Napajalni modul IoT: Dodajanje funkcije merjenja energije IoT v krmilnik sončnega naboja: 19 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Pozdravljeni vsi, upam, da ste vsi super! V tem navodilu vam bom pokazal, kako sem izdelal modul za merjenje porabe energije IoT, ki izračuna količino energije, ki jo proizvedejo moje sončne celice, ki jih moj solarni krmilnik polnjenja uporablja za polnjenje baterije svinčeve kisline. Ta modul se nahaja med sončnimi celicami in krmilnikom polnjenja ter vam prek interneta posreduje vse potrebne podatke o parametrih v telefonu. Za platformo IoT sem uporabil Blynk, ki je zelo enostaven za uporabo in ga je mogoče enostavno prilagoditi glede na vaš projekt. Omejitev obstoječega krmilnika polnjenja je bila, da mi je dal samo polnilno napetost, zato količine energije ni bilo mogoče določiti. V tem projektu sem v napajalni modul dodal funkcije merjenja napetosti in toka, ki jih je mogoče uporabiti za izračun moči (v vatih) in s tem skupne porabljene energije. Ta napajalni modul lahko preprosto uporabite v drugih aplikacijah za merjenje enosmerne moči. To bo precej dolgo poučevanje, zato začnimo!

Zaloge

1. Arduino Pro Mini / Nano ali enakovreden
2. LM2596 pretvorniški modul
3. 7805 regulator napetosti
4. AMS1117 3.3V regulator
5. ESP8266-01 modul WiFi
6. OLED zaslon
7. LM358 dvojni OP-ojačevalnik
8. 100K, 10K, 2.2k in 1K upori (1/4 vata)
9. 0,1uF kondenzatorji iz keramike
10. Elektrolitski kondenzator 22uF
11. Vijačne sponke
12. Moški in ženski pas berga
13. Stikalo ON-OFF
14. Perf deska ali veroboard
15. Spajkalna oprema

1. korak: Zberite vse dele in dokončajte postavitev

Ko smo zbrali vse potrebne komponente, je pomembno, da se skrbno odločimo za postavitev naše plošče in postavitev različnih komponent, tako da ožičenje postane preprosto in vse komponente postavljene blizu drug drugega. Za pritrditev Arduina, pretvornika denarja, modula WiFi in zaslona Oled bom namesto neposrednega spajkanja modulov uporabljal ženske glave, tako da lahko komponente uporabim za kakšen drug projekt, vendar lahko module neposredno spajkate, če načrtujete da bo trajno.

2. korak: Dodajanje vijačnih sponk

Najprej spajkamo vijačne sponke, ki bodo uporabljene za priključitev solarnih panelov kot vhoda in regulatorja polnjenja kot izhoda na napajalni modul. Vijačne sponke omogočajo enostaven način priključitve ali odstranitve naprav, kadar je to potrebno.

3. korak: Dodajanje omrežja razdelilnika napetosti uporov

Za zaznavanje vhodne napetosti se uporablja razdelilnik napetosti. Za svojo aplikacijo sem naredil uporno mrežo z 10K in 1K uporom in merim padec napetosti na 1K uporu, ki bo dan kot vhod za mikrokrmilnik Arduino. Poleg tega sem dodal 0,1uF kondenzator na 1K upor, da bi ublažil vsa nenadna nihanja napetosti.

Korak 4: Dodajanje krmilnega upora za zaznavanje toka

Shunti upor je upor zelo majhne vrednosti (običajno v vrstici milOOhms), ki je v zaporedju z obremenitvijo, kar ustvarja zelo majhen padec napetosti, ki ga je mogoče povečati z operativnim ojačevalnikom, izhod pa je mogoče dati arduinu za merjenje. Za merjenje toka uporabljam shunt upor (ki ima vrednost približno 10 milijonov ohmov. To sem naredil z jeklenico in jo upognil, da bi naredil nekakšen vzorec tuljave) na spodnji strani vezja, tj., med bremenom in tlemi. Na ta način je mogoče majhen padec napetosti neposredno izmeriti glede na tla.

5. korak: Dodajanje vezja ojačevalnika OpAmp

Operacijski ojačevalnik, uporabljen tukaj, je LM358, ki je dvojni op-amp čip. Kot neinvertirni ojačevalnik bomo uporabljali samo en Op-Amp. Dobiček neinvertirajočega ojačevalnika lahko nastavite z uporabo uporovnih omrežij R1 in R2, kot je prikazano na sliki. Za svojo aplikacijo sem izbral R1 kot 100K in R2 kot 2,2K, kar mi daje približno 46. Upor in OpAmp nista popolna, zato je treba v programu arduino narediti nekaj prilagoditev, da dobimo dobre odčitke (o tem bomo razpravljali to v kasnejših korakih).

Naredil sem tudi projekt, kako narediti vatmeter za arduino, tukaj sem podrobno obravnaval več konceptov. Projekt lahko preverite tukaj:

6. korak: Napajanje

Za napajanje modula Arduino, OpAmp, OLED in WiFi uporabljam pretvorniški modul LM2596 za znižanje vhodne napetosti na približno 7 voltov. Nato z regulatorjem napetosti 7805 pretvorim 7 voltov v 5 voltov za Arduino in OLED ter z regulatorjem AMS1117 ustvarim 3,3 V, potrebnega za modul WiFi. Zakaj toliko o napajanju vprašate? Razlog za to je, da ne morete neposredno priključiti solarne plošče na 5 -voltni regulator in pričakovati, da bo deloval učinkovito (saj gre za linearni regulator). Tudi nominalna napetost sončne celice je približno 18-20 voltov, kar je lahko previsoko za linearni regulator in lahko v hipu popeče vašo elektroniko! Zato je bolje imeti učinkovit pretvornik denarja

7. korak: Pritrditev pretvornika Buck in regulatorja

Najprej sem označil položaje, kamor bi se prilegali zatiči pretvornika dolarjev. Nato sem spajkal ženske glave na te točke, moške pa na pretvornik dolarjev (tako da lahko po potrebi enostavno odstranim modul). regulator 5V gre tik pod modul pretvornika dolarjev in je povezan z izhodom pretvornika, kar daje gladkih 5 V za krmilno ploščo.

