Päikesepaneeli jälgimine osakeste footoni abil: 7 sammu

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

Projekti eesmärk on parandada päikesepaneelide efektiivsust. Projekti eesmärk on jälgida päikeseenergia tootmist, et parandada päikeseenergiajaama jõudlust, seiret ja hooldust.

Selles projektis on osakeste footon liidestatud päikesepaneeli, LM-35 temperatuurianduri ja LDR-anduri pinge väljundtihvliga, et jälgida vastavalt väljundvõimsust, temperatuuri ja langeva valguse intensiivsust. Märk -LCD on liidestatud ka osakeste footoniga, et kuvada mõõdetud parameetreid reaalajas. Photon mitte ainult ei näita mõõdetud parameetreid LCD-ekraanil, vaid saadab ka mõõdetud väärtused pilveserverile reaalajas andmete vaatamiseks.

Samm: nõutav komponent

• Osakeste footon 20 dollarit
• 16x2 LCD 3 dollarit
• Päikeseplaat 4 dollarit
• LM-35 temperatuuriandur 2 dollarit
• LDR 1 dollar
• Leivalaud 4 dollarit
• Jumper juhtmed $ 3

Riistvara kogumaksumus on umbes 40 dollarit.

Samm: riistvara

1. Osakeste footon

Photon on populaarne IoT -plaat, mis on saadaval osakeste platvormilt. Plaadil on STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontroller ja sellel on 1 MB välkmälu, 128 Kb muutmälu ja 18 segasignaali üldotstarbelise sisendväljundi (GPIO) kontakti täiustatud välisseadmetega. Moodulil on sisseehitatud Cypress BCM43362 Wi-Fi kiip WiFi-ühenduse jaoks ja ühe ribaga 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n Bluetoothi jaoks. Tahvel on varustatud 2 SPI, ühe I2S, ühe I2C, ühe CAN ja ühe USB -liidesega.

Tuleb märkida, et 3V3 on filtreeritud väljund, mida kasutatakse analoogsensorite jaoks. See tihvt on rongisisese regulaatori väljund ja see on sisemiselt ühendatud WiFi-mooduli VDD-ga. Kui toite fotonit VIN -i või USB -pordi kaudu, väljastab see tihvt 3,3 V alalispinget. Seda tihvti saab kasutada ka footoni otse toiteks (maksimaalne sisend 3.3VDC). Väljundina kasutamisel on 3V3 maksimaalne koormus 100 mA. PWM-signaalide eraldusvõime on 8 bitti ja need töötavad sagedusel 500 Hz.

2. 16X2 sümboliga LCD

16X2 LCD -ekraani kasutatakse mõõdetud parameetrite väärtuste kuvamiseks. See on ühendatud osakeste footoniga, ühendades selle andmestikud D4 kuni D7 puitlaastplaadi tihvtidega D0 kuni D3. LCD -ekraani E- ja RS -tihvtid on ühendatud puitlaastplaadi tihvtidega D5 ja D6. LCD ekraani R/W tihvt on maandatud.

3. LDR -andur (fototakisti)

LDR või valgusest sõltuv takisti on tuntud ka kui fototakisti, fotoelement, valgusjuht. See on ühte tüüpi takisti, mille takistus varieerub sõltuvalt selle pinnale langeva valguse hulgast. Kui valgus langeb takisti peale, muutub takistus. Neid takisteid kasutatakse sageli paljudes vooluahelates, kus on vaja valguse olemasolu tunda. Nendel takistitel on mitmesugused funktsioonid ja takistus. Näiteks kui LDR on pimedas, saab seda kasutada valguse sisse- või väljalülitamiseks, kui see on valguses. Tüüpiline valgusest sõltuv takisti on pimeduses 1MOhm ja heleduse korral paari KOhm takistus.

LDR tööpõhimõte

See takisti töötab fotojuhtivuse põhimõttel. See ei ole midagi muud, kui valgus langeb selle pinnale, siis väheneb materjali juhtivus ja ka seadme valentsriba elektronid ergutatakse juhtivusriba külge. Nende langeva valguse footonite energia peab olema suurem kui pooljuhtmaterjali ribalaius. See paneb elektronid hüppama valentsribalt juhtivusele. Need seadmed sõltuvad valgusest, kui valgus langeb LDR -ile, siis takistus väheneb, ja suureneb pimedas. Kui LDR -i hoitakse pimedas kohas, on selle takistus kõrge ja kui LDR -i hoitakse valguses, siis selle vastupidavus väheneb. LDR -andurit kasutatakse langeva valguse intensiivsuse mõõtmiseks. Valguse intensiivsust väljendatakse luksides. Andur on ühendatud osakeste footoni A2 tihvtiga. Andur on ühendatud potentsiaaljaoturiga. LDR pakub analoogpinget, mis muundatakse sisseehitatud ADC abil digitaalseks lugemiseks.

