Aurinkopaneelin valvonta hiukkasfotonilla: 7 vaihetta

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

Hankkeen tavoitteena on parantaa aurinkopaneelien tehokkuutta. Hanke on suunniteltu valvomaan aurinkosähkövoiman tuotantoa parantaakseen aurinkovoimalan suorituskykyä, seurantaa ja ylläpitoa.

Tässä projektissa hiukkasfotoni on liitetty aurinkopaneelin, LM-35-lämpötila-anturin ja LDR-anturin jännitelähtötapaan, jotta voidaan seurata tehonlähdettä, lämpötilaa ja tulevan valon voimakkuutta. Merkkinäyttö LCD on myös liitetty hiukkasfotoniin mitattujen parametrien reaaliaikaiseen näyttöön. Photon ei ainoastaan näytä mitattuja parametreja nestekidenäytössä, vaan myös lähettää mitatut arvot pilvipalvelimelle reaaliaikaisen datan katsomista varten.

Vaihe 1: Komponentti vaaditaan

• Hiukkasfotoni 20 dollaria
• 16x2 LCD 3 dollaria
• Aurinkopaneeli 4 dollaria
• LM-35 lämpötila-anturi 2 dollaria
• LDR 1 dollaria
• Leipälauta 4 dollaria
• Hyppyjohdot 3 dollaria

Laitteiston kokonaiskustannukset ovat noin 40 dollaria.

Vaihe 2: Laitteisto

1. Hiukkasfotoni

Photon on suosittu IoT -levy, joka on saatavana Particle -alustalta. Kortissa on STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 -mikro -ohjain, ja siinä on 1 Mt: n flash -muisti, 128 Kt: n RAM -muisti ja 18 GPIO -yleistulonulostuloa. Moduulissa on sisäänrakennettu Cypress BCM43362 Wi-Fi-siru Wi-Fi-yhteyttä varten ja yhden kaistan 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n Bluetooth-yhteyttä varten. Kortissa on 2 SPI: tä, yksi I2S, yksi I2C, yksi CAN ja yksi USB -liitäntä.

On huomattava, että 3V3 on suodatettu lähtö, jota käytetään analogisissa antureissa. Tämä nasta on sisäisen säätimen lähtö ja se on liitetty sisäisesti Wi-Fi-moduulin VDD-laitteeseen. Kun virta syötetään fotonille VIN- tai USB -portin kautta, tämä nasta antaa 3,3 V: n jännitteen. Tätä tappia voidaan käyttää myös fotonin suoraan virtalähteeksi (maks. Tulo 3.3VDC). Lähdönä käytettäessä 3V3: n maksimikuorma on 100 mA. PWM-signaalien resoluutio on 8 bittiä ja ne toimivat 500 Hz: n taajuudella.

2. 16X2 merkin LCD

16X2 LCD -näyttöä käytetään mitattujen parametrien arvojen näyttämiseen. Se on yhdistetty hiukkasfotoniin yhdistämällä sen datanastat D4 - D7 lastulevyn nastoihin D0 - D3. Nestekidenäytön E- ja RS -nastat on liitetty lastulevyn nastoihin D5 ja D6. Nestekidenäytön R/W -nasta on maadoitettu.

3. LDR -anturi (valoresistori)

LDR tai valosta riippuva vastus tunnetaan myös nimellä valovastus, valokenno, valojohde. Se on eräänlainen vastus, jonka vastus vaihtelee sen pinnalle putoavan valon määrän mukaan. Kun valo putoaa vastukseen, vastus muuttuu. Näitä vastuksia käytetään usein monissa piireissä, joissa valon läsnäoloa tarvitaan. Näillä vastuksilla on erilaisia toimintoja ja vastus. Esimerkiksi kun LDR on pimeässä, sitä voidaan käyttää sytyttämään valo tai sammuttamaan valo, kun se on valossa. Tyypillisen valosta riippuvan vastuksen vastus pimeässä on 1MOhm ja kirkkaudessa pari KOhm.

