Nabito [Open Socket V2]: Pametni mjerač za EV punjenje: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Ovo je drugi vodič za izgradnju Nabito [otvorene utičnice), prvu verziju možete pronaći na: Nabito [otvorena utičnica] v1

Navodim razloge za stvaranje ovog projekta u ovom blog postu: EV -ovi su besmisleni za stanovnike stanova

Što je?

Nabito - otvorena utičnica je IoT pametno brojilo s mjerenjem električne energije, uključivanjem/isključivanjem velike amperaže, NFC senzorom, autorizacijom korisnika, mogućnostima naplate i upravljanjem korisnicima.

Projekt se sastoji od dva dijela: 1. kontrolna kutija (IoT uređaj) 2. sučelje/pozadina web aplikacije, oba potpuno otvorena.

1. Upravljačka kutija sastoji se od dijelova koji se lako mogu nabaviti na mreži i dizajnirana je da bude inteligentno, a opet jeftino rješenje za električne utičnice za javna i privatna parkirališta za sporo punjenje električnih vozila. Radi na Raspberry Pi Zero W i Arduino Nano.

2. Web aplikacija radi na Ruby on Rails i dostupna je kao otvoreni izvor na Githubu: https://github.com/sysdist/nabito-server Veza između box-a i web aplikacije ostvaruje se putem MQTT protokola.

Cilj projekta je razviti mrežu za punjenje otvorenog koda koju bi svatko mogao usvojiti i implementirati ili proširiti.

Upravljačka kutija sastoji se od dijelova koje je lako nabaviti na mreži i dizajnirana je da bude inteligentno, a opet jeftino rješenje za električne utičnice za javna i privatna parkirališta za sporo punjenje električnih vozila.

Radi na računaru s jednom pločom (SCB) Raspberry Pi Zero W. Ukupni troškovi upravljačke kutije su oko 60 €.

Nabito - otvorena utičnica trenutno je dizajnirana za punjenje na običnim utičnicama, u kontinentalnoj Europi to je 230V i 10 -13A, tj. Cca. 2,9kW kontinuirano. No, koncept se odnosi na bilo koju utičnicu, Euro, SAD ili UK ili bilo koju drugu, buduće verzije projekta također će obuhvatiti 2 i 3 fazne instalacije.

Naočale:

• Jednofazni napon: 230 V
• ACMax. struja: 13 A
• Snaga: 2,9 kW
• Dimenzije: 240x200x90 mm
• Sučelje: RJ45 LAN veza ili WIFI
• IP sukladnost: IP55

Sljedeći vodič za izradu nije potpun, nedostaju mu neki dijagrami ožičenja, neki koraci montaže itd.), Htio sam ga izvaditi što je prije moguće, radit ću na njegovu postupnom poboljšanju, pa vas molim, ako ovaj vodič za izgradnju ne pokriti sve što trebate znati ili ako imate pitanja, pošaljite mi mail. Hvala na razumijevanju.

Korak 1: Što radi?

Projekt se sastoji od dva dijela, fizičkog kontrolnog okvira koji je stvar IoT -a (strana klijenta) i postoji web aplikacija koja ga kontrolira (strana poslužitelja). Kombinirane funkcionalnosti:

1. Uključivanje/isključivanje S mrežnim relejem i kontaktorom može uključiti/isključiti utičnicu na temelju interakcije korisnika.

2. Mjerenje energije

Upravljačka kutija mjeri izmjeničnu struju i bilježi potrošnju energije. Standardna funkcija mjerenja. Mjerenje energije vrši se po korisniku. Trenutno postoji samo nadzor izmjenične struje, u ovom trenutku nema nadzora napona.

3. Autentifikacija korisnika

Morate stvoriti korisničke račune za korisnike koji će koristiti utičnicu/e. Korisnik ovlašćuje čitanjem QR koda ili korištenjem NFC oznake. Web korisničko sučelje omogućuje korisnicima da se prijave, prijave i koriste kontrolnu kutiju ili NFC oznaka izravno uključuje/isključuje okvir. Administrator može odobravati, odbijati korisnike.

4. Naplata

Na temelju konfiguracije administratorske utičnice i cijene po 1 kWh izrađuju se računi za pojedinačne korisnike na temelju njihove potrošnje energije. Mjesečni računi bit će kasnije izrađeni radi pogodnosti administratora.

