Saules paneļa uzraudzība, izmantojot daļiņu fotonu: 7 soļi

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

Projekta mērķis ir uzlabot saules paneļu efektivitāti. Projekts ir paredzēts saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas uzraudzībai, lai uzlabotu saules elektrostacijas darbību, uzraudzību un apkopi.

Šajā projektā daļiņu fotons ir savienots ar saules paneļa, LM-35 temperatūras sensora un LDR sensora sprieguma izejas tapu, lai uzraudzītu attiecīgi jaudu, temperatūru un krītošās gaismas intensitāti. Rakstzīmju LCD ir arī savienots ar daļiņu fotonu, lai reāllaikā parādītu izmērītos parametrus. Fotons ne tikai parāda izmērītos parametrus LCD ekrānā, bet arī nosūta izmērītās vērtības uz mākoņa serveri, lai skatītu reālā laika datus.

1. darbība: nepieciešama sastāvdaļa

• Daļiņu fotons 20 ASV dolāri
• 16x2 LCD 3 ASV dolāri
• Saules plāksne 4 ASV dolāri
• LM-35 temperatūras sensors 2 ASV dolāri
• LDR 1 USD
• Maizes dēlis 4 USD
• Jumper vadi $ 3

Aparatūras kopējās izmaksas ir aptuveni 40 ASV dolāri.

2. darbība. Aparatūra

1. Daļiņu fotons

Photon ir populāra IoT plate, kas pieejama no daļiņu platformas. Plātnē ir STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontrolleris, un tam ir 1 MB zibatmiņa, 128 Kb RAM un 18 jaukta signāla vispārējas ieejas izejas (GPIO) tapas ar uzlabotām perifērijas ierīcēm. Modulī ir iebūvēta Cypress BCM43362 Wi-Fi mikroshēma Wi-Fi savienojumam un vienas joslas 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n Bluetooth. Plāksne ir aprīkota ar 2 SPI, vienu I2S, vienu I2C, vienu CAN un vienu USB saskarni.

Jāatzīmē, ka 3V3 ir filtrēta izeja, ko izmanto analogiem sensoriem. Šī tapa ir borta regulatora izeja un ir iekšēji savienota ar Wi-Fi moduļa VDD. Barojot fotonu, izmantojot VIN vai USB portu, šī tapa izvadīs 3,3 V līdzstrāvas spriegumu. Šo tapu var izmantot arī fotona tiešai barošanai (maksimālā ieeja 3.3VDC). Ja to izmanto kā izeju, 3V3 maksimālā slodze ir 100 mA. PWM signālu izšķirtspēja ir 8 biti, un tie darbojas 500 Hz frekvencē.

2. 16X2 rakstzīmju LCD

16X2 LCD displeju izmanto, lai parādītu izmērīto parametru vērtības. Tas ir savienots ar daļiņu fotonu, savienojot tā datu tapas D4 līdz D7 ar skaidu plākšņu tapām D0 līdz D3. LCD E un RS tapas ir savienotas ar skaidu plākšņu tapām D5 un D6. LCD R/W tapa ir iezemēta.

3. LDR sensors (fotorezistors)

LDR vai no gaismas atkarīgs rezistors ir pazīstams arī kā foto rezistors, fotoelements, fotovadītājs. Tas ir viena veida rezistors, kura pretestība mainās atkarībā no gaismas daudzuma, kas nokrīt uz tās virsmas. Kad gaisma nokrīt uz rezistora, tad pretestība mainās. Šos rezistorus bieži izmanto daudzās ķēdēs, kur ir nepieciešams sajust gaismas klātbūtni. Šiem rezistoriem ir dažādas funkcijas un pretestība. Piemēram, ja LDR ir tumsā, to var izmantot, lai ieslēgtu gaismu vai izslēgtu gaismu, kad tā atrodas gaismā. Tipiskam no gaismas atkarīgam rezistoram ir pretestība tumsā 1MOhm, bet spilgtumā - pāris KOhm.

