Nabito [Open Socket V2]: מד חכם לטעינת EV: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

זהו מדריך הבנייה השני של Nabito [שקע פתוח], ניתן למצוא את הגרסה הראשונה בכתובת: Nabito [שקע פתוח] v1

אני מפרט את הסיבות ליצירת הפרויקט הזה בפוסט בבלוג הזה: רכבי EV הם חסרי טעם לאנשי דירות

מה זה?

Nabito - השקע הפתוח הוא מד חכם IoT עם מדידת חשמל, מיתוג הפעלה/כיבוי של אמפר גבוה, חיישן NFC, הרשאת משתמש, יכולות חיוב וניהול משתמשים.

הפרויקט מורכב משני חלקים: 1. תיבת בקרה (מכשיר IoT) 2. frontend/backend של אפליקציות אינטרנט, שניהם קוד פתוח לחלוטין.

1. תיבת הבקרה מורכבת מחלקים שקל להשיג באינטרנט והיא נועדה להוות פתרון שקעים חשמליים אינטליגנטי ועם זאת לא יקר לחניונים ציבוריים ופרטיים לטעינה איטית של רכבים חשמליים. הוא פועל על Raspberry Pi Zero W ו- Arduino Nano.

2. אפליקציית האינטרנט פועלת על Ruby on Rails וזמינה כקוד פתוח ב- Github: https://github.com/sysdist/nabito-server החיבור בין הקופסה לאפליקציית האינטרנט מתבצע באמצעות פרוטוקול MQTT.

מטרת הפרויקט היא לפתח רשת טעינה בקוד פתוח שכל אחד יכול לאמץ וליישם או להרחיב.

תיבת הבקרה מורכבת מחלקים נוחים לרשת, והיא נועדה להוות פתרון שקעים חשמליים אינטליגנטיים ועם זאת לא יקרים לחניונים ציבוריים ופרטיים לטעינה איטית של רכבים חשמליים.

הוא פועל על מחשב לוח יחיד של Raspberry Pi Zero W (SCB). העלות הכוללת של תיבת הבקרה היא סביב € 60.

Nabito - השקע הפתוח מיועד כרגע לטעינה על שקעים רגילים, ביבשת אירופה הוא 230V ו -10 -13A, כלומר cca. 2.9kW רציף. אבל הרעיון חל על כל שקע, אירו, ארה ב או בריטניה או כל גרסאות עתידיות אחרות של הפרויקט יכסו גם התקנות דו -שלביות.

מפרט:

• מתח יחיד: 230 וולט
• ACMax. זרם: 13 א
• הספק: 2.9 קילוואט
• גודל: 240x200x90 מ"מ
• ממשק: חיבור LAN RJ45 או WIFI
• תאימות IP: IP55

מדריך הבנייה הבא אינו שלם, חסרים לו כמה תרשימי חיווט, כמה שלבי הרכבה וכו '), רציתי להוציא אותו בהקדם האפשרי, אעבוד על שיפורו בהדרגה, אז בבקשה, אם מדריך הבנייה הזה לא סקר את כל מה שאתה צריך לדעת או אם יש לך שאלות, שלח לי מייל. תודה על ההבנה.

שלב 1: מה זה עושה?

הפרויקט מורכב משני חלקים, תיבת הבקרה הפיזית שהיא דבר IoT (צד הלקוח) ויש יישום אינטרנט השולט בו (צד השרת). פונקציות משולבות:

1. מיתוג הפעלה/כיבוי בעזרת ממסר רשת ומגע הוא יכול להפעיל/לכבות את שקע השקע בהתבסס על אינטראקציה של משתמשים.

2. מדידת אנרגיה

תיבת הבקרה מודדת זרם AC ומתעדת את צריכת החשמל. פונקציית מדידה סטנדרטית. מדידת האנרגיה מתבצעת לכל משתמש. כרגע יש רק ניטור זרם AC, אין ניטור מתח בשלב זה.