Korak 2: HW i SW hrpe

HW stog:

• Raspberry Pi Zero, 1 kom, 11,32 €,
• hladnjak, 1 kom, 1,2 €,
• NFC senzor, 1 kom, 3,93 €
• mikro SD kartica 16 GB, 1 kom, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1 kom, 1,74 €,
• CT senzor-YHDC 30A SCT013, 1kom, 4,28 €, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Noinvazivno-AC-Novi-Sensor-Split-Core- Struja-Transformator-Novo/32768354127.html
• punjač za mobitele, 1kom, 5 €, cijena je okvirna, koristio jedan od mojih starih punjača koji sam dobio s telefonom
• Kontaktor za izmjeničnu struju u kućanstvu 25A NO, 1kom, 4,79 €,
• Mrežni relej, 1 kom, 0,84 €,
• plastična razvodna kutija (S-kutija), 1 kom, 5 €,
• Dupont spojne žice za niski napon, 1kom, 2,29 €,
• IP54 230V Euro utičnica, 1kom, 2 € kupljeno u lokalnoj trgovini željeza
• mali dijelovi: ženska utičnica 3,5 mm, kondenzator 10uF, 2x 10kOhm otpornici, LED diode, kabeli, 1 kom, 3 €, kupljeno u lokalnoj trgovini elektronike
• Priključni blok Wago s 2 vodiča, 3 komada, 2 €, kupljen u lokalnoj trgovini elektronike
• Priključni blok Wago s 5 vodiča, 2 komada, 2 €, kupljen u lokalnoj trgovini elektronike
• USB mini-do-mikro kabel (Arduino-> RPi), 1 kom, 1,8 €, kupljeno u trgovini lokalnog računala

Ukupni trošak HW -a: 60,59 EUR (70,40 USD)

SW stog:

• Sklop upravljačke kutije:

  • Raspbian Linux (temeljen na Ubuntuu), otvoreni izvor, 0 USD (svaka čast Linusu Torvaldsu + 20 tisuća ljudi koji su radili na Linux kernelu + ljubazni ljudi koji stoje iza Raspberry Pi i Raspbian Linux slike)
  • Node-RED, otvoreni izvor, 0 USD (ljubazni ljudi iz IBM-a koji stoje iza razvoja Node-RED-a)

• Niz web aplikacija:

  • Nabito-poslužiteljska aplikacija:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), otvoreni izvor, 0 USD
  • Postgres DB, otvoreni izvor, 0 USD
  • Git, open source (Linusu slava), 0 USD
  • MQTT protokol

Ukupni trošak slaganja SW -a: 0 € (*THUMBS_UP*)

Korak 3: Upravljačka kutija: Postavljanje SW -a

1. Instalirajte RASPBIAN STRETCH LITE (ne treba nam verzija za stolna računala) na Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. konfigurirajte Raspbian da koristi vaš lokalni Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Instalirajte Node-RED na Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Kopirajte tijek Nabito Node-RED i implementirajte

5. Uredite zadane Node-RED settings.js i dodajte ovo u funkcijuGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Konfigurirajte svoje Node-RED MQTT posrednike prema željenoj instalaciji Nabito-poslužitelja (ili prema
7. Ponovo pokrenite Node-RED
8. Provjerite MQTT povezivost u Node-RED

Arduino dio:

1. Preuzmite, sastavite i prenesite ovu skicu na Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Gotovo!;-)

Korak 4: Ožičenje: mrežni kabeli

Mrežni kabeli naizmjenične struje napajaju:

• AC kontaktor
• Mrežni relej
• Mobilni punjač koji napaja Raspberry Pi i Arduino

Izlaz iz AC kontaktora ide u utičnicu. Zaštitno uzemljenje spojeno je s izvora napajanja na utičnicu.

Raspberry Pi upravlja mrežnim relejem, a relej zauzvrat uključuje/isključuje kontaktor.

Korak 5: Ožičenje: Arduino, CT senzor, NFC senzor

Ožičite Arduino s CT senzorom prema sljedećem priručniku:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Trebaš:

• Arduino (možete koristiti bilo koji Arduino: Uno, Nano, Mega, što god želite, sve dok ima ADC)
• 10uF kondenzator 2x 10kOhm otpornika
• 3,5 mm ženska utičnica
• CT senzor 30A/1V
• PN532 senzor (RFID/NFC)
• mala PCB
• male žice za povezivanje

Lemio sam Arduino Nano, kondenzator, otpornike i ženski priključak na PCB prema gore navedenom priručniku sa stranice openenergymonitor.org.

NFC senzor spojen je na Arduino Nano putem SPI -a (pinovi na Arduino Nano: 10, 11, 12 i 13).

Arduino je spojen na Raspberry Pi putem mikro USB -a.

Korak 6: Ožičenje: Raspberry Pi

Spojite Arduino na Raspberry Pi putem USB priključka, na ovaj način služi kao serijski port i izvor napajanja za Arduino, trebao bi se mapirati na /dev /ttyUSB0.

Mrežni relej spojen je preko pinova 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

LED diode na prednjoj ploči povezane su pinovima 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Korak 7: Sve spojite zajedno

1. Stegnite CT senzor na mrežnom vodu koji izlazi iz mrežnog releja
2. Priključite izvor napajanja za Raspberry Pi
3. Uvrnite poklopac razvodne kutije
4. I završili ste ožičenje/sastavljanje!

