Monitorizarea panoului solar folosind fotonul de particule: 7 pași

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

Scopul proiectului este de a îmbunătăți eficiența panourilor solare. Proiectul este conceput pentru a supraveghea generarea de energie solară fotovoltaică pentru a spori performanța, monitorizarea și întreținerea centralei solare.

În acest proiect, fotonul particulelor este interfațat cu pinul de ieșire de tensiune al panoului solar, senzorul de temperatură LM-35 și senzorul LDR pentru a monitoriza puterea de ieșire, temperatura și respectiv intensitatea luminii incidente. Un LCD cu caractere este, de asemenea, interfațat cu fotonul particulelor pentru afișarea în timp real a parametrilor măsurați. Fotonul nu numai că afișează parametrii măsurați pe ecranul LCD, ci și trimite valorile măsurate către serverul cloud pentru vizualizarea datelor în timp real.

Pasul 1: Componenta necesară

• Fotonul cu particule 20 $
• 16x2 LCD 3 USD
• Placa solara 4 dolari
• Senzor de temperatură LM-35 2 USD
• LDR $ 1
• Breadboard $ 4
• Jumper cabluri de 3 dolari

Costul general al hardware-ului este de aproximativ 40 de dolari.

Pasul 2: Hardware

1. Fotonul particulelor

Photon este o placă IoT populară disponibilă de pe platforma Particle. Placa găzduiește microcontrolerul STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 și are 1 MB de memorie flash, 128 Kb RAM și 18 pini de ieșire de intrare cu scop general (GPIO) cu periferice avansate. Modulul are cip Wi-Fi Cypress BCM43362 la bord pentru conectivitate Wi-Fi și o singură bandă 2.4GHz IEEE 802.11b / g / n pentru Bluetooth. Placa este echipată cu 2 SPI, un I2S, un I2C, un CAN și o interfață USB.

Trebuie remarcat faptul că 3V3 este o ieșire filtrată utilizată pentru senzorii analogici. Acest pin este ieșirea regulatorului de la bord și este conectat intern la VDD al modulului Wi-Fi. Când alimentați fotonul prin VIN sau prin portul USB, acest pin va emite o tensiune de 3,3VDC. Acest pin poate fi, de asemenea, utilizat pentru a alimenta fotonul direct (intrare maximă 3,3VDC). Când este utilizat ca ieșire, sarcina maximă pe 3V3 este de 100mA. Semnalele PWM au o rezoluție de 8 biți și rulează pe o frecvență de 500 Hz.

2. LCD cu caractere 16X2

Afișajul LCD 16X2 este utilizat pentru a afișa valorile parametrilor măsurați. Este conectat la fotonul de particule prin conectarea pinilor de date D4 la D7 la pinii D0 la D3 ai plăcii de particule. Pinii E și RS ai ecranului LCD sunt conectați la pinii D5 și respectiv D6 ai plăcii de particule. Pinul R / W al ecranului LCD este împământat.

3. Senzor LDR (fotorezistor)

LDR sau rezistorul dependent de lumină este, de asemenea, cunoscut sub numele de rezistor foto, fotocelula, fotoconductor. Este un tip de rezistență a cărui rezistență variază în funcție de cantitatea de lumină care cade pe suprafața sa. Când lumina cade pe rezistor, atunci rezistența se schimbă. Aceste rezistențe sunt adesea utilizate în multe circuite în care este necesar să se simtă prezența luminii. Aceste rezistențe au o varietate de funcții și rezistență. De exemplu, atunci când LDR este în întuneric, atunci poate fi folosit pentru a porni o lumină sau pentru a opri o lumină atunci când este în lumină. Un rezistor tipic dependent de lumină are o rezistență în întunericul de 1MOhm, iar în luminozitate o rezistență de câteva KOhm.

Principiul de lucru al LDR

Acest rezistor funcționează pe principiul conductivității fotografice. Nu este altceva decât atunci când lumina cade pe suprafața sa, atunci conductivitatea materialului se reduce și, de asemenea, electronii din banda de valență a dispozitivului sunt excitați la banda de conducție. Acești fotoni din lumina incidentă trebuie să aibă o energie mai mare decât intervalul de bandă al materialului semiconductor. Acest lucru face ca electronii să sară din banda de valență în conducție. Aceste dispozitive depind de lumină, când lumina cade pe LDR, atunci rezistența scade, și crește în întuneric. Când un LDR este ținut în locul întunecat, rezistența sa este mare și, atunci când LDR este ținut în lumină, rezistența acestuia va scădea. Senzorul LDR este utilizat pentru a măsura intensitatea luminii incidente. Intensitatea luminii este exprimată în Lux. Senzorul este conectat la pinul A2 al fotonului particulei. Senzorul este conectat într-un circuit divizor de potențial. LDR oferă o tensiune analogică care este convertită în citire digitală de către ADC încorporat.

