IoT modul napajanja: Dodavanje značajke mjerenja IoT energije u moj solarni regulator punjenja: 19 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Pozdrav svima, nadam se da ste svi super! U ovom uputstvu pokazat ću vam kako sam napravio IoT modul za mjerenje energije koji izračunava količinu energije koju generiraju moji solarni paneli, a koju moj solarni regulator punjenja koristi za punjenje moje olovne baterije. Ovaj modul se nalazi između solarnih panela i kontrolera punjenja i daje vam sve potrebne parametre na telefonu putem Interneta. Za IoT platformu koristio sam Blynk, koji je vrlo jednostavan za korištenje i može se lako prilagoditi prema vašem projektu. Ograničenje postojećeg kontrolera punjenja bilo je to što mi je davao samo napon punjenja, pa se količina energije nije mogla odrediti. U ovom sam projektu energetskom modulu dodao funkcije mjerenja napona i struje koje se mogu koristiti za izračun snage (u vatima), a time i ukupne prikupljene energije. Ovaj se modul za napajanje može lako koristiti u drugim aplikacijama za mjerenje istosmjerne energije. Ovo će biti prilično dugo uputstvo pa krenimo!

Pribor

1. Arduino Pro Mini / Nano ili ekvivalent
2. LM2596 modul pretvarača dolara
3. 7805 regulator napona
4. AMS1117 3.3V regulator
5. ESP8266-01 WiFi modul
6. OLED zaslon
7. LM358 dvostruko OP pojačalo
8. 100K, 10K, 2.2k i 1K otpornici (1/4 vata)
9. 0,1uF kondenzatori od keramičkog diska
10. Elektrolitski kondenzator 22uF
11. Vijčani terminali
12. Muška i ženska berg traka
13. ON-OFF prekidač
14. Perf ploča ili veroboard
15. Oprema za lemljenje

Korak 1: Prikupljanje svih dijelova i dovršavanje izgleda

Nakon što prikupimo sve potrebne komponente, važno je da pažljivo odlučimo o rasporedu naše ploče i postavljanju različitih komponenti kako bi ožičenje postalo jednostavno, a sve komponente postavljene blizu jedna drugoj. Za pričvršćivanje Arduina, pretvarača dolara, WiFi modula i Oled ekrana koristit ću ženska zaglavlja umjesto izravnog lemljenja modula, na ovaj način mogu koristiti komponente za možda neki drugi projekt, ali možete izravno lemiti module ako planirate učiniti trajnim.

Korak 2: Dodavanje vijčanih terminala

Prije svega lemimo vijčane stezaljke koje će se koristiti za spajanje solarnih panela kao ulaza i regulatora punjenja kao izlaza na modul napajanja. Vijčani terminali omogućuju jednostavan način uključivanja ili uklanjanja uređaja po potrebi.

Korak 3: Dodavanje mreže razdjelnika napona otpornika

Za mjerenje ulaznog napona koristi se mreža razdjelnika napona. Za svoju primjenu napravio sam otporničku mrežu pomoću 10K i 1K otpornika i mjerim pad napona na 1K otporniku koji će se dati kao ulaz na Arduino mikrokontroler. Dodatno, dodao sam 0,1uF kondenzator preko 1K otpornika kako bih ublažio sve iznenadne fluktuacije napona.

Korak 4: Dodavanje otpornika za mjerenje za osjetljivost struje

Šant -otpornik je otpornik vrlo male vrijednosti (tipično reda od milOOhms) u nizu s opterećenjem koje stvara vrlo mali pad napona koji se može pojačati pomoću operacijskog pojačala, a izlaz se zatim može dati arduinu na mjerenje. Za mjerenje struje koristim ranžirni otpornik (koji ima vrijednost od približno 10 miliohma. Ovo sam napravio koristeći čeličnu žicu i savijajući je da napravim neku vrstu zavojnice) na donjoj strani kruga, tj., između tereta i tla. Na taj se način mali pad napona može izravno mjeriti s obzirom na masu.

Korak 5: Dodavanje kruga pojačala OpAmp

Operativno pojačalo koje se ovdje koristi je LM358 koji je dvostruki Op-Amp čip. Koristit ćemo samo jedno Op-Amp kao neinvertirajuće pojačalo. Dobit neinvertirajućeg pojačala može se podesiti pomoću otporničkih mreža R1 i R2 kako je prikazano na slici. Za svoju aplikaciju odabrao sam R1 kao 100K i R2 kao 2.2K što mi daje približan dobitak od 46. Otpornik i OpAmp nisu savršeni pa se moraju izvršiti neke prilagodbe u arduino programu kako bismo dobili dobra očitanja (raspravljat ćemo o tome to u kasnijim koracima).

Također sam napravio projekt o tome kako napraviti vatmetar za arduino. Ovdje sam detaljno razgovarao o više koncepata. Projekt možete provjeriti ovdje:

Korak 6: Napajanje

Za napajanje Arduino, OpAmp, OLED i WiFi modula koristim LM2596 konverter modul za smanjenje ulaznog napona na oko 7 volti. Zatim pomoću regulatora napona 7805 pretvaram 7 volti u 5 volti za Arduino i OLED te pomoću regulatora AMS1117 stvaram 3,3 V potrebnih za WiFi modul. Zašto toliko o napajanju pitate? Razlog tome je što ne možete izravno priključiti solarnu ploču na regulator od 5 volti i očekivati da će raditi učinkovito (budući da se radi o linearnom regulatoru). Također je nominalni napon solarne ploče oko 18-20 volti, što može biti previsoko za linearni regulator i može vam u tren ispržiti elektroniku! Zato je bolje imati učinkovit pretvarač dolara

Korak 7: Popravljanje Buck pretvarača i regulatora

Prvo sam označio položaje na koje bi se mogli uklopiti pinovi pretvarača dolara. Zatim sam lemio ženska zaglavlja na te točke, a muške zaglavlje na pretvarač dolara (tako da mogu lako ukloniti modul, ako je potrebno). regulator 5V ide odmah ispod modula pretvarača dolara i spojen je na izlaz pretvarača kako bi se osiguralo glatko 5V za upravljačku ploču.