3. אימות משתמשים

עליך ליצור חשבונות משתמש עבור המשתמשים שישתמשו בשקע/ים. המשתמש מאשר באמצעות קריאת קוד ה- QR או באמצעות תג NFC. ממשק משתמש האינטרנט מאפשר למשתמשים להירשם, להיכנס ולהשתמש בתיבת הבקרה או שתג NFC מפעיל/כבה את התיבה ישירות. מנהל המערכת יכול לאשר, לא לאשר משתמשים.

4. חיוב

בהתבסס על תצורת השקע של מנהל המערכת והמחירים לכל 1kWh נוצרות חשבונות למשתמשים בודדים על סמך צריכת האנרגיה שלהם. חשבונות חודשיים ייווצרו מאוחר יותר לנוחות מנהל המערכת.

שלב 2: ערימות HW ו- SW

מחסנית HW:

• Raspberry Pi Zero, 1 יחידות, 11.32 €,
• גוף קירור, 1 יחידות, 1.2 €,
• חיישן NFC, 1 יחידות, € 3.93
• כרטיס מיקרו SD 16GB, 1 יחידות, 9.4 €,
• Arduino Nano, 1 יחידות, 1.74 €,
• חיישן CT-YHDC 30A SCT013, 1 יחידות, € 4.28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- זרם-שנאי-חדש/32768354127.html
• מטען לטלפון נייד, 1 יחידות, 5 יורו, המחיר משוער, השתמש באחד המטענים הישנים שלי שהגיע עם טלפון
• מגע AC ביתי 25A NO, 1 יחידות, € 4.79,
• ממסר רשת, 1 יחידות, 0.84 €,
• תיבת צומת פלסטיק (ארגז S), 1 יחידות, € 5,
• חוטי צומת Dupont למתח נמוך, 1 יחידות, 2.29 €,
• שקע אירופה IP54 230V, 1 יחידות, 2 אירו שנרכש בחנות חומרי בניין מקומית
• חלקים קטנים: נקבת שקע 3.5 מ"מ, קבלים 10uF, נגדים 2x10kOhm, דיודות LED, כבלים, 1 יחידות, 3 יורו, נקנו בחנות אלקטרוניקה מקומית.
• ווק 2-מוליכים Wago, 3 יח ', 2 יורו, נקנה בחנות אלקטרוניקה מקומית
• בלוק מסוף Wago 5 מוליכים, 2 יח ', 2 יורו, נקנה בחנות אלקטרוניקה מקומית
• כבל מיני למיקרו USB (Arduino-> RPi), 1 יחידות, 1.8 €, נקנה בחנות מחשבים מקומית

סה"כ עלות HW: 60.59 יורו ($ 70.40)

מחסנית SW:

• מחסנית תיבת בקרה:

  • Raspbian Linux (מבוסס אובונטו), קוד פתוח, $ 0 (כל הכבוד לינוס Torvalds + 20 אלף אנשים שעבדו על גרעין לינוקס + האנשים האדיבים שמאחורי Raspberry Pi ותמונת Linux Raspbian)
  • Node-RED, קוד פתוח, $ 0 (אנשים אדיבים של IBM שעומדים מאחורי הפיתוח של Node-RED)

• ערימת אפליקציות אינטרנט:

  • אפליקציית שרת Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), קוד פתוח, $ 0
  • Postgres DB, קוד פתוח, $ 0
  • Git, קוד פתוח (יותר תהילה לינוס), $ 0
  • פרוטוקול MQTT

עלות מחסנית SW הכוללת: € 0 (*THUMBS_UP*)

שלב 3: תיבת הבקרה: הגדרת SW

1. התקן את RASPBIAN STRETCH LITE (אנחנו לא צריכים את גרסת שולחן העבודה) ב- Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. הגדר את Raspbian לשימוש בבית המקומי שלך Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. התקן את Node-RED ב- Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. העתק את זרימת הצומת האדומה של Nabito ופריס את זה

