Nadzor solarnih panela pomoću fotona čestica: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Cilj projekta je poboljšati efikasnost 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 sa izlaznim pinom napona solarne ploče, senzorom temperature LM-35 i senzorom LDR za praćenje izlazne snage, temperature i intenziteta upadne svjetlosti. LCD sa znakovima je takođe povezan sa fotonom čestica za prikaz izmerenih parametara u realnom vremenu. Photon ne samo da prikazuje izmjerene parametre na LCD ekranu, već također šalje izmjerene vrijednosti na cloud server za pregled podataka u stvarnom vremenu.

Korak 1: Potrebna komponenta

• Foton čestica 20 USD
• 16x2 LCD 3 USD
• Solarna ploča 4 USD
• LM-35 senzor temperature 2 USD
• LDR $ 1
• Oglasna ploča 4 USD
• Žice za kratkospojnike 3 USD

Ukupna cijena hardvera je oko 40 dolara.

Korak 2: Hardver

1. Foton čestica

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

Treba 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 takođe može koristiti za direktno 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. 16X2 LCD sa znakovima

16X2 LCD ekran se koristi za prikaz vrijednosti izmjerenih parametara. Povezan je sa fotonom čestica povezivanjem njegovih pinova podataka D4 do D7 sa pinovima D0 do D3 iverice. E i RS pinovi LCD -a povezani su sa pinovima D5 i D6 na iverici. R/W pin na LCD -u je uzemljen.

3. LDR senzor (fotootpornik)

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

Princip rada LDR -a

Ovaj otpornik radi na principu fotoprovodljivosti. To nije ništa drugo nego, kad svjetlost padne na njegovu površinu, tada se smanjuje vodljivost materijala, a također se i elektroni u valentnom pojasu uređaja pobuđuju na provodnu zonu. Ovi fotoni u upadnoj svjetlosti moraju imati energiju veću od razmaka pojasa poluvodičkog materijala. Zbog toga elektroni skaču iz valentnog pojasa u provodljivost. Ovi uređaji zavise od svjetlosti, kada svjetlost padne na LDR tada se otpor smanjuje, i povećava se u mraku. Kada se LDR drži na tamnom mjestu, njegova otpornost je visoka, 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 senzor temperature čiji je izlaz proporcionalan temperaturi (u oC). Opseg radne temperature je od -55 ° C do 150 ° C. Izlazni napon varira za 10 mV kao odgovor na svaki porast/ pad temperature okoline, odnosno, njegov faktor razmjera 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 povezani su na zajednički VCC i uzemljenje.

Karakteristike

Kalibrirano direktno u stupnjevima Celzijusa (Celzijusa)

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

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

5. Solar Panel

Solarni paneli su uređaji koji pretvaraju svjetlost u električnu energiju. Naziv "solarni" paneli dobili su od riječi "Sol" koju su astronomi koristili za označavanje sunca i sunčeve svjetlosti. Oni se nazivaju i fotonaponski paneli gdje fotonaponski znači "svjetlo-električna energija". Pojava pretvaranja solarne energije u električnu energiju naziva se fotonaponski efekt. 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 izlaz istosmjernog napona 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. Panel ima dva terminala - VCC i Ground. Izlazni napon se crpi iz VCC pina. Izlazni pin napona je spojen na analogni ulazni pin A1 Fotona čestica radi mjerenja izlazne snage iz solarnog panela.

Korak 3: Softver

IDE web za 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 kôd se tada može napisati 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 kontrolu ploče putem interneta, dizajnirana je web stranica koja koristi Ajax i Jquery za slanje podataka na ploču koristeći HTTP POST metodu. Web stranica identificira ploču prema ID -u uređaja i povezuje se s Cloud uslugom Particle putem pristupnog tokena.

Kako spojiti foton sa internetom

1. Uključite uređaj

• Priključite USB kabel u izvor napajanja.
• Čim se uključi, RGB LED na vašem uređaju bi trebao početi treptati plavo. Ako vaš uređaj ne treperi plavo, držite pritisnuto dugme SETUP. Ako vaš uređaj uopće ne treperi ili LED dioda svijetli narandžaste boje, možda nema dovoljno energije. Pokušajte promijeniti izvor napajanja ili USB kabel.

