IoT toitemoodul: IoT võimsuse mõõtmise funktsiooni lisamine minu päikeseenergia laadimiskontrollerile: 19 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Tere kõigile, loodan, et olete kõik toredad! Selles juhendis näitan teile, kuidas tegin IoT võimsuse mõõtmise mooduli, mis arvutab mu päikesepaneelide toodetud võimsuse, mida minu päikeseenergia laadimiskontroller kasutab pliihappe aku laadimiseks. See moodul asub päikesepaneelide ja laadimiskontrolleri vahel ning annab teile Interneti kaudu kõik vajalikud parameetrid telefonis. IoT platvormi jaoks olen kasutanud Blynkit, mida on väga lihtne kasutada ja mida saab hõlpsasti kohandada vastavalt teie projektile. Olemasoleva laadimiskontrolleri piirang oli see, et see andis mulle ainult laadimispinge ja seetõttu ei olnud võimalik võimsust määrata. Selles projektis olen lisanud toite moodulile pinge ja voolu mõõtmise funktsioonid, mida saab kasutada võimsuse (vattides) ja seega kogutud energia arvutamiseks. Seda võimsusmoodulit saab hõlpsasti kasutada ka teistes alalisvoolu mõõtmise rakendustes. See saab olema üsna pikk juhendatav, nii et alustame!

Tarvikud

1. Arduino Pro Mini / Nano või samaväärne
2. LM2596 buck converter moodul
3. 7805 pingeregulaator
4. AMS1117 3.3V regulaator
5. ESP8266-01 WiFi-moodul
6. OLED -ekraan
7. LM358 kahekordne OP-võimendi
8. 100K, 10K, 2,2k ja 1K takistid (1/4 vatti)
9. 0,1uF keraamilised ketaskondensaatorid
10. 22uF elektrolüütkondensaator
11. Kruviklemmid
12. Isane ja emane bergiriba
13. ON-OFF lüliti
14. Perf -laud või veroboard
15. Jootmisseadmed

Samm: kõigi osade kogumine ja paigutuse viimistlemine

Kui oleme kõik vajalikud komponendid kokku kogunud, on oluline, et otsustaksime hoolikalt oma plaadi paigutuse ja erinevate komponentide paigutuse, nii et juhtmestik muutuks lihtsaks ja kõik komponendid asetuksid üksteise lähedale. Arduino, buck -muunduri, WiFi -mooduli ja Oled -ekraani ühendamiseks kasutan moodulite otsejootmise asemel naissoost päiseid, nii et saan komponente kasutada mõne muu projekti jaoks, kuid kui kavatsete, saate mooduleid otse jootma muuta see püsivaks.

2. samm: kruviklemmide lisamine

Esiteks jootame kruviklemmid, mida kasutatakse päikesepaneelide ühendamiseks sisendina ja laadimiskontrollerit väljundina toite moodulile. Kruviklemmid pakuvad lihtsat viisi seadmete ühendamiseks või eemaldamiseks vajadusel.

3. samm: takisti pingejaoturi võrgu lisamine

Sisendpinge tuvastamiseks kasutatakse pingejaotusvõrku. Oma rakenduse jaoks olen loonud takisti võrgu, kasutades 10K ja 1K takistit ning mõõdan pingelangust 1K takistil, mis antakse sisendina Arduino mikrokontrollerile. Lisaks olen lisanud 1K takistile 0,1uF kondensaatori, et tasandada äkilisi pinge kõikumisi.

4. samm: šundtakisti lisamine vooluanduriks

Šunttakisti on väga väikese väärtusega takisti (tavaliselt suurusjärgus milliOhms) jadaga koormusega, mis tekitab väga väikese pingelanguse, mida saab võimenduse abil võimendada ja väljundi seejärel mõõtmiseks arduinole anda. Voolu mõõtmiseks kasutan vooluahela madalal küljel šundtakistit (mille väärtus on ligikaudu 10 milliohmi. Olen seda teinud terastraadi abil ja painutades seda, et saada mingi mähise muster), st, koorma ja maapinna vahel. Nii saab väikest pingelangust otse maapinna suhtes mõõta.