LDR: n toimintaperiaate

Tämä vastus toimii valokuvan johtavuuden periaatteella. Se ei ole muuta kuin, kun valo putoaa sen pinnalle, materiaalin johtavuus pienenee ja myös laitteen valenssikaistan elektronit viritetään johtavuuskaistalle. Näiden tulevassa valossa olevien fotonien energian on oltava suurempi kuin puolijohdemateriaalin kaistarako, mikä saa elektronit hyppimään valenssikaistalta johtumiseen. Nämä laitteet riippuvat valosta, kun valo putoaa LDR: lle, vastus pienenee, Kun LDR pidetään pimeässä, sen vastus on korkea ja kun LDR pidetään valossa, sen vastus vähenee. LDR -anturia käytetään tulevan valon voimakkuuden mittaamiseen. Valon voimakkuus ilmaistaan luxina. Anturi on kytketty hiukkasfotonin A2 -nastaan. Anturi on kytketty potentiaalijakajapiiriin. LDR tarjoaa analogisen jännitteen, joka muunnetaan digitaaliseksi lukemiseksi sisäänrakennetulla ADC: llä.

4. LM-35 Lämpötila-anturi

LM35 on tarkkuus -IC -lämpötila -anturi, jonka teho on verrannollinen lämpötilaan (oC). Käyttölämpötila -alue on -55 ° C -150 ° C. Lähtöjännite vaihtelee 10 mV: lla jokaisen ympäristön lämpötilan oC -nousun/ laskun perusteella, eli sen skaalauskerroin on 0,01 V/ oC. Anturissa on kolme nastaa - VCC, Analogout ja Ground. LM35: n Aout -nasta on kytketty hiukkasfotonin analogiseen tulonapiin A0. VCC ja maa on kytketty yhteiseen VCC: hen ja maahan.

ominaisuudet

Kalibroitu suoraan Celsius -asteessa

Lineaarinen skaalauskerroin 10,0 mV/° C

• 0,5 ° C: n tarkkuus taattu (a25 ° C)
• Nimellisalue -55 ° C -150 ° C
• Toimii 4-30 voltin jännitteellä
• Alle 60 mA virrankulutus
• Matala itsestään kuumeneva, 0,08 ° C tiputtavaa ilmaa
• Epälineaarisuus vain 0,25 ° C tyypillinen
• Alhainen impedanssilähtö, 0,1Ω 1 mA kuormalle

5. aurinkopaneeli

Aurinkopaneelit ovat laitteita, jotka muuttavat valon sähköksi. He saivat nimen "aurinkopaneelit" sanasta "Sol", jota tähtitieteilijät käyttivät viittaamalla aurinkoon ja auringonvaloon. Näitä kutsutaan myös aurinkosähköpaneeleiksi, joissa aurinkosähkö tarkoittaa "valosähköä". Ilmiötä, jossa aurinkoenergia muutetaan sähköenergiaksi, kutsutaan aurinkosähköksi. Tämä vaikutus tuottaa jännitteen ja virran lähdössä aurinkoenergialle altistuessa. Projektissa käytetään 3 voltin aurinkopaneelia. Aurinkopaneeli koostuu useista aurinkokenno- tai aurinkosähködiodeista. Nämä aurinkokennot ovat PN-liitosdiodi ja ne voivat tuottaa sähköisen signaalin auringonvalon läsnä ollessa. Auringonvalolle altistuessaan tämä aurinkopaneeli tuottaa liittimiinsä 3,3 V: n tasavirtalähdön. Tämän paneelin enimmäislähtöteho voi olla 0,72 Wattia ja minimilähtöteho 0,6 Wattia. Sen suurin latausvirta on 220 mA ja vähimmäislatausvirta 200 mA. Paneelissa on kaksi liitintä - VCC ja Ground. Jännitelähtö otetaan VCC -nastasta. Jännitteen ulostulotappi on kytketty hiukkasfotonin analogiseen tulonastaan A1 aurinkopaneelin lähtötehon mittaamiseksi.

