Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter EV -lataukseen: 10 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tämä on toinen Nabiton [avoin pistorasia] -rakennusopas, ensimmäinen versio löytyy osoitteesta: Nabito [avoin pistorasia] v1

Luettelen syyt tämän projektin luomiseen tässä blogikirjoituksessa: Sähköautot ovat turhia asuntoihmisille

Mikä se on?

Nabito - avoin pistorasia on IoT -älymittari, jossa on sähkönmittaus, päälle/pois suuritehoinen kytkentä, NFC -anturi, käyttäjän valtuutus, laskutusominaisuudet ja käyttäjien hallinta.

Projekti koostuu kahdesta osasta: 1. ohjauslaatikko (IoT-laite) 2. web-sovelluksen käyttöliittymä/taustaosa, molemmat täysin avoimen lähdekoodin.

1. Ohjauslaatikko koostuu helposti ladattavista osista, ja se on suunniteltu älykkääksi ja edulliseksi pistorasiaratkaisuksi julkisille ja yksityisille pysäköintialueille sähköajoneuvojen hidasta latausta varten. Se toimii Raspberry Pi Zero W: llä ja Arduino Nanolla.

2. Verkkosovellus toimii Ruby on Railsilla ja on saatavilla avoimena lähdekoodina Githubissa: https://github.com/sysdist/nabito-server Laatikon ja verkkosovelluksen välinen yhteys tehdään MQTT-protokollan avulla.

Hankkeen tavoitteena on kehittää avoimen lähdekoodin latausverkko, jonka kuka tahansa voisi ottaa käyttöön, toteuttaa tai laajentaa.

Ohjauslaatikko koostuu helposti ladattavista osista, ja se on suunniteltu älykkääksi ja edulliseksi pistorasiaratkaisuksi julkisille ja yksityisille pysäköintialueille sähköajoneuvojen hidasta latausta varten.

Se toimii Raspberry Pi Zero W -levyllä (SCB). Ohjausrasian kokonaiskustannukset ovat noin 60 euroa.

Nabito - avoin pistorasia on tällä hetkellä suunniteltu ladattavaksi tavallisista pistorasioista, Manner -Euroopassa se on 230V ja 10-13A eli n. 2,9 kW jatkuvasti. Mutta konsepti koskee kaikkia pistorasioita, Euro, USA tai Yhdistynyt kuningaskunta tai muita hankkeen tulevia versioita, jotka kattavat myös 2 ja 3 vaiheen asennukset.

Tekniset tiedot:

• Yksivaiheinen Jännite: 230 V
• ACMax. virta: 13 A.
• Teho: 2,9 kW
• Mitat: 240 x 200 x 90 mm
• Liitäntä: RJ45 LAN -yhteys tai WIFI
• IP -yhteensopivuus: IP55

Seuraava rakennusopas ei ole täydellinen, siitä puuttuu joitakin kytkentäkaavioita, joitain kokoonpanovaiheita jne.), Halusin saada sen saataville mahdollisimman pian, pyrin parantamaan sitä vähitellen, joten ole hyvä, jos tämä rakennusopas ei kattaa kaikki mitä sinun tarvitsee tietää tai jos sinulla on kysyttävää, lähetä minulle sähköpostia. Kiitos ymmärryksestä.

Vaihe 1: Mitä se tekee?

Projekti koostuu kahdesta osasta, fyysisestä ohjauslaatikosta, joka on IoT -asia (asiakaspuoli), ja sitä ohjaa Web -sovellus (palvelinpuoli).

1. Päälle/pois -kytkentä Verkkoreleen ja kontaktorin avulla se voi kytkeä pistorasian päälle/pois käyttäjän vuorovaikutuksen perusteella.

2. Energianmittaus

Ohjausyksikkö mittaa vaihtovirtaa ja kirjaa virrankulutuksen. Vakiomittaustoiminto. Energianmittaus suoritetaan käyttäjää kohden. Tällä hetkellä on vain vaihtovirran valvonta, ei jännitteenvalvontaa tässä vaiheessa.

