Overvåking av solcellepanel ved bruk av partikkelfoton: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Målet med prosjektet er å forbedre effektiviteten til solcellepaneler. Prosjektet er designet for å føre tilsyn med solcelleproduksjon for å forbedre ytelsen, overvåking og vedlikehold av solcelleanlegget.

I dette prosjektet er partikkelfotonen koblet til spenningsutgangspinnen til solcellepanelet, LM-35 temperatursensor og LDR-sensor for å overvåke henholdsvis effekt, temperatur og lysstyrke. En tegn -LCD er også koblet til partikkelfoton for visning av de målte parametrene i sanntid. Photon viser ikke bare de målte parametrene på LCD-skjermen, men sender også måleverdiene til skyserveren for visning av sanntidsdata.

Trinn 1: Komponent påkrevd

• Partikkelfoton $ 20
• 16x2 LCD $ 3
• Solplate $ 4
• LM-35 temperatursensor $ 2
• LDR $ 1
• Brødbrett $ 4
• Jumper ledninger $ 3

Den totale kostnaden for maskinvaren er rundt $ 40 dollar.

Trinn 2: Maskinvare

1. Partikkelfoton

Photon er et populært IoT -kort tilgjengelig fra Particle -plattformen. Brettet huser STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontroller og har 1 MB flashminne, 128 Kb RAM og 18 blandede signalinnganger (GPIO) pins med avanserte eksterne enheter. Modulen har innebygd Cypress BCM43362 Wi-Fi-brikke for Wi-Fi-tilkobling og enkeltbånd 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n for Bluetooth. Brettet er utstyrt med 2 SPI, en I2S, en I2C, en CAN og et USB -grensesnitt.

Det skal bemerkes at 3V3 er en filtrert utgang som brukes for analoge sensorer. Denne pinnen er utgangen til den innebygde regulatoren og er internt koblet til VDD på Wi-Fi-modulen. Når du driver Photon via VIN eller USB -porten, sender denne pinnen ut en spenning på 3,3VDC. Denne pinnen kan også brukes til å drive Photon direkte (maks inngang 3.3VDC). Når den brukes som utgang, er maksimal belastning på 3V3 100mA. PWM-signalene har en oppløsning på 8-bit og kjøres på en frekvens på 500 Hz.

2. 16X2 tegn LCD

16X2 LCD -displayet brukes til å vise verdiene til de målte parametrene. Den er koblet til partikkelfotonen ved å koble datapinnene D4 til D7 med pinnene D0 til D3 på sponkortet. E- og RS -pinnene på LCD -en er koblet til henholdsvis pinnene D5 og D6 på sponplaten. R/W -pinnen på LCD -skjermen er jordet.

3. LDR -sensor (fotoresistor)

LDR eller lysavhengig motstand er også kjent som fotomotstand, fotocelle, fotoleder. Det er en motstandstype hvis motstand varierer avhengig av mengden lys som faller på overflaten. Når lyset faller på motstanden, endres motstanden. Disse motstandene brukes ofte i mange kretser der det er nødvendig å kjenne tilstedeværelsen av lys. Disse motstandene har en rekke funksjoner og motstand. For eksempel, når LDR er i mørke, kan den brukes til å slå på et lys eller å slå AV et lys når det er i lyset. En typisk lysavhengig motstand har en motstand i mørket på 1MOhm, og i lysstyrken en motstand på et par KOhm.

Arbeidsprinsipp for LDR

Denne motstanden fungerer etter prinsippet om fotokonduktivitet. Det er ingenting annet, når lyset faller på overflaten, reduseres materialets ledningsevne og også elektronene i enhetens valensbånd blir begeistret til ledningsbåndet. Disse fotonene i det innfallende lyset må ha energi større enn båndgapet i halvledermaterialet. Dette får elektronene til å hoppe fra valensbåndet til ledning. Disse enhetene er avhengig av lyset, når lys faller på LDR, reduseres motstanden, og øker i mørket. Når en LDR holdes på det mørke stedet, er dens motstand høy, og når LDR holdes i lyset, vil motstanden minke. LDR -sensoren brukes til å måle den innfallende lysintensiteten. Lysintensitet uttrykkes i Lux. Sensoren er koblet til A2 -pinnen til Particle Photon. Sensoren er koblet til en potensiell delerkrets. LDR gir en analog spenning som konverteres til digital lesing av den innebygde ADC.

4. LM-35 temperatursensor

LM35 er en presisjons IC temperatursensor med utgang proporsjonal med temperaturen (i oC). Driftstemperaturområdet er fra -55 ° C til 150 ° C. Utgangsspenningen varierer med 10mV som respons på hver oC -stigning/ -fall i omgivelsestemperatur, dvs. skalafaktoren er 0,01V/ oC. Sensoren har tre pinner - VCC, Analogout og Ground. Aout -pinnen til LM35 er koblet til den analoge inngangspinnen A0 til partikkelfotonen. VCC og bakken er koblet til vanlig VCC og Ground.

