Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter pentru încărcare EV: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Acesta este al doilea ghid de construcție pentru Nabito [socket deschis], prima versiune poate fi găsită la: Nabito [socket deschis] v1

Am enumerat motivele pentru crearea acestui proiect în această postare de pe blog: vehiculele electrice sunt inutile pentru oamenii din apartamente

Ce este?

Nabito - soclul deschis este un contor inteligent IoT cu contorizare a energiei electrice, comutare cu amperaj mare pornit / oprit, senzor NFC, autorizare utilizator, capacități de facturare și gestionare utilizator.

Proiectul constă din două părți: 1. casetă de control (dispozitiv IoT) 2. frontend / backend de aplicație web, ambele complet open-source.

1. Cutia de control constă din piese ușor de obținut online și este concepută pentru a fi o soluție inteligentă și totuși ieftină de priză electrică pentru parcări publice și private pentru încărcarea lentă a vehiculelor electrice. Funcționează pe Raspberry Pi Zero W și Arduino Nano.

2. Aplicația web rulează pe Ruby on Rails și este disponibilă ca sursă deschisă pe Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Conexiunea dintre casetă și aplicația web se face prin protocolul MQTT.

Scopul proiectului este de a dezvolta o rețea de încărcare open source pe care oricine ar putea să o adopte și să o implementeze sau să o extindă.

Cutia de control constă din piese ușor de obținut online și este proiectată pentru a fi o soluție inteligentă și totuși ieftină de priză electrică pentru parcări publice și private pentru încărcarea lentă a vehiculelor electrice.

Acesta rulează pe computerul single-board (SCB) Raspberry Pi Zero W. Costul total al cutiei de control este de aproximativ 60 EUR.

Nabito - mufa deschisă este concepută în prezent pentru încărcarea pe prize obișnuite, în Europa continentală este de 230V și 10 -13A, adică cca. 2,9kW continuu. Dar conceptul se aplică oricărui soclu, Euro, SUA sau Marea Britanie sau oricărei alte versiuni viitoare ale proiectului, care vor acoperi, de asemenea, instalațiile în 2 și 3 faze.

Specificații:

• Tensiune monofazată: 230 V
• ACMax. curent: 13 A
• Putere: 2,9 kW
• Dimensiune: 240x200x90mm
• Interfață: conexiune LAN RJ45 sau WIFI
• Conformitate IP: IP55

Următorul ghid de construcție nu este complet, lipsesc niște diagrame de cablare, niște pași de asamblare etc.), am vrut să îl scot cât mai curând posibil, voi lucra la îmbunătățirea acestuia treptat, așa că vă rog, dacă acest ghid de construcție nu acoperă tot ce trebuie să știi sau dacă ai întrebări, trimite-mi un e-mail. Mulțumesc pentru înțelegere.

Pasul 1: Ce face?

Proiectul constă din două părți, caseta de control fizic care este un lucru IoT (partea clientului) și există o aplicație web care îl controlează (partea serverului).

1. Comutare On / Off Cu un releu de rețea și un contactor, acesta poate porni / dezactiva priza de priză pe baza interacțiunii utilizatorului.

2. Contorizarea energiei

Cutia de control măsoară curentul alternativ și înregistrează consumul de energie. Funcție de măsurare standard. Măsurarea energiei se face pe utilizator. În prezent există doar monitorizarea curentului alternativ, nu există monitorizare a tensiunii în acest moment.

3. Autentificarea utilizatorului

Trebuie să creați conturi de utilizator pentru utilizatorii care vor utiliza socket-ul (socket-urile). Utilizatorul autorizează citind codul QR sau utilizând o etichetă NFC. Interfața de utilizare web permite utilizatorilor să se înscrie, să se conecteze și să utilizeze caseta de control sau eticheta NFC activează / dezactivează caseta direct. Administratorul poate aproba și respinge utilizatorii.

4. Facturare

Pe baza configurației socket-ului administratorului și a prețului pe 1kWh sunt create facturi pentru utilizatorii individuali pe baza consumului lor de energie. Facturile lunare vor fi create ulterior pentru confortul administratorului.