3. Käyttäjän todennus

Sinun on luotava käyttäjätilit käyttäjille, jotka käyttävät pistorasiaa/liittimiä. Käyttäjä valtuuttaa lukemalla QR -koodin tai käyttämällä NFC -tunnistetta. Verkkokäyttöliittymän avulla käyttäjät voivat rekisteröityä, kirjautua sisään ja käyttää ohjauslaatikkoa tai NFC -tunniste kytkee laatikon päälle/pois suoraan. Järjestelmänvalvoja voi hyväksyä ja hylätä käyttäjiä.

4. Laskutus

Järjestelmänvalvojan pistorasian kokoonpanon ja 1 kWh: n hinnan perusteella laskut luodaan yksittäisille käyttäjille heidän energiankulutuksensa perusteella. Kuukausilaskut luodaan myöhemmin järjestelmänvalvojan mukavuuden vuoksi.

Vaihe 2: HW ja SW -pinot

HW -pino:

• Raspberry Pi Zero, 1kpl, 11,32 €,
• jäähdytyselementti, 1kpl, 1,2 €,
• NFC-anturi, 1kpl, 3,93 €
• micro SD-kortti 16 Gt, 1kpl, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1kpl, 1,74 €,
• CT-anturi-YHDC 30A SCT013, 1kpl, 4,28 €, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A- Ei-invasiivinen-AC-New-Sensor-Split-Core- Current-Transformer-New/32768354127.html
• matkapuhelinlaturi, 1kpl, 5 €, hinta on arvioitu, käytetty vanhaa laturia, joka tuli puhelimen mukana
• Kotitalouksien vaihtovirtakontaktori 25A EI, 1kpl, 4,79 €,
• Verkkovirtarele, 1kpl, 0,84 €,
• muovinen liitäntärasia (S-laatikko), 1kpl, 5 €,
• Dupont-liitosjohdot pienjännitteille, 1kpl, 2,29 €,
• IP54 230V Euro pistorasia, 1kpl, 2 € ostettu paikallisesta rautakaupasta
• pienet osat: 3,5 mm: n naarasliitin, 10uF: n kondensaattori, 2x 10 kOhm: n vastukset, LED -diodit, kaapelit, 1 kpl, 3 €, ostettu paikallisesta elektroniikkakaupasta
• Wago 2-johtiminen riviliitin, 3kpl, 2 €, ostettu paikallisesta elektroniikkaliikkeestä
• Wago 5-johtiminen riviliitin, 2kpl, 2 €, ostettu paikallisesta elektroniikkaliikkeestä
• USB mini-mikro-kaapeli (Arduino-> RPi), 1kpl, 1,8 €, ostettu paikallisesta tietokonekaupasta

Kokonaiskäyttökustannukset: 60,59 € (70,40 dollaria)

SW -pino:

• Ohjauslaatikon pino:

  • Raspbian Linux (Ubuntu -pohjainen), avoin lähdekoodi, 0 dollaria (kaikki kunnia Linus Torvaldsille + 20 000 ihmistä, jotka työskentelivät Linux -ytimessä + ystävälliset ihmiset Raspberry Pi- ja Raspbian Linux -kuvan takana)
  • Node-RED, avoin lähdekoodi, 0 dollaria (ystävälliset ihmiset IBM: ltä, jotka ovat Node-RED: n kehittämisen takana)

• Verkkosovellusten pino:

  • Nabito-palvelinsovellus:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), avoin lähdekoodi, 0 dollaria
  • Postgres DB, avoin lähdekoodi, 0 dollaria
  • Git, avoin lähdekoodi (enemmän kunniaa Linukselle), 0 dollaria
  • MQTT -protokolla

SW -pinon kokonaiskustannukset: 0 € (*THUMBS_UP*)