Vaihe 3: Ohjelmisto

Hiukkasverkon IDE

Ohjelmointikoodin kirjoittamiseksi mille tahansa fotonille kehittäjän on luotava tili Particle -verkkosivustolla ja rekisteröitävä Photon -kortti käyttäjätilillään. Ohjelmakoodi voidaan sitten kirjoittaa Web IDE: hen hiukkasen verkkosivustolla ja siirtää rekisteröityyn fotoniin Internetin kautta. Jos valittu lastulevy, Photon tässä, kytketään päälle ja yhdistetään hiukkasen pilvipalveluun, koodi poltetaan valitulle levylle Internetin kautta ja levy alkaa toimia siirretyn koodin mukaisesti. Taulun hallitsemiseksi Internetissä on suunniteltu verkkosivu, joka käyttää Ajaxia ja Jqueryä tietojen lähettämiseen taululle HTTP POST -menetelmällä. Verkkosivu tunnistaa levyn laitetunnuksella ja muodostaa yhteyden hiukkasen pilvipalveluun käyttöoikeustunnuksen kautta.

Kuinka yhdistää fotoni Internetiin

1. Kytke laitteeseen virta

• Liitä USB -kaapeli virtalähteeseen.
• Heti kun se on kytketty, laitteen RGB -merkkivalon pitäisi alkaa vilkkua sinisenä. Jos laite ei vilku sinisenä, pidä SETUP -painiketta painettuna. Jos laite ei vilku lainkaan tai jos merkkivalo palaa himmeänä oranssi väri, se ei ehkä saa tarpeeksi virtaa. Vaihda virtalähde tai USB -kaapeli.

2. Yhdistä Photonisi Internetiin Voit käyttää verkkosovellusta tai mobiilisovellusta kahdella tavalla

a. Verkkosovelluksen käyttäminen

• Vaihe 1 Siirry osoitteeseen setup.particle.io
• Vaihe 2 Napsauta Fotonin asennus
• Vaihe 3 Kun olet napsauttanut SEURAAVAA, sinun pitäisi näyttää tiedosto (photonsetup.html)
• Vaihe 4 Avaa tiedosto.
• Vaihe 5 Kun olet avannut tiedoston, yhdistä tietokoneesi fotoniin yhdistämällä verkkoon nimeltä PHOTON.
• Vaihe 6 Määritä Wi-Fi-kirjautumistietosi Huomautus: Jos kirjoitit kirjautumistietosi väärin, fotoni vilkkuu tummansinisellä tai vihreällä. Sinun on käytävä prosessi uudelleen läpi (päivittämällä sivu tai napsauttamalla uudelleenprosessin osaa)
• Vaihe 7 Nimeä laite uudelleen. Näet myös vahvistuksen siitä, onko laite lunastettu vai ei.

b. Älypuhelimen käyttö

• Avaa sovellus puhelimellasi. Kirjaudu sisään tai rekisteröi Particle -tili, jos sinulla ei ole sellaista.
• Kirjautumisen jälkeen paina plus -kuvaketta ja valitse lisättävä laite. Liitä sitten laite Wi-Fi-verkkoon noudattamalla näytön ohjeita.

Jos tämä on Photon -laitteesi ensimmäinen yhteys, se vilkkuu violettina muutaman minuutin ajan, kun se lataa päivityksiä. Päivitysten valmistuminen saattaa kestää 6–12 minuuttia, riippuen Internet-yhteydestäsi, ja fotoni käynnistyy uudelleen muutaman kerran prosessin aikana. Älä käynnistä tai irrota Photon -laitetta tänä aikana. Jos teet niin, sinun on ehkä noudatettava tätä opasta korjataksesi laitteesi.

