Nadzor sončne celice s fotonom delcev: 7 korakov

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

Cilj projekta je izboljšati učinkovitost sončnih kolektorjev. Projekt je zasnovan za nadzor proizvodnje sončne fotovoltaične energije za izboljšanje delovanja, spremljanje in vzdrževanje sončne elektrarne.

V tem projektu je foton delcev povezan z izhodnim izhodom napetosti sončne celice, temperaturnim senzorjem LM-35 in senzorjem LDR za spremljanje izhodne moči, temperature oziroma jakosti vpadne svetlobe. Znakovni LCD je povezan tudi s fotonom delcev za prikaz merjenih parametrov v realnem času. Photon ne prikazuje le izmerjenih parametrov na LCD zaslonu, ampak tudi pošlje izmerjene vrednosti strežniku v oblaku za ogled podatkov v realnem času.

1. korak: Potrebna komponenta

• Foton delcev 20 USD
• 16x2 LCD 3 $
• Sončna plošča 4 USD
• LM-35 temperaturni senzor 2 USD
• LDR $ 1
• Ogledna plošča 4 USD
• Mostične žice 3 USD

Skupni stroški strojne opreme znašajo okoli 40 dolarjev.

2. korak: Strojna oprema

1. Foton delcev

Photon je priljubljena IoT plošča, ki je na voljo na platformi Particle. Na plošči je mikrokrmilnik STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 in ima 1 MB bliskovnega pomnilnika, 128 Kb RAM -a in 18 vhodov za splošni vhod (GPIO) z mešanim signalom z naprednimi zunanjimi napravami. Modul ima vgrajen Wi-Fi čip Cypress BCM43362 za povezljivost Wi-Fi in enopasovni 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n za Bluetooth. Plošča je opremljena z 2 SPI, enim I2S, enim I2C, enim CAN in enim USB vmesnikom.

Treba je opozoriti, da je 3V3 filtriran izhod, ki se uporablja za analogne senzorje. Ta pin je izhod vgrajenega regulatorja in je notranje povezan z VDD modula Wi-Fi. Ko napajate Photon prek VIN ali USB vrat, bo ta pin izhod napetosti 3,3VDC. Ta pin lahko uporabite tudi za neposredno napajanje Photona (največji vhod 3.3VDC). Če se uporablja kot izhod, je največja obremenitev 3V3 100 mA. Signali PWM imajo ločljivost 8 bitov in delujejo na frekvenci 500 Hz.

2. LCD z znaki 16X2

16X2 LCD zaslon se uporablja za prikaz vrednosti izmerjenih parametrov. Povezan je s fotonom delcev tako, da svoje podatkovne nožice D4 do D7 poveže z nožicami D0 do D3 na iverni plošči. Zatiči E in RS na LCD -ju so povezani z nožicama D5 in D6 na iverni plošči. R/W zatič LCD -ja je ozemljen.

3. Senzor LDR (foto upor)

LDR ali svetlobno odvisen upor je znan tudi kot foto upor, fotocelica, fotoprevodnik. To je ena vrsta upora, katerih upor se spreminja glede na količino svetlobe, ki pada na njegovo površino. Ko luč pade na upor, se upor spremeni. Ti upori se pogosto uporabljajo v mnogih vezjih, kjer je potrebno zaznati prisotnost svetlobe. Ti upori imajo različne funkcije in odpornost. Na primer, ko je LDR v temi, se lahko uporabi za vklop luči ali za izklop luči, ko je v luči. Tipičen od svetlobe odvisen upor ima odpor v temi 1MOhm, pri svetlosti pa nekaj KOhm.

Načelo delovanja LDR

Ta upor deluje na principu fotoprevodnosti. To ni nič drugega kot, ko svetloba pade na njeno površino, se prevodnost materiala zmanjša in tudi elektroni v valentnem pasu naprave se vzbudijo v prevodni pas. Ti fotoni v vpadni svetlobi morajo imeti energijo večjo od pasovne reže polprevodniškega materiala. Zaradi tega elektroni skočijo iz valentnega pasu v prevodnost. Te naprave so odvisne od svetlobe, ko svetloba pade na LDR, potem se upor zmanjša, Ko se LDR hrani v temnem prostoru, je njegova odpornost visoka, in ko LDR ostane na svetlobi, se bo njegov upor zmanjšal. Senzor LDR se uporablja za merjenje jakosti vpadne svetlobe. Intenzivnost svetlobe je izražena v luksih. Senzor je priključen na pin A2 iz fotona delcev. Tipalo je priključeno v razdelilnik potencialnega vezja. LDR zagotavlja analogno napetost, ki jo vgrajeni ADC pretvori v digitalno branje.

