Overvågning af solpanel ved hjælp af partikelfoton: 7 trin

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

Formålet med projektet er at forbedre effektiviteten af solpaneler. Projektet er designet til at føre tilsyn med solcelleproduktion for at forbedre ydeevnen, overvågningen og vedligeholdelsen af solcelleanlægget.

I dette projekt er partikel foton forbundet med spændingsudgangsstiften på solpanelet, LM-35 temperatursensor og LDR sensor for at overvåge henholdsvis effekt, temperatur og den indfaldende lysintensitet. Et tegn -LCD er også grænseflade til partikelfoton for visning i realtid af de målte parametre. Photonen viser ikke kun de målte parametre på LCD-skærmen, men sender også de målte værdier til cloud-serveren for visning af data i realtid.

Trin 1: Komponent påkrævet

• Partikelfoton $ 20
• 16x2 LCD $ 3
• Solplade $ 4
• LM-35 temperatursensor $ 2
• LDR $ 1
• Brødbræt $ 4
• Jumper ledninger $ 3

De samlede omkostninger ved hardwaren er omkring $ 40 dollars.

Trin 2: Hardware

1. Partikelfoton

Photon er et populært IoT -kort tilgængeligt fra Particle -platformen. Tavlen huser STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontroller og har 1 MB flashhukommelse, 128 Kb RAM og 18 blandede signal input output (GPIO) ben med avancerede perifere enheder. Modulet har indbygget Cypress BCM43362 Wi-Fi-chip til Wi-Fi-forbindelse og enkeltbånd 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n til Bluetooth. Kortet er udstyret med 2 SPI, en I2S, en I2C, en CAN og en USB -grænseflade.

Det skal bemærkes, at 3V3 er en filtreret udgang, der bruges til analoge sensorer. Denne pin er output fra den indbyggede regulator og er internt forbundet til VDD'en på Wi-Fi-modulet. Når der tændes for Photon via VIN eller USB -porten, udsender denne pin en spænding på 3,3VDC. Denne pin kan også bruges til at forsyne Photon direkte (maks. Input 3.3VDC). Når den bruges som output, er den maksimale belastning på 3V3 100mA. PWM-signalerne har en opløsning på 8-bit og kører på en frekvens på 500 Hz.

2. 16X2 tegn LCD

16X2 LCD -displayet bruges til at vise værdierne for de målte parametre. Det er forbundet til partikelfotonen ved at forbinde dets datapinde D4 til D7 med stifterne D0 til D3 på spånkortet. E- og RS -benene på LCD'et er forbundet til henholdsvis stifterne D5 og D6 på spånpladen. R/W -stiften på LCD -skærmen er jordet.

3. LDR -sensor (fotoresistor)

LDR eller lysafhængig modstand er også kendt som fotomodstand, fotocelle, fotoleder. Det er en modstandstype, hvis modstand varierer afhængigt af mængden af lys, der falder på overfladen. Når lyset falder på modstanden, ændres modstanden. Disse modstande bruges ofte i mange kredsløb, hvor det er påkrævet at fornemme tilstedeværelsen af lys. Disse modstande har en række funktioner og modstand. For eksempel, når LDR er i mørke, kan den bruges til at tænde et lys eller til at slukke et lys, når det er i lyset. En typisk lysafhængig modstand har en modstand i mørket på 1MOhm, og i lysstyrken en modstand på et par KOhm.

Arbejdsprincip for LDR

Denne modstand fungerer efter princippet om fotokonduktivitet. Det er ikke andet end, når lyset falder på dets overflade, så reducerer materialets ledningsevne, og også elektronerne i enhedens valensbånd er spændt til ledningsbåndet. Disse fotoner i det indfaldende lys skal have energi større end halvledermaterialets båndgab. Dette får elektronerne til at springe fra valensbåndet til ledning. Disse enheder afhænger af lyset, når lys falder på LDR, så reduceres modstanden, og stiger i mørket. Når en LDR holdes på det mørke sted, er dens modstand høj, og når LDR holdes i lyset, vil dens modstand falde. LDR -sensoren bruges til at måle den indfaldende lysintensitet. Lysintensitet udtrykkes i Lux. Sensoren er forbundet til A2 -stiften i Particle Photon. Sensoren er forbundet i et potentielt divider kredsløb. LDR leverer en analog spænding, som konverteres til digital aflæsning af den indbyggede ADC.

