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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

Ovo je drugi vodič za izgradnju Nabito -a [otvorena utičnica], prvu verziju možete pronaći na: Nabito [otvorena utičnica] v1

Navodim razloge za stvaranje ovog projekta u ovom postu na blogu: električna vozila su besmislena za stanovnike stanova

Šta je?

Nabito - otvorena utičnica je IoT pametno brojilo s mjerenjem električne energije, uključivanjem/isključivanjem prekidača 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-u i dostupna je kao otvoreni izvor na Github-u: https://github.com/sysdist/nabito-server Veza između box-a i web aplikacije se vrši putem MQTT protokola.

Cilj projekta je razvoj mreže punjenja otvorenog koda koju bi svatko mogao usvojiti i implementirati ili proširiti.

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 single-board računaru (SCB). 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. Ali koncept se primjenjuje na bilo koju utičnicu, euro, američku ili britansku ili bilo koju drugu, buduće verzije projekta pokrivat će i dvo i trofazne instalacije.

Specifikacije:

• Jednofazni napon: 230 V
• ACMax. struja: 13 A
• Snaga: 2,9 kW
• Veličina: 240x200x90mm
• Sučelje: RJ45 LAN veza ili WIFI
• IP usklađenost: 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 njegovom postupnom poboljšanju, pa vas molim, ako ovaj vodič za izgradnju ne Pokrijte sve što trebate znati ili ako imate pitanja, pošaljite mi poruku. Hvala na razumijevanju.

Korak 1: Šta radi?

Projekt se sastoji od dva dijela, fizičke kontrolne kutije koja je IoT stvar (strana klijenta) i postoji web aplikacija koja to kontrolira (strana servera). Kombinirane funkcionalnosti:

1. Uključivanje/isključivanje Pomoću mrežnog releja i kontaktora može uključiti/isključiti utičnicu na osnovu interakcije korisnika.

2. Mjerenje energije

Upravljačka kutija mjeri izmjeničnu struju i bilježi potrošnju energije. Standardna funkcija doziranja. 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 omogućava korisnicima da se prijave, prijave i koriste kontrolnu kutiju ili NFC oznaka uključuje/isključuje okvir direktno. Administrator može odobravati, odbijati korisnike.

4. Naplaćivanje

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

Korak 2: HW i SW hrpe

HW stog:

• Raspberry Pi Zero, 1kom, 11,32 €,
• hladnjak, 1 kom, 1,2 €,
• NFC senzor, 1 kom, 3,93 €
• mikro SD kartica 16 GB, 1 kom, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1kom, 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- Current-Transformer-New/32768354127.html
• punjač za mobilne telefone, 1 kom, 5 €, cijena je okvirna, koristio jedan od mojih starih punjača koji sam dobio sa telefonom
• Kontaktor naizmjenične struje za kućanstvo 25A NO, 1kom, 4,79 €,
• Mrežni relej, 1 kom, 0,84 €,
• plastična razvodna kutija (S-kutija), 1kom, 5 €,
• Dupont spojne žice za niski napon, 1 kom, 2,29 €,
• IP54 230V Euro utičnica, 1 kom, 2 € kupljeno u lokalnoj trgovini hardvera
• 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 sa 5 vodiča, 2 komada, 2 €, kupljen u lokalnoj trgovini elektronike
• USB mini-do-mikro kabel (Arduino-> RPi), 1 kom, 1,8 €, kupljen u lokalnoj trgovini računara

Ukupni trošak HW: 60,59 € (70,40 $)

SW stog:

• Snop kontrolne kutije:

  • Raspbian Linux (zasnovan na Ubuntuu), otvoreni izvor, 0 USD (svaka čast Linusu Torvaldsu + 20.000 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, otvoreni izvor (Linusu više slave), 0 USD
  • MQTT protokol

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

Korak 3: Kontrolna kutija: Podešavanje SW -a

1. Instalirajte RASPBIAN STRETCH LITE (ne treba nam verzija za računare) 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 tok 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 servera (ili prema
7. Ponovo pokrenite Node-RED
8. Provjerite MQTT vezu u Node-RED

Arduino dio:

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

Korak 4: Ožičenje: mrežni kabeli

Kablovi za napajanje naizmjeničnom strujom 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 mrežnog izvora na utičnicu.