4. Temperaturni senzor LM-35

LM35 je natančen senzor temperature IC, katerega izhod je sorazmeren s temperaturo (v oC). Območje delovne temperature je od -55 ° C do 150 ° C. Izhodna napetost se spreminja za 10 mV kot odziv na vsak dvig/ padec temperature okolice, to je njen faktor lestvice 0,01 V/ oC. Senzor ima tri zatiče - VCC, analogni izhod in ozemljitev. Aout pin LM35 je priključen na analogni vhodni pin A0 fotona delcev. VCC in ozemljitev sta povezana s skupnim VCC in ozemljitvijo.

Lastnosti

Umerjeno neposredno v stopinjah Celzija (Celzija)

Linearno pri faktorju lestvice 10,0 mV/° C

• Garancija natančnosti 0,5 ° C (pri a25 ° C)
• Ocenjeno za polno območje -55 ° C do 150 ° C
• Deluje od 4 do 30 voltov
• Odtok toka manj kot 60 mA
• Nizko samogrevanje, 0,08 ° C vdihavanje zraka
• Nelinearnost značilna le pri 0,25 ° C
• Nizka impedanca, 0,1 Ω za obremenitev 1 mA

5. Sončna plošča

Sončne celice so naprave, ki pretvarjajo svetlobo v električno energijo. Ime "sončne" plošče so dobili po besedi "Sol", ki so jo astronomi uporabljali za sklicevanje na sonce in sončno svetlobo. Imenujejo jih tudi fotonapetostne plošče, kjer fotonapetost pomeni "svetloba-elektrika". Pojav pretvorbe sončne energije v električno energijo imenujemo fotovoltaični učinek. Ta učinek ustvarja napetost in tok na izhodu pri izpostavljenosti sončni energiji. V projektu se uporablja 3 -voltna sončna plošča. Sončna plošča je sestavljena iz več sončnih celic ali fotonapetostnih diod. Te sončne celice so P-N stična dioda in lahko v prisotnosti sončne svetlobe ustvarijo električni signal. Ko je izpostavljen sončni svetlobi, ta sončna plošča na izhodih proizvede enosmerno napetost 3,3 V. Ta plošča ima lahko največjo izhodno moč 0,72 vata in najmanjšo izhodno moč 0,6 vata. Njegov največji polnilni tok je 220 mA, najmanjši polnilni tok pa 200 mA. Plošča ima dva priključka - VCC in Ground. Izhodna napetost se črpa iz vtiča VCC. Izhodni pin napetosti je priključen na analogni vhodni pin A1 iz fotona delcev za merjenje izhodne moči sončne celice.

3. korak: Programska oprema

Spletni IDE za delce

Za pisanje programske kode za kateri koli Photon mora razvijalec ustvariti račun na spletnem mestu Particle in registrirati ploščo Photon s svojim uporabniškim računom. Programsko kodo lahko nato napišete v spletni IDE na spletnem mestu Particle in jo po internetu prenesete na registriran foton. Če je izbrana iverna plošča, tukaj Photon, vklopljena in povezana s storitvijo v oblaku za delce, se koda po internetni povezavi požge na izbrano ploščo in plošča začne delovati v skladu s preneseno kodo. Za nadzor plošče po internetu je zasnovana spletna stran, ki uporablja Ajax in Jquery za pošiljanje podatkov na ploščo z uporabo metode HTTP POST. Spletna stran identificira ploščo po ID -ju naprave in se prek žetona za dostop poveže s storitvijo delcev v oblaku.

Kako povezati foton z internetom

1. Vklopite napravo

• Priključite kabel USB v vir napajanja.
• Takoj, ko je priključen, mora LED RGB na vaši napravi začeti utripati modro. Če naprava ne utripa modro, pridržite gumb SETUP. Če vaša naprava sploh ne utripa ali če LED lučka sveti oranžne barve, morda nima dovolj energije. Poskusite zamenjati vir napajanja ali kabel USB.