4. LM-35 Temperatursensor

LM35 er en præcisions IC temperatursensor med en output, der er proportional med temperaturen (i oC). Driftstemperaturområdet er fra -55 ° C til 150 ° C. Udgangsspændingen varierer med 10mV som reaktion på hver oC stigning/ fald i omgivelsestemperatur, dvs. dens skalfaktor er 0,01V/ oC. Sensoren har tre ben - VCC, Analogout og Ground. Aout -stiften på LM35 er forbundet med den analoge input -pin A0 på partikelfonen. VCC og jord er forbundet med fælles VCC og jord.

Funktioner

Kalibreret direkte i grader Celsius (Celsius)

Lineær ved 10,0 mV/° C skalafaktor

• 0,5 ° C nøjagtighed garanteret (ved 25 ° C)
• Vurderet til fuld -55 ° C til et område på 150 ° C
• Fungerer fra 4 til 30 volt
• Mindre end 60 mA strømafløb
• Lav selvopvarmning, 0,08 ° C tilfører luft
• Ikke-linearitet kun 0,25 ° C typisk
• Lav impedansudgang, 0,1Ω for 1 mA belastning

5. solpanel

Solpaneler er enheder, der konverterer lys til elektricitet. De fik navnet "solpaneler" fra ordet 'Sol', der blev brugt af astronomer til at henvise til solen og sollyset. Disse kaldes også fotovoltaiske paneler, hvor Fotovoltaisk betyder "lys-elektricitet". Fænomenet med at konvertere solenergien til elektrisk energi kaldes fotovoltaisk effekt. Denne effekt genererer spændingen og strømmen ved udgangen på eksponering af solenergi. Et 3 Volt solpanel bruges i projektet. Et solpanel består af flere solceller eller fotovoltaiske dioder. Disse solceller er P-N-krydsdiode, og de kan generere et elektrisk signal i nærvær af sollys. Ved udsættelse for sollys genererer dette solpanel en DC -spændingsudgang på 3,3 V ved dets terminaler. Dette panel kan have en maksimal udgangseffekt på 0,72 Watt og en minimum udgangseffekt på 0,6 Watt. Dens maksimale ladestrøm er 220 mA og minimum ladestrøm er 200 mA. Panelet har to terminaler - VCC og Ground. Spændingsudgangen trækkes fra VCC -stiften. Spændingsudgangsstiften er forbundet til den analoge indgangsstift A1 i partikelfotonet til måling af udgangseffekten fra solpanelet.

Trin 3: Software

Partikelweb -IDE

For at skrive programkoden for enhver Photon skal udvikleren oprette en konto på Particle -webstedet og registrere Photon -kortet med sin brugerkonto. Programkoden kan derefter skrives på Web IDE på Partikelens websted og overføres til en registreret foton over internettet. Hvis det valgte spånplade, Photon here, er tændt og forbundet til partiets cloud -service, brændes koden til det valgte kort over luften via internetforbindelse, og kortet begynder at fungere i henhold til den overførte kode. Til styring af kortet over internettet er der designet en webside, der bruger Ajax og Jquery til at sende data til kortet ved hjælp af HTTP POST -metode. Websiden identificerer tavlen ved hjælp af et enheds -id og opretter forbindelse til Particle's Cloud Service via et adgangstoken.

Sådan forbinder du foton med internettet

1. Tænd for din enhed

• Sæt USB -kablet i din strømkilde.
• Så snart den er tilsluttet, skal RGB -LED'en på din enhed begynde at blinke blåt. Hvis din enhed ikke blinker blåt, skal du holde knappen SETUP nede. Hvis din enhed slet ikke blinker, eller hvis LED'en brænder kedeligt orange farve, får den muligvis ikke nok strøm. Prøv at ændre din strømkilde eller USB -kabel.