Vaihe 3: Ohjauslaatikko: SW -asetukset

1. Asenna RASPBIAN STRETCH LITE (emme tarvitse työpöytäversiota) Raspberry Pi Zero -laitteeseen
2. määritä Raspbian käyttämään paikallista kotisi Wifi-yhteyttä
3. Asenna Node-RED Raspbianiinhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Kopioi Nabito Node-RED -virta ja ota käyttöön ithttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Muokkaa Node-RED-oletusasetuksia.js ja lisää tämä funktioonGlobalContext: rele: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Määritä Node-RED MQTT -välittäjäsi haluamaasi Nabito-palvelinasennukseen (tai osoitteeseen
7. Käynnistä Node-RED uudelleen
8. Tarkista MQTT-yhteys solmupunaisella

Arduinon osa:

1. Lataa, koota ja lähetä tämä luonnos Arduino Nanoonhttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Tehty!;-)

Vaihe 4: Johdotus: verkkokaapelit

Verkkokaapelit toimittavat virtaa:

• AC -kontaktori
• Verkkovirtarele
• Matkalaturi, joka käyttää Raspberry Pi: tä ja Arduinoa

AC -kontaktorin lähtö menee pistorasiaan. Suojamaadoitus on kytketty virtalähteestä pistorasiaan.

Raspberry Pi ohjaa verkkovirtarelettä ja rele kytkee päälle/pois kontaktorin.

Vaihe 5: Johdotus: Arduino, CT -anturi, NFC -anturi

Kytke Arduino CT -anturiin seuraavan käyttöoppaan mukaisesti:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Tarvitset:

• Arduino (voit käyttää mitä tahansa Arduinoa: Uno, Nano, Mega, mistä haluat, kunhan sillä on ADC)
• 10uF kondensaattori2x 10kOhm vastukset
• 3,5 mm naarasliitin
• CT -anturi 30A/1V
• PN532 -anturi (RFID/NFC)
• pieni PCB
• pienet johdot liitäntöjä varten

Juotin Arduino Nanon, kondensaattorin, vastukset ja naarasliittimen piirilevyyn yllä olevan oppaan mukaisesti openenergymonitor.org -sivustosta.

NFC -anturi on liitetty Arduino Nano -laitteeseen SPI -liitännän kautta (Arduino Nanon nastat: 10, 11, 12 ja 13).

Arduino on kytketty Raspberry Pi -laitteeseen mikro -USB: n kautta.

Vaihe 6: Johdotus: Raspberry Pi

Kytke Arduino Raspberry Pi -laitteeseen USB -portin kautta, joten se toimii sarjaporttina ja virtalähteenä Arduinolle, sen pitäisi yhdistää /dev /ttyUSB0.

Verkkorele on kytketty nastojen 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO) kautta.

Etupaneelin LED-valot on kytketty nastojen 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO) kautta

Vaihe 7: Johdotus kaikki yhteen

1. Kiinnitä CT -anturi verkkovirrasta ulos menevään verkkojohtoon
2. Liitä virtalähde Raspberry Pi: lle
3. Kierrä kytkentärasian kansi kiinni
4. Ja olet valmis johdotukseen/kokoonpanoon!

Vaihe 8: Verkkosovelluksen asennus

Tarvitset linux -palvelimen verkkosovelluksen suorittamiseen. Voit joko:

• suorita palvelin paikallisesti tietokoneellasi/kannettavalla tietokoneellasi tai paikallisella Linux -palvelimellasi ja osoita ohjauslaatikko paikalliseen asennukseen
• Luo oma verkkotunnus ja suorita verkkosovellus verkkosivustona
• hallitse ohjauslaatikoitasi osoitteessa https://Nabito.org (se on ilmainen)

Nabito-palvelinsovellus toimii Ruby on Railsilla ja on avoimen lähdekoodin:

Katso verkkosovelluksen asennus ja asennus projektin README.md -osoitteesta Githubissa.