2. Povežite svoj Photon z internetom Spletno ali mobilno aplikacijo uporabljate na dva načina

a. Uporaba spletne aplikacije

• Korak 1 Pojdite na setup.particle.io
• Korak 2 Kliknite na nastavitev Photon
• 3. korak Po kliku na NAPREJ vam bo prikazana datoteka (photonsetup.html)
• 4. korak Odprite datoteko.
• 5. korak Po odprtju datoteke povežite računalnik s Photonom tako, da se povežete z omrežjem PHOTON.
• Korak 6 Konfigurirajte poverilnice za Wi-Fi. Opomba: Če ste napačno vnesli poverilnice, bo Photon utripal temno modro ali zeleno. Ponovno morate iti skozi postopek (tako, da osvežite stran ali kliknete del ponovnega postopka)
• 7. korak Preimenujte svojo napravo. Videli boste tudi potrditev, če je bila naprava zahtevana ali ne.

b. Uporaba pametnega telefona

• Odprite aplikacijo v telefonu. Prijavite se ali se prijavite za račun pri Particle, če ga nimate.
• Po prijavi pritisnite ikono plus in izberite napravo, ki jo želite dodati. Nato sledite navodilom na zaslonu, da napravo povežete z omrežjem Wi-Fi.

Če se vaš Photon prvič poveže, bo med prenosom posodobitev nekaj minut utripal vijolično. Odvisno od vaše internetne povezave lahko traja 6-12 minut, da se posodobitve dokončajo, pri tem pa se Photon nekajkrat znova zažene. V tem času ne zaženite ali izključite Photona. Če to storite, boste morda morali slediti tem navodilom, da popravite napravo.

Ko priključite svojo napravo, se je naučila tega omrežja. Naprava lahko shrani do pet omrežij. Če želite po začetni nastavitvi dodati novo omrežje, bi napravo znova postavili v način poslušanja in nadaljevali, kot je opisano zgoraj. Če menite, da ima vaša naprava preveč omrežij, lahko v njej izbrišete pomnilnik vseh omrežij Wi-Fi, ki se jih je naučila. To lahko storite tako, da gumb za nastavitev držite 10 sekund, dokler LED RGB ne utripa hitro modro, kar pomeni, da so vsi profili izbrisani.

Načini

• Cyan, vaš Photon je povezan z internetom.
• Magenta, trenutno nalaga aplikacijo ali posodablja vdelano programsko opremo. To stanje sproži posodobitev vdelane programske opreme ali utripanje kode iz spletnega IDE ali namiznega IDE. Ta način boste morda videli, ko prvič povežete svoj Photon z oblakom.
• Green, poskuša se povezati z internetom.
• Bela, modul Wi-Fi je izklopljen.

Web IDEParticle Build je integrirano razvojno okolje ali IDE, kar pomeni, da lahko razvijate programsko opremo v aplikaciji, ki je enostavna za uporabo, kar se zgodi v vašem spletnem brskalniku.

1. Če želite odpreti gradnjo, se prijavite v svoj račun delcev in nato kliknite na gradnjo, kot je prikazano na sliki.
2. Ko kliknete, boste videli takšno konzolo.
3. Če želite ustvariti novo aplikacijo za ustvarjanje, kliknite na ustvarjanje nove aplikacije.
4. Če želite knjižnico vključiti v program, pojdite v razdelek knjižnice, poiščite likvidni kristal, nato izberite aplikacijo, v katero želite dodati knjižnico. V mojem primeru gre za solarni nadzor.
5. Za preverjanje programa. Kliknite na preverjanje.
6. Če želite naložiti kodo, kliknite bliskavico, vendar pred tem izberite napravo. Če imate več kot eno napravo, se morate prepričati, da ste izbrali, na katero napravo želite kodo utripati. Kliknite ikono "Naprave" v spodnjem levem kotu podokna za krmarjenje, ko se s kazalcem miške pomaknete na ime naprave, se na levi prikaže zvezda. Kliknite nanjo, da nastavite napravo, ki jo želite posodobiti (ne bo vidna, če imate samo eno napravo). Ko izberete napravo, bo zvezda, povezana z njo, postala rumena. (Če imate samo eno napravo, je ni treba izbrati, lahko nadaljujete.

4. korak: Kako deluje vezje

V vezju se za vmesnik znakovnega LCD-ja uporablja 6 zatičev GPIO modula, trije analogni vhodni zatiči pa za vmesnik temperaturnega senzorja LM-35, sončne plošče in senzorja LDR.

