Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter til EV -opladning: 10 trin (med billeder)

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

Dette er den anden byggeguide til Nabito [åben sokkel), den første version findes på: Nabito [åben sokkel] v1

Jeg angiver årsagerne til at oprette dette projekt i dette blogindlæg: Elbiler er meningsløse for lejlighedsfolk

Hvad er det?

Nabito - den åbne stikkontakt er en IoT -smartmåler med elmåling, tænd/sluk -switch med høj strømstyrke, NFC -sensor, brugerautorisation, faktureringsmuligheder og brugerstyring.

Projektet består af to dele: 1. kontrolboks (IoT-enhed) 2. webapp-frontend/backend, begge fuldstændig open-source.

1. Kontrolboksen består af dele, der er lette at få online, og er designet til at være en intelligent og alligevel billig stikkontaktløsning til offentlige og private parkeringspladser til langsom opladning af elbiler. Den kører på Raspberry Pi Zero W og Arduino Nano.

2. Webappen kører på Ruby on Rails og er tilgængelig som open source på Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Forbindelsen mellem boksen og webappen sker via MQTT-protokol.

Formålet med projektet er at udvikle et open source -opladningsnetværk, som alle kan vedtage og implementere eller udvide.

Kontrolboksen består af dele, der er let at få online og er designet til at være en intelligent og alligevel billig stikkontaktløsning til offentlige og private parkeringspladser til langsom opladning af elbiler.

Den kører på Raspberry Pi Zero W single-board computer (SCB). De samlede omkostninger ved kontrolboksen er omkring € 60.

Nabito - den åbne stikkontakt er i øjeblikket designet til opladning på almindelige stikkontakter, i kontinentaleuropa er den 230V og 10 -13A, dvs. cca. 2,9 kW kontinuerlig. Men konceptet gælder enhver stikkontakt, Euro, USA eller Storbritannien eller andre, fremtidige versioner af projektet vil også dække 2 og 3 -fasede installationer.

Specifikationer:

• Enkelfasespænding: 230 V
• ACMax. strøm: 13 A
• Effekt: 2,9 kW
• Størrelse: 240x200x90mm
• Interface: RJ45 LAN -forbindelse eller WIFI
• IP -overholdelse: IP55

Den følgende byggeguide er ikke komplet, den mangler nogle ledningsdiagrammer, nogle samlingstrin osv.), Jeg ville have den derude hurtigst muligt, vil arbejde på at forbedre den gradvist, så vær venlig, hvis denne byggeguide ikke gør det dæk alt hvad du behøver at vide, eller hvis du har spørgsmål, send mig en mail. Tak for forståelsen.

Trin 1: Hvad gør det?

Projektet består af to dele, den fysiske kontrolboks, som er en IoT -ting (klientside), og der er en webapplikation, der styrer den (serversiden). Kombinerede funktioner:

1. Tænd/sluk -kobling Med et netrelæ og en kontaktor kan den tænde/slukke stikkontakten baseret på brugerinteraktion.

2. Energimåling

Kontrolboksen måler vekselstrøm og registrerer strømforbrug. Standard målefunktion. Energimålingen udføres pr. Bruger. I øjeblikket er der kun vekselstrømovervågning, ingen spændingsovervågning på dette tidspunkt.

3. Brugergodkendelse

Du skal oprette brugerkonti til de brugere, der skal bruge stikkontakten/sne. Brugeren godkender ved at læse QR -koden eller bruge et NFC -tag. Webbrugergrænsefladen giver brugerne mulighed for at tilmelde sig, logge ind og bruge kontrolboksen eller NFC -mærket tænder/slukker boksen direkte. Administrator kan godkende, afvise brugere.

4. Fakturering

Baseret på admin's socket -konfiguration og pris pr. 1kWh bliver regninger oprettet for individuelle brugere baseret på deres energiforbrug. Månedlige regninger vil blive oprettet senere af hensyn til admin.