2. Tilslut din Photon til Internettet Der er to måder, enten du bruger webapplikation eller mobilapp

en. Brug af webapplikation

• Trin 1 Gå til setup.particle.io
• Trin 2 Klik på opsætning af en foton
• Trin 3 Efter at have klikket på NÆSTE, skal du blive præsenteret for en fil (photonsetup.html)
• Trin 4 Åbn filen.
• Trin 5 Efter åbning af filen skal du slutte din pc til Photon ved at oprette forbindelse til netværket med navnet PHOTON.
• Trin 6 Konfigurer dine Wi-Fi-legitimationsoplysninger. Bemærk: Hvis du har indtastet dine legitimationsoplysninger forkert, blinker fotonet mørkeblåt eller grønt. Du er nødt til at gennemgå processen igen (ved at opdatere siden eller klikke på procesprofildelen igen)
• Trin 7 Omdøb din enhed. Du vil også se en bekræftelse, hvis der blev gjort krav på enheden eller ej.

b. Brug af smartphone

• Åbn appen på din telefon. Log ind eller opret en konto med Particle, hvis du ikke har en.
• Efter login skal du trykke på plusikonet og vælge den enhed, du vil tilføje. Følg derefter instruktionerne på skærmen for at slutte din enhed til Wi-Fi.

Hvis det er første gang, din Photon opretter forbindelse, blinker den lilla i et par minutter, når den downloader opdateringer. Det kan tage 6-12 minutter, før opdateringerne gennemføres, afhængigt af din internetforbindelse, med Photon genstart et par gange i processen. Genstart eller frakobl ikke din Photon i løbet af denne tid. Hvis du gør det, skal du muligvis følge denne vejledning for at reparere din enhed.

Når du har tilsluttet din enhed, har den lært det netværk. Din enhed kan gemme op til fem netværk. Hvis du vil tilføje et nyt netværk efter din første opsætning, skal du sætte din enhed i lytttilstand igen og fortsætte som ovenfor. Hvis du føler, at din enhed har for mange netværk på den, kan du slette enhedens hukommelse for alle Wi-Fi-netværk, den har lært. Du kan gøre det ved at fortsætte med at holde opsætningsknappen nede i 10 sekunder, indtil RGB -LED'en blinker hurtigt blåt, hvilket signalerer, at alle profiler er blevet slettet.

Tilstande

• Cyan, din Photon er forbundet til internettet.
• Magenta, den indlæser i øjeblikket en app eller opdaterer dens firmware. Denne tilstand udløses af en firmwareopdatering eller af blinkende kode fra Web IDE eller Desktop IDE. Du kan muligvis se denne tilstand, når du tilslutter din Photon til skyen for første gang.
• Grøn, den forsøger at oprette forbindelse til internettet.
• Hvidt, Wi-Fi-modulet er slukket.

Web IDEParticle Build er et integreret udviklingsmiljø, eller IDE, der betyder, at du kan lave softwareudvikling i en brugervenlig applikation, som bare tilfældigvis kører i din webbrowser.

1. For at åbne build skal du logge ind på din partikelkonto og derefter klikke på build som vist på billedet.
2. Når du klikker vil du se konsol som denne.
3. For at oprette en ny app, skal du klikke på Opret ny app.
4. For at inkludere bibliotek i programmet skal du gå til biblioteksafsnittet, søge efter liquidcrystal. Vælg derefter en app, hvor du vil tilføje bibliotek. I mit tilfælde er det solpanelovervågning.
5. For at kontrollere programmet. Klik på verificer.
6. For at uploade koden skal du klikke på flash, men inden du gør det, skal du vælge en enhed. Hvis du har mere end én enhed, skal du sikre dig, at du har valgt, hvilken af dine enheder der skal flashkode til. Klik på ikonet "Enheder" nederst til venstre i navigationsruden, og når du svæver over enhedsnavnet, vil stjernen vises til venstre. Klik på den for at indstille den enhed, du gerne ville opdatere (den vil ikke være synlig, hvis du kun har en enhed). Når du har valgt en enhed, bliver den stjerne, der er knyttet til den, gul. (Hvis du kun har en enhed, er det ikke nødvendigt at vælge den, du kan fortsætte.