Pasul 2: Stive HW și SW

Stiva HW:

• Raspberry Pi Zero, 1 buc, 11,32 €,
• radiator, 1 buc, 1,2 EUR,
• Senzor NFC, 1 buc, 3,93 €
• card micro SD 16GB, 1buc, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1 buc, 1,74 EUR,
• Senzor CT - YHDC 30A SCT013, 1 buc, 4,28 €, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Transformator de curent-Nou / 32768354127.html
• încărcător de telefon mobil, 1 buc, 5 €, prețul este aproximativ, am folosit unul dintre încărcătoarele mele vechi care au venit cu un telefon
• Contactor AC de uz casnic 25A NU, 1 buc, 4,79 EUR,
• Releu de rețea, 1 buc, 0,84 EUR,
• cutie de joncțiune din plastic (cutie S), 1buc, 5 €,
• Sârme de joncțiune Dupont pentru tensiuni reduse, 1 buc, 2,29 €,
• Priză IP54 230V Euro, 1buc, 2 € cumpărată la un magazin de hardware local
• piese mici: mufă de 3,5 mm, condensator 10uF, 2x rezistențe 10kOhm, diode LED, cabluri, 1 buc, 3 €, cumpărate de la un magazin local de electronice
• Bloc terminal cu 2 conductori Wago, 3buc, 2 €, cumpărat de la un magazin local de electronice
• Bloc terminal Wago cu 5 conductori, 2 buc, 2 EUR, cumpărat de la un magazin local de electronice
• Cablu USB mini-la-micro (Arduino-> RPi), 1 buc, 1,8 EUR, cumpărat de la magazinul unui computer local

Cost total HW: 60,59 € (70,40 $)

Stiva SW:

• Stivă cutie de control:

  • Raspbian Linux (bazat pe Ubuntu), open source, 0 $ (toată gloria pentru Linus Torvalds + 20.000 de oameni care au lucrat la kernel-ul Linux + oamenii amabili din spatele imaginii Raspberry Pi și Raspbian Linux)
  • Node-RED, open source, 0 $ (oameni amabili de la IBM care stau la baza dezvoltării Node-RED)

• Stivă de aplicații web:

  • Aplicație Nabito-server:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), open source, 0 $
  • Postgres DB, open source, $ 0
  • Git, open source (mai multă glorie pentru Linus), $ 0
  • Protocol MQTT

Costul total al stivei SW: 0 € (* THUMBS_UP *)

Pasul 3: Caseta de control: Configurare SW

1. Instalați RASPBIAN STRETCH LITE (nu avem nevoie de versiunea desktop) pe Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. configurați Raspbian pentru a utiliza acasă Wifi
3. Instalați Node-RED pe Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Copiați fluxul Nabito Node-RED și implementați ithttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Editați setările implicite Node-RED.js și adăugați acest lucru la funcția GlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: „OFFLINE”

6. Configurați brokerii dvs. Node-RED MQTT pentru instalarea preferată a serverului Nabito (sau către
7. Reporniți Node-RED
8. Verificați conectivitatea MQTT în Node-RED

Partea Arduino:

1. Descărcați, compilați și încărcați această schiță pe Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Terminat!;-)

Pasul 4: Cablare: cabluri de rețea

Cablurile de alimentare de curent alternativ alimentează:

• Contactor AC
• Releu de rețea
• Încărcător mobil care alimentează Raspberry Pi și Arduino

Ieșirea de la contactorul de curent alternativ se duce la priză. Pământul de protecție este conectat de la sursa de alimentare la priză.

Raspberry Pi controlează releul de rețea, iar releul pornește / oprește contactorul.

Pasul 5: Cablare: Arduino, senzor CT, senzor NFC

Conectați Arduino cu senzorul CT în conformitate cu următorul manual:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Ai nevoie:

• Arduino (puteți utiliza orice Arduino: Uno, Nano, Mega, oricum doriți, atâta timp cât are un ADC)
• 10uF condensator 2x rezistențe 10kOhm
• Priză mufă de 3,5 mm
• Senzor CT 30A / 1V
• Senzor PN532 (RFID / NFC)
• PCB mic
• fire mici pentru conexiuni

Am lipit Arduino Nano, condensatorul, rezistențele și mufa femelă pe PCB conform manualului de mai sus de pe site-ul openenergymonitor.org.

Senzorul NFC este conectat la Arduino Nano prin SPI (pini pe Arduino Nano: 10, 11, 12 și 13).

Arduino este conectat la Raspberry Pi prin micro USB.

Pasul 6: Cablare: Raspberry Pi

Conectați Arduino la Raspberry Pi prin portul USB, astfel acesta servește ca port serial și sursă de alimentare pentru Arduino, ar trebui să fie mapat la / dev / ttyUSB0.

Releul de rețea este conectat prin pinii 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

LED-urile panoului frontal sunt conectate prin pinii 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Pasul 7: Cablarea totul împreună

1. Strângeți senzorul CT pe linia de rețea care iese din releul de rețea
2. Conectați sursa de alimentare pentru Raspberry Pi
3. Înșurubați capacul cutiei de joncțiune
4. Și ați terminat cablarea / asamblarea!