4. Senzor de temperatură LM-35

LM35 este un senzor de temperatură IC de precizie cu ieșire proporțională cu temperatura (în oC). Gama de temperatură de funcționare este cuprinsă între -55 ° C și 150 ° C. Tensiunea de ieșire variază cu 10mV ca răspuns la fiecare creștere / scădere a temperaturii ambiante, adică factorul său de scală este de 0,01V / oC. Senzorul are trei pini - VCC, Analogout și Ground. Pinul Aout al LM35 este conectat la pinul de intrare analogică A0 al fotonului particulei. VCC și masa sunt conectate la VCC și la masă comune.

Caracteristici

Calibrat direct în grade Celsius (centigradi)

Liniar la 10,0 mV / ° C factor de scară

• Precizie de 0,5 ° C garantată (la a25 ° C)
• Evaluat pentru -55 ° C până la 150 ° C
• Funcționează de la 4 la 30 de volți
• Scurgere de curent mai mică de 60 mA
• Autoîncălzire scăzută, 0,08 ° C insuflă aer
• Neliniaritate doar 0,25 ° C tipică
• Ieșire cu impedanță redusă, 0,1Ω pentru sarcină de 1 mA

5. Panou solar

Panourile solare sunt dispozitive care transformă lumina în electricitate. Au primit numele panourilor „solare” din cuvântul „Sol” folosit de astronomi pentru a face referire la soare și la lumina soarelui. Acestea se mai numesc și panouri fotovoltaice unde Fotovoltaic înseamnă „lumină-electricitate”. Fenomenul transformării energiei solare în energie electrică se numește efect fotovoltaic. Acest efect generează tensiunea și curentul la ieșire la expunerea energiei solare. În proiect se folosește un panou solar de 3 volți. Un panou solar este format din mai multe diode cu celule solare sau fotovoltaice. Aceste celule solare sunt diode de joncțiune P-N și pot genera un semnal electric în prezența luminii solare. La expunerea la lumina soarelui, acest panou solar generează o tensiune continuă de 3,3 V la bornele sale. Acest panou poate avea o putere de ieșire maximă de 0,72 wați și o putere minimă de ieșire de 0,6 wați. Curentul său maxim de încărcare este de 220 mA, iar curentul minim de încărcare este de 200 mA. Panoul are două terminale - VCC și Ground. Ieșirea de tensiune este extrasă din pinul VCC. Pinul de ieșire de tensiune este conectat la pinul de intrare analogic A1 al fotonului de particule pentru măsurarea puterii de ieșire de la panoul solar.

Pasul 3: Software

IDE pentru particule web

Pentru a scrie codul programului pentru orice Photon, dezvoltatorul trebuie să-și creeze un cont pe site-ul Particle și să înregistreze placa Photon cu contul său de utilizator. Codul programului poate fi apoi scris pe Web IDE pe site-ul web al particulei și transferat pe un foton înregistrat pe internet. Dacă placa de particule selectată, Photon aici, este pornită și conectată la serviciul cloud al particulei, codul este ars pe placa selectată prin aer prin conexiune la internet și placa începe să funcționeze conform codului transferat. Pentru controlul plăcii prin internet, este proiectată o pagină web care folosește Ajax și Jquery pentru a trimite date plăcii folosind metoda HTTP POST. Pagina web identifică placa printr-un ID de dispozitiv și se conectează la Particle's Cloud Service printr-un jeton de acces.

Cum se conectează fotonul la Internet

1. Alimentați dispozitivul

• Conectați cablul USB la sursa de alimentare.
• De îndată ce este conectat, LED-ul RGB al dispozitivului dvs. ar trebui să înceapă să clipească în albastru. Dacă dispozitivul dvs. nu clipește în albastru, țineți apăsat butonul SETUP. Dacă dispozitivul dvs. nu clipește deloc sau dacă LED-ul aprinde de culoare portocalie, este posibil să nu obțină suficientă putere. Încercați să vă schimbați sursa de alimentare sau cablul USB.