LDR darbības princips

Šis rezistors darbojas pēc foto vadītspējas principa. Tas nav nekas cits kā, kad gaisma nokrīt uz tās virsmas, materiāla vadītspēja samazinās un arī elektroni ierīces valences joslā tiek ierosināti līdz vadīšanas joslai. Šiem krītošās gaismas fotoniem jābūt enerģijai, kas lielāka par pusvadītāju materiāla joslas spraugu. Tas liek elektroniem pāriet no valences joslas uz vadītspēju. Šīs ierīces ir atkarīgas no gaismas, kad gaisma nokrīt uz LDR, tad pretestība samazinās, un palielinās tumsā. Ja LDR tiek turēts tumšā vietā, tā pretestība ir augsta, un, ja LDR tiek turēta gaismā, tā pretestība samazināsies. LDR sensoru izmanto, lai izmērītu krītošās gaismas intensitāti. Gaismas intensitāte ir izteikta luksos. Sensors ir pievienots daļiņu fotona A2 tapai. Sensors ir pievienots potenciālā dalītāja ķēdē. LDR nodrošina analogo spriegumu, ko iebūvētais ADC pārveido par ciparu nolasīšanu.

4. LM-35 temperatūras sensors

LM35 ir precīzs IC temperatūras sensors, kura izeja ir proporcionāla temperatūrai (oC). Darba temperatūras diapazons ir no -55 ° C līdz 150 ° C. Izejas spriegums mainās par 10 mV, reaģējot uz katru oC apkārtējās temperatūras paaugstināšanos/ pazemināšanos, t.i., tā mēroga koeficients ir 0,01 V/ oC. Sensoram ir trīs tapas - VCC, Analogout un Ground. LM35 Aout tapa ir savienota ar daļiņu fotona analogo ieejas tapu A0. VCC un zeme ir savienoti ar kopēju VCC un Ground.

Iespējas

Kalibrēts tieši Celsija grādos (Celsija)

Lineārs pie 10,0 mV/° C mēroga koeficienta

• Garantēta 0,5 ° C precizitāte (pie 25 ° C)
• Paredzēts diapazonam no -55 ° C līdz 150 ° C
• Darbojas no 4 līdz 30 voltiem
• Mazāk nekā 60 mA strāvas aizplūšana
• Zema pašsasilšana, 0,08 ° C iepilina gaisu
• Tipiska nelinearitāte tikai 0,25 ° C
• Zema pretestības izeja, 0,1Ω 1 mA slodzei

5. Saules panelis

Saules paneļi ir ierīces, kas pārvērš gaismu elektrībā. Viņi saņēma nosaukumu "saules paneļi" no vārda "Sol", ko astronomi izmantoja, lai atsauktos uz sauli un saules gaismu. Tos sauc arī par fotoelektriskajiem paneļiem, kur fotoelementi nozīmē "gaismas elektrība". Saules enerģijas pārvēršanas elektriskajā parādību sauc par fotoelementu efektu. Šis efekts rada spriegumu un strāvu pie izejas uz saules enerģijas iedarbību. Projektā tiek izmantots 3 voltu saules panelis. Saules panelis sastāv no vairākām saules baterijām vai fotoelektriskām diodēm. Šīs saules baterijas ir PN krustojuma diodes, un saules gaismas klātbūtnē tās var radīt elektrisko signālu. Saskaroties ar saules gaismu, šis saules panelis savos spailēs ģenerē 3,3 V līdzstrāvas spriegumu. Šī paneļa maksimālā izejas jauda var būt 0,72 vati un minimālā izejas jauda ir 0,6 vati. Tā maksimālā uzlādes strāva ir 220 mA, un minimālā uzlādes strāva ir 200 mA. Panelim ir divi termināļi - VCC un Ground. Sprieguma izeja tiek ņemta no VCC tapas. Sprieguma izejas tapa ir savienota ar daļiņu fotona analogo ieejas tapu A1, lai izmērītu saules paneļa izejas jaudu.

