Modul de alimentare IoT: Adăugarea unei funcții de măsurare a puterii IoT la controlerul meu de încărcare solară: 19 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Buna tuturor, sper ca toti sunteti super! În acest instructiv vă voi arăta cum am realizat un modul de măsurare a puterii IoT care calculează cantitatea de energie generată de panourile mele solare, care este utilizată de controlerul meu de încărcare solară pentru a încărca pachetul de baterii cu plumb acid. Acest modul intră între panourile solare și controlerul de încărcare și vă oferă toate detaliile parametrilor necesari pe telefonul dvs. prin Internet. Pentru platforma IoT am folosit Blynk, care este foarte ușor de utilizat și poate fi personalizat cu ușurință conform proiectului dvs. Limitarea controlerului de încărcare existent a fost că mi-a dat doar tensiunea de încărcare și, prin urmare, cantitatea de putere nu a putut fi determinată. În acest proiect am adăugat funcțiile de măsurare a tensiunii și curentului la modulul de putere, care poate fi utilizat pentru a calcula puterea (în wați) și, astfel, energia totală recoltată. Se poate utiliza cu ușurință acest modul de alimentare în alte aplicații de măsurare a curentului continuu. Acesta va fi un instructiv destul de lung, așa că să începem!

Provizii

1. Arduino Pro Mini / Nano sau echivalent
2. LM2596 modul de conversie buck
3. 7805 regulator de tensiune
4. Regulator AMS1117 3.3V
5. ESP8266-01 Modul WiFi
6. Afișaj OLED
7. Amplificator dual LM358
8. Rezistențe 100K, 10K, 2,2k și 1K (1/4 wați)
9. Condensatori de ceramică 0.1uF
10. Condensator electrolitic 22uF
11. Terminalele cu șurub
12. Fâșie berg masculină și feminină
13. Comutator ON-OFF
14. Perf board sau veroboard
15. Echipamente de lipit

Pasul 1: Adunarea tuturor părților și finalizarea aspectului

Odată ce am adunat toate componentele necesare, este important să decidem cu atenție aspectul plăcii noastre și amplasarea diferitelor componente, astfel încât cablajul să devină simplu și toate componentele să fie amplasate una lângă alta. Pentru atașarea Arduino, convertorului buck, modulului WiFi și afișajului Oled voi folosi anteturi de sex feminin în loc să lipesc direct modulele, astfel pot folosi componentele pentru un alt proiect, dar puteți lipi modulele direct dacă intenționați pentru a-l face permanent.

Pasul 2: Adăugarea terminalelor cu șurub

În primul rând lipim bornele cu șurub care vor fi utilizate pentru a conecta panourile solare ca intrare și controlerul de încărcare ca ieșire la modulul de alimentare. Terminalele cu șurub oferă o modalitate ușoară de conectare sau scoatere a dispozitivelor atunci când este necesar.

Pasul 3: Adăugarea rețelei de divizare a tensiunii rezistorului

Pentru detectarea tensiunii de intrare, se utilizează o rețea de divizare a tensiunii. Pentru aplicația mea, am creat o rețea de rezistențe folosind rezistență de 10K și 1K și măsoară căderea de tensiune pe rezistorul de 1K care va fi dat ca intrare la microcontrolerul Arduino. În plus, am adăugat un condensator 0.1uF pe rezistența de 1K pentru a netezi orice fluctuații bruște de tensiune.

Pasul 4: Adăugarea rezistorului de șunt pentru detectarea curentului

Rezistorul de șunt este un rezistor de o valoare foarte mică (de obicei în ordinea milliOhms) în serie cu sarcina care creează o cădere de tensiune foarte mică care poate fi amplificată folosind un amplificator operațional și ieșirea poate fi apoi dată arduino pentru măsurare. Pentru măsurarea curentului, folosesc rezistența de șunt (care are o valoare de aproximativ 10 miliohmi. Am făcut acest lucru folosind un fir de oțel și îndoindu-l pentru a face un fel de model de bobină) în partea de jos a circuitului, adică, între sarcină și sol. În acest fel, scăderea mică de tensiune poate fi măsurată direct în raport cu solul.

Pasul 5: Adăugarea circuitului amplificatorului OpAmp

Amplificatorul operațional utilizat aici este LM358, care este un cip dual Op-Amp. Vom folosi un singur amplificator op ca amplificator fără inversare. Câștigul amplificatorului fără inversare poate fi setat utilizând rețelele de rezistențe R1 și R2 așa cum se arată în imagine. Pentru aplicația mea am ales R1 ca 100K și R2 ca 2.2K ceea ce îmi oferă un câștig aproximativ de 46. Rezistorul și OpAmp nu sunt perfecte, așa că trebuie făcute unele ajustări în programul arduino pentru a obține citiri bune (vom discuta că în etapele ulterioare).

De asemenea, am făcut un proiect despre cum să faci un wattmetru pentru arduino aici am discutat mai multe concepte în detaliu. Puteți verifica proiectul aici:

Pasul 6: sursa de alimentare

Pentru a alimenta modulele Arduino, OpAmp, OLED și WiFi, folosesc un modul LM2596 de conversie buck pentru a reduce tensiunea de intrare până la aproximativ 7 volți. Apoi, folosind un regulator de tensiune 7805, convertesc cei 7 volți la 5 volți pentru Arduino și OLED și folosesc un regulator AMS1117, generând 3.3V necesar pentru modulul WiFi. De ce atât de mult pentru sursa de alimentare pe care o cereți? Motivul este că nu puteți conecta direct panoul solar la un regulator de 5 volți și vă așteptați să funcționeze eficient (deoarece este un regulator liniar). De asemenea, tensiunea nominală a unui panou solar este de aproximativ 18-20 volți, care poate fi prea mare pentru regulatorul liniar și vă poate prăji electronica într-o clipită! Deci, este mai bine să aveți un convertor eficient

Pasul 7: Fixarea convertorului și regulatorului Buck

Mai întâi, am marcat pozițiile în care se potrivesc pinii convertorului Buck. Apoi am lipit anteturile feminine în acele puncte și antetele masculine la convertorul Buck (astfel încât să pot scoate cu ușurință modulul, dacă este necesar). regulatorul de 5V trece chiar sub modulul convertorului Buck și este conectat la ieșirea convertorului pentru a oferi un 5V lin pentru placa de control.

