ניטור פאנלים סולאריים באמצעות פוטון חלקיקים: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

מטרת הפרויקט היא לשפר את היעילות של פאנלים סולאריים. הפרויקט נועד לפקח על ייצור חשמל פוטו -וולטאי סולארי לשיפור הביצועים, הניטור והתחזוקה של המפעל הסולארי.

בפרויקט זה, פוטון החלקיקים נמצא בממשק עם סיכת פלט המתח של הלוח הסולארי, חיישן טמפרטורה LM-35 וחיישן LDR כדי לעקוב אחר תפוקת החשמל, הטמפרטורה ועוצמת האור האירוע בהתאמה. LCD תו מחובר גם לפוטון החלקיקים לתצוגה בזמן אמת של הפרמטרים הנמדדים. הפוטון לא רק מציג את הפרמטרים הנמדדים על מסך ה- LCD, אלא גם שולח את ערכי המדידה לשרת הענן לצפייה בנתונים בזמן אמת.

שלב 1: דרוש רכיב

• חלקיק פוטון 20 $
• 16x2 LCD $ 3
• צלחת סולרית 4 $
• חיישן טמפרטורה LM-35 $ 2
• LDR $ 1
• לוח לחם 4 $
• חוטי מגשר 3 $

העלות הכוללת של החומרה היא סביב $ 40 דולר.

שלב 2: חומרה

1. פוטון חלקיקים

פוטון הוא לוח IoT פופולרי הזמין מפלטפורמת החלקיקים. הלוח מכיל מיקרו -בקר STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 ויש לו זיכרון הבזק של 1 מגה -בתים, זיכרון RAM של 128 קילו -בתים ו -18 סיכות פלט קלט של אותות מעורבים (GPIO) עם ציוד היקפי מתקדם. המודול כולל שבב Wi-Fi מסוג Cypress BCM43362 המשולב לקישוריות Wi-Fi ו- IEEE 802.11b/g/n מסוג 2.4GHz עבור Bluetooth. הלוח מצויד עם 2 SPI, אחד I2S, אחד I2C, אחד CAN ואחד ממשק USB.

יש לציין כי 3V3 הוא פלט מסונן המשמש לחיישנים אנלוגיים. סיכה זו היא הפלט של הרגולטור המשולב ומחובר פנימית ל- VDD של מודול ה- Wi-Fi. בעת הפעלת הפוטון באמצעות VIN או יציאת ה- USB, פין זה יפיק מתח של 3.3VDC. ניתן להשתמש בסיכה זו גם כדי להפעיל את הפוטון ישירות (כניסה מקסימלית 3.3VDC). כאשר משתמשים בו כפלט, העומס המרבי על 3V3 הוא 100mA. לאותות PWM יש רזולוציה של 8 סיביות ופועלים בתדר של 500 הרץ.

2. 16X2 תו LCD

צג LCD 16X2 משמש להצגת ערכי הפרמטרים הנמדדים. הוא מחובר לפוטון החלקיקים על ידי חיבור סיכות הנתונים שלו D4 ל- D7 לסיכות D0 עד D3 של לוח החלקיקים. סיכות E ו- RS של ה- LCD מחוברות לסיכות D5 ו- D6 של לוח החלקיקים בהתאמה. סיכת R/W של ה- LCD מקורקעת.

3. חיישן LDR (פוטורסיסטור)

נגד LDR או נגד תלויי אור ידוע גם בשם נגד צילום, תא צילום, פוטו מוליך.זהו סוג אחד של נגד שהתנגדותו משתנה בהתאם לכמות האור הנופלת על פני השטח שלו. כאשר האור נופל על הנגד, ההתנגדות משתנה. נגדים אלה משמשים לעתים קרובות במעגלים רבים בהם נדרש לחוש את נוכחות האור. לנגדים אלה יש מגוון פונקציות והתנגדות. לדוגמה, כאשר ה- LDR נמצא בחושך, ניתן להשתמש בו כדי להדליק אור או לכבות אור כאשר הוא באור. לנגד אופייני תלוי אור יש התנגדות בחושך של 1MOhm, ובבהירות התנגדות של כמה KOhm.