Trin 4: Sådan fungerer kredsløbet

I kredsløbet bruges 6 GPIO-ben på modulet til at grænseflade tegnets LCD, og tre analoge indgangsstifter bruges til at grænseflade LM-35 temperatursensor, solpanel og LDR-sensor.

Når kredsløbet er samlet, er det klar til at blive indsat sammen med solpanelet. Mens solpanelet bliver ved med at generere elektricitet, er det forbundet til enheden. Enheden får strøm fra strømforsyningen, der også administrerer det andet ydelsesforbedrende udstyr. Når enheden er tændt, blinker nogle indledende meddelelser på dens LCD -display, hvilket angiver programmets hensigt. Panelets effekt, temperatur og den indfaldende lysintensitet måles ved hjælp af spændingsudgangsstiften på henholdsvis solpanelet, LM-35 temperatursensor og LDR-sensor. Solpanelets spændingsudgangsstift, LM-35 temperatursensor og LDR-sensoren er forbundet til de analoge indgangsstifter A1, A0 og A2 i partikelfotonen.

De respektive parametre måles ved at registrere den analoge spænding ved de respektive stifter. Den analoge spænding, der registreres ved de respektive stifter, konverteres til digitale værdier ved hjælp af indbyggede ADC-kanaler. Particle Photon har 12-bit ADC-kanaler. Så de digitaliserede værdier kan variere fra 0 til 4095. Her antages det, at den resistive netværksgrænseflade LDR -sensor med controller -stiften er kalibreret for at angive lysintensitet ved direkte proportionalitet.

LM-35 IC kræver ikke nogen ekstern kalibrering eller trimning for at give typiske nøjagtigheder på ± 0,25 ° C ved stuetemperatur og ± 0,75 ° C over temperaturintervallet fra -55 ° C til 150 ° C. Under normale forhold vil temperaturen målt af sensoren ikke overstige eller afvige sensorens driftsområde. Ved trimning og kalibrering på waferniveauet sikres derved brug af sensor til lavere omkostninger. På grund af lav udgangsimpedans, lineær udgang og præcis iboende kalibrering af LM-35 er sensorens grænseflade til et styrekredsløb let. Da LM-35-enheden kun trækker 60 uA fra forsyningen, har den meget lav selvopvarmning på mindre end 0,1 ° C i stille luft. Typisk i temperaturområdet fra -55 ° C til 150 ° C øges sensorens spændingsudgang med 10 mV pr. Grad Celsius. Sensorens spændingsudgang er givet ved følgende formler

Vout = 10 mV/° C*T

hvor, Vout = Spændingsudgang for sensoren

T = Temperatur i grader Celsius Så, T (i ° C) = Vout/10 mV

T (i ° C) = Vout (i V)*100

Hvis VDD antages at være 3,3 V, er den analoge aflæsning relateret til den registrerede spænding over 12-bit område med følgende formel

Vout = (3.3/4095)*Analog-læsning

Så temperaturen i grader Celsius kan angives med følgende formler

T (i ° C) = Vout (i V)*100

T (i ° C) = (3.3/4095) *Analog-læsning *100

Så temperaturen kan måles direkte ved at registrere det analoge spændingsoutput fra sensoren. Funktionen analogRead () bruges til at aflæse analog spænding ved controller -stiften. Solpanelets spændingsudgang bør typisk være 3 V, som kan registreres direkte af Particle Photon. Partikelfonen kan direkte registrere spænding op til 3,3 V. Til digitalisering af den registrerede analoge spænding refereres den igen internt til VDD. Den digitaliserede spændingsaflæsning skaleres over 12-bit-området, dvs. 0 til 4095. Så

Vout = (3.3/4095)*Analog-læsning

De læste sensordata vises først på LCD-displayet og sendes derefter til Particle Cloud via Wi-Fi-forbindelse. Brugeren skal logge ind på partikelens registrerede konto for at se de læste sensorværdier. Platformen gør det muligt at oprette forbindelse til et kort fra den registrerede konto. Brugeren kan overvåge modtagne sensordata i realtid og kan også logge data.

Trin 5: Forbindelser og kredsløbsdiagram

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Aktiver

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Photon ==> LM-35

A0 ==> Ude

Photon ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Solplade

A1 ==> Vcc

Trin 6: Resultat