvēlējies R1 kā 100K un R2 kā 2.2K, kas man dod aptuvenu peļņu 46. Rezistors un OpAmp nav ideāli, tāpēc, lai iegūtu labus rādījumus, ir jāveic dažas korekcijas arduino programmā (mēs apspriedīsim ka vēlākos soļos).

Esmu arī izveidojis projektu par to, kā izveidot vatmetru arduino, šeit esmu detalizēti apspriedis vairāk jēdzienu. Jūs varat pārbaudīt projektu šeit:

6. darbība: barošanas avots

Lai piegādātu strāvu Arduino, OpAmp, OLED un WiFi modulim, es izmantoju LM2596 buck pārveidotāja moduli, lai samazinātu ieejas spriegumu līdz aptuveni 7 voltiem. Tad, izmantojot 7805 sprieguma regulatoru, es pārveidoju Arduino un OLED 7 voltus uz 5 voltiem un, izmantojot AMS1117 regulatoru, ģenerējot 3,3 V, kas nepieciešams WiFi modulim. Kāpēc jūs tik jautājat par barošanas avotu? Iemesls ir tas, ka jūs nevarat tieši pieslēgt saules paneli pie 5 voltu regulatora un sagaidīt, ka tas darbosies efektīvi (jo tas ir lineārs regulators). Arī saules paneļa nominālais spriegums ir aptuveni 18-20 volti, kas var būt pārāk augsts lineārajam regulatoram un var īsā laikā apcept jūsu elektroniku! Tāpēc labāk, ja ir efektīvs buck pārveidotājs

7. solis: Buck pārveidotāja un regulatora labošana

Pirmkārt, es atzīmēju pozīcijas, kurās varētu ievietot buka pārveidotāja tapas. Tad es lodēju sieviešu galvenes uz šiem punktiem un vīriešu galviņas pie buka pārveidotāja (lai vajadzības gadījumā varētu viegli noņemt moduli). 5V regulators iet tieši zem buka pārveidotāja moduļa un ir savienots ar pārveidotāja izeju, lai vadības panelim nodrošinātu vienmērīgu 5V.

8. darbība: slēdža pievienošana

Es esmu pievienojis slēdzi starp buck pārveidotāju un saules paneļa ieejām, ja es vēlos ieslēgt vai izslēgt barošanas moduli. Ja tas ir izslēgts, strāva joprojām tiks piegādāta slodzei (manā gadījumā uzlādes kontrolieris), nedarbosies tikai mērīšanas un IoT funkcijas. Augšējā attēlā ir parādīts arī lodēšanas process līdz šim.

9. darbība: pievienojiet galvenes Arduino un nostipriniet 3.3v regulatoru

Tagad es esmu sagriezis sieviešu galvenes atbilstoši Arduino pro mini izmēram un pielodējis. Es lodēju AMS1117 regulatoru tieši starp Arduino barošanas avota Vcc un Gnd (Arduino saņem 5 V no 7805 regulatora, kas savukārt piegādā AMS1117 par 3,3 V, kas vajadzīgs WiFi modulim). Es esmu stratēģiski izvietojis komponentus tā, ka man bija jāizmanto minimāli vadi, un detaļas var savienot, izmantojot lodēšanas pēdas.

10. darbība: pievienojiet galvenes WiFi modulim

Es lodēju sieviešu galvenes WiFi modulim tieši blakus tam, kur Arduino pro mini būtu piemērots.