עקרון העבודה של LDR

הנגד פועל על פי עקרון מוליכות הצילום. אין זה אלא, כאשר האור נופל על פני השטח שלו, אז מוליכות החומר פוחתת וגם האלקטרונים ברצועת הערכיות של המכשיר מתרגשים עד פס ההולכה. לפוטונים האלה באור התקרית חייבת להיות אנרגיה גדולה יותר מפער הלהקה של החומר המוליך למחצה. זה גורם לאלקטרונים לקפוץ מרצועת הערכיות להולכה. מכשירים אלה תלויים באור, כאשר האור נופל על ה- LDR ואז ההתנגדות יורדת, ועולה בחושך. כאשר LDR נשמר במקום החשוך, ההתנגדות שלו גבוהה וכאשר ה- LDR נשמר באור ההתנגדות שלו תפחת. חיישן LDR משמש למדידת עוצמת האור. עוצמת האור מתבטאת בלוקס. החיישן מחובר לסיכה A2 של פוטון החלקיקים. החיישן מחובר במעגל מפריד פוטנציאלי. ה- LDR מספק מתח אנלוגי המומר לקריאה דיגיטלית על ידי ה- ADC המובנה.

4. חיישן טמפרטורה LM-35

LM35 הוא חיישן טמפרטורה מדויק IC עם תפוקתו ביחס לטמפרטורה (ב- oC). טווח טמפרטורות ההפעלה נע בין -55 ° C ל- 150 ° C. מתח המוצא משתנה ב- 10mV בתגובה לכל עלייה/ ירידה של oC בטמפרטורת הסביבה, כלומר, גורם הסקאלה שלו הוא 0.01V/ oC. לחיישן שלושה סיכות - VCC, Analogout ו- Ground. סיכת ה- Aout של LM35 מחוברת לפין קלט אנלוגי A0 של פוטון החלקיקים. ה- VCC והקרקע מחוברים ל- VCC ולארץ משותפים.

מאפיינים

מכויל ישירות בתואר צלזיוס (צלזיוס)

ליניארי בגורם קנה מידה של 10.0 mV/° C

• ניתן להבטיח דיוק של 0.5 ° C (ב -25 ° C)
• מדורג במלואו -55 מעלות צלזיוס לטווח של 150 מעלות צלזיוס
• פועל מ 4 עד 30 וולט
• ניקוז זרם של פחות מ 60 mA
• חימום עצמי נמוך, 0.08 ° C להחדיר אוויר
• אי ליניאריות רק 0.25 ° C אופיינית
• פלט עכבה נמוכה, 0.1Ω לעומס של 1 mA

5. לוח שמש

פאנלים סולאריים הם מכשירים הממירים אור לחשמל. הם קיבלו את השם "פאנלים סולאריים" מהמילה 'סול' ששימשה אסטרונומים להתייחס לשמש ולאור השמש. אלה נקראים גם לוחות פוטו-וולטאיים שבהם פוטו-וולטאי פירושו "חשמל קל". התופעה של המרת אנרגיית השמש לאנרגיה חשמלית נקראת אפקט פוטו -וולטאי. אפקט זה מייצר את המתח והזרם ביציאה על חשיפת אנרגיה סולארית. בפרויקט נעשה שימוש בפאנל סולארי של 3 וולט. פאנל סולארי מורכב מכמה תאים סולאריים או דיודות פוטו -וולטאיות. תאים סולאריים אלה הם דיודת צומת P-N והם יכולים לייצר אות חשמלי בנוכחות אור שמש. בחשיפה לאור השמש, פאנל סולארי זה מייצר פלט מתח DC של 3.3 וולט במסופיו. ללוח זה יכול להיות הספק פלט מרבי של 0.72 וואט והספק פלט מינימלי של 0.6 ואט. זרם הטעינה המרבי שלו הוא 220 mA וזרם הטעינה המינימלי הוא 200 mA. ללוח שני מסופים - VCC ו- Ground. פלט המתח נמשך מסיכת VCC. סיכת פלט המתח מחוברת לפין כניסה אנלוגי A1 של פוטון החלקיקים למדידת הספק היציאה מהפאנל הסולארי.