Kun olet liittänyt laitteen, se on oppinut verkon. Laite voi tallentaa enintään viisi verkkoa. Jos haluat lisätä uuden verkon alkuasetusten jälkeen, aseta laite uudelleen kuuntelutilaan ja toimi kuten edellä. Jos sinusta tuntuu, että laitteessasi on liikaa verkkoja, voit pyyhkiä laitteen muistin kaikista sen oppimista Wi-Fi-verkoista. Voit tehdä tämän pitämällä asetuspainiketta painettuna 10 sekuntia, kunnes RGB -LED vilkkuu nopeasti sinisenä ja ilmoittaa, että kaikki profiilit on poistettu.

Tilat

• Syaani, fotoni on yhteydessä Internetiin.
• Magenta, se lataa parhaillaan sovellusta tai päivittää laiteohjelmistoa. Tämän tilan laukaisee laiteohjelmistopäivitys tai vilkkuva koodi Web IDE: stä tai Desktop IDE: stä. Saatat nähdä tämän tilan, kun liität Photonisi pilveen ensimmäistä kertaa.
• Vihreä, se yrittää muodostaa yhteyden Internetiin.
• Valkoinen, Wi-Fi-moduuli on pois päältä.

Web IDEParticle Build on integroitu kehitysympäristö eli IDE, joka tarkoittaa, että voit tehdä ohjelmistokehitystä helppokäyttöisessä sovelluksessa, joka vain sattuu toimimaan selaimessasi.

1. Voit avata koontiversion kirjautumalla hiukkastilillesi ja napsauttamalla sitten rakennetta kuvan osoittamalla tavalla.
2. Kun napsautat, näet tällaisen konsolin.
3. Jos haluat luoda uuden sovelluksen, napsauta Luo uusi sovellus.
4. Jos haluat sisällyttää kirjaston ohjelmaan, siirry kirjasto -osioon, etsi sanaa liquidcrystal ja valitse sitten sovellus, johon haluat lisätä kirjaston. Minun tapauksessani se on aurinkopaneelien seuranta.
5. Ohjelman tarkistaminen. Napsauta vahvista.
6. Jos haluat ladata koodin, napsauta salamaa, mutta valitse laite ennen kuin teet sen. Napsauta navigointipaneelin vasemmassa alakulmassa olevaa "Laitteet" -kuvaketta, ja kun viet hiiren laitteen nimen päälle, tähti näkyy vasemmalla. Napsauta sitä asettaaksesi laitteen, jonka haluat päivittää (se ei näy, jos sinulla on vain yksi laite). Kun olet valinnut laitteen, siihen liittyvä tähti muuttuu keltaiseksi. (Jos sinulla on vain yksi laite, sinun ei tarvitse valita sitä, voit jatkaa.

Vaihe 4: Kuinka piiri toimii

Piirissä 6 moduulin GPIO-nastaa käytetään LCD-merkin liittämiseen ja kolme analogista tulonappia LM-35-lämpötila-anturin, aurinkopaneelin ja LDR-anturin liitäntään.

Kun piiri on koottu, se on valmis käytettäväksi aurinkopaneelin kanssa. Vaikka aurinkopaneeli tuottaa sähköä, se on kiinnitetty laitteeseen. Laite saa virtansa verkkovirrasta, joka hallitsee myös muita suorituskykyä parantavia laitteita. Kun laitteeseen kytketään virta, LCD -näytössä vilkkuu joitain alkuviestejä, jotka osoittavat sovelluksen tarkoituksen. Paneelin teho, lämpötila ja tulevan valon voimakkuus mitataan aurinkopaneelin, LM-35-lämpötila-anturin ja LDR-anturin jännitelähtönastalla. Aurinkopaneelin, LM-35-lämpötila-anturin ja LDR-anturin jännitelähtötappi on kytketty hiukkasfotonin analogisiin tulonappeihin A1, A0 ja A2.