Trin 2: HW- og SW -stakke

HW -stak:

• Raspberry Pi Zero, 1 stk., € 11,32,
• køleplade, 1 stk., € 1,2,
• NFC-sensor, 1 stk., € 3,93
• micro SD-kort 16 GB, 1 stk., 9,4 €,
• Arduino Nano, 1 stk., € 1,74,
• CT-sensor-YHDC 30A SCT013, 1 stk., € 4,28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Current-Transformer-New/32768354127.html
• mobiltelefon oplader, 1 stk., € 5, prisen er omtrentlig, brugte en af mine gamle opladere, der fulgte med en telefon
• Husholdnings AC kontaktor 25A NO, 1 stk., € 4,79,
• Netrelæ, 1 stk., € 0,84,
• samlingsboks i plast (S-boks), 1 stk., € 5,
• Dupont-forbindelsestråde til lave spændinger, 1 stk., € 2,29,
• IP54 230V Euro -stik, 1 stk., 2 € købt i en lokal isenkræmmer
• små dele: 3,5 mm jack hun, 10 uF kondensator, 2x 10 kOhm modstande, LED dioder, kabler, 1 stk., € 3, købt i en lokal elektronikbutik
• Wago 2-leder klemrække, 3 stk., 2 €, købt i en lokal elektronikbutik
• Wago 5-leder klemrække, 2 stk., 2 €, købt i en lokal elektronikbutik
• USB mini-til-mikro-kabel (Arduino-> RPi), 1 stk., € 1,8, købt i en lokal computers butik

Samlede HW -omkostninger: € 60,59 ($ 70,40)

SW -stak:

• Kontrolboks stak:

  • Raspbian Linux (Ubuntu -baseret), open source, $ 0 (al ære til Linus Torvalds + 20k mennesker, der arbejdede på Linux -kerne + de venlige mennesker bag Raspberry Pi og Raspbian Linux -image)
  • Node-RED, open source, $ 0 (venlige mennesker fra IBM, der står bag udviklingen af Node-RED)

• Webapp -stak:

  • Nabito-server-app:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), open source, $ 0
  • Postgres DB, open source, $ 0
  • Git, open source (mere ære til Linus), $ 0
  • MQTT -protokol

Samlede SW -stakomkostninger: € 0 (*THUMBS_UP*)

Trin 3: Kontrolboksen: SW -opsætning

1. Installer RASPBIAN STRETCH LITE (vi har ikke brug for desktopversionen) på Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. konfigurer Raspbian til at bruge dit lokale hjem Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Installer Node-RED på Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Kopiér Nabito Node-RED flow og implementer det

5. Rediger standard Node-RED settings.js og tilføj dette til functionGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Konfigurer dine Node-RED MQTT-mæglere mod din foretrukne Nabito-serverinstallation (eller mod
7. Genstart Node-RØD
8. Kontroller MQTT-forbindelsen i Node-RED

Arduino del:

1. Download, kompilér og upload denne skitse til Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Færdig!;-)

Trin 4: Ledningsføring: Netkabler

AC -kablerne leverer strøm til:

• AC kontaktor
• Netrelæ
• Mobil oplader, der driver Raspberry Pi og Arduino

Outputtet fra AC -kontakten går til stikkontakten. Beskyttelsesjord er forbundet fra kildeledningen til stikkontakten.

Raspberry Pi styrer netrelæet, og relæet skifter til/fra kontaktoren.

Trin 5: Ledningsføring: Arduino, CT -sensor, NFC -sensor

Led Arduino med CT -sensoren i henhold til følgende manual:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Du mangler:

• Arduino (du kan bruge enhver Arduino: Uno, Nano, Mega, alt efter hvad du kan lide, så længe den har en ADC)
• 10uF kondensator 2x 10kOhm modstande
• 3,5 mm hunstik
• CT -sensor 30A/1V
• PN532 sensor (RFID/NFC)
• lille print
• små ledninger til forbindelser

Jeg lodde Arduino Nano, kondensatoren, modstandene og hunstikket til printet i henhold til ovenstående manual fra webstedet openenergymonitor.org.

NFC -sensoren er forbundet til Arduino Nano via SPI (ben på Arduino Nano: 10, 11, 12 og 13).

Arduino er forbundet til Raspberry Pi via mikro -USB.

Trin 6: Ledningsføring: Raspberry Pi

Tilslut Arduino til Raspberry Pi via USB -porten, på den måde fungerer den som en seriel port og en strømforsyning til Arduino, den skal kortlægges til /dev /ttyUSB0.