2. Conectați-vă Photon-ul la Internet Există două moduri, fie prin utilizarea aplicației web, fie a aplicației mobile

A. Utilizarea aplicației web

• Pasul 1 Accesați setup.particle.io
• Pasul 2 Faceți clic pe setup a Photon
• Pasul 3 După ce faceți clic pe NEXT, vi se va prezenta un fișier (photonsetup.html)
• Pasul 4 Deschideți fișierul.
• Pasul 5 După deschiderea fișierului, conectați computerul la Photon, conectându-vă la rețeaua numită PHOTON.
• Pasul 6 Configurați acreditările Wi-Fi. Notă: Dacă ați introdus greșit acreditările, fotonul va clipi albastru închis sau verde. Trebuie să parcurgeți procesul din nou (reîmprospătând pagina sau făcând clic pe partea din nou a procesului)
• Pasul 7 Redenumiți dispozitivul. De asemenea, veți vedea o confirmare dacă dispozitivul a fost revendicat sau nu.

b. Utilizarea smartphone-ului

• Deschideți aplicația pe telefon. Conectați-vă sau creați un cont cu Particle dacă nu aveți unul.
• După conectare, apăsați pictograma plus și selectați dispozitivul pe care doriți să îl adăugați. Apoi urmați instrucțiunile de pe ecran pentru a vă conecta dispozitivul la Wi-Fi.

Dacă este prima dată când Photon se conectează, va clipi violet câteva minute pe măsură ce descarcă actualizări. Este posibil să dureze 6-12 minute până la finalizarea actualizărilor, în funcție de conexiunea dvs. la internet, cu Photon repornind de câteva ori în proces. Nu reporniți sau deconectați fotonul în acest timp. Dacă faceți acest lucru, poate fi necesar să urmați acest ghid pentru a vă remedia dispozitivul.

După ce v-ați conectat dispozitivul, acesta a aflat acea rețea. Dispozitivul dvs. poate stoca până la cinci rețele. Pentru a adăuga o rețea nouă după configurarea inițială, ați pune dispozitivul din nou în modul Ascultare și ați proceda ca mai sus. Dacă simțiți că dispozitivul dvs. are prea multe rețele pe el, puteți șterge memoria dispozitivului de orice rețele Wi-Fi pe care le-a învățat. Puteți face acest lucru continuând să țineți apăsat butonul de configurare timp de 10 secunde până când LED-ul RGB clipește rapid în albastru, semnalând că toate profilurile au fost șterse.

Moduri

• Cyan, fotonul tău este conectat la Internet.
• Magenta, în prezent încarcă o aplicație sau își actualizează firmware-ul. Această stare este declanșată de o actualizare a firmware-ului sau de codul intermitent din IDE Web sau IDE desktop. Este posibil să vedeți acest mod când vă conectați fotonul la cloud pentru prima dată.
• Verde, încearcă să se conecteze la internet.
• Alb, modulul Wi-Fi este dezactivat.

Web IDEParticle Build este un mediu de dezvoltare integrat, sau IDE care înseamnă că puteți realiza software într-o aplicație ușor de utilizat, care se întâmplă să ruleze în browserul dvs. web.

1. Pentru a deschide build, conectați-vă la contul dvs. de particule și apoi faceți clic pe build așa cum se arată în imagine.
2. După ce ați făcut clic, veți vedea o consolă ca aceasta.
3. Pentru a crea o nouă aplicație de creare, faceți clic pe creați o aplicație nouă.
4. Pentru a include biblioteca în program, accesați secțiunea biblioteci, căutați liquidcrystal. Apoi selectați o aplicație în care doriți să adăugați biblioteca. În cazul meu este solarpanelmonitoring.
5. Pentru a verifica programul. Faceți clic pe Verificare.
6. Pentru a încărca codul, faceți clic pe bliț, dar înainte de a face acest lucru, selectați un dispozitiv. Faceți clic pe pictograma „Dispozitive” din partea stângă jos a panoului de navigare, apoi când treceți cu mouse-ul peste numele dispozitivului, steaua va apărea în stânga. Faceți clic pe acesta pentru a seta dispozitivul pe care ați dorit să îl actualizați (nu va fi vizibil dacă aveți un singur dispozitiv). După ce ați selectat un dispozitiv, steaua asociată acestuia va deveni galbenă. (Dacă aveți un singur dispozitiv, nu este necesar să îl selectați, puteți continua.