Korak 8: Dodavanje prekidača

Dodao sam prekidač između ulaznog pretvarača i ulaza solarne ploče, u slučaju da želim uključiti ili isključiti modul napajanja. Ako je isključeno, napajanje će se i dalje isporučivati opterećenju (u mojem slučaju regulator punjenja), samo mjerne i IoT funkcije neće raditi. Gornja slika također prikazuje dosadašnji proces lemljenja.

Korak 9: Dodavanje zaglavlja za Arduino i popravljanje regulatora 3.3v

Sada sam izrezao ženske zaglavlje u skladu s veličinom Arduino pro mini i lemio ga. Lemio sam regulator AMS1117 izravno između Vcc i Gnd Arduino napajanja (Arduino dobiva 5V od regulatora 7805 koji zauzvrat opskrbljuje AMS1117 za 3.3V koji je potreban WiFi modulu). Komponente sam strateški postavio na takav način da sam morao koristiti minimalne žice, a dijelovi se mogu povezati putem tragova lemljenja.

Korak 10: Dodavanje zaglavlja za WiFi modul

Lemio sam ženske zaglavlje za WiFi modul tik do mjesta gdje bi stao Arduino pro mini.

Korak 11: Dodavanje komponenti za WiFi modul

Modul ESP8266 radi na 3,3 volti, a ne na 5 volti (primjenom 5 volti primijetio sam da se modul jako, jako zagrijava i najvjerojatnije se ošteti ako se koristi predugo). Arduino i WiFi modul komuniciraju putem serijske komunikacije koja koristi Tx i Rx pinove modula. Možemo konfigurirati bilo koja 2 digitalna pina arduina da djeluju kao serijski pinovi koristeći softversku serijsku knjižnicu arduino IDE -a. Rx pin modula ide na Tx Arduina i obrnuto. Rx pin ESP -a radi na 3.3V logici pa koristimo mrežu razdjelnika napona od 2.2K i 1K da snizimo 5V logičku razinu Arduina na približno 3.6V (što je još uvijek prihvatljivo). Možemo izravno spojiti Tx ESP -a na Rx arduina jer je arduino kompatibilan s 3.3v.

Korak 12: Dodavanje OLED zaslona

Za povezivanje OLED zaslona potrebna su nam 4 povezivanja, dva za napajanje i 2 za I2C komunikacijski protokol s Arduinom koji je A4 i A5 pinovi Arduina. Koristit ću malu kratkospojnu žicu zajedno s muškim zaglavljem za spajanje I2C pinova i izravno lemljenje priključaka za napajanje

Korak 13: Završni pogled na modularnu ploču

Nakon što napokon dovršite sav proces lemljenja, ploča izgleda ovako! Da, na kraju sam morao koristiti neke žice, ali bio sam prilično zadovoljan ishodom. Zanimljiv dio je da je ploča potpuno modularna i da se sve glavne komponente mogu lako ukloniti ili zamijeniti ako je potrebno.

Korak 14: Sve spojite

Ovako izgleda cijeli modul kad je sve na svom mjestu!

Prijeđimo sada na dio softvera …

Korak 15: Programiranje pomoću FTDI ploče

Za programiranje ovog modula koristit ću FTDI probojnu ploču koja je idealna za programiranje Arduino Pro Mini. Njegovo preslikavanje pinova savršeno je poravnano pa nećete morati koristiti skakače i slično.

Korak 16: Shematski dijagram

Ovo je potpuni dijagram sklopa modula mjerača energije IoT. Dizajnirao sam ovu shemu u Eagle CAD -u. Slobodno preuzmite i izmijenite shematske datoteke prema svojim zamislima:)

Korak 17: Rezultati

Postavljanje sam dovršio povezivanjem modula za napajanje između solarne ploče i kontrolera punjenja, a čim ga uključimo povezuje se s mojim WiFi usmjerivačem i podaci se stalno objavljuju u aplikaciji Blynk na mom pametnom telefonu. To daje podatke o parametrima punjenja u stvarnom vremenu, bez obzira gdje se nalazim, koliko god imam internetsku vezu! Lijepo je vidjeti kako projekt dobro funkcionira:)

U eksperimentalne svrhe testirao sam instalaciju koristeći svoju solarnu ploču od 50 W i olovnu bateriju od 12V 18AH.

Korak 18: Arduino kod

Evo potpunog Arduino koda koji sam koristio za svoj projekt.

Nekoliko je knjižnica koje će vam trebati da bi ovaj projekt ispravno funkcionirao, a to su:

Majstorska knjižnica Blynk

Knjižnica Adafruit_GFX

Knjižnica Adafruit_SSD1306

Nadam se da je ovaj projekt bio koristan. Podržite moje projekte dijeleći ih sa svojom zajednicom:)

Slobodno komentirajte sve povratne informacije ili upite koje imate o ovom projektu. Ugodan dan !

Ovaj projekt pomaže mi pratiti količinu energije koju sakupim sa svojih panela. Napravimo korak naprijed kako bismo se više okrenuli obnovljivim izvorima energije kako bismo smanjili ugljični otisak i stvorili održivo okruženje:)