Nadzor solarnih ploča pomoću fotona čestica: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Cilj projekta je poboljšati učinkovitost solarnih panela. Projekt je osmišljen za nadzor proizvodnje solarne fotonaponske energije radi poboljšanja performansi, praćenja i održavanja solarne elektrane.

U ovom projektu, foton čestica je povezan s izlaznim pinom napona solarne ploče, senzorom temperature LM-35 i senzorom LDR za praćenje izlazne snage, temperature i intenziteta upadne svjetlosti. LCD s likovima također je povezan s fotonom čestica za prikaz mjernih parametara u stvarnom vremenu. Photon ne samo da prikazuje izmjerene parametre na LCD ekranu, već također šalje izmjerene vrijednosti na poslužitelj u oblaku za pregled podataka u stvarnom vremenu.

Korak 1: Potrebna komponenta

• Foton čestica 20 USD
• 16x2 LCD 3 USD
• Solarna ploča 4 USD
• LM-35 osjetnik temperature 2 USD
• LDR 1 USD
• Oglasna ploča 4 USD
• Kratkospojne žice 3 USD

Ukupna cijena hardvera je oko 40 dolara.

Korak 2: Hardver

1. Foton čestica

Photon je popularna IoT ploča dostupna s platforme Particle. Ploča sadrži STM32F205 ARM Cortex M3 mikrokontroler od 120 MHz i ima 1 MB flash memorije, 128 Kb RAM -a i 18 ulaza za mješoviti ulaz opće namjene (GPIO) s naprednim perifernim uređajima. Modul ima ugrađeni Wipress čip Cypress BCM43362 za Wi-Fi povezivanje i jednopojasni 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n za Bluetooth. Ploča je opremljena s 2 SPI, jednim I2S, jednim I2C, jednim CAN -om i jednim USB sučeljem.

Valja napomenuti da je 3V3 filtrirani izlaz koji se koristi za analogne senzore. Ovaj pin je izlaz ugrađenog regulatora i interno je povezan s VDD-om Wi-Fi modula. Prilikom napajanja Photona putem VIN -a ili USB priključka, ovaj pin će izlaziti napon od 3,3 VDC. Ovaj pin se također može koristiti za izravno napajanje fotona (maksimalni ulaz 3.3VDC). Kada se koristi kao izlaz, maksimalno opterećenje na 3V3 je 100mA. PWM signali imaju rezoluciju od 8 bita i rade na frekvenciji od 500 Hz.

2. LCD s 16 x 2 znakova

16X2 LCD zaslon koristi se za prikaz vrijednosti izmjerenih parametara. Povezan je s fotonom čestica povezivanjem njegovih podatkovnih pinova D4 do D7 s pinovima D0 do D3 iverice. E i RS pinovi LCD -a spojeni su na pinove D5 i D6 iverice. R/W pin LCD -a je uzemljen.

3. LDR senzor (fotootpornik)

LDR ili otpornik ovisan o svjetlu poznat je i kao fotootpornik, fotoćelija, fotovodič. To je jedna vrsta otpornika čiji otpor varira ovisno o količini svjetlosti koja pada na njegovu površinu. Kad svjetlo padne na otpornik, tada se otpor mijenja. Ovi otpornici često se koriste u mnogim krugovima gdje je potrebno osjetiti prisutnost svjetla. Ovi otpornici imaju različite funkcije i otpor. Na primjer, kada je LDR u mraku, tada se može koristiti za uključivanje svjetla ili za gašenje svjetla kada je na svjetlu. Tipični otpornik ovisan o svjetlu ima otpor u mraku od 1MOhm, a u svjetlini otpor od nekoliko KOhm.

Princip rada LDR -a

Ovaj otpornik radi na principu foto vodljivosti. To nije ništa drugo nego, kad svjetlost padne na njezinu površinu, tada se smanjuje vodljivost materijala, a također se i elektroni u valentnom pojasu uređaja pobuđuju na vodljivi pojas. Ti fotoni u upadnoj svjetlosti moraju imati energiju veću od razmaka pojasa poluvodičkog materijala. Zbog toga elektroni skaču iz valentnog područja u vodljivost. Ovi uređaji ovise o svjetlosti, kada svjetlost padne na LDR tada se otpor smanjuje, i povećava se u mraku. Kada se LDR drži na tamnom mjestu, njegov otpor je visok, a kada se LDR drži na svjetlu, otpor će se smanjiti. LDR senzor se koristi za mjerenje intenziteta upadne svjetlosti. Intenzitet svjetla izražava se u luksima. Senzor je povezan s A2 pinom čestica fotona. Senzor je spojen u krug razdjelnika potencijala. LDR daje analogni napon koji se ugrađenim ADC-om pretvara u digitalno očitanje.