Pasul 8: Adăugarea unui comutator

Am adăugat un comutator între convertorul buck și intrările panoului solar, în cazul în care vreau să comut ON sau OFF modulul de alimentare. Dacă este oprit, alimentarea va fi livrată în continuare la încărcare (controler de încărcare în cazul meu), doar funcțiile de măsurare și IoT nu vor funcționa. Imaginea de mai sus arată și procesul de lipire de până acum.

Pasul 9: Adăugarea antetelor pentru Arduino și fixarea regulatorului 3.3v

Acum am tăiat antetele feminine în funcție de dimensiunea Arduino pro mini și le-am lipit. Am lipit regulatorul AMS1117 direct între Vcc și Gnd al sursei de alimentare Arduino (Arduino primește 5V de la regulatorul 7805 care, la rândul său, furnizează AMS1117 pentru 3.3v necesar modulului WiFi). Am plasat în mod strategic componentele în așa fel încât a trebuit să folosesc fire minime și piesele să poată fi conectate prin urme de lipit.

Pasul 10: Adăugarea anteturilor pentru modulul WiFi

Am lipit antetele de sex feminin pentru modulul WiFi chiar lângă locul în care s-ar potrivi Arduino pro mini.

Pasul 11: Adăugarea componentelor pentru modulul WiFi

Modulul ESP8266 funcționează pe 3,3 volți și nu 5 volți (aplicând 5 volți am observat că modulul se încălzește foarte, foarte probabil și se deteriorează, dacă este folosit prea mult timp). Arduino și modulul WiFi comunică prin comunicații seriale care utilizează pinii Tx și Rx ai modulului. Putem configura orice 2 pini digitali de arduino pentru a acționa ca pini seriali utilizând biblioteca serială software a IDE arduino. Pinul Rx al modulului merge la Tx-ul Arduino și invers. Pinul Rx al ESP funcționează pe o logică de 3,3V, astfel încât să folosim o rețea de divizare a tensiunii de 2,2K și 1K pentru a reduce nivelul logic de 5V al Arduino la aproximativ 3,6V (ceea ce este încă acceptabil). Putem conecta direct Tx-ul ESP la Rx-ul arduino, deoarece arduino este compatibil cu 3.3v.

Pasul 12: Adăugarea ecranului OLED

Pentru a conecta afișajul OLED avem nevoie de 4 conexiuni, două pentru alimentare și 2 pentru protocolul de comunicație I2C cu Arduino, care este pinii A4 și A5 ai Arduino. Voi folosi un cablu mic jumper împreună cu antetul tată pentru a conecta pinii I2C și a lipi direct conexiunile de alimentare

Pasul 13: Privire finală la placa modulară

După finalizarea finală a întregului proces de lipire, așa arată placa! Da, a trebuit să folosesc câteva fire la final, dar am fost destul de mulțumit de rezultat. Partea interesantă este că placa este complet modulară și toate componentele majore pot fi ușor îndepărtate sau înlocuite, dacă este necesar.

Pasul 14: Puneți totul împreună

Așa arată modulul complet atunci când totul este la locul său!

Să ajungem la partea software acum …

Pasul 15: Programare folosind placa FTDI

Pentru programarea acestui modul, voi folosi placa de separare FTDI, ideală pentru programarea Arduino Pro Mini. Maparea pinului este aliniată perfect, astfel încât nu va trebui să utilizați și jumperii cam așa.

Pasul 16: Diagrama schematică

Aceasta este schema completă a circuitului modulului de măsurare a puterii IoT. Am proiectat această schemă în Eagle CAD. Simțiți-vă liber să descărcați și să modificați fișierele schematice conform ideilor dvs.:)

Pasul 17: Rezultate

Am finalizat configurarea conectând modulul de alimentare între panoul solar și controlerul de încărcare și imediat ce îl alimentăm, acesta se conectează la routerul meu WiFi și datele sunt publicate în mod constant în aplicația Blynk de pe telefonul meu inteligent. Acest lucru oferă date în timp real ale parametrilor de încărcare, indiferent unde mă aflu, în măsura în care am conectivitate la internet! Mă simt minunat să văd proiectul funcționând frumos:)

În scop experimental, am testat setarea folosind panoul meu solar de 50 W și o baterie de 12V 18AH cu plumb acid.

Pasul 18: Codul Arduino

Iată codul Arduino complet pe care l-am folosit pentru proiectul meu.

Există câteva biblioteci de care veți avea nevoie pentru ca acest proiect să funcționeze corect, acestea sunt:

Biblioteca master Blynk

Biblioteca Adafruit_GFX

Biblioteca Adafruit_SSD1306

Sper că acest proiect a fost util. Luați în considerare sprijinirea proiectelor mele prin partajarea cu comunitatea dvs.:)

Nu ezitați să comentați orice feedback sau întrebări pe care le aveți cu privire la acest proiect. O zi bună !

Acest proiect mă ajută să monitorizez cantitatea de energie pe care o recoltez din panourile mele. Să facem un pas înainte pentru a ne îndrepta mai mult către surse regenerabile de energie pentru a reduce amprentele de carbon și a crea un mediu durabil:)