Vaihe 9: Juoksu ja testaus

Paikalliset asetukset:

1. Ota Nabito-palvelinsovellus käyttöön paikallisessa tietokoneessa/kannettavassa tietokoneessa
2. Määritä mosquitto MQTT -välittäjä tietokoneellesi (tai muulle halutulle MQTT -välittäjälle)
3. Liitä Nabito -ohjauslaite paikalliseen WiFi -verkkoon
4. SSH laatikkoon ja ohjaa se käyttämään tietokoneesi MQTT -välittäjää
5. käynnistä rails nabito-palvelinsovellus
6. kytke pieni sähkökuorma (esim. pöytälamppu) pistorasiaan
7. käytä verkkosovellusta käynnistääksesi/pysäyttääksesi pistorasiatunnuksen 1 tarkistaaksesi todellisen ja kokonaisenergiankulutuksen
8. käytä NFC -tunnistetta (jos sinulla on sellainen) vaihtaaksesi pistorasiaa
9. Tarkista viimeisen pistorasian käytön laskutus
10. Aloita onnistuneen testauksen jälkeen oman EV -latausverkon luominen
11. Voitto;-)

Vaihe 10: Johtopäätös, ongelmat ja tuotteen etenemissuunnitelma

Tässä Nabito-ohjauslaatikon versiossa pystyin irrottamaan ohjauslaatikon ja verkkosovelluksen välisen yhteyden, joka pohjimmiltaan loi IoT (Internet of Things) -projektin sekä fyysisen asian kanssa, joka tekee jotain hyödyllistä, että taustaohjelman ja -palvelun, joka hallitsee fyysinen asia.

Laatikon hinta nousi hieman edellisestä versiosta (v1 ennen: 50 €, v2 nyt: 60 €), koska lisäsin turvallisuussyistä kontaktorin palvelemaan korkeampia vahvistimia ja myös RPi on hieman kalliimpi kuin OrangePi -levyt.

MQTT: tä käytetään pääprotokollana tiedon kirjaamiseen ja laatikon ohjaamiseen.

Viimeisen Nabito -version jälkeen pystyin ratkaisemaan useimmat ongelmat (Wifi, kontaktorin, suorittimen ylikuumenemisen, integroidun pistorasian jne.). Lista ajankohtaisista asioista ja mahdollisuuksista kuitenkin kasvaa edelleen:

Ongelmat:

• Raspberry Pi Zero W on erittäin mukava levy, jossa on Wifi ja Bluetooth sekä 2 GPIO -nastaa, mutta silti prosessori lämpenee 34 C: een joutokäynnillä, mikä voi olla ongelmallista lämpimässä ilmastossa ja kesäkuukausina suorassa auringonvalossa
• Linuxin käyttäminen ohjauslaatikossa on hyvä prototyyppien laatimiseen, mutta tämän tuotteen tuotantomallin pitäisi todennäköisesti toimia pienemmällä levyllä, joka pystyy TLS/SSL: ään (siru ESP32 näyttää erittäin lupaavalta)

Mahdollisuudet:

• luoda versioita korkeammille virroille (toiminnot samat, mutta käytä kontaktoria suuremmilla vahvistimilla ja erilaisia CT -antureita/energiamonitorimoduuleja)
• luoda versioita 2 ja 3 vaihetta varten
• integroi energiamonitorimoduuli (kuten Peacefair PZEM-004T -energiamonitori)
• siirry ESP32: een tehon ja lämmön tehokkuuden parantamiseksi
• integroida AWS IOT -pilveen ja käyttää asiakasvarmenteita parhaan suojauksen määrittämiseksi (tällä hetkellä käytetään vain MQTT -käyttäjää/salasanaa)
• hallitse sertifikaatteja ja MQTT-kirjautumistietoja verkkosovelluksesta (tällä hetkellä tämä on määritetty manuaalisesti taustan kautta)
• lisää pieni LCD -paneeli näyttääksesi tiedot suoraan Nabito -ohjauslaatikossa
• lisää numeronäppäimistö, jotta painikkeet ovat vuorovaikutuksessa laatikon kanssa (tapin mahdollisuus parantaa turvallisuutta)
• sisältää ylimääräisen lämpömittarin laatikon ympäristön lämpötilan seuraamiseksi

Jos pidät tästä projektista tai sinulla on kysymyksiä/kommentteja, ota rohkeasti yhteyttä minuun sähköpostitse [email protected]

Järjestelmien jaettu verkkosivusto: www.sysdist.com

Voit seurata minua osoitteessa: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Hyvää päivää ja onnellista tekemistä!-Stefan