4. LM-35 temperatuuriandur

LM35 on täppis -IC temperatuuriandur, mille väljund on proportsionaalne temperatuuriga (oC). Töötemperatuuri vahemik on -55 ° C kuni 150 ° C. Väljundpinge varieerub 10 mV võrra, reageerides igale ümbritseva õhu temperatuuri tõusule/ langusele, s.t. selle skaalategur on 0,01 V/ oC. Anduril on kolm kontakti - VCC, Analogout ja Ground. LM35 Aout tihvt on ühendatud osakeste footoni analoogsisendiga A0. VCC ja maandus on ühendatud ühise VCC ja maandusega.

Funktsioonid

Kalibreeritud otse Celsiuse kraadides (C)

Lineaarne skaalategur 10,0 mV/° C

• Garanteeritud 0,5 ° C täpsus (temperatuuril -25 ° C)
• Hinnatud vahemikus -55 ° C kuni 150 ° C
• Töötab 4 kuni 30 volti
• Vähem kui 60 mA voolu äravool
• Madal isekuumenev, 0,08 ° C sisestage õhku
• Mittelineaarsus on ainult 0,25 ° C
• Madaltakistusvõimsus, 0,1Ω 1 mA koormuse korral

5. päikesepaneel

Päikesepaneelid on seadmed, mis muudavad valguse elektrienergiaks. Nad said nime "päikesepaneelid" sõnast "Sol", mida astronoomid kasutasid päikese ja päikesevalguse tähistamiseks. Neid nimetatakse ka fotogalvaanilisteks paneelideks, kus fotogalvaaniline tähendab "kerget elektrit". Päikeseenergia elektrienergiaks muundamise nähtust nimetatakse fotogalvaaniliseks efektiks. See efekt tekitab päikeseenergia kokkupuutel väljundis pinge ja voolu. Projektis kasutatakse 3 -voldist päikesepaneeli. Päikesepaneel koosneb mitmest päikesepatareist või fotogalvaanilisest dioodist. Need päikesepatareid on PN-ristmikdioodid ja nad võivad päikesekiirguse juuresolekul tekitada elektrisignaali. Päikesekiirguse toimel tekitab see päikesepaneel oma klemmides 3,3 V alalispinge. Selle paneeli maksimaalne väljundvõimsus võib olla 0,72 W ja minimaalne väljundvõimsus 0,6 W. Selle maksimaalne laadimisvool on 220 mA ja minimaalne laadimisvool on 200 mA. Paneelil on kaks terminali - VCC ja Ground. Pinge väljund võetakse VCC tihvtist. Pingeväljundi tihvt on ühendatud osakeste footoni analoogsisendiga A1, et mõõta päikesepaneeli väljundvõimsust.

Samm: tarkvara

Osakeste veeb IDE

Programmikoodi kirjutamiseks mis tahes fotonile peab arendaja looma Particli veebisaidil konto ja registreerima fotonitahvli oma kasutajakontoga. Programmi koodi saab seejärel kirjutada osakeste veebisaidi Web IDE -sse ja edastada Interneti kaudu registreeritud footonile. Kui valitud puitlaastplaat, siin Photon, on sisse lülitatud ja ühendatud osakeste pilveteenusega, põletatakse kood Interneti -ühenduse kaudu valitud tahvlile õhu kaudu ja plaat hakkab tööle vastavalt edastatud koodile. Tahvli juhtimiseks Interneti kaudu on loodud veebileht, mis kasutab Ajaxit ja Jqueryd andmete saatmiseks tahvlile HTTP POST -meetodil. Veebileht tuvastab tahvli seadme ID järgi ja ühendub osakeste pilveteenusega juurdepääsuloa kaudu.

Kuidas ühendada footon Internetiga

1. Lülitage seade sisse

• Ühendage USB -kaabel toiteallikaga.
• Niipea, kui see on ühendatud, peaks teie seadme RGB LED siniselt vilkuma. Kui teie seade ei vilgu siniselt, hoidke all nuppu SETUP. Kui teie seade ei vilgu üldse või kui LED -tuli põleb tuhmilt oranž värv, ei pruugi see piisavalt energiat saada. Proovige toiteallikat või USB -kaablit vahetada.