Ko je vezje sestavljeno, je pripravljeno za uporabo skupaj s sončno ploščo. Medtem ko sončna celica nenehno proizvaja električno energijo, je pritrjena na napravo. Naprava se napaja iz električnega omrežja, ki upravlja tudi z drugo opremo za izboljšanje zmogljivosti. Ko je naprava vklopljena, na njenem LCD zaslonu utripajo nekatera začetna sporočila, ki označujejo namen aplikacije. Izhodna moč plošče, temperatura in jakost vpadne svetlobe se merijo z izhodnim izhodom napetosti sončne celice, temperaturnim senzorjem LM-35 in senzorjem LDR. Napetostni izhodni pin solarne plošče, temperaturni senzor LM-35 in senzor LDR so povezani z analognimi vhodnimi zatiči A1, A0 in A2 iz fotona delcev.

Ustrezni parametri se merijo z zaznavanjem analogne napetosti na ustreznih zatičih. Analogna napetost, zaznana na ustreznih zatičih, se s pomočjo vgrajenih ADC kanalov pretvori v digitalne vrednosti. Foton delcev ima 12-bitne ADC kanale. Tako se lahko digitalizirane vrednosti gibljejo od 0 do 4095. Tu se domneva, da je uporovno omrežje, ki povezuje senzor LDR s krmilnim zatičem, umerjeno tako, da prikazuje intenzivnost svetlobe z neposredno sorazmernostjo.

IC LM-35 IC ne zahteva nobene zunanje kalibracije ali obrezovanja, da se zagotovi tipična natančnost ± 0,25 ° C pri sobni temperaturi in ± 0,75 ° C v temperaturnem območju od -55 ° C do 150 ° C. V normalnih pogojih temperatura, ki jo meri senzor, ne bo presegla ali odstopila od delovnega območja senzorja. Z obrezovanjem in umerjanjem na ravni rezine je tako zagotovljena uporaba senzorja po nižjih stroških. Zaradi nizke izhodne impedance, linearnega izhoda in natančne inherentne kalibracije LM-35 je povezovanje senzorja s krmilnim vezjem enostavno. Ker naprava LM-35 črpa le 60 uA iz napajanja, ima zelo nizko samogrevanje, manj kot 0,1 ° C v mirujočem zraku. Običajno se v temperaturnem območju od -55 ° C do 150 ° C izhodna napetost senzorja poveča za 10 mV na stopinjo Celzija. Izhodna napetost senzorja je podana po naslednjih formulah

Vout = 10 mV/° C*T

kjer je Vout = napetostni izhod senzorja

T = temperatura v stopinjah Celzija Torej, T (v ° C) = Vout/10 mV

T (v ° C) = Vout (v V)*100

Če je VDD 3,3 V, je analogno odčitavanje povezano z zaznano napetostjo v 12-bitnem območju po naslednji formuli

Vout = (3,3/4095)*Analogno branje

Torej lahko temperaturo v stopinjah Celzija podamo po naslednjih formulah

T (v ° C) = Vout (v V)*100

T (v ° C) = (3,3/4095) *Analogno branje *100

Tako lahko temperaturo merimo neposredno z zaznavanjem analognega izhoda napetosti iz senzorja. Funkcija analogRead () se uporablja za branje analogne napetosti na zatiču krmilnika. Izhodna napetost sončne celice mora biti običajno 3 V, kar lahko neposredno zazna foton delcev. Foton delcev lahko neposredno zazna napetost do 3,3 V. Za digitalizacijo zaznane analogne napetosti se spet interno sklicuje na VDD. Digitalizirano branje napetosti je razširjeno v 12-bitnem območju, to je od 0 do 4095. Torej

Vout = (3,3/4095)*Analogno branje

Odčitani podatki senzorja se najprej prikažejo na LCD zaslonu, nato pa se prek povezave Wi-Fi pošljejo v oblak delcev. Uporabnik se mora prijaviti v registrirani račun delcev, če si želi ogledati vrednosti senzorja za branje. Platforma omogoča povezavo z desko iz registriranega računa. Uporabnik lahko v realnem času spremlja prejete podatke senzorja in lahko tudi beleži podatke.

5. korak: Povezave in vezja

Photon ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Omogoči

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Photon ==> LM-35

A0 ==> Aout

Photon ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Sončna plošča

A1 ==> Vcc

6. korak: Rezultat