5. ערוך את ברירת המחדל של Node-RED settings.js והוסף זאת לפונקציה GlobalContext: ממסר: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. הגדר את ברוקרי ה- MQTT Node-RED שלך להתקנת שרת Nabito המועדפת עליך (או כלפי
7. הפעל מחדש את Node-RED
8. בדוק את קישוריות MQTT ב- Node-RED

חלק Arduino:

1. הורד, הידור והעלה את המערכון הזה ל- Arduino Nano
2. בוצע!;-)

שלב 4: חיווט: כבלי רשת

כבלי החשמל AC מספקים חשמל ל:

• איש קשר AC
• ממסר רשת
• מטען נייד שמניע את Raspberry Pi ו- Arduino

הפלט ממגע AC עובר לשקע השקע. כדור הארץ מגן מחובר מקו החשמל לשקע השקע.

פטל פטל שולט על ממסר החשמל והממסר בתורו מפעיל/מכבה את המגע.

שלב 5: חיווט: Arduino, חיישן CT, חיישן NFC

חברו את הארדואינו עם חיישן ה- CT בהתאם למדריך הבא:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

אתה צריך:

• Arduino (אתה יכול להשתמש בכל Arduino: Uno, Nano, Mega, מה שאתה אוהב, כל עוד יש לו ADC)
• קבלים 10uF 2x 10kOhm נגדים
• שקע שקע נקבה 3.5 מ"מ
• חיישן CT 30A/1V
• חיישן PN532 (RFID/NFC)
• PCB קטן
• חוטים קטנים לחיבורים

הלחמתי את ה- Arduino Nano, הקבל, הנגדים ואת השקע הנקבי למחשב הלוח לפי המדריך הנ ל מאתר openenergymonitor.org.

חיישן NFC מחובר ל- Arduino Nano באמצעות SPI (סיכות ב- Arduino Nano: 10, 11, 12 ו- 13).

ה- Arduino מחובר ל- Raspberry Pi באמצעות המיקרו USB.

שלב 6: חיווט: פטל פטל

חבר את Arduino ל- Raspberry Pi באמצעות יציאת ה- USB, כך הוא משמש כיציאה טורית וכאספקת חשמל ל- Arduino, הוא אמור למפות ל- /dev /ttyUSB0.

ממסר החשמל מחובר באמצעות סיכות 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

נוריות הלוח הקדמי מחוברות באמצעות סיכות 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

שלב 7: חיבור הכל ביחד

1. מהדק את חיישן ה- CT בקו החשמל היוצא ממסר החשמל
2. חבר מקור כוח ל- Raspberry Pi
3. הברג פנימה את מכסה תיבת החיבור
4. וסיימת לחווט/להרכיב!

שלב 8: הגדרת יישום אינטרנט

אתה צריך שרת לינוקס כדי להפעיל את אפליקציית האינטרנט. גם אתה יכול:

• הפעל את השרת באופן מקומי במחשב האישי/במחברת או בשרת Linux המקומי שלך והפנה את תיבות הבקרה אל ההתקנה המקומית שלך
• צור דומיין משלך והפעל את אפליקציית האינטרנט כאתר אינטרנט
• השתמש ב https://Nabito.org (זה בחינם) לניהול תיבות הבקרה שלך

אפליקציית שרת Nabito פועלת ב- Ruby on Rails והיא קוד פתוח:

להתקנה והתקנת אפליקציות אינטרנט עיינו ב- README.md של הפרויקט ב- Github.