4. LM-35 Senzor temperature

LM35 je precizni IC osjetnik temperature čiji je izlaz proporcionalan temperaturi (u oC). Raspon radne temperature je od -55 ° C do 150 ° C. Izlazni napon varira za 10 mV kao odgovor na svaki oC porast/ pad temperature okoline, tj. Faktor njegove skale je 0,01 V/ oC. Senzor ima tri pina - VCC, analogni izlaz i uzemljenje. Aout pin LM35 spojen je na analogni ulazni pin A0 fotona čestice. VCC i uzemljenje spojeni su na zajednički VCC i uzemljenje.

Značajke

Kalibrirano izravno u stupnjevima Celzija (Celzijevim)

Linearno pri faktoru skale od 10,0 mV/° C

• Garancija točnosti od 0,5 ° C (pri a25 ° C)
• Nominirano za pune -55 ° C do 150 ° C raspon
• Radi od 4 do 30 volti
• Odvod struje manji od 60 mA
• Nisko samozagrijavanje, 0,08 ° C ulijeva zrak
• Nelinearnost tipična samo 0,25 ° C
• Izlaz niske impedanse, 0,1Ω za opterećenje od 1 mA

5. Solarna ploča

Solarni paneli su uređaji koji svjetlost pretvaraju u električnu energiju. Naziv "solarni" paneli dobili su po riječi "Sol" koju su astronomi koristili za označavanje sunca i sunčeve svjetlosti. Također se nazivaju fotonaponski paneli gdje fotonaponski znači "svjetlo-električna energija". Pojava pretvaranja sunčeve energije u električnu energiju naziva se fotonaponski učinak. Ovaj učinak generira napon i struju na izlazu pri izlaganju sunčevoj energiji. U projektu se koristi 3 -voltna solarna ploča. Solarni panel sastoji se od nekoliko solarnih ćelija ili fotonaponskih dioda. Ove solarne ćelije su P-N spojne diode i mogu generirati električni signal u prisutnosti sunčeve svjetlosti. Prilikom izlaganja sunčevoj svjetlosti, ova solarna ploča na izlazima stvara istosmjerni napon od 3,3 V. Ova ploča može imati maksimalnu izlaznu snagu od 0,72 W, a minimalnu izlaznu snagu od 0,6 W. Njegova maksimalna struja punjenja je 220 mA, a minimalna struja punjenja je 200 mA. Ploča ima dva terminala - VCC i Ground. Izlazni napon se crpi iz VCC pina. Izlazni pin napona spojen je na analogni ulazni pin A1 Fotona čestica radi mjerenja izlazne snage iz solarne ploče.

Korak 3: Softver

IDE za web čestice

Za pisanje programskog koda za bilo koji Photon, programer mora stvoriti račun na web stranici Particle i registrirati Photon ploču sa svojim korisničkim računom. Programski kod tada se može zapisati na web IDE -u na web stranici Particle i prenijeti na registrirani foton putem interneta. Ako je odabrana iverica, ovdje Photon, uključena i spojena na cloud uslugu čestice, kod se bežično spaja na odabranu ploču putem internetske veze i ploča počinje raditi prema prenesenom kodu. Za upravljanje pločom putem interneta dizajnirana je web stranica koja koristi Ajax i Jquery za slanje podataka na ploču pomoću HTTP POST metode. Web stranica identificira ploču prema ID -u uređaja i povezuje se s oblačnom uslugom Particle putem pristupnog tokena.

Kako spojiti foton s internetom

1. Uključite uređaj

• Priključite USB kabel u izvor napajanja.
• Čim je priključen, RGB LED na vašem uređaju trebao bi početi treptati plavo. Ako vaš uređaj ne treperi plavo, držite pritisnutu tipku SETUP. Ako vaš uređaj uopće ne treperi ili LED dioda svijetli narančasta, možda nema dovoljno energije. Pokušajte promijeniti izvor napajanja ili USB kabel.