שלב 3: תוכנה

IDE אינטרנט חלקיקים

בכדי לכתוב את קוד התוכנית עבור כל פוטון, המפתח צריך ליצור חשבון באתר Particle ולרשום את לוח הפוטון בחשבון המשתמש שלו. לאחר מכן ניתן לכתוב את קוד התוכנית ב- Web IDE באתר החלקיק ולהעבירו לפוטון רשום דרך האינטרנט. אם לוח החלקיקים שנבחר, פוטון כאן, מופעל ומחובר לשירות ענן של החלקיק, הקוד נשרף ללוח הנבחר דרך האוויר באמצעות חיבור לאינטרנט והלוח מתחיל לפעול על פי הקוד שהועבר. לשליטה בלוח דרך האינטרנט, מתוכנן דף אינטרנט שמשתמש ב- Ajax ו- Jquery כדי לשלוח נתונים ללוח בשיטת HTTP POST. דף האינטרנט מזהה את הלוח באמצעות מזהה התקן ומתחבר לשירות הענן של החלקיקים באמצעות אסימון גישה.

כיצד לחבר פוטון לאינטרנט

1. הפעל את המכשיר שלך

• חבר את כבל ה- USB למקור החשמל שלך.
• ברגע שהוא מחובר לחשמל, נורית ה- RGB במכשיר שלך אמורה להתחיל להבהב בכחול. אם המכשיר שלך לא מהבהב בכחול, לחץ לחיצה ארוכה על לחצן ההגדרה. אם המכשיר שלך אינו מהבהב כלל, או אם הנורית נשרפת עמומה. בצבע כתום, יתכן שהוא לא מקבל מספיק כוח. נסה לשנות את מקור הכוח או את כבל ה- USB.

2. חבר את הפוטון שלך לאינטרנט. יש שתי דרכים להשתמש ביישום אינטרנט או באפליקציה לנייד

א. שימוש ביישום אינטרנט

• שלב 1 עבור אל setup.particle.io
• שלב 2 לחץ על הגדרת פוטון
• שלב 3 לאחר לחיצה על הבא, עליך להציג בפניך קובץ (photonsetup.html)
• שלב 4 פתח את הקובץ.
• שלב 5 לאחר פתיחת הקובץ חבר את המחשב שלך לפוטון, על ידי חיבור לרשת בשם PHOTON.
• שלב 6 הגדר את אישורי ה- Wi-Fi שלך. הערה: אם הקלדת את אישוריך בטעות, הפוטון יהבהב כחול כהה או ירוק. עליך לעבור את התהליך שוב (על ידי רענון העמוד או לחיצה על החלק של תהליך נסיון חוזר)
• שלב 7 שנה את שם המכשיר שלך. תראה גם אישור אם תבעו את המכשיר או לא.

ב. שימוש בסמארטפון

• פתח את האפליקציה בטלפון שלך. היכנס או הירשם לחשבון עם Particle אם אין לך חשבון.
• לאחר הכניסה, לחץ על סמל הפלוס ובחר את המכשיר שברצונך להוסיף. לאחר מכן עקוב אחר ההוראות שעל המסך כדי לחבר את המכשיר שלך ל- Wi-Fi.

אם זו הפעם הראשונה שהפוטון שלך מתחבר, הוא יהבהב סגול במשך כמה דקות כשהוא מוריד עדכונים. ייתכן שיחלפו 6-12 דקות עד להשלמת העדכונים, בהתאם לחיבור האינטרנט שלך, כאשר הפוטון יופעל מחדש מספר פעמים בתהליך. אל תפעיל מחדש או נתק את הפוטון שלך במהלך תקופה זו. אם כן, ייתכן שתצטרך לעקוב אחר מדריך זה כדי לתקן את המכשיר שלך.