Vastaavat parametrit mitataan tunnistamalla analoginen jännite vastaavissa nastoissa. Vastaavilla nastoilla havaittu analoginen jännite muunnetaan digitaalisiksi arvoiksi sisäänrakennettujen ADC-kanavien avulla. Partikkelifotonissa on 12-bittiset ADC-kanavat. Digitoidut arvot voivat siis vaihdella välillä 0 - 4095. Tässä oletetaan, että LDR -anturin resistiivinen rajapinta liitäntään säätimen tapin kanssa on kalibroitu osoittamaan valon voimakkuutta suoralla suhteellisuudella.

LM-35 IC ei vaadi ulkoista kalibrointia tai leikkaamista, jotta saadaan tyypilliset tarkkuudet ± 0,25 ° C huoneenlämmössä ja ± 0,75 ° C lämpötila-alueella -55 ° C-150 ° C. Normaaleissa olosuhteissa anturin mittaama lämpötila ei ylitä tai alenna anturin toiminta -aluetta. Leikkaamalla ja kalibroimalla kiekkojen tasolla anturi voidaan käyttää edullisemmin. Pienen lähtöimpedanssin, lineaarisen lähdön ja LM-35: n tarkan kalibroinnin ansiosta anturin liittäminen ohjauspiiriin on helppoa. Koska LM-35-laite kuluttaa vain 60 uA virransyötöstä, sillä on erittäin alhainen itsestään kuumeneva, alle 0,1 ° C seisovassa ilmassa. Tyypillisesti lämpötila -alueella -55 ° C - 150 ° C anturin jännitelähtö kasvaa 10 mV celsiusastetta kohti. Anturin jännitelähtö annetaan seuraavilla kaavoilla

Vout = 10 mV/° C*T

jossa Vout = anturin jännitelähtö

T = lämpötila celsiusasteina, T (° C) = Vout/10 mV

T (° C) = Vout (in V)*100

Jos VDD: n oletetaan olevan 3,3 V, analoginen lukema liittyy havaittuun jännitteeseen 12-bittisellä alueella seuraavan kaavan avulla

Vout = (3.3/4095)*Analoginen lukeminen

Joten lämpötila celsiusasteina voidaan antaa seuraavilla kaavoilla

T (° C) = Vout (in V)*100

T (° C) = (3,3/4095) *Analoginen lukeminen *100

Lämpötila voidaan siis mitata suoraan tunnistamalla anturin analoginen jännitelähtö. AnalogRead () -toimintoa käytetään analogisen jännitteen lukemiseen ohjaimen nastasta. Aurinkopaneelin jännitteen ulostulon tulisi olla tyypillisesti 3 V, joka voidaan havaita suoraan hiukkasfotonilla. Hiukkasfotoni voi suoraan tunnistaa jopa 3,3 V: n jännitteen. Tunnistetun analogisen jännitteen digitalisoimiseksi se viitataan jälleen sisäisesti VDD: hen. Digitaalinen jännitteen lukema skaalataan 12-bittiselle alueelle eli 0-4095. Joten

Vout = (3.3/4095)*Analoginen lukeminen

Luetut anturitiedot näkyvät ensin nestekidenäytössä ja sitten välitetään hiukkaspilveen Wi-Fi-yhteyden kautta. Käyttäjän on kirjauduttava hiukkasen rekisteröityyn tiliin voidakseen tarkastella lukuanturin arvoja. Alusta mahdollistaa yhteyden muodostamisen pelilaudalle rekisteröidyltä tililtä. Käyttäjä voi seurata vastaanotettuja anturitietoja reaaliajassa ja voi myös kirjata tietoja.

Vaihe 5: Liitännät ja piirikaavio

Fotoni ==> LCD

D6 ==> Vasen

D5 ==> Ota käyttöön

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Fotoni ==> LM-35

A0 ==> Noin

Fotoni ==> LDR

A2 ==> Vcc

Fotoni ==> Aurinkopaneeli

A1 ==> Vcc

Vaihe 6: Tulos