שלב 9: ריצה ובדיקה

להתקנה מקומית:

1. לפרוס את אפליקציית שרת Nabito במחשב/המחברת המקומית שלך
2. הגדר את מתווך MQTT היתושים במחשב האישי שלך (או כל מתווך MQTT אחר שאתה מעדיף)
3. חבר את תיבת הבקרה של Nabito ל- WiFi המקומי שלך
4. SSH לתוך הקופסה והפנה אותו לשימוש ברוקר ה- MQTT של המחשב האישי שלך
5. הפעל את אפליקציית שרת nabito-server
6. חבר מטען חשמלי קטן (למשל מנורת שולחן) לשקע השקע
7. השתמש באפליקציית האינטרנט כדי להתחיל/לעצור את מזהה השקע 1 כדי לבדוק את צריכת האנרגיה בפועל ובסך הכל
8. השתמש בתג NFC (אם יש לך) כדי להחליף את השקע
9. בדוק את החיוב לגבי השימוש האחרון בשקע
10. לאחר בדיקה מוצלחת, התחל ליצור רשת טעינת רכבים משלך
11. רווח;-)

שלב 10: המסקנה, הנושאים ומפת הדרכים של המוצר

בגרסה זו של תיבת הבקרה Nabito הצלחתי לנתק את תיבת הבקרה ואת אפליקציית האינטרנט בעצם ליצור פרויקט IoT (Internet of Things) עם הדבר הפיזי שעושה משהו מועיל ועם אפליקציה ושירות אחורי שמנהל את דבר פיזי.

מחיר הקופסה עלה מעט מהגרסה האחרונה (v1 לפני: 50 €, v2 עכשיו: 60 €), כי הוספתי איש קשר למטרות בטיחות כדי לשרת אמפר גבוה יותר וגם RPi קצת יותר יקר מלוחות OrangePi.

MQTT משמש כפרוטוקול הראשי לרישום נתונים ושליטה על התיבה.

מאז הגרסה האחרונה של Nabito, הצלחתי לפתור את רוב הבעיות (Wifi, מגע, התחממות יתר של המעבד, שקע משולב וכו '). אולם רשימת הנושאים וההזדמנויות הנוכחיים גדלה עוד יותר:

נושאים:

• Raspberry Pi Zero W הוא לוח נחמד מאוד, עם Wifi ו- Bluetooth ו -2 סיכות GPIO, אך עדיין המעבד מתחמם עד 34C בזמן סרק אשר עלול להיות בעייתי באקלים חם ובחודשי הקיץ עם אור שמש ישיר.
• הפעלת לינוקס בתיבת הבקרה טובה לאב טיפוס, אך מודל הייצור של מוצר זה כנראה צריך לפעול על לוח רזה יותר המסוגל TLS/SSL (שבב ESP32 נראה מבטיח מאוד)

הזדמנויות:

• צור גרסאות לזרמים גבוהים יותר (פונקציונליות זהה, אך השתמש במגעים עם אמפר גבוה יותר וחיישני CT שונים/מודולי צג אנרגיה)
• צור גרסאות לשני ו -3 שלבים
• לשלב מודול צג אנרגיה (כמו צג האנרגיה של Peacefair PZEM-004T)
• לעבור ל- ESP32 להגברת צריכת החשמל ויעילות החום
• השתלב בענן AWS IOT והשתמש באישורי לקוח להגדרת האבטחה הטובה ביותר (כרגע משתמשים רק במשתמש/סיסמא MQTT)
• נהל אישורים ואישורי MQTT מאפליקציית האינטרנט (כרגע זה מוגדר באופן ידני דרך הקצה האחורי)
• הוסף לוח LCD קטן להצגת מידע ישירות על תיבת הבקרה של Nabito
• הוסף numpad כדי לספק אינטראקציה של כפתורים עם התיבה (אפשרות סיכה לאבטחה מוגברת)
• כולל מדחום נוסף לניטור טמפרטורת הסביבה של הקופסה

אם אתה אוהב את הפרויקט הזה או שיש לך שאלות/הערות אנא אל תהסס לפנות אלי בכתובת [email protected]

אתר מופץ מערכות: www.sysdist.com

אתה יכול לעקוב אחריי בכתובת: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

המשך יום נעים והנאה!-סטפן