Samm: lisage OpAmp võimendi ahel

Siin kasutatav operatsioonivõimendi on LM358, mis on kahekordne op-võimendi kiip. Kasutame mitte-inverteeriva võimendina ainult ühte op-võimendit. Mitteinverteeriva võimendi võimendust saab seadistada, kasutades takistusvõrke R1 ja R2, nagu on näidatud pildil. Oma rakenduse jaoks olen valinud R1 kui 100K ja R2 kui 2.2K, mis annab mulle ligikaudse võimenduse 46. Takisti ja OpAmp ei ole täiuslikud, nii et arduino programmis tuleb mõningaid kohandusi teha, et saada häid näiteid (arutame et hilisemates etappides).

Olen siin teinud ka projekti, kuidas arduino jaoks vattmeetrit teha, olen rohkem mõisteid üksikasjalikumalt arutanud. Projektiga saate tutvuda siin:

6. samm: toiteallikas

Arduino, OpAmp, OLED ja WiFi mooduli toiteks kasutan LM2596 buck converter moodulit, et alandada sisendpinget umbes 7 voldini. Seejärel muundan pingeregulaatori 7805 abil Arduino ja OLED -i 7 volti 5 -voldiseks ning kasutan AMS1117 regulaatorit, genereerides WiFi -mooduli jaoks vajaliku 3,3 V. Miks küsite nii palju toiteallika eest? Põhjus on selles, et te ei saa päikesepaneeli otse 5 -voldise regulaatoriga ühendada ja eeldate, et see töötab tõhusalt (kuna see on lineaarne regulaator). Ka päikesepaneeli nimipinge on umbes 18–20 volti, mis võib lineaarse regulaatori jaoks olla liiga kõrge ja võib teie elektroonika hetkega ära praadida! Seega on parem omada tõhusat buck -muundurit

Samm: Bucki muunduri ja regulaatori kinnitamine

Esiteks märkisin ära positsioonid, kuhu buck -muunduri tihvtid sobiksid. Seejärel jootsin naissoost päised nendesse punktidesse ja isased päised buck -muunduri külge (et saaksin vajadusel mooduli hõlpsalt eemaldada). 5V regulaator läheb vahetult muunduri mooduli alla ja on ühendatud muunduri väljundiga, et saada juhtpaneeli jaoks sujuv 5 V.

Samm: lüliti lisamine

Olen lisanud buck -muunduri ja päikesepaneelide sisendite vahele lüliti, juhuks kui soovin toite mooduli sisse või välja lülitada. Kui see on välja lülitatud, antakse toide ikkagi koormusele (minu puhul laadimiskontroller), ainult mõõtmis- ja IoT -funktsioonid ei tööta. Ülaltoodud pilt näitab ka jootmisprotsessi seni.

Samm: lisage Arduino päised ja kinnitage 3.3v regulaator

Nüüd lõikasin naissoost päised vastavalt Arduino pro mini suurusele ja jootsin. Jootsin AMS1117 regulaatori otse Arduino toiteallika Vcc ja Gnd vahele (Arduino saab 5V 7805 regulaatorist, mis omakorda toidab AMS1117 WiFi mooduli jaoks vajaliku 3,3 V jaoks). Olen komponendid strateegiliselt paigutanud nii, et pidin kasutama minimaalselt juhtmeid ja osi saab ühendada jootmisjälgede kaudu.

Samm: WiFi -mooduli päiste lisamine

Jootsin WiFi -mooduli naissoost päised selle kõrvale, kuhu Arduino pro mini sobiks.