לאחר שחיברת את המכשיר שלך, הוא למד את הרשת הזו. המכשיר שלך יכול לאחסן עד חמש רשתות. כדי להוסיף רשת חדשה לאחר ההתקנה הראשונית שלך, היית מכניס את המכשיר שלך שוב למצב האזנה וממשיך כפי שנאמר למעלה. אם אתה מרגיש שהמכשיר שלך מכיל יותר מדי רשתות, תוכל למחוק את זיכרון המכשיר מכל רשתות Wi-Fi שהוא למד. תוכל לעשות זאת על ידי המשך החזקת לחצן ההתקנה למשך 10 שניות עד שנורית ה- RGB מהבהבת במהירות בכחול, מה שמסמן כי כל הפרופילים נמחקו.

מצבים

• ציאן, הפוטון שלך מחובר לאינטרנט.
• מג'נטה, היא טוענת כעת אפליקציה או מעדכנת את הקושחה שלה. מצב זה מופעל על ידי עדכון קושחה או על ידי קוד מהבהב מתוך מזהה האינטרנט או מזהה שולחן העבודה. ייתכן שתראה מצב זה כאשר תחבר את הפוטון שלך לענן בפעם הראשונה.
• ירוק, הוא מנסה להתחבר לאינטרנט.
• לבן, מודול ה- Wi-Fi כבוי.

Web IDEParticle Build היא סביבת פיתוח משולבת, או IDE שמשמעותה שאתה יכול לבצע פיתוח תוכנה ביישום קל לשימוש, שבמקרה זה מופעל בדפדפן האינטרנט שלך.

1. כדי לפתוח build, היכנס לחשבון החלקיקים שלך ולאחר מכן לחץ על build כפי שמוצג בתמונה.
2. לאחר לחיצה תראה קונסולה כזו.
3. כדי ליצור אפליקציה חדשה ליצירה, לחץ על צור אפליקציה חדשה.
4. כדי לכלול את הספרייה בתוכנית, עבור לסעיף ספריות, חפש liquidcrystal. לאחר מכן בחר אפליקציה שבה ברצונך להוסיף ספרייה. במקרה שלי זה ניטור פנל סולארי.
5. כדי לאמת את התוכנית. לחץ על אמת.
6. כדי להעלות את הקוד, לחץ על פלאש אך לפני שתעשה זאת בחר מכשיר. אם יש לך יותר ממכשיר אחד עליך לוודא שבחרת לאיזה מהמכשירים שלך להבהב קוד. לחץ על סמל "התקנים" בפינה השמאלית התחתונה של חלונית הניווט, ואז כאשר תרחף מעל שם המכשיר הכוכב יופיע משמאל. לחץ עליו כדי להגדיר את המכשיר שברצונך לעדכן (הוא לא יהיה גלוי אם יש לך רק מכשיר אחד). לאחר שבחרת מכשיר, הכוכב המשויך אליו יהפוך לצהוב. (אם יש לך רק מכשיר אחד, אין צורך לבחור אותו, תוכל להמשיך.

שלב 4: אופן הפעולה של המעגל

במעגל, 6 סיכות GPIO של המודול משמשות לממשק ה- LCD של התווים ושלושה סיכות קלט אנלוגיות משמשות לממשק חיישן טמפרטורה LM-35, פאנל סולארי וחיישן LDR.

לאחר הרכבת המעגל, הוא מוכן לפריסה יחד עם הפאנל הסולארי. בעוד שהפאנל הסולארי ממשיך לייצר חשמל, הוא מחובר למכשיר. המכשיר מופעל גם מספק החשמל המנהל את הציוד הנוסף לשיפור הביצועים. לאחר הפעלת המכשיר, כמה הודעות ראשוניות מהבהבות על צג ה- LCD שלו המציין את כוונת היישום. תפוקת ההספק של הלוח, הטמפרטורה ועוצמת האור האירוע נמדדים לפין פלט המתח של הלוח הסולארי, חיישן הטמפרטורה LM-35 וחיישן LDR בהתאמה. סיכת יציאת המתח של הפאנל הסולארי, חיישן הטמפרטורה LM-35 וחיישן LDR מחוברים לסיכות הכניסה האנלוגיות A1, A0 ו- A2 של פוטון החלקיקים.

