IoT Power Module: Tilføjelse af en IoT Power Measurement Feature til min Solar Charge Controller: 19 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hej alle sammen, jeg håber i alle har det godt! I denne instruktive vil jeg vise dig, hvordan jeg lavede et IoT Power Measurement -modul, der beregner den mængde strøm, der genereres af mine solpaneler, der bruges af min solopladningsregulator til at oplade min blybatteripakke. Dette modul går ind mellem solpanelerne og ladestyringen og giver dig alle de nødvendige parameteroplysninger på din telefon via Internettet. Til IoT -platformen har jeg brugt Blynk, som er meget let at bruge og let kan tilpasses efter dit projekt. Begrænsningen for den eksisterende ladestyring var, at den kun gav mig opladningsspændingen, og derfor kunne mængden af strøm ikke bestemmes. I dette projekt har jeg tilføjet spændings- og strømmålefunktionerne til effektmodulet, som kan bruges til at beregne effekt (i watt) og dermed den samlede høstede energi. Man kan nemt bruge dette effektmodul i andre applikationer til måling af jævnstrøm. Dette bliver en ret lang instruerbar, så lad os komme i gang!

Forbrugsvarer

1. Arduino Pro Mini / Nano eller tilsvarende
2. LM2596 buck converter modul
3. 7805 spændingsregulator
4. AMS1117 3.3V regulator
5. ESP8266-01 WiFi-modul
6. OLED Display
7. LM358 dobbelt OP-forstærker
8. 100K, 10K, 2.2k og 1K modstande (1/4 watt)
9. 0.1uF keramiske disk kondensatorer
10. 22uF elektrolytkondensator
11. Skrueterminaler
12. Mandlig og kvindelig bergstrimmel
13. TÆND / SLUK-kontakt
14. Perf board eller veroboard
15. Loddeudstyr

Trin 1: Saml alle dele og færdiggør layout

Når vi har samlet alle de nødvendige komponenter, er det vigtigt, at vi omhyggeligt beslutter layoutet på vores tavle og placering af forskellige komponenter, så ledningerne bliver enkle og alle komponenterne placeret tæt på hinanden. Til vedhæftning af Arduino, buck converter, WiFi modul og Oled Display vil jeg bruge kvindelige headers i stedet for direkte lodning af modulerne, på denne måde kan jeg bruge komponenterne til måske et andet projekt, men du kan direkte lodde modulerne, hvis du planlægger at gøre det permanent.

Trin 2: Tilføjelse af skrueterminalerne

Først og fremmest lodder vi skrueterminalerne, der skal bruges til at forbinde solpanelerne som input og ladestyringen som output til effektmodulet. Skrueterminaler giver en let måde at tilslutte eller fjerne enheder efter behov.

Trin 3: Tilføjelse af Resistor Voltage Divider Network

Til registrering af indgangsspændingen bruges et spændingsdelingsnetværk. Til min applikation har jeg lavet et modstandsnetværk ved hjælp af 10K og 1K modstand, og jeg måler spændingsfaldet over 1K modstanden, der vil blive givet som input til Arduino mikrokontroller. Derudover har jeg tilføjet en 0.1uF kondensator på tværs af 1K -modstanden for at udjævne eventuelle pludselige spændingsudsving.

Trin 4: Tilføjelse af shuntmodstanden til strømfølelse

Shuntmodstanden er en modstand af meget lille værdi (typisk i størrelsesordenen milliOhm) i serie med belastningen, der skaber et meget lille spændingsfald, der kan forstærkes ved hjælp af en operationsforstærker, og output kan derefter gives til arduino til måling. Til måling af strømmen bruger jeg shuntmodstanden (som har en værdi på cirka 10 milliohms. Jeg har lavet denne ved hjælp af en ståltråd og bøjet den for at lave en slags spolemønster) i kredsløbets lave side, dvs. mellem lasten og jorden. På denne måde kan det lille spændingsfald direkte måles i forhold til jorden.

Trin 5: Tilføjelse af OpAmp -forstærkerkredsløbet

Den operationelle forstærker, der bruges her, er LM358, som er en dobbelt Op-Amp-chip. Vi vil kun bruge en Op-Amp som en ikke-inverterende forstærker. Forstærkningen af den ikke -inverterende forstærker kan indstilles ved hjælp af modstandsnettene R1 og R2 som vist på billedet. Til min applikation har jeg valgt R1 som 100K og R2 som 2,2K, hvilket giver mig en omtrentlig gevinst på 46. Modstanden og OpAmp er ikke perfekte, så der skal foretages nogle justeringer i arduino -programmet for at få gode aflæsninger (vi vil diskutere det i senere trin).

Jeg har også lavet et projekt om hvordan man laver et wattmeter til arduino her har jeg diskuteret flere begreber i detaljer. Du kan kontrollere projektet her:

Trin 6: Strømforsyningen

For at levere strøm til Arduino-, OpAmp-, OLED- og WiFi -modulet bruger jeg et LM2596 buck converter -modul til at sænke indgangsspændingen til omkring 7 volt. Ved hjælp af en 7805 spændingsregulator konverterer jeg de 7 volt til 5 volt for Arduino og OLED og bruger en AMS1117 regulator, hvilket genererer den 3.3V, der er nødvendig for WiFi -modulet. Hvorfor så meget for strømforsyningen, spørger du? Årsagen er, at du ikke direkte kan tilslutte solpanelet til en 5 volt regulator og forvente at arbejde effektivt (da det er en lineær regulator). Også den nominelle spænding for et solpanel er omkring 18-20 volt, hvilket kan være for højt for den lineære regulator og kan stege din elektronik i en håndvending! Så det er bedre at have en effektiv buck -konverter på plads

Trin 7: Fixing af Buck Converter og Regulator

Først markerede jeg de positioner, hvor benene på bukkomformeren ville passe ind. Derefter lodde jeg kvindelige overskrifter til disse punkter og hanhoveder til bukkomformeren (så jeg let kan fjerne modulet, hvis det er nødvendigt). 5V -regulatoren går lige under bukkomformermodulet og er forbundet til konverterens udgang for at give en jævn 5V til kontrolkortet.