Funksjoner

Kalibrert direkte i grader Celsius (Celsius)

Lineær ved 10,0 mV/° C skalafaktor

• 0,5 ° C nøyaktighetsgaranti (ved 25 ° C)
• Vurdert for full -55 ° C til et område på 150 ° C
• Drives fra 4 til 30 volt
• Mindre enn 60 mA strømavløp
• Lav selvoppvarming, 0,08 ° C tilfører luft
• Ikke-linearitet bare 0,25 ° C typisk
• Lav impedansutgang, 0,1Ω for 1 mA belastning

5. solpanel

Solcellepaneler er enheter som omdanner lys til elektrisitet. De fikk navnet "solcellepaneler" fra ordet "Sol" som astronomer brukte for å referere til solen og sollyset. Disse kalles også solcellepaneler der Photovoltaic betyr "lys-elektrisitet". Fenomenet å konvertere solenergi til elektrisk energi kalles fotovoltaisk effekt. Denne effekten genererer spenning og strøm ved utgangen på eksponering av solenergi. Et 3 volt solpanel brukes i prosjektet. Et solcellepanel består av flere solceller eller fotovoltaiske dioder. Disse solcellene er P-N-kryssdiode, og de kan generere et elektrisk signal i nærvær av sollys. Ved eksponering for sollys genererer dette solcellepanelet en likestrømspenning på 3,3 V ved terminalene. Dette panelet kan ha maksimal utgangseffekt på 0,72 Watt og minimum utgangseffekt på 0,6 Watt. Maksimal ladestrøm er 220 mA og minimum ladestrøm er 200 mA. Panelet har to terminaler - VCC og Ground. Spenningsutgangen trekkes fra VCC -pinnen. Spenningsutgangspinnen er koblet til den analoge inngangspinnen A1 på Particle Photon for måling av utgangseffekten fra solcellepanelet.

Trinn 3: Programvare

Partikkel -web -IDE

For å skrive programkoden for en Photon, må utvikleren opprette en konto på Particle -nettstedet og registrere Photon -kortet med sin brukerkonto. Programkoden kan deretter skrives på Web IDE på partikkelens nettsted og overføres til en registrert foton over internett. Hvis det valgte sponkortet, Photon here, er slått på og koblet til partiets skytjeneste, blir koden brent til det valgte kortet over luften via internettforbindelse og kortet begynner å fungere i henhold til den overførte koden. For å kontrollere brettet over internett, er det designet en webside som bruker Ajax og Jquery til å sende data til brettet ved hjelp av HTTP POST -metode. Websiden identifiserer brettet med en enhets -ID og kobler seg til Particle's Cloud Service via et tilgangstoken.

Hvordan koble foton til internett

1. Slå på enheten

• Koble USB -kabelen til strømkilden.
• Så snart den er plugget inn, skal RGB -LED -en på enheten begynne å blinke blått. Hvis enheten ikke blinker blått, holder du nede SETUP -knappen. Hvis enheten ikke blinker i det hele tatt, eller hvis LED -lampen brenner sløvt oransje farge, kan det være at den ikke får nok strøm. Prøv å bytte strømkilde eller USB -kabel.

2. Koble Photon til Internett Det er to måter enten du bruker webapplikasjon eller mobilapp

en. Bruker webapplikasjon

• Trinn 1 Gå til setup.particle.io
• Trinn 2 Klikk på setup a Photon
• Trinn 3 Etter å ha klikket på NESTE, bør du bli presentert med en fil (photonsetup.html)
• Trinn 4 Åpne filen.
• Trinn 5 Etter at du har åpnet filen, kobler du PC -en til Photon ved å koble til nettverket PHOTON.
• Trinn 6 Konfigurer Wi-Fi-legitimasjonen din. Merk: Hvis du har skrevet inn legitimasjonen feil, blinker fotonet mørkblått eller grønt. Du må gå igjennom prosessen igjen (ved å oppdatere siden eller klikke på prosessen på nytt)
• Trinn 7 Gi nytt navn til enheten. Du vil også se en bekreftelse om enheten ble gjort krav på eller ikke.

b. Bruker smarttelefon

• Åpne appen på telefonen. Logg deg på eller registrer deg for en konto med Particle hvis du ikke har en.
• Etter pålogging trykker du på plussikonet og velger enheten du vil legge til. Følg deretter instruksjonene på skjermen for å koble enheten til Wi-Fi.

Hvis dette er Photons første gang du kobler til, blinker den lilla i noen minutter etter hvert som den laster ned oppdateringer. Det kan ta 6-12 minutter før oppdateringene er fullført, avhengig av internettforbindelsen din, med Photon som starter på nytt noen ganger i prosessen. Ikke start eller koble fra fotonen din i løpet av denne tiden. Hvis du gjør det, må du kanskje følge denne veiledningen for å fikse enheten.