11. solis: WiFi moduļa komponentu pievienošana

ESP8266 modulis darbojas ar 3,3 voltiem, nevis 5 voltiem (pielietojot 5 voltus, es novēroju, ka modulis kļūst ļoti, ļoti karsts un, visticamāk, tiek bojāts, ja to lieto pārāk ilgi). Arduino un WiFi modulis sazinās, izmantojot seriālo komunikāciju, kas izmanto moduļa Tx un Rx tapas. Mēs varam konfigurēt jebkuras 2 arduino digitālās tapas, lai tās darbotos kā sērijveida tapas, izmantojot arduino IDE programmatūras sērijas bibliotēku. Moduļa Rx tapa iet uz Arduino Tx un otrādi. ESP Rx tapa darbojas uz 3,3 V loģikas, tāpēc mēs izmantojam 2,2K un 1K sprieguma dalītāju tīklu, lai samazinātu Arduino 5V loģikas līmeni līdz aptuveni 3,6V (kas joprojām ir pieņemami). Mēs varam tieši savienot ESP Tx ar arduino Rx, jo arduino ir saderīgs ar 3.3v.

12. solis: OLED displeja pievienošana

Lai savienotu OLED displeju, mums ir nepieciešami 4 savienojumi, divi barošanas avotam un 2 I2C sakaru protokolam ar Arduino, kas ir Arduino A4 un A5 tapas. Es izmantošu nelielu džemperu vadu kopā ar vīriešu savienotāju, lai savienotu I2C tapas un tieši lodētu barošanas savienojumus

13. solis: Visbeidzot apskatiet moduļu paneli

Kad beidzot ir pabeigts viss lodēšanas process, tā izskatās tāfele! Jā, beigās man bija jāizmanto daži vadi, bet es biju diezgan apmierināts ar rezultātu. Interesanta daļa ir tā, ka tāfele ir pilnībā modulāra, un nepieciešamības gadījumā visas galvenās sastāvdaļas var viegli noņemt vai nomainīt.

14. solis: salieciet to visu kopā

Šādi izskatās viss modulis, kad viss ir savās vietās!

Tagad ķersimies pie programmatūras daļas…

15. solis: Programmēšana, izmantojot FTDI Board

Šī moduļa programmēšanai es izmantošu FTDI sadalīšanas paneli, kas ir ideāli piemērots Arduino Pro Mini programmēšanai. Tās tapu kartēšana ir perfekti izlīdzināta, tāpēc jums nevajadzēs izmantot un džemperus.

16. darbība: shematiskā diagramma

Šī ir pilnīga IoT jaudas mērītāja moduļa shēma. Šo shēmu esmu izstrādājis Eagle CAD. Jūtieties brīvi lejupielādēt un pārveidot shematiskos failus atbilstoši savām idejām:)

17. solis: rezultāti

Esmu pabeidzis iestatīšanu, pievienojot barošanas moduli starp saules paneli un uzlādes kontrolieri, un, tiklīdz mēs to ieslēdzam, tas tiek savienots ar manu WiFi maršrutētāju, un dati tiek pastāvīgi publicēti lietotnē Blynk manā viedtālrunī. Tas sniedz reāllaika datus par uzlādes parametriem neatkarīgi no manas atrašanās vietas, ja man ir interneta savienojums! Prieks redzēt, kā projekts darbojas labi:)

Eksperimentālā nolūkā es pārbaudīju uzstādīšanu, izmantojot savu 50 vatu saules paneli un 12V 18AH svina skābes akumulatoru.

18. solis: Arduino kods

Šeit ir pilnīgs Arduino kods, ko esmu izmantojis savam projektam.

Lai šis projekts darbotos pareizi, jums būs nepieciešamas dažas bibliotēkas:

Blynk galvenā bibliotēka

Adafruit_GFX bibliotēka

Adafruit_SSD1306 bibliotēka

Es ceru, ka šis projekts bija noderīgs. Apsveriet iespēju atbalstīt manus projektus, daloties tajā ar savu kopienu:)

Jūtieties brīvi komentēt visas atsauksmes vai jautājumus, kas jums rodas saistībā ar šo projektu. Lielisku dienu!

Šis projekts palīdz man uzraudzīt enerģijas daudzumu, ko savāc no paneļiem. Sperim soli uz priekšu, lai vairāk pievērstos atjaunojamiem enerģijas avotiem, lai samazinātu oglekļa emisijas un radītu ilgtspējīgu vidi:)