Korak 8: Postavljanje web aplikacije

Za pokretanje web aplikacije potreban vam je linux poslužitelj. Možete ili:

• pokrenite poslužitelj lokalno na svom računalu/prijenosnom računalu ili lokalnom poslužitelju Linux i usmjerite kontrolni okvir na svoju lokalnu instalaciju
• stvoriti vlastitu domenu i pokrenuti web aplikaciju kao web stranicu
• koristite https://Nabito.org (besplatno) za upravljanje svojim kontrolnim okvirima

Aplikacija poslužitelja Nabito radi na Ruby on Rails i otvorenog je izvornog koda:

Za instalaciju i postavljanje web aplikacija pogledajte projekt README.md na Githubu.

Korak 9: Trčanje i testiranje

Za lokalno postavljanje:

1. Postavite aplikaciju Nabito-poslužitelj na svoje lokalno računalo/prijenosno računalo
2. Konfigurirajte mosquitto MQTT brokera na svom računalu (ili bilo kojeg drugog MQTT brokera po vašoj želji)
3. Spojite kontrolni okvir Nabito na svoj lokalni WiFi
4. SSH u kutiju i usmjerite ga na korištenje MQTT brokera vašeg računala
5. pokrenite aplikaciju rab nabito-server
6. priključite malo električno opterećenje (npr. stolnu svjetiljku) u utičnicu
7. koristite web aplikaciju za pokretanje/zaustavljanje utičnice ID 1 radi provjere stvarne i ukupne potrošnje energije
8. upotrijebite NFC oznaku (ako je imate) za prebacivanje utičnice
9. provjerite naplatu za posljednju upotrebu utičnice
10. Nakon uspješnog testiranja počnite stvarati vlastitu mrežu za punjenje električnih vozila
11. Dobit;-)

Korak 10: Zaključak, pitanja i Mapa puta

U ovoj verziji kontrolnog okvira Nabito uspio sam odvojiti kontrolni okvir i web aplikaciju u biti stvarajući projekt IoT (Internet of Things) s fizičkom stvari koja čini nešto korisno i pozadinskom aplikacijom i uslugom koja upravlja fizička stvar.

Cijena kutije malo se povećala u odnosu na prošlu verziju (v1 prije: 50 €, v2 sada: 60 €), jer sam iz sigurnosnih razloga dodao kontaktor za opsluživanje većih pojačala, a i RPi je malo skuplji od OrangePi ploča.

MQTT se koristi kao glavni protokol za bilježenje podataka i kontrolu kutije.

Od zadnje verzije Nabita uspio sam riješiti većinu problema (Wifi, kontaktor, pregrijavanje procesora, integrirana utičnica itd.). Međutim, popis aktualnih problema i mogućnosti dodatno raste:

Pitanja:

• Raspberry Pi Zero W je vrlo lijepa ploča, s Wifi -jem i Bluetoothom i 2 GPIO igle, no ipak se procesor zagrijava do 34C u praznom hodu, što bi moglo biti problematično u toplim klimama i ljetnim mjesecima s izravnom sunčevom svjetlošću
• Pokretanje Linuxa u kontrolnoj kutiji dobro je za izradu prototipova, ali bi se proizvodni model ovog proizvoda vjerojatno trebao izvoditi na vitkijoj ploči sposobnoj za TLS/SSL (čip ESP32 izgleda vrlo obećavajuće)

Prilike:

• stvoriti verzije za veće struje (funkcionalnost je ista, ali koristite kontaktore s većim pojačanjem i različite CT senzore/module za praćenje energije)
• stvoriti verzije za 2 i 3 faze
• integrirati modul energetskog monitora (poput energetskog monitora Peacefair PZEM-004T)
• migrirajte na ESP32 radi veće snage i toplinske učinkovitosti
• integrirati u AWS IOT oblak i koristiti certifikate klijenta za najbolje sigurnosno postavljanje (trenutno se koristi samo MQTT korisnik/lozinka)
• upravljajte certifikatima i vjerodajnicama za MQTT iz web aplikacije (trenutno je to ručno konfigurirano putem pozadine)
• dodajte mali LCD zaslon za prikaz informacija izravno na upravljačkoj kutiji Nabito
• dodajte numeričku tipku za interakciju gumba s kutijom (mogućnost pribadače radi veće sigurnosti)
• uključuje dodatni termometar za praćenje temperature okoline kutije

Ako vam se sviđa ovaj projekt ili imate bilo kakvih pitanja/komentara, slobodno me kontaktirajte na [email protected]

Sustavi distribuirane web stranice: www.sysdist.com

Možete me pratiti na: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Ugodan dan i ugodno druženje!-Stefan