2. Povežite svoj Photon s internetom Postoje dva načina korištenja web aplikacije ili mobilne aplikacije

a. Korištenje web aplikacije

• Korak 1 Idite na setup.particle.io
• Korak 2 Kliknite na setup a Photon
• Korak 3 Nakon što kliknete NEXT, trebala bi vam se prikazati datoteka (photonsetup.html)
• Korak 4 Otvorite datoteku.
• Korak 5 Nakon otvaranja datoteke, povežite računalo s Photonom povezivanjem na mrežu pod nazivom PHOTON.
• Korak 6 Konfigurirajte svoje Wi-Fi vjerodajnice. Napomena: Ako ste pogrešno unijeli vjerodajnice, Photon će treptati tamno plavo ili zeleno. Morate ponovno proći kroz postupak (osvježavanjem stranice ili klikom na dio procesa ponovnog pokušaja)
• Korak 7 Preimenujte uređaj. Također ćete vidjeti potvrdu je li na uređaj položeno pravo ili nije.

b. Korištenje pametnog telefona

• Otvorite aplikaciju na telefonu. Prijavite se ili se prijavite za račun kod Particle ako ga nemate.
• Nakon prijave pritisnite ikonu plus i odaberite uređaj koji želite dodati. Zatim slijedite upute na zaslonu za povezivanje uređaja s Wi-Fi-jem.

Ako je ovo prvi put da se vaš Photon povezuje, treptat će ljubičasto nekoliko minuta dok preuzima ažuriranja. Završetak ažuriranja može potrajati 6-12 minuta, ovisno o vašoj internetskoj vezi, pri čemu se Photon nekoliko puta ponovno pokreće. Za to vrijeme nemojte ponovno pokretati niti isključivati Photon iz utičnice. Ako to učinite, možda ćete morati slijediti ovaj vodič da biste popravili uređaj.

Nakon što povežete uređaj, on je naučio tu mrežu. Vaš uređaj može pohraniti do pet mreža. Da biste nakon početnog postavljanja dodali novu mrežu, ponovno biste uređaj stavili u način slušanja i nastavili na gore opisani način. Ako mislite da vaš uređaj ima previše mreža, možete izbrisati memoriju uređaja sa svih Wi-Fi mreža koje je naučio. To možete učiniti tako da nastavite držati gumb za postavljanje 10 sekundi dok LED dioda RGB brzo ne počne bljeskati plavo, signalizirajući da su svi profili izbrisani.

Načini rada

• Cijan, vaš Photon je spojen na internet.
• Magenta, trenutno učitava aplikaciju ili ažurira svoj firmver. Ovo stanje pokreće ažuriranje firmvera ili bljeskanje koda iz web IDE -a ili IDE -a radne površine. Ovaj način rada možete vidjeti kada prvi put povežete svoj Photon s oblakom.
• Zeleno, pokušava se povezati s internetom.
• Bijela, Wi-Fi modul je isključen.

Web IDEParticle Build je integrirano razvojno okruženje ili IDE što znači da razvoj softvera možete raditi u aplikaciji jednostavnoj za upotrebu, koja se slučajno izvodi u vašem web pregledniku.

1. Da biste otvorili build, prijavite se na svoj račun čestica, a zatim kliknite na build kao što je prikazano na slici.
2. Nakon što kliknete, vidjet ćete ovakvu konzolu.
3. Da biste izradili novu aplikaciju za izradu, kliknite na stvaranje nove aplikacije.
4. Za uključivanje knjižnice u program, idite na odjeljak knjižnice, potražite likvidni kristal. Zatim odaberite aplikaciju u koju želite dodati knjižnicu. U mom slučaju to je nadzor solarnih panela.
5. Za provjeru programa. Kliknite na potvrdi.
6. Da biste učitali kôd, kliknite na bljeskalicu, ali prije nego što to učinite, odaberite uređaj. Ako imate više od jednog uređaja, morate provjeriti jeste li odabrali na koji ćete uređaj bljeskati kôd. Kliknite na ikonu "Uređaji" u donjem lijevom dijelu navigacijskog okna, a kada zadržite pokazivač miša iznad naziva uređaja, zvjezdica će se pojaviti s lijeve strane. Kliknite na nju za postavljanje uređaja koji želite ažurirati (neće biti vidljiv ako imate samo jedan uređaj). Nakon što odaberete uređaj, zvjezdica povezana s njim požutjet će. (Ako imate samo jedan uređaj, nema potrebe za odabirom, možete nastaviti.

Korak 4: Kako radi krug

U krugu se 6 GPIO pinova modula koristi za povezivanje znakovnog LCD-a, a tri analogna ulazna pina za povezivanje LM-35 osjetnika temperature, solarne ploče i LDR osjetnika.