Raspberry Pi kontrolira mrežni relej, a relej zauzvrat uključuje/isključuje kontaktor.

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

Ožičite Arduino sa CT senzorom prema sljedećem priručniku:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Ti trebas:

• Arduino (možete koristiti bilo koji Arduino: Uno, Nano, Mega, šta god želite, sve dok ima ADC)
• 10uF kondenzator 2x 10kOhm otpornici
• 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 je spojen na Arduino Nano putem SPI (pinovi na Arduino Nano: 10, 11, 12 i 13).

Arduino je povezan s Raspberry Pi putem mikro USB -a.

Korak 6: Ožičenje: Raspberry Pi

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

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

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

Korak 7: Ožičite sve 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 server lokalno na svom računaru/prijenosnom računaru ili lokalnom Linux poslužitelju i usmjerite kontrolni okvir na svoju lokalnu instalaciju
• stvorite vlastitu domenu i pokrenite web aplikaciju kao web stranicu
• koristite https://Nabito.org (besplatno) za upravljanje svojim kontrolnim okvirima

Nabito-poslužiteljska aplikacija radi na Ruby on Rails i otvorenog je koda:

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

Korak 9: Trčanje i testiranje

Za lokalno postavljanje:

1. Postavite aplikaciju Nabito-server na vaš lokalni računar/notebook računar
2. Konfigurirajte MQTT brokera komaraca na svom računaru (ili bilo kojeg drugog MQTT brokera po vašem izboru)
3. Povežite kontrolnu kutiju Nabito s lokalnim WiFi -jem
4. SSH u kutiju i usmerite ga da koristi MQTT brokera vašeg računara
5. pokrenite aplikaciju rab nabito-server
6. priključite malo električno opterećenje (npr. stolnu svjetiljku) u utičnicu
7. koristite web aplikaciju za pokretanje/zaustavljanje utičnice 1 za provjeru stvarne i ukupne potrošnje energije
8. koristite 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. Profit;-)

Korak 10: Zaključak, pitanja i Mapa puta

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

Cijena kutije je malo porasla 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 evidentiranje podataka i kontrolu kutije.

Od zadnje verzije Nabita uspio sam riješiti većinu problema (Wifi, kontaktor, pregrijavanje procesora, integrirana utičnica itd.). Međutim, lista trenutnih problema i mogućnosti dodatno se povećava:

Problemi:

• Raspberry Pi Zero W je vrlo lijepa ploča, sa Wifi -jem i Bluetooth -om i 2 GPIO pina, ali ipak se procesor zagrijava do 34C u praznom hodu, što bi moglo biti problematično u toploj klimi i ljetnim mjesecima s direktnom sunčevom svjetlošću.
• Pokretanje Linuxa u kontrolnoj kutiji dobro je za izradu prototipova, ali proizvodni model ovog proizvoda vjerojatno bi trebao raditi na vitkijoj ploči koja je sposobna 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 toplotne efikasnosti
• integrirati u AWS IOT oblak i koristiti klijentske certifikate za najbolje sigurnosno postavljanje (trenutno se koristi samo MQTT korisnik/lozinka)
• upravljanje certifikatima i vjerodajnicama za MQTT iz web aplikacije (trenutno je ovo ručno konfigurirano putem pozadine)
• dodajte mali LCD panel za prikaz informacija direktno na kontrolnoj kutiji Nabito
• dodajte numeričku tipku za omogućavanje interakcije 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]

Sistemski distribuirana web stranica: www.sysdist.com

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

Ugodan dan i ugodno druženje!-Stefan