3. darbība: programmatūra

Daļiņu tīmekļa IDE

Lai rakstītu programmas kodu jebkuram fotonam, izstrādātājam ir jāizveido konts daļiņu vietnē un jāreģistrē fotonu dēlis ar savu lietotāja kontu. Programmas kodu var ierakstīt Web IDE daļiņu vietnē un pārsūtīt uz reģistrētu fotonu internetā. Ja izvēlētā skaidu plātne, šeit fotons, ir ieslēgta un pievienota daļiņu mākoņpakalpojumam, kods tiek sadedzināts izvēlētajā plāksnē pa gaisu, izmantojot interneta savienojumu, un tāfele sāk darboties saskaņā ar pārsūtīto kodu. Lai kontrolētu dēli internetā, tiek veidota tīmekļa lapa, kas izmanto Ajax un Jquery, lai nosūtītu datus uz tāfeles, izmantojot HTTP POST metodi. Tīmekļa lapa dēli identificē pēc ierīces ID un savienojas ar daļiņu mākoņpakalpojumu, izmantojot piekļuves pilnvaru.

Kā savienot fotonu ar internetu

1. Ieslēdziet ierīci

• Pievienojiet USB kabeli strāvas avotam.
• Tiklīdz tas ir pievienots, ierīces RGB gaismas diodei jāsāk mirgot zilā krāsā. Ja jūsu ierīce nemirgo zilā krāsā, turiet nospiestu pogu SETUP. Ja ierīce nemirgo vispār vai ja gaismas diode deg blāvi oranžā krāsā, iespējams, tas nesaņem pietiekami daudz jaudas. Mēģiniet nomainīt barošanas avotu vai USB kabeli.

2. Pievienojiet savu fotonu internetam. Ir divi veidi, kā izmantot tīmekļa lietojumprogrammu vai mobilo lietotni

a. Izmantojot tīmekļa lietojumprogrammu

• 1. solis Dodieties uz setup.particle.io
• 2. solis Noklikšķiniet uz fotona iestatīšanas
• 3. solis Pēc noklikšķināšanas uz NEXT (Tālāk) jums tiks parādīts fails (photonsetup.html)
• 4. solis Atveriet failu.
• 5. solis Pēc faila atvēršanas savienojiet datoru ar fotonu, izveidojot savienojumu ar tīklu ar nosaukumu PHOTON.
• 6. darbība. Konfigurējiet savus Wi-Fi akreditācijas datus. Piezīme. Ja esat nepareizi ievadījis savus akreditācijas datus, fotons mirgos tumši zilā vai zaļā krāsā. Jums vēlreiz jāiziet process (atsvaidzinot lapu vai noklikšķinot uz atkārtota procesa daļas)
• 7. darbība. Pārdēvējiet ierīci. Jūs arī redzēsit apstiprinājumu, vai par ierīci tika iesniegta pretenzija vai nē.

b. Izmantojot viedtālruni

• Atveriet lietotni savā tālrunī. Piesakieties vai reģistrējieties kontam, izmantojot Particle, ja jums tāda nav.
• Pēc pieteikšanās nospiediet pluszīmes ikonu un atlasiet pievienojamo ierīci. Pēc tam izpildiet ekrānā redzamos norādījumus, lai ierīci savienotu ar Wi-Fi.

Ja šī ir pirmā fotona savienojuma reize, lejupielādējot atjauninājumus, tā dažas minūtes mirgos purpursarkanā krāsā. Atkarībā no interneta savienojuma atjauninājumu pabeigšana var aizņemt 6–12 minūtes, un fotons šajā procesā tiek restartēts dažas reizes. Šajā laikā nepārstartējiet un neatvienojiet savu fotonu. Ja to darāt, iespējams, jums būs jāievēro šī rokasgrāmata, lai labotu ierīci.

Kad esat pievienojis ierīci, tā ir apguvusi šo tīklu. Ierīce var saglabāt līdz pieciem tīkliem. Lai pēc sākotnējās iestatīšanas pievienotu jaunu tīklu, vēlreiz ieslēdziet ierīci klausīšanās režīmā un rīkojieties tāpat kā iepriekš. Ja jums šķiet, ka jūsu ierīcē ir pārāk daudz tīklu, varat notīrīt ierīces atmiņu no visiem apgūtajiem Wi-Fi tīkliem. To var izdarīt, turpinot nospiest iestatīšanas pogu 10 sekundes, līdz RGB LED ātri mirgo zilā krāsā, norādot, ka visi profili ir izdzēsti.

Režīmi

• Ciāna, jūsu fotons ir savienots ar internetu.
• Magenta, tā pašlaik ielādē lietotni vai atjaunina programmaparatūru. Šo stāvokli aktivizē programmaparatūras atjauninājums vai mirgojošs kods no Web IDE vai darbvirsmas IDE. Šo režīmu var redzēt, pirmo reizi savienojot savu fotonu ar mākoni.
• Zaļais, tas mēģina izveidot savienojumu ar internetu.
• Balts, Wi-Fi modulis ir izslēgts.

Web IDEParticle Build ir integrēta izstrādes vide jeb IDE, kas nozīmē, ka jūs varat veikt programmatūras izstrādi viegli lietojamā lietojumprogrammā, kas vienkārši notiek jūsu tīmekļa pārlūkprogrammā.

1. Lai atvērtu būvēšanu, piesakieties savā daļiņu kontā un pēc tam noklikšķiniet uz veidot, kā parādīts attēlā.
2. Pēc noklikšķināšanas jūs redzēsit šādu konsoli.
3. Lai izveidotu jaunu izveidošanas lietotni, noklikšķiniet uz Izveidot jaunu lietotni.
4. Lai programmā iekļautu bibliotēku, dodieties uz sadaļu Bibliotēkas, meklējiet šķidro kristālu. Pēc tam atlasiet lietotni, kurai vēlaties pievienot bibliotēku. Manā gadījumā tas ir saules paneļu monitorings.
5. Lai pārbaudītu programmu. Noklikšķiniet uz verificēt.
6. Lai augšupielādētu kodu, noklikšķiniet uz zibspuldzes, bet pirms tam izvēlieties ierīci. Ja jums ir vairākas ierīces, jums jāpārliecinās, vai esat izvēlējies, kurai no ierīcēm izmantot zibspuldzi. Navigācijas rūts apakšējā kreisajā pusē noklikšķiniet uz ikonas "Ierīces", un, virzot kursoru virs ierīces nosaukuma, zvaigzne parādīsies kreisajā pusē. Noklikšķiniet uz tā, lai iestatītu ierīci, kuru vēlaties atjaunināt (tā nebūs redzama, ja jums ir tikai viena ierīce). Kad esat izvēlējies ierīci, ar to saistītā zvaigzne kļūs dzeltena. (Ja jums ir tikai viena ierīce, tā nav jāizvēlas, varat turpināt.

4. darbība. Kā darbojas ķēde

Ķēdē 6 moduļa GPIO tapas tiek izmantotas, lai savienotu rakstzīmju LCD, un trīs analogās ieejas tapas tiek izmantotas, lai savienotu LM-35 temperatūras sensoru, saules paneli un LDR sensoru.

Kad ķēde ir samontēta, tā ir gatava izvietošanai kopā ar saules paneli. Kamēr saules panelis turpina ražot elektrību, tas ir pievienots ierīcei. Ierīce tiek darbināta no tīkla, kas pārvalda arī citas veiktspējas uzlabošanas iekārtas. Kad ierīce ir ieslēgta, tās LCD displejā mirgo daži sākotnējie ziņojumi, kas norāda uz programmas mērķi. Paneļa jaudu, temperatūru un krītošās gaismas intensitāti mēra ar saules paneļa, LM-35 temperatūras sensora un LDR sensora sprieguma izejas tapu. Saules paneļa sprieguma izvades tapa, LM-35 temperatūras sensors un LDR sensors ir savienoti ar daļiņu fotona analogās ieejas tapām A1, A0 un A2.

Attiecīgos parametrus mēra, nosakot analogo spriegumu pie attiecīgajām tapām. Analogs spriegums, kas tiek uztverts attiecīgajās tapās, tiek pārveidots par digitālajām vērtībām, izmantojot iebūvētus ADC kanālus. Daļiņu fotonam ir 12 bitu ADC kanāli. Tātad digitalizētās vērtības var svārstīties no 0 līdz 4095. Šeit tiek pieņemts, ka pretestības tīkla saskarnes LDR sensors ar kontroliera tapu ir kalibrēts, lai norādītu gaismas intensitāti ar tiešu proporcionalitāti.

LM-35 IC nav nepieciešama ārēja kalibrēšana vai apgriešana, lai nodrošinātu tipisku precizitāti ± 0,25 ° C istabas temperatūrā un ± 0,75 ° C temperatūras diapazonā no -55 ° C līdz 150 ° C. Normālos apstākļos sensora izmērītā temperatūra nepārsniegs sensora darbības diapazonu vai neatkāpsies no tā. Apgriežot un kalibrējot vafeļu līmenī, tiek nodrošināta sensora izmantošana par zemākām izmaksām. Sakarā ar zemo izejas pretestību, lineāro izeju un precīzu LM-35 kalibrēšanu, sensora savienošana ar vadības shēmu ir vienkārša. Tā kā ierīce LM-35 no barošanas avota izvelk tikai 60 uA, tai ir ļoti zema pašsasilšana-zem 0,1 ° C klusā gaisā. Parasti temperatūras diapazonā no -55 ° C līdz 150 ° C sensora izejas spriegums palielinās par 10 mV uz Celsija grādu. Sensora izejas spriegumu nosaka pēc šādām formulām

Vout = 10 mV/° C*T

kur, Vout = sensora sprieguma izeja

T = temperatūra Celsija grādos Tātad, T (° C) = Vout/10 mV

T (° C) = Vout (V)*100

Ja tiek pieņemts, ka VDD ir 3,3 V, analogais rādījums ir saistīts ar uztverto spriegumu 12 bitu diapazonā pēc šādas formulas

Vout = (3.3/4095)*Analogā lasīšana

Tātad, temperatūru pēc Celsija grādiem var norādīt ar šādām formulām

T (° C) = Vout (V)*100

T (° C) = (3.3/4095) *Analogā nolasīšana *100

Tātad temperatūru var izmērīt tieši, uztverot sensora analogo spriegumu. Funkciju analogRead () izmanto, lai nolasītu analogo spriegumu pie kontroliera tapas. Saules paneļa spriegumam parasti jābūt 3 V, ko daļiņu fotons var tieši uztvert. Daļiņu fotons var tieši uztvert spriegumu līdz 3,3 V. Jutīgā analogā sprieguma digitalizācijai tas atkal ir atsauce uz VDD. Digitalizētā sprieguma rādījums tiek mērogots 12 bitu diapazonā, ti, no 0 līdz 4095. Tātad

Vout = (3.3/4095)*Analogā lasīšana

Nolasītā sensora dati vispirms tiek parādīti LCD displejā un pēc tam tiek pārsūtīti uz daļiņu mākoni, izmantojot Wi-Fi savienojumu. Lietotājam jāpiesakās daļiņas reģistrētajā kontā, lai apskatītu nolasīto sensoru vērtības. Platforma ļauj izveidot savienojumu ar dēli no reģistrētā konta. Lietotājs var pārraudzīt saņemtos sensoru datus reālā laikā un var arī reģistrēt datus.

5. solis: Savienojumi un shēmas shēma

Fotons ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Iespējot

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Fotons ==> LM-35

A0 ==> Apmēram

Fotons ==> LDR

A2 ==> Vcc

Fotons ==> Saules plāksne

A1 ==> Vcc

6. darbība: rezultāts