הפרמטרים המתאימים נמדדים על ידי חישת המתח האנלוגי בסיכות המתאימות. המתח האנלוגי המורגש בסיכות המתאימות הופך לערכים דיגיטליים באמצעות ערוצי ADC מובנים. לפוטון החלקיקים יש ערוצי ADC של 12 סיביות. כך שהערכים הדיגיטליים יכולים לנוע בין 0 ל -4095. כאן, ההנחה היא שחיישן LDR הממשק הממשק עם סיכת הבקר מכויל כדי להצביע על עוצמת האור על ידי מידתיות ישירה.

ה- LM-35 IC אינו דורש כיול או זמירה חיצוניים כדי לספק דיוק אופייני של ± 0.25 ° C בטמפרטורת החדר ו- ± 0.75 ° C בטווח טמפרטורות שבין −55 ° C ל- 150 ° C. בתנאים רגילים, הטמפרטורה הנמדדת על ידי החיישן לא תעלה על הטווח התפעולי של החיישן או תיסוג ממנה. על ידי קיצוץ וכיול ברמת הפרוסות, מובטח בכך השימוש בחיישן בעלות נמוכה יותר. בשל עכבת פלט נמוך, פלט ליניארי וכיול מובנה מדויק של LM-35, ממשק החיישן למעגל בקרה קל. מכיוון שמכשיר LM-35 שואב רק 60 uA מהאספקה, יש לו חימום עצמי נמוך מאוד של פחות מ- 0.1 ° C באוויר הדומם. בדרך כלל בטווח הטמפרטורות שבין −55 ° C ל -150 ° C, פלט המתח של החיישן עולה ב -10 mV לכל מעלה צלזיוס. פלט המתח של החיישן ניתן על ידי הנוסחאות הבאות

Vout = 10 mV/° C*T

איפה, Vout = פלט מתח של החיישן

T = טמפרטורה במעלות צלזיוס אז, T (ב ° C) = Vout/10 mV

T (ב- ° C) = Vout (ב- V)*100

אם ההנחה של VDD היא 3.3 וולט, הקריאה האנלוגית קשורה למתח המורגש בטווח של 12 סיביות על ידי הנוסחה הבאה

Vout = (3.3/4095)*קריאה אנלוגית

אם כן, הטמפרטורה במעלות צלזיוס יכולה להינתן על ידי הנוסחאות הבאות

T (ב- ° C) = Vout (ב- V)*100

T (ב ° C) = (3.3/4095) *קריאה אנלוגית *100

אז ניתן למדוד את הטמפרטורה ישירות על ידי חישת פלט המתח האנלוגי מהחיישן. הפונקציה analogRead () משמשת לקריאת מתח אנלוגי בסיכת הבקר. פלט המתח של הפאנל הסולארי צריך להיות בדרך כלל 3 וולט שניתן לחוש אותו ישירות על ידי פוטון החלקיקים. פוטון החלקיקים יכול לחוש ישירות מתח עד 3.3 V. לצורך דיגיטציה של המתח האנלוגי המורגש, הוא מופנה שוב פנימית ל- VDD. קריאת המתח הדיגיטלית משתנה לטווח של 12 סיביות כלומר 0 עד 4095. אז

Vout = (3.3/4095)*קריאה אנלוגית

נתוני חיישן הקריאה מוצגים לראשונה בתצוגת ה- LCD ולאחר מכן מועברים לענן החלקיקים באמצעות חיבור Wi-Fi. על המשתמש להתחבר לחשבון הרשום של החלקיק על מנת לצפות בערכי החיישן הנקראים. הפלטפורמה מאפשרת חיבור ללוח מהחשבון הרשום. המשתמש יכול לעקוב אחר נתוני חיישנים שהתקבלו בזמן אמת ויכול גם לרשום נתונים.

שלב 5: חיבורים ותרשים מעגלים

פוטון ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> הפעל

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

פוטון ==> LM-35

A0 ==> אאוט

פוטון ==> LDR

A2 ==> Vcc

פוטון ==> צלחת סולארית

A1 ==> Vcc

שלב 6: תוצאה