Samm: WiFi -mooduli komponentide lisamine

ESP8266 moodul töötab 3,3 volti ja mitte 5 voltiga (5 volti rakendades täheldasin, et moodul läheb väga -väga kuumaks ja saab liiga pika kasutamise korral tõenäoliselt kahjustada). Arduino ja WiFi moodul suhtlevad jadaühenduse kaudu, mis kasutab mooduli Tx ja Rx kontakte. Arduino IDE tarkvara jadakogu abil saame seadistada suvalised 2 arduino digitaalset tihvti toimima jadana. Mooduli Rx -tihvt läheb Arduino Tx -le ja vastupidi. ESP Rx -tihvt töötab 3,3 V loogikaga, nii et kasutame 2,2K ja 1K pingejaotusvõrku, et alandada Arduino 5V loogikatase ligikaudu 3,6V -ni (mis on endiselt vastuvõetav). Saame otse ühendada ESP Tx arduino Rx -ga, kuna arduino ühildub 3.3v -ga.

Samm: OLED -ekraani lisamine

OLED -ekraani ühendamiseks vajame 4 ühendust, kaks toiteallika jaoks ja 2 I2C sideprotokolli jaoks Arduinoga, mis on Arduino A4 ja A5 kontaktid. Ma kasutan I2C tihvtide ühendamiseks ja toiteühenduste otse jootmiseks väikest hüppajajuhet koos isasega päisega

Samm 13: Lõplik ülevaade moodulplaadist

Pärast kogu jootmisprotsessi lõpetamist näeb see plaat välja! Jah, ma pidin lõpus juhtmeid kasutama, kuid olin tulemusega üsna rahul. Huvitav osa on see, et plaat on täielikult modulaarne ja vajadusel saab kõiki peamisi komponente kergesti eemaldada või asendada.

14. samm: pange see kõik kokku

Nii näeb tervikmoodul välja, kui kõik on paigas!

Läheme nüüd tarkvaraosa juurde …

Samm 15: Programmeerimine FTDI Board abil

Selle mooduli programmeerimiseks kasutan FTDI eraldusplaati, mis sobib ideaalselt Arduino Pro Mini programmeerimiseks. Selle tihvtide kaardistamine on ideaalselt joondatud, nii et te ei pea kasutama ja džemprid või nii.

16. samm: skemaatiline skeem

See on IoT võimsusmõõturi mooduli täielik skeem. Olen selle skeemi kujundanud Eagle CAD -is. Laadige alla ja muutke skemaatilisi faile vastavalt oma ideedele:)

17. samm: tulemused

Olen seadistamise lõpule viinud, ühendades toitemooduli päikesepaneeli ja laadimiskontrolleri vahel ning niipea, kui me selle sisse lülitame, ühendub see minu WiFi -ruuteriga ja andmeid avaldatakse pidevalt minu nutitelefoni rakenduses Blynk. See annab laadimisparameetrite reaalajas andmed olenemata sellest, kus ma olen, niipalju kui mul on Interneti -ühendus! Tore on näha, kuidas projekt kenasti töötab:)

Katse eesmärgil testisin seadistust, kasutades oma 50 -vatist päikesepaneeli ja 12V 18AH pliiakut.

18. samm: Arduino kood

Siin on täielik Arduino kood, mida olen oma projekti jaoks kasutanud.

Selle projekti nõuetekohaseks toimimiseks on vaja mõningaid raamatukogusid:

Blynki raamatukogu

Adafruit_GFX raamatukogu

Adafruit_SSD1306 raamatukogu

Loodan, et see projekt oli kasulik. Kaaluge minu projektide toetamist, jagades seda oma kogukonnaga:)

Kommenteerige julgelt selle projektiga seotud tagasisidet või küsimusi. Head päeva !

See projekt aitab mul jälgida paneelidelt kogutud energia hulka. Teeme sammu edasi, et pöörduda rohkem taastuvate energiaallikate poole, et vähendada süsiniku jalajälge ja luua jätkusuutlik keskkond:)