8. korak: Dodajanje stikala

V primeru, da želim vklopiti ali izklopiti napajalni modul, sem dodal stikalo med pretvornikom dolarja in vhodi sončne celice. Če je izklopljen, bo napajanje še vedno oddano obremenitvi (v mojem primeru krmilnik polnjenja), le merilne in IoT funkcije ne bodo delovale. Na zgornji sliki je prikazan tudi postopek spajkanja.

9. korak: Dodajanje glav za Arduino in popravljanje regulatorja 3.3v

Zdaj sem izrezal ženske glave v skladu z velikostjo Arduino pro mini in ga spajkal. Regulator AMS1117 sem spajkal neposredno med Vcc in Gnd napajalnika Arduino (Arduino dobi 5V od regulatorja 7805, ki napaja AMS1117 za 3.3V, ki ga potrebuje modul WiFi). Komponente sem strateško postavil tako, da sem moral uporabiti minimalne žice, dele pa je mogoče povezati prek sledi spajkanja.

10. korak: Dodajanje glav za modul WiFi

Ženske glave za modul WiFi sem spajkal tik tam, kjer bi se prilegal Arduino pro mini.

11. korak: Dodajanje komponent za modul WiFi

Modul ESP8266 deluje na 3,3 volta in ne na 5 voltov (pri uporabi 5 voltov sem opazil, da se modul zelo zelo segreje in najverjetneje poškoduje, če ga uporabljate predolgo). Arduino in modul WiFi komunicirata prek serijske komunikacije, ki uporablja zatiče Tx in Rx modula. Vsaka 2 digitalna zatiča arduino lahko konfiguriramo tako, da delujejo kot serijski zatiči s pomočjo serijske knjižnice programske opreme arduino IDE. Pin Rx modula gre na Tx Arduina in obratno. Rx pin ESP deluje na 3.3V logiki, zato uporabljamo omrežje delilnika napetosti 2.2K in 1K, da znižamo 5V logično raven Arduina na približno 3.6V (kar je še vedno sprejemljivo). Tx ESP lahko neposredno povežemo z Rx arduina, saj je arduino združljiv s 3.3v.

12. korak: Dodajanje zaslona OLED

Za priključitev zaslona OLED potrebujemo 4 povezave, dve za napajanje in 2 za komunikacijski protokol I2C z Arduinom, ki sta A4 in A5 zatiča Arduina. Za priključitev zatičev I2C in neposredno spajkanje napajalnih priključkov bom uporabil majhno mostično žico skupaj z moško glavo

13. korak: Končni pogled na modularno ploščo

Po končanem postopku spajkanja izgleda plošča tako! Da, na koncu sem moral uporabiti nekaj žic, vendar sem bil z rezultatom zelo zadovoljen. Zanimiv del je, da je plošča popolnoma modularna in po potrebi vse glavne komponente enostavno odstranite ali zamenjate.

14. korak: Vse skupaj

Tako izgleda celoten modul, ko je vse na svojem mestu!

Zdaj pa pojdimo na del programske opreme …

Korak 15: Programiranje z uporabo plošče FTDI

Za programiranje tega modula bom uporabil odklopno ploščo FTDI, ki je idealna za programiranje Arduino Pro Mini. Njegovo preslikavo zatičev je popolnoma poravnano, zato vam ne bo treba uporabljati skakalcev in podobno.

Korak 16: Shematski diagram

To je celoten diagram vezja modula merilnika moči IoT. To shemo sem oblikoval v Eagle CAD. Prenesite in spremenite shematske datoteke po svojih zamislih:)

17. korak: Rezultati

Namestitev sem zaključil tako, da napajalni modul povežem med sončno ploščo in krmilnikom polnjenja. Takoj ko ga vklopimo, se poveže z usmerjevalnikom WiFi in podatki se nenehno objavljajo v aplikaciji Blynk na mojem pametnem telefonu. To daje podatke o parametrih polnjenja v realnem času, ne glede na to, kje sem, kolikor imam internetno povezavo! Lepo je videti, da projekt lepo deluje:)

Za eksperimentalne namene sem preizkusil namestitev s svojo sončno ploščo 50 W in 12V 18AH svinčeno baterijo.

Korak 18: Koda Arduino

Tu je celotna koda Arduino, ki sem jo uporabil za svoj projekt.

Za pravilno delovanje tega projekta boste potrebovali nekaj knjižnic:

Glavna knjižnica Blynk

Knjižnica Adafruit_GFX

Knjižnica Adafruit_SSD1306

Upam, da je bil ta projekt koristen. Podprite moje projekte tako, da jih delite s svojo skupnostjo:)

Komentirajte vse povratne informacije ali vprašanja o tem projektu. Imej lep dan !

Ta projekt mi pomaga spremljati količino energije, ki jo poberem s svojih plošč. Naredimo korak naprej, da se bolj obrnemo k obnovljivim virom energije, da zmanjšamo ogljični odtis in ustvarimo trajnostno okolje:)