Trin 8: Tilføjelse af en switch

Jeg har tilføjet en omskifter mellem bukkomformeren og solpanelindgangene, hvis jeg vil tænde eller slukke for strømmodulet. Hvis den er slukket, vil strømmen stadig blive leveret til lasten (ladestyring i mit tilfælde), kun måle- og IoT -funktionerne fungerer ikke. Billedet ovenfor viser også lodningsprocessen hidtil.

Trin 9: Tilføjelse af overskrifter til Arduino og fastsættelse af 3.3v -regulatoren

Nu har jeg skåret hunhovederne i overensstemmelse med størrelsen på Arduino pro mini og loddet den. Jeg lodde AMS1117 -regulatoren direkte mellem Vcc og Gnd på Arduino -strømforsyningen (Arduino får 5V fra 7805 -regulatoren, som igen leverer AMS1117 til de 3.3v, der er nødvendige for WiFi -modulet). Jeg har strategisk placeret komponenterne på en sådan måde, at jeg skulle bruge minimale ledninger, og delene kan forbindes via loddespor.

Trin 10: Tilføjelse af overskrifter til WiFi -modul

Jeg loddet de kvindelige headere til WiFi -modulet lige ved siden af, hvor Arduino pro mini ville passe.

Trin 11: Tilføjelse af komponenterne til WiFi -modulet

ESP8266 -modulet fungerer på 3,3 volt og ikke 5 volt (ved anvendelse af 5 volt observerede jeg, at modulet bliver meget, meget varmt og sandsynligvis bliver beskadiget, hvis det bruges for længe). Arduino og WiFi -modulet kommunikerer via seriel kommunikation, der anvender modulets Tx- og Rx -ben. Vi kan konfigurere alle 2 digitale stifter af arduino til at fungere som serielle ben ved hjælp af softwarens serielle bibliotek i arduino IDE. Rx -stiften til modulet går til Tx of Arduino og omvendt. Rx -stiften i ESP fungerer på 3,3V logik, så vi bruger et spændingsdelingsnetværk på 2,2K og 1K til at sænke 5V -logikniveauet for Arduino til cirka 3,6V (hvilket stadig er acceptabelt). Vi kan direkte forbinde Tx for ESP til Rx for arduino, da arduino er 3.3v kompatibel.

Trin 12: Tilføjelse af OLED -skærmen

For at tilslutte OLED -skærmen har vi brug for 4 tilslutninger, to til strømforsyning og 2 til I2C -kommunikationsprotokollen med Arduino, som er A4- og A5 -benene på Arduino. Jeg vil bruge en lille jumper wire sammen med hanhoved til at forbinde I2C benene og direkte lodde strømforbindelserne

Trin 13: Sidste kig på modulbrættet

Efter endelig at have gennemført hele lodningsprocessen ser det sådan ud på tavlen! Ja, jeg var nødt til at bruge nogle ledninger til sidst, men jeg var temmelig tilfreds med resultatet. Den interessante del er, at brættet er fuldstændigt modulært, og alle større komponenter kan let fjernes eller udskiftes, hvis det er nødvendigt.

Trin 14: Sæt det hele sammen

Sådan ser det komplette modul ud, når alt er på plads!

Lad os komme til softwaredelen nu …

Trin 15: Programmering ved hjælp af FTDI Board

Til programmering af dette modul bruger jeg FTDI breakout board, som er ideelt til at programmere Arduino Pro Mini. Dens pin kortlægning er justeret perfekt, så du ikke behøver at bruge og jumpere eller deromkring.

Trin 16: Skematisk diagram

Dette er det komplette kredsløbsdiagram for IoT -effektmålermodulet. Jeg har designet denne skematik i Eagle CAD. Du er velkommen til at downloade og ændre de skematiske filer i henhold til dine ideer:)

Trin 17: Resultater

Jeg har afsluttet opsætningen ved at forbinde strømmodulet mellem solpanelet og ladestyringen, og så snart vi tænder det, opretter det forbindelse til min WiFi -router, og dataene bliver konstant offentliggjort i Blynk -appen på min smartphone. Dette giver data i realtid for opladningsparametrene, uanset hvor jeg er, så vidt jeg har internetforbindelse! Dejligt at se projektet fungere fint:)

Til eksperimentelle formål testede jeg opsætningen ved hjælp af mit 50 Watt solpanel og et 12V 18AH blybatteri.

Trin 18: Arduino -koden

Her er den komplette Arduino -kode, som jeg har brugt til mit projekt.

Der er et par biblioteker, du skal bruge for at dette projekt fungerer korrekt, det er:

Blynk -mesterbiblioteket

Adafruit_GFX bibliotek

Adafruit_SSD1306 bibliotek

Jeg håber, at dette projekt var nyttigt. Overvej at støtte mine projekter ved at dele det med dit samfund:)

Du er velkommen til at kommentere enhver feedback eller forespørgsel, du har vedrørende dette projekt. Hav en god dag !

Dette projekt hjælper mig med at overvåge mængden af energi, jeg høster fra mine paneler. Lad os tage et skridt foran for at vende mere mod vedvarende energikilder for at reducere CO2 -fodaftryk og skabe et bæredygtigt miljø:)