Pasul 4: Cum funcționează circuitul

În circuit, 6 pini GPIO ai modulului sunt folosiți pentru interfața LCD-ului de caractere și trei pini de intrare analogici sunt utilizați pentru interfața senzorului de temperatură LM-35, a panoului solar și a senzorului LDR.

Odată asamblat circuitul, acesta este gata să se desfășoare împreună cu panoul solar. În timp ce panoul solar continuă să genereze energie electrică, acesta este atașat la dispozitiv. Dispozitivul este alimentat de la rețeaua de alimentare care gestionează și celelalte echipamente de îmbunătățire a performanței. Odată ce dispozitivul este pornit, unele mesaje inițiale sunt afișate pe ecranul LCD, care indică intenția aplicației. Puterea de ieșire a panoului, temperatura și intensitatea luminii incidente sunt măsurate de pinul de ieșire de tensiune al panoului solar, senzorul de temperatură LM-35 și respectiv senzorul LDR. Pinul de ieșire de tensiune al panoului solar, senzorul de temperatură LM-35 și senzorul LDR sunt conectați la pinii de intrare analogici A1, A0 și A2 ai fotonului cu particule.

Parametrii respectivi sunt măsurați prin detectarea tensiunii analogice la pinii respectivi. Tensiunea analogică detectată la pinii respectivi este convertită în valori digitale utilizând canale ADC încorporate. Fotonul cu particule are canale ADC pe 12 biți. Deci valorile digitalizate pot varia de la 0 la 4095. Aici, se presupune că rețeaua rezistivă care interfață senzorul LDR cu pinul controlerului este calibrată pentru a indica intensitatea luminii prin proporționalitate directă.

LM-35 IC nu necesită nici o calibrare externă sau tăiere pentru a oferi precizii tipice de ± 0,25 ° C la temperatura camerei și ± 0,75 ° C în intervalul de temperatură de la -55 ° C la 150 ° C. În condiții normale, temperatura măsurată de senzor nu va depăși sau retrage intervalul operațional al senzorului. Prin tundere și calibrare la nivelul plăcii, se asigură astfel utilizarea senzorului la un cost mai mic. Datorită impedanței de ieșire redusă, a ieșirii liniare și a calibrării inerente precise a LM-35, interfața senzorului cu un circuit de control este ușoară. Deoarece dispozitivul LM-35 extrage doar 60 uA din sursă, are o autoîncălzire foarte scăzută, mai mică de 0,1 ° C în aerul liniștit. De obicei, în intervalul de temperatură de la -55 ° C la 150 ° C, tensiunea de ieșire a senzorului crește cu 10 mV pe grad Celsius. Tensiunea de ieșire a senzorului este dată de următoarele formule

Vout = 10 mV / ° C * T

unde, Vout = ieșirea de tensiune a senzorului

T = Temperatura în grade Celsius Deci, T (în ° C) = Vout / 10 mV

T (în ° C) = Vout (în V) * 100

Dacă se presupune că VDD este 3,3 V, citirea analogică este legată de tensiunea detectată pe intervalul de 12 biți prin următoarea formulă

Vout = (3.3 / 4095) * Analog-Reading

Deci, temperatura în grade Celsius poate fi dată de următoarele formule

T (în ° C) = Vout (în V) * 100

T (în ° C) = (3,3 / 4095) * Citire analogică * 100

Deci, temperatura poate fi măsurată direct prin detectarea tensiunii analogice ieșite de la senzor. Funcția analogRead () este utilizată pentru a citi tensiunea analogică la pinul controlerului. Tensiunea de ieșire a panoului solar ar trebui să fie de obicei de 3 V, care poate fi detectată direct de fotonul particulelor. Fotonul particulei poate detecta direct tensiunea de până la 3,3 V. Pentru digitalizarea tensiunii analogice detectate, este din nou internat la VDD. Citirea tensiunii digitalizate este scalată pe intervalul de 12 biți, adică de la 0 la 4095. Deci

Vout = (3.3 / 4095) * Citire analogică

Datele senzorului de citire sunt afișate mai întâi pe ecranul LCD și apoi sunt transmise la Particle Cloud prin conexiune Wi-Fi. Utilizatorul trebuie să se conecteze la contul înregistrat al particulei pentru a vizualiza valorile senzorului citit. Platforma permite conectarea la o placă din contul înregistrat. Utilizatorul poate monitoriza datele primite de senzori în timp real și, de asemenea, poate înregistra date.

Pasul 5: Conexiuni și schemă de circuit

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Activați

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Aout

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Placa solara

A1 ==> Vcc

Pasul 6: Rezultat