2. Povežite svoj Photon s internetom Postoje dva načina na koje možete koristiti web aplikaciju ili mobilnu aplikaciju

a. Korišćenje 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 računar sa Photonom povezivanjem na mrežu pod imenom PHOTON.
• Korak 6 Konfigurirajte svoje Wi-Fi vjerodajnice. Napomena: Ako ste pogrešno unijeli vjerodajnice, Photon će treptati tamno plavo ili zeleno. Morate ponovo proći kroz proces (osvježavanjem stranice ili klikom na dio procesa ponovnog pokušaja)
• Korak 7 Preimenujte uređaj. Također ćete vidjeti potvrdu da li je uređaj položen ili ne.

b. Korišćenje 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 ekranu za povezivanje uređaja na Wi-Fi.

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 će se Photon nekoliko puta ponovno pokrenuti. Nemojte ponovo uključivati ili isključivati Photon iz utičnice za to vrijeme. 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 dodali novu mrežu nakon početnog postavljanja, ponovo biste stavili uređaj u način rada za slušanje i nastavili kao gore. Ako mislite da vaš uređaj ima previše mreža, možete izbrisati memoriju uređaja sa svih Wi-Fi mreža koje je naučio. To možete učiniti nastavljanjem držanja tipke za postavljanje 10 sekundi dok RGB LED dioda brzo ne počne bljeskati plavo, signalizirajući da su svi profili izbrisani.

Modes

• Cijan, vaš Photon je povezan s internetom.
• 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 na internet.
• Bijelo, 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. Kada kliknete, vidjet ćete ovakvu konzolu.
3. Da biste kreirali novu aplikaciju za kreiranje, kliknite na dugme Kreiraj novu aplikaciju.
4. Da biste uključili biblioteku u program, idite na odjeljak biblioteke, potražite likvidni kristal. Zatim odaberite aplikaciju u koju želite dodati biblioteku. U mom slučaju to je nadzor solarnih panela.
5. Za provjeru programa. Kliknite na verifikaciju.
6. Da biste učitali kôd, kliknite na flash, ali prije nego što to učinite, odaberite uređaj. Ako imate više od jednog uređaja, morate se uvjeriti da ste odabrali na koji od vaših uređaja želite šifrirati kôd. Kliknite na ikonu "Uređaji" u donjem lijevom dijelu navigacijskog okna, a kada zadržite pokazivač miša iznad naziva uređaja, zvijezda će se pojaviti s lijeve strane. Kliknite na njega da postavite uređaj 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 krug funkcionira

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 senzora.

Nakon što se sklop sklopi, spreman je za postavljanje zajedno sa solarnim panelom. Dok solarni panel i dalje proizvodi električnu energiju, priključen je na uređaj. Uređaj se napaja iz mreže koja upravlja i drugom opremom za poboljšanje performansi. Nakon što se uređaj uključi, neke početne poruke bljeskaju na njegovom LCD ekranu ukazujući na namjeru aplikacije. Izlazna snaga panela, temperatura i intenzitet upadne svjetlosti mjere se izlaznim izvodom napona solarnog panela, senzorom temperature LM-35 i LDR senzorom. Izlazni pin napona solarnog panela, senzor temperature LM-35 i LDR senzor spojeni su na analogne ulazne pinove A1, A0 i A2 Fotona čestica.

Odgovarajući parametri se mjere osjećanjem 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. Tako se digitalizirane vrijednosti mogu kretati od 0 do 4095. Ovdje se pretpostavlja da je otpornička mreža koja povezuje LDR senzor s pinom kontrolera kalibrirana kako bi pokazala intenzitet svjetla izravnom proporcionalnošću.

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

Vout = 10 mV/° C*T

gdje je, Vout = Izlazni napon senzora

T = temperatura u stepenima 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 je povezano s osjetljivim naponom u 12-bitnom rasponu prema sljedećoj formuli

Vout = (3.3/4095)*Analogno očitavanje

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 solarnog panela trebao bi biti tipično 3 V koji se može direktno osjetiti fotonom čestica. Foton čestica može direktno osjetiti napon do 3,3 V. Za digitalizaciju osjetljivog analognog napona, ponovo se interno poziva na VDD. Očitavanje digitaliziranog napona skalirano je u 12-bitnom rasponu, odnosno od 0 do 4095. Dakle

Vout = (3.3/4095)*Analogno očitavanje

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 očitanog senzora. Platforma omogućava povezivanje na ploču s registriranog računa. Korisnik može pratiti primljene podatke senzora u stvarnom vremenu, a može i evidentirati podatke.

Korak 5: Veze i dijagram kola

Photon ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Omogući

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Odg

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Solarna ploča

A1 ==> Vcc

Korak 6: Rezultat