2. Ühendage oma Photon Internetiga. Veebirakendust või mobiilirakendust saate kasutada kahel viisil

a. Veebirakenduse kasutamine

• 1. samm Avage setup.particle.io
• 2. samm Klõpsake footoni seadistamist
• Samm 3 Pärast nupul NEXT klõpsamist peaks teile esitama faili (photonsetup.html)
• Samm 4 Avage fail.
• Samm 5 Pärast faili avamist ühendage arvuti fotoniga, ühendades võrgu nimega PHOTON.
• 6. samm. Konfigureerige oma WiFi-mandaat. Märkus. Kui sisestasite oma mandaadi valesti, vilgub footon tumesinise või rohelise värviga. Peate protsessi uuesti läbi tegema (värskendades lehte või klõpsates uuesti protsessi osas)
• Samm 7 Seadme ümbernimetamine. Samuti näete kinnitust, kas seadme kohta esitati nõue või mitte.

b. Nutitelefoni kasutamine

• Avage rakendus oma telefonis. Logige sisse või registreerige Particle'i konto, kui teil seda pole.
• Pärast sisselogimist vajutage plussikooni ja valige seade, mille soovite lisada. Seejärel järgige seadme Wi-Fi-ga ühendamiseks ekraanil kuvatavaid juhiseid.

Kui ühendate oma Photoniga esimest korda, vilgub värskenduste allalaadimisel mõni minut lillalt. Värskenduste lõpuleviimiseks võib sõltuvalt teie Interneti-ühendusest kuluda 6–12 minutit, kusjuures footon taastub mõne korra. Ärge taaskäivitage ega eemaldage selle aja jooksul toitejuhet. Kui te seda teete, peate võib -olla seadme parandamiseks järgima seda juhendit.

Kui olete oma seadme ühendanud, on ta selle võrgu õppinud. Teie seade võib salvestada kuni viis võrku. Uue võrgu lisamiseks pärast esmast seadistamist lülitage seade uuesti kuulamisrežiimi ja toimige nagu eespool. Kui tunnete, et teie seadmel on liiga palju võrke, võite seadme mälust kustutada kõik õpitud WiFi-võrgud. Selleks hoidke seadistusnuppu 10 sekundit all, kuni RGB LED vilgub kiiresti siniselt, andes märku, et kõik profiilid on kustutatud.

Režiimid

• Cyan, teie Photon on Internetiga ühendatud.
• Magenta, see laadib praegu rakendust või värskendab püsivara. Selle oleku käivitab püsivara värskendus või Web IDE või töölaua IDE vilkuv kood. Seda režiimi näete, kui ühendate oma fotoni esmakordselt pilvega.
• Roheline, see üritab Interneti -ühendust luua.
• Valge, WiFi-moodul on välja lülitatud.

Veebi IDEParticle Build on integreeritud arenduskeskkond ehk IDE, mis tähendab, et saate tarkvaraarendust teha hõlpsasti kasutatavas rakenduses, mis juhtub just teie veebibrauseris.

1. Ehituse avamiseks logige sisse oma osakeste kontole ja seejärel klõpsake ehitamisel, nagu pildil näidatud.
2. Kui klõpsate, näete sellist konsooli.
3. Uue loomise rakenduse loomiseks klõpsake nuppu Loo uus rakendus.
4. Raamatukogu lisamiseks programmi minge teekide sektsiooni, otsige vedelkristalli. Seejärel valige rakendus, kuhu soovite kogu lisada. Minu puhul on see päikesepaneelide jälgimine.
5. Programmi kontrollimiseks. Klõpsake nuppu Kinnita.
6. Koodi üleslaadimiseks klõpsake välklambil, kuid enne seda valige seade. Kui teil on mitu seadet, peate veenduma, et olete valinud, millist seadet soovite välgutada. Klõpsake navigeerimispaanil vasakus alanurgas ikooni "Seadmed", siis kui hõljutate kursorit seadme nime kohal, ilmub vasakule täht. Värskendatava seadme määramiseks klõpsake sellel (see pole nähtav, kui teil on ainult üks seade). Kui olete seadme valinud, muutub sellega seotud täht kollaseks. (Kui teil on ainult üks seade, pole vaja seda valida, võite jätkata.

Samm: kuidas vooluring töötab

Vooluahelas kasutatakse tähemärgi LCD-ga liideseks 6 mooduli GPIO-tihvti ja kolme analoogsisendiga LM-35 temperatuurianduri, päikesepaneeli ja LDR-anduri liidestamiseks.