Nakon što je krug sastavljen, spreman je za postavljanje zajedno sa solarnom pločom. Dok solarna ploča nastavlja stvarati električnu energiju, priključena je na uređaj. Uređaj se napaja iz električne mreže koja upravlja i drugom opremom za poboljšanje performansi. Nakon što se uređaj uključi, neke početne poruke bljeskaju na LCD zaslonu ukazujući na namjeru aplikacije. Izlazna snaga ploče, temperatura i intenzitet upadne svjetlosti mjere se izlaznim izvodom napona solarne ploče, temperaturnim osjetnikom LM-35 i LDR osjetnikom. Izlazni pin napona solarne ploče, osjetnik temperature LM-35 i LDR osjetnik spojeni su na analogne ulazne pinove A1, A0 i A2 Fotona čestica.

Odgovarajući parametri mjere se osjetom analognog napona na odgovarajućim pinovima. Analogni napon osjetljiv na odgovarajućim pinovima pretvara se u digitalne vrijednosti pomoću ugrađenih ADC kanala. Foton čestica ima 12-bitne ADC kanale. Dakle, digitalizirane vrijednosti mogu biti u rasponu od 0 do 4095. Ovdje se pretpostavlja da je otpornički mrežni LDR senzor povezan s pinom kontrolera kalibriran kako bi pokazao intenzitet svjetla izravnom proporcionalnošću.

IC LM-35 IC ne zahtijeva vanjsko kalibriranje ili podrezivanje kako bi se postigla tipična točnost od ± 0,25 ° C na sobnoj temperaturi i ± 0,75 ° C u temperaturnom rasponu od -55 ° C do 150 ° C. U normalnim uvjetima, temperatura izmjerena senzorom neće premašiti ili odstupiti od radnog područja senzora. Podrezivanjem i kalibriranjem na razini pločice osigurava se upotreba senzora po nižoj cijeni. Zbog niske izlazne impedancije, linearnog izlaza i precizne inherentne kalibracije LM-35, povezivanje senzora s upravljačkim krugom jednostavno je. Kako uređaj LM-35 crpi samo 60 uA iz napajanja, ima vrlo nisko samozagrijavanje, manje od 0,1 ° C u mirnom zraku. Obično se u temperaturnom rasponu od -55 ° C do 150 ° C izlaz napona senzora povećava za 10 mV po stupnju Celzijusa. Izlazni napon senzora dan je prema sljedećim formulama

Vout = 10 mV/° C*T

gdje je, Vout = Izlazni napon osjetnika

T = temperatura u stupnjevima Celzijusa Dakle, T (u ° C) = Vout/10 mV

T (u ° C) = Vout (u V)*100

Ako se pretpostavlja da je VDD 3,3 V, analogno očitanje povezano je s osjetljivim naponom u 12-bitnom rasponu prema sljedećoj formuli

Vout = (3,3/4095)*Analogno čitanje

Dakle, temperatura u stupnjevima Celzijusa može se dati prema sljedećim formulama

T (u ° C) = Vout (u V)*100

T (u ° C) = (3,3/4095) *Analogno očitavanje *100

Dakle, temperatura se može mjeriti izravno osjetiti analogni izlaz napona iz senzora. Funkcija analogRead () koristi se za čitanje analognog napona na pinu kontrolera. Izlazni napon solarne ploče trebao bi biti tipično 3 V što se može izravno osjetiti fotonom čestica. Foton čestica može izravno osjetiti napon do 3,3 V. Za digitalizaciju osjetljivog analognog napona, ponovno se interno poziva na VDD. Digitalizirano očitavanje napona skalirano je u 12-bitnom rasponu, tj. Od 0 do 4095. Dakle

Vout = (3,3/4095)*Analogno čitanje

Očitani podaci senzora prvo se prikazuju na LCD zaslonu, a zatim se prenose u oblak čestica putem Wi-Fi veze. Korisnik se mora prijaviti na registrirani račun čestice kako bi mogao vidjeti vrijednosti osjetnika očitanja. Platforma omogućuje povezivanje na ploču s registriranog računa. Korisnik može nadzirati primljene podatke senzora u stvarnom vremenu, a može i bilježiti podatke.

Korak 5: Priključci i shema kruga

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Omogući

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Izlaz

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Solarna ploča

A1 ==> Vcc

Korak 6: Rezultat