Pasul 8: Configurarea aplicației web

Aveți nevoie de un server Linux pentru a rula aplicația web. Puteți:

• rulați serverul local pe computer / notebook sau pe serverul Linux local și îndreptați caseta de control către instalarea dvs. locală
• creați-vă propriul domeniu și rulați aplicația web ca site web
• folosiți https://Nabito.org (este gratuit) pentru a vă gestiona casetele de control

Aplicația Nabito-server rulează pe Ruby on Rails și este open source:

Pentru instalarea și configurarea aplicațiilor web, consultați README.md a proiectului pe Github.

Pasul 9: Rularea și testarea

Pentru configurare locală:

1. Implementați aplicația Nabito-server pe computerul / notebook-ul dvs. local
2. Configurați brokerul mosquitto MQTT pe computerul dvs. (sau orice alt broker MQTT preferat)
3. Conectați caseta de control Nabito la WiFi-ul dvs. local
4. SSH în cutie și direcționați-l pentru a utiliza brokerul MQTT al computerului
5. porniți aplicația nabito-server rails
6. conectați o sarcină electrică mică (de exemplu, o lampă de masă) la priză
7. utilizați aplicația web pentru a porni / opri codul de soclu 1 pentru a verifica consumul real și total de energie
8. utilizați o etichetă NFC (dacă aveți una) pentru a comuta soclul
9. verificați facturarea pentru ultima utilizare a soclului
10. După testarea cu succes, începeți să creați propria rețea de încărcare EV
11. Profit;-)

Pasul 10: Concluzie, probleme și foaia de parcurs a produsului

În această versiune a casetei de control Nabito am reușit să decuplez caseta de control și aplicația web, creând în esență un proiect IoT (Internet of Things) atât cu lucrul fizic care face ceva util, cât și cu o aplicație și un serviciu back-end care gestionează lucru fizic.

Prețul cutiei a crescut puțin față de ultima versiune (v1 înainte: 50 €, v2 acum: 60 €), pentru că am adăugat un contactor din motive de siguranță pentru a servi amperi mai mari și, de asemenea, RPi este puțin mai scump decât plăcile OrangePi.

MQTT este utilizat ca protocol principal pentru înregistrarea datelor și controlul casetei.

De la ultima versiune de Nabito, am reușit să rezolv majoritatea problemelor (Wifi, contactor, supraîncălzire procesor, priză integrată etc.). Cu toate acestea, lista problemelor și oportunităților actuale crește și mai mult:

Probleme:

• Raspberry Pi Zero W este o placă foarte frumoasă, cu Wi-Fi și Bluetooth și 2 pini GPIO, dar totuși procesorul se încălzește până la 34C la ralanti, ceea ce ar putea fi problematic în climă caldă și în lunile de vară cu lumina directă a soarelui
• Rularea Linux în cutia de control este bună pentru prototipare, dar modelul de producție al acestui produs ar trebui să ruleze probabil pe o placă mai slabă, capabilă de TLS / SSL (cipul ESP32 pare foarte promițător)

Oportunități:

• creați versiuni pentru curenți mai mari (funcționalitate la fel, dar utilizați contactoare cu amplificatori mai mari și senzori CT diferiți / module de monitorizare a energiei)
• creați versiuni pentru 2 și 3 faze
• integrarea modulului de monitorizare a energiei (cum ar fi monitorul de energie Peacefair PZEM-004T)
• migrează la ESP32 pentru o creștere a puterii și a eficienței termice
• se integrează în cloud AWS IOT și se utilizează certificate de client pentru cea mai bună configurare de securitate (în acest moment se utilizează doar utilizatorul / parola MQTT)
• gestionați certificatele și acreditările MQTT din aplicația web (în prezent, aceasta este configurată manual prin back-end)
• adăugați un mic panou LCD pentru a prezenta informații direct pe caseta de control Nabito
• adăugați tastatură numerică pentru a furniza interacțiunea butonului cu caseta (posibilitate de fixare pentru securitate sporită)
• include un termometru suplimentar pentru a monitoriza temperatura ambiantă a cutiei

Dacă vă place acest proiect sau aveți întrebări / comentarii, nu ezitați să mă contactați la [email protected]

Site-ul distribuit de sisteme: www.sysdist.com

Mă puteți urmări la: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Să aveți o zi plăcută și să faceți fericit! - Ștefan