Netrelæet er forbundet via ben 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Frontpanelets lysdioder er forbundet via ben 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Trin 7: Tilslut alt sammen

1. Spænd CT -sensoren på netledningen, der går ud af netrelæet
2. Tilslut strømkilde til Raspberry Pi
3. Skru låget på forbindelsesboksen i
4. Og du er færdig med at koble/montere!

Trin 8: Opsætning af webapp

Du skal bruge en linux -server for at køre webappen. Du kan enten:

• kør serveren lokalt på din pc/notebook eller din lokale Linux -server, og peg kontrolboksen [es] på din lokale installation
• opret dit eget domæne og kør webappen som et websted
• brug https://Nabito.org (det er gratis) til at administrere dine kontrolbokse

Nabito-server-appen kører på Ruby on Rails og er open source:

For installation og opsætning af webapp se projektets README.md på Github.

Trin 9: Løb og test

Til lokal opsætning:

1. Distribuer Nabito-server-appen på din lokale pc/notebook
2. Konfigurer mosquitto MQTT -mægler på din pc (eller enhver anden MQTT -mægler, du foretrækker)
3. Tilslut Nabito -kontrolboksen til din lokale WiFi
4. SSH ind i kassen og henvis den til at bruge din pc's MQTT -mægler
5. start skinner nabito-server-appen
6. tilslut en lille elektrisk belastning (f.eks. en bordlampe) til stikkontakten
7. brug webappen til at starte/stoppe socket id 1 for at kontrollere det faktiske og samlede energiforbrug
8. brug et NFC -mærke (hvis du har et) til at skifte stikket
9. tjek fakturering for den sidste socket -brug
10. Efter vellykket test skal du begynde at oprette dit eget EV -opladningsnetværk
11. Overskud;-)

Trin 10: Konklusionen, spørgsmål og produktplan

I denne version af Nabito-kontrolboksen var jeg i stand til at afkoble kontrolboksen og webappen i det væsentlige at oprette et IoT (Internet of Things) -projekt med både den fysiske ting, der gør noget nyttigt, og en back-end-app og -tjeneste, der administrerer fysisk ting.

Prisen på kassen steg en smule fra den sidste version (v1 før: € 50, v2 nu: € 60), fordi jeg tilføjede en kontaktor af sikkerhedsmæssige årsager for at betjene højere forstærkere, og også RPi er lidt dyrere end OrangePi -tavler.

MQTT bruges som hovedprotokol til datalogning og kontrol af boksen.

Siden den sidste version af Nabito kunne jeg løse de fleste problemer (Wifi, kontaktor, processoroverophedning, integreret stikkontakt osv.). Men listen over aktuelle spørgsmål og muligheder vokser yderligere:

Problemer:

• Raspberry Pi Zero W er et meget flot bord med Wifi og Bluetooth og 2 GPIO -ben, men processoren varmer stadig op til 34C ved tomgang, hvilket kan være problematisk i varme klimaer og sommermåneder med direkte sollys
• At køre Linux i kontrolboksen er godt til prototyper, men produktionsmodellen for dette produkt bør sandsynligvis køre på et slankere bord, der er i stand til TLS/SSL (chip ESP32 ser meget lovende ud)

Muligheder:

• oprette versioner til højere strømme (funktionalitet den samme, men brug kontaktorer med højere forstærkere og forskellige CT -sensorer/energiovervågningsmoduler)
• oprette versioner til 2 og 3 faser
• integrer energimonitormodul (som Peacefair PZEM-004T energimonitor)
• migrere til ESP32 for øget effekt og varmeeffektivitet
• integrer til AWS IOT -skyen og brug klientcertifikater til den bedste sikkerhedsopsætning (lige nu bruges kun MQTT -bruger/adgangskode)
• administrer certifikater og MQTT-legitimationsoplysninger fra webappen (i øjeblikket konfigureres dette manuelt gennem back-end)
• tilføj et lille LCD -panel for at præsentere oplysninger direkte på Nabito -kontrolboksen
• tilføj numpad for at give knapinteraktion med boksen (pin -mulighed for øget sikkerhed)
• inkluderer et ekstra termometer til overvågning af boksens omgivende temperatur

Hvis du kan lide dette projekt eller har spørgsmål/kommentarer, er du velkommen til at kontakte mig på [email protected]

Systemdistribueret websted: www.sysdist.com

Du kan følge mig på: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Hav en god dag og god fornøjelse!-Stefan