Når du har koblet enheten din, har den lært det nettverket. Enheten din kan lagre opptil fem nettverk. For å legge til et nytt nettverk etter det første oppsettet, setter du enheten i lyttemodus igjen og fortsetter som ovenfor. Hvis du føler at enheten har for mange nettverk, kan du slette enhetens minne for alle Wi-Fi-nettverk den har lært. Du kan gjøre det ved å fortsette å holde oppsettknappen inne i 10 sekunder til RGB -LED -en blinker raskt blått, og signaliserer at alle profiler er slettet.

Modi

• Cyan, Photon er koblet til Internett.
• Magenta, den laster for øyeblikket en app eller oppdaterer fastvaren. Denne tilstanden utløses av en fastvareoppdatering eller av blinkende kode fra Web IDE eller Desktop IDE. Du kan se denne modusen når du kobler Photon til skyen for første gang.
• Grønn, den prøver å koble til internett.
• Hvit, Wi-Fi-modulen er slått av.

Web IDEParticle Build er et integrert utviklingsmiljø, eller IDE som betyr at du kan gjøre programvareutvikling i et brukervennlig program, som bare skjer i nettleseren din.

1. For å åpne build, logg på partikkelkontoen din og klikk deretter på build som vist på bildet.
2. Når du klikker vil du se konsoll som denne.
3. Klikk på Opprett ny app for å opprette en ny app.
4. For å inkludere bibliotek i programmet, gå til bibliotekseksjonen, søk etter liquidcrystal. Velg deretter en app der du vil legge til bibliotek. I mitt tilfelle er det solpanelovervåking.
5. For å bekrefte programmet. Klikk på bekreft.
6. For å laste opp koden klikker du på flash, men før du gjør det må du velge en enhet. Hvis du har mer enn én enhet, må du kontrollere at du har valgt hvilken av enhetene du vil blinke kode til. Klikk på "Enheter" -ikonet nederst til venstre i navigasjonsruten, og når du holder markøren over enhetsnavnet, vil stjernen vises til venstre. Klikk på den for å angi enheten du ønsket å oppdatere (den vil ikke være synlig hvis du bare har én enhet). Når du har valgt en enhet, blir stjernen knyttet til den gul. (Hvis du bare har én enhet, er det ikke nødvendig å velge den, du kan fortsette.

Trinn 4: Hvordan kretsen fungerer

I kretsen brukes 6 GPIO-pinner på modulen for å koble karakter-LCD-en, og tre analoge inngangspinner brukes til å koble til LM-35 temperatursensor, solcellepanel og LDR-sensor.

Når kretsen er satt sammen, er den klar til distribusjon sammen med solcellepanelet. Mens solcellepanelet fortsetter å produsere elektrisitet, er det festet til enheten. Enheten drives også av strømnettet som administrerer det andre ytelsesforbedrende utstyret. Når enheten er slått på, blinker noen første meldinger på LCD -displayet som indikerer hensikten med applikasjonen. Utgangseffekten til panelet, temperaturen og den innfallende lysintensiteten måles med henholdsvis spenningsutgangspinnen til solcellepanelet, LM-35 temperatursensor og LDR-sensor. Spenningsutgangspinnen til solcellepanelet, LM-35 temperatursensor og LDR-sensoren er koblet til de analoge inngangspinnene A1, A0 og A2 til Particle Photon.

De respektive parametrene måles ved å registrere den analoge spenningen ved de respektive pinnene. Den analoge spenningen som registreres på de respektive pinnene, konverteres til digitale verdier ved hjelp av innebygde ADC-kanaler. Particle Photon har 12-biters ADC-kanaler. Så de digitaliserte verdiene kan variere fra 0 til 4095. Her antas det at den resistive nettverksgrensesnittet LDR -sensoren med kontrollerpinnen er kalibrert for å indikere lysintensitet ved direkte proporsjonalitet.

LM-35 IC krever ingen ekstern kalibrering eller trimning for å gi typiske nøyaktigheter på ± 0,25 ° C ved romtemperatur og ± 0,75 ° C over temperaturområdet fra -55 ° C til 150 ° C. Under normale forhold vil temperaturen målt av sensoren ikke overstige eller tilbakegå sensorens driftsområde. Ved å trimme og kalibrere på wafernivå, er bruken av sensor til lavere pris sikret. På grunn av lav utgangsimpedans, lineær utgang og presis iboende kalibrering av LM-35, er grensesnittet mellom sensoren og en kontrollkrets lett. Siden LM-35-enheten bare trekker 60 uA fra forsyningen, har den svært lav selvoppvarming på mindre enn 0,1 ° C i stille luft. Vanligvis i temperaturområdet fra -55 ° C til 150 ° C, øker spenningsutgangen til sensoren med 10 mV per grad Celsius. Spenningsutgangen til sensoren er gitt av følgende formler

Vout = 10 mV/° C*T

hvor, Vout = Spenningsutgang for sensoren

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

T (i ° C) = Vout (i V)*100

Hvis VDD antas å være 3,3 V, er den analoge avlