IoT -virtamoduuli: IoT -virranmittausominaisuuden lisääminen aurinkovoimalatausohjaimeen: 19 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Hei kaikki, toivottavasti olette kaikki mahtavia! Tässä ohjeessa näytän sinulle, miten tein IoT -tehonmittausmoduulin, joka laskee aurinkopaneelieni tuottaman tehon, jota aurinkovoimalataussäädin käyttää lyijyhappoakun lataamiseen. Tämä moduuli menee aurinkopaneelien ja latausohjaimen väliin ja antaa sinulle kaikki tarvittavat parametritiedot puhelimessasi Internetin kautta. IoT -alustalle olen käyttänyt Blynkia, joka on erittäin helppokäyttöinen ja helposti muokattavissa projektisi mukaan. Nykyisen latausohjaimen rajoitus oli, että se antoi minulle vain latausjännitteen, joten tehon määrää ei voitu määrittää. Tässä projektissa olen lisännyt tehomoduuliin jännitteen ja virran mittaustoiminnot, joilla voidaan laskea teho (watteina) ja siten koko kerätty energia. Tätä tehomoduulia voidaan helposti käyttää muissa tasavirtamittaussovelluksissa. Tästä tulee melko pitkä opettavainen, joten aloitetaan!

Tarvikkeet

1. Arduino Pro Mini / Nano tai vastaava
2. LM2596 buck -muunninmoduuli
3. 7805 jännitesäädin
4. AMS1117 3.3V -säädin
5. ESP8266-01 WiFi-moduuli
6. OLED -näyttö
7. LM358 dual OP-vahvistin
8. 100K, 10K, 2,2k ja 1K vastukset (1/4 wattia)
9. 0.1uF keraamiset levykondensaattorit
10. 22uF elektrolyyttikondensaattori
11. Ruuviliittimet
12. Uros ja naaras berg -nauha
13. On / off kytkin
14. Perf -lauta tai veroboard
15. Juotoslaitteet

Vaihe 1: Kerää kaikki osat ja viimeistele asettelu

Kun olemme keränneet kaikki tarvittavat komponentit, on tärkeää, että päätämme huolellisesti levymme asettelun ja eri komponenttien sijoittelun, jotta johdotus tulee yksinkertaiseksi ja kaikki komponentit sijoitetaan lähelle toisiaan. Arduinon, buck -muuntimen, WiFi -moduulin ja Oled -näytön liittämiseen käytän naarasotsikoita moduulien juottamisen sijaan, joten voin käyttää komponentteja ehkä johonkin muuhun projektiin, mutta voit juottaa moduulit suoraan, jos aiot tehdä siitä pysyvä.

Vaihe 2: Ruuviliittimien lisääminen

Aluksi juotetaan ruuviliittimet, joita käytetään aurinkopaneelien liittämiseen tuloksi ja varauksen ohjain lähtöksi tehomoduuliin. Ruuviliittimet tarjoavat helpon tavan kytkeä tai irrottaa laitteet tarvittaessa.

Vaihe 3: Vastuksen jännitteenjakajaverkon lisääminen

Tulojännitteen tunnistamiseen käytetään jännitteenjakajaverkkoa. Sovelluksessani olen tehnyt vastusverkon käyttämällä 10K- ja 1K -vastusta ja mittaan jännitehäviötä 1K -vastuksen poikki, joka annetaan syöttönä Arduino -mikrokontrolleriin. Lisäksi olen lisännyt 0.1uF -kondensaattorin 1K -vastuksen poistoon äkillisten jännitteenvaihtelujen tasoittamiseksi.

Vaihe 4: Sekoitusvastuksen lisääminen virran tunnistukseen

Shuntivastus on hyvin pieni arvo (tyypillisesti milliOhmien luokkaa) sarjaan kuorman kanssa, mikä aiheuttaa hyvin pienen jännitehäviön, jota voidaan vahvistaa operatiivisella vahvistimella ja lähtö voidaan sitten antaa arduinolle mittausta varten. Virran mittaamiseen käytän shuntivastusta (jonka arvo on noin 10 milliohmia. Olen tehnyt tämän käyttämällä teräslankaa ja taivuttamalla sitä eräänlaisen kelakuvion aikaansaamiseksi) piirin matalalla puolella, ts., kuorman ja maan välillä. Tällä tavoin pieni jännitehäviö voidaan mitata suoraan suhteessa maahan.

Vaihe 5: OpAmp -vahvistinpiirin lisääminen

Tässä käytetty operaatiovahvistin on LM358, joka on kaksi Op-Amp-sirua. Käytämme vain yhtä Op-vahvistinta ei-invertoivana vahvistimena. Ei -invertoivan vahvistimen vahvistus voidaan asettaa käyttämällä vastusverkkoja R1 ja R2 kuvan osoittamalla tavalla. Sovelluksessani olen valinnut R1: ksi 100K: ksi ja R2: ksi 2.2K: ksi, mikä antaa minulle noin 46 vahvistuksen. Vastus ja OpAmp eivät ole täydellisiä, joten arduino -ohjelmaan on tehtävä joitain säätöjä hyvien lukemien saamiseksi että myöhemmissä vaiheissa).

Olen myös tehnyt projektin wattimittarin tekemiseksi arduinoon täällä. Olen keskustellut lisää käsitteistä yksityiskohtaisesti. Voit tarkistaa projektin täältä:

Vaihe 6: Virtalähde

Syöttääksesi virtaa Arduino-, OpAmp-, OLED- ja WiFi -moduuliin käytän LM2596 -buck -muunninmoduulia alentaaksesi syöttöjännitteen noin 7 volttiin. Sitten käytän 7805 -jännitesäädintä ja muutan Arduinon ja OLEDin 7 voltin 5 volttiin ja käytän AMS1117 -säädintä, joka tuottaa 3,3 V: n WiFi -moduulille. Miksi kysyt niin paljon virtalähteestä? Syynä on se, että et voi kytkeä suoraan aurinkopaneelia 5 voltin säätimeen ja odottaa toimivan tehokkaasti (koska se on lineaarinen säädin). Myös aurinkopaneelin nimellisjännite on noin 18-20 volttia, mikä voi olla liian korkea lineaariselle säätimelle ja voi paistaa elektroniikkasi hetkessä! Joten on parempi olla tehokas buck -muunnin paikallaan

Vaihe 7: Buck -muuntimen ja -säätimen kiinnittäminen

Ensin merkitsin paikat, joihin buck -muuntimen tapit sopivat. Sitten juotin naaraspuoliset otsikot näihin pisteisiin ja urospuoliset otsat buck -muuntimeen (jotta voin tarvittaessa irrottaa moduulin helposti). 5 V: n säädin menee juuri buck -muunninmoduulin alapuolelle ja on kytketty muuntimen ulostuloon, jotta ohjauskortille saadaan tasainen 5 V.

Vaihe 8: Kytkimen lisääminen

Olen lisännyt kytkimen buck -muuntimen ja aurinkopaneelitulojen väliin, jos haluan kytkeä virtamoduulin päälle tai pois. Jos virta on kytketty pois päältä, teho toimitetaan edelleen kuormalle (lataussäädin minun tapauksessani), vain mittaus- ja IoT -toiminnot eivät toimi. Yllä oleva kuva näyttää myös juotosprosessin tähän mennessä.

Vaihe 9: Otsikoiden lisääminen Arduinolle ja 3.3v -säätimen kiinnittäminen

Nyt olen leikannut naaraspuoliset otsikot Arduino pro minin koon mukaan ja juottanut sen. Juotin AMS1117 -säätimen suoraan Arduino -virtalähteen Vcc- ja Gnd -väliin (Arduino saa 5 V: n 7805 -säätimestä, joka puolestaan toimittaa AMS1117: n WiFi -moduulin tarvitsemalle 3,3 V: lle). Olen sijoittanut komponentit strategisesti siten, että jouduin käyttämään mahdollisimman vähän johtoja ja osat voidaan liittää juotosjälkien kautta.

Vaihe 10: Otsikoiden lisääminen WiFi -moduuliin

Juotin WiFi -moduulin naarasotsikot aivan Arduino pro mini -laitteen viereen.

Vaihe 11: WiFi -moduulin komponenttien lisääminen

ESP8266 -moduuli toimii 3,3 voltilla eikä 5 voltilla (5 volttia havaitsin, että moduuli kuumenee hyvin, hyvin ja vahingoittuu todennäköisesti, jos sitä käytetään liian kauan). Arduino ja WiFi -moduuli kommunikoivat sarjaliikenteen kautta, joka käyttää moduulin Tx- ja Rx -nastoja. Voimme määrittää minkä tahansa 2 digitaalisen arduino -nastan toimimaan sarjaliittiminä käyttämällä arduino IDE -ohjelmiston sarjakirjastoa. Moduulin Rx -nasta menee Arduinon Tx: ään ja päinvastoin. ESP: n Rx -nasta toimii 3,3 V: n logiikalla, joten käytämme 2,2 K: n ja 1 K: n jännitteenjakajaverkkoa Arduinon 5 V: n logiikkatason alentamiseksi noin 3,6 V: iin (mikä on edelleen hyväksyttävää). Voimme liittää ESP: n lähetyksen suoraan arduinon Rx: ään, koska arduino on 3.3v -yhteensopiva.

Vaihe 12: OLED -näytön lisääminen

OLED -näytön liittämiseksi tarvitsemme 4 liitäntää, kaksi virtalähdettä ja kaksi I2C -tietoliikenneprotokollaa Arduinon kanssa, joka on Arduinon A4- ja A5 -nastat. Käytän pientä hyppyjohtoa ja urosliitintä I2C -nastojen liittämiseen ja juottamiseen suoraan

Vaihe 13: Viimeinen katsaus modulaariseen piirilevyyn

Kun juotos on vihdoin valmis, tältä levy näyttää! Kyllä, minun piti käyttää joitakin johtoja lopussa, mutta olin melko tyytyväinen lopputulokseen. Mielenkiintoinen osa on, että levy on täysin modulaarinen ja kaikki tärkeimmät komponentit voidaan helposti irrottaa tai vaihtaa tarvittaessa.

Vaihe 14: Yhdistä kaikki

Tältä koko moduuli näyttää, kun kaikki on paikallaan!

Siirrytään nyt ohjelmisto -osaan …

Vaihe 15: Ohjelmointi FTDI -kortin avulla

Tämän moduulin ohjelmointiin käytän FTDI -murtokorttia, joka on ihanteellinen Arduino Pro Minin ohjelmointiin. Sen nastojen kartoitus on kohdistettu täydellisesti, joten sinun ei tarvitse käyttää tai hyppyjä tai niin.

Vaihe 16: Kaavio

Tämä on IoT -tehomittarimoduulin täydellinen piirikaavio. Olen suunnitellut tämän kaavion Eagle CAD: ssä. Voit vapaasti ladata ja muokata kaavamaisia tiedostoja ideoidesi mukaan:)

Vaihe 17: Tulokset

Olen suorittanut asennuksen kytkemällä virtamoduulin aurinkopaneelin ja latausohjaimen väliin ja heti kun kytket sen päälle, se muodostaa yhteyden WiFi -reitittimeen ja tiedot julkaistaan jatkuvasti älypuhelimeni Blynk -sovelluksessa. Tämä antaa reaaliaikaiset tiedot latausparametreista riippumatta siitä, missä olen, sikäli kuin minulla on Internet -yhteys! Hienoa, että projekti toimii hienosti:)

Kokeellisia tarkoituksia varten testasin asetuksia 50 watin aurinkopaneelillani ja 12 V: n 18 Ah: n lyijyakulla.

Vaihe 18: Arduino -koodi

Tässä on täydellinen Arduino -koodi, jota olen käyttänyt projektissani.

On olemassa muutamia kirjastoja, joita tarvitset tämän projektin toimimiseen kunnolla:

Blynkin pääkirjasto

Adafruit_GFX -kirjasto

Adafruit_SSD1306 -kirjasto

Toivottavasti tästä projektista oli hyötyä. Harkitse projektieni jakamista jakamalla se yhteisöösi:)

Voit vapaasti kommentoida tähän projektiin liittyvää palautetta tai kysymyksiä. Hyvää päivän jatkoa !

Tämä projekti auttaa minua seuraamaan paneeleistani keräämäni energian määrää. Otetaan askel eteenpäin, jotta voimme kääntyä enemmän kohti uusiutuvia energialähteitä hiilijalanjäljen vähentämiseksi ja kestävän ympäristön luomiseksi:)