Kui vooluring on kokku pandud, on see valmis koos päikesepaneeliga kasutusele võtma. Kuigi päikesepaneel toodab pidevalt elektrit, on see seadme külge kinnitatud. Seade saab toitevõrgust, mis haldab ka muid jõudlust parandavaid seadmeid. Kui seade on sisse lülitatud, vilguvad selle LCD -ekraanil mõned esialgsed teated, mis näitavad rakenduse eesmärki. Paneeli väljundvõimsust, temperatuuri ja langeva valguse intensiivsust mõõdetakse vastavalt päikesepaneeli, LM-35 temperatuurianduri ja LDR-anduri pingeväljundi tihvtiga. Päikesepaneeli pingeväljundi tihvt, temperatuuriandur LM-35 ja LDR-andur on ühendatud osakeste footoni analoogsisendpistikutega A1, A0 ja A2.

Vastavaid parameetreid mõõdetakse analoogpinge tuvastamisega vastavatel tihvtidel. Vastavatel tihvtidel tuvastatud analoogpinge teisendatakse sisseehitatud ADC-kanalite abil digitaalseteks väärtusteks. Osakeste footonil on 12-bitised ADC kanalid. Seega võivad digiteeritud väärtused olla vahemikus 0 kuni 4095. Siin eeldatakse, et takistusliku võrguga liidestav LDR -andur kontrolleri tihvtiga on kalibreeritud, et näidata valguse intensiivsust otsese proportsionaalsusega.

LM-35 IC ei vaja välist kalibreerimist ega kärpimist, et tagada tüüpiline täpsus ± 0,25 ° C toatemperatuuril ja ± 0,75 ° C temperatuurivahemikus -55 ° C kuni 150 ° C. Normaaltingimustes ei ületa anduri mõõdetud temperatuur anduri tööpiirkonda ega kahanda seda. Vahvlite tasemel kärpimise ja kalibreerimisega on tagatud anduri kasutamine madalamate kuludega. Madala väljundtakistuse, lineaarse väljundi ja LM-35 kalibreerimise tõttu on anduri ühendamine juhtimisahelaga lihtne. Kuna seade LM-35 tarbib toiteallikast ainult 60 uA, on sellel väga madal isekuumenev temperatuur (alla 0,1 ° C) vaikse õhu käes. Tavaliselt temperatuurivahemikus -55 ° C kuni 150 ° C suureneb anduri pinge 10 mV Celsiuse kraadi kohta. Anduri pingeväljund on antud järgmiste valemitega

Vout = 10 mV/° C*T

kus Vout = anduri pinge väljund

T = temperatuur Celsiuse kraadides

T (° C) = Vout/10 mV

T (° C) = Vout (in V)*100

Kui eeldatakse, et VDD on 3,3 V, on analoognäide seotud 12-bitise vahemiku pingega järgmise valemi abil

Vout = (3.3/4095)*Analoog-lugemine

Seega saab temperatuuri Celsiuse kraadides anda järgmiste valemitega

T (° C) = Vout (in V)*100

T (° C) = (3,3/4095) *analoog-lugemine *100

Niisiis, temperatuuri saab mõõta otse anduri analoogpinge väljundi abil. Funktsiooni analogRead () kasutatakse kontrolleri tihvti analoogpinge lugemiseks. Päikesepaneeli väljundpinge peaks tavaliselt olema 3 V, mida osakeste footon saab otse tunda. Osakeste footon võib otseselt tajuda pinget kuni 3,3 V. Tuvastatud analoogpinge digiteerimiseks on see taas sisemiselt viidatud VDD -le. Digiteeritud pinge näit skaleeritakse 12-bitise vahemiku, st 0 kuni 4095. Seega

Vout = (3.3/4095)*Analoog-lugemine

Lugemisanduri andmed kuvatakse esmalt LCD-ekraanil ja seejärel edastatakse Wi-Fi-ühenduse kaudu osakeste pilve. Lugemisanduri väärtuste vaatamiseks peab kasutaja logima sisse osakese registreeritud kontole. Platvorm võimaldab registreeritud kontolt tahvliga ühendust luua. Kasutaja saab reaalajas jälgida saadud anduri andmeid ja saab ka andmeid logida.

Samm: ühendused ja vooluahela skeem

Footon ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Luba

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Footon ==> LM-35

A0 ==> Umbes

Footon ==> LDR

A2 ==> Vcc

Footon ==> Päikeseplaat

A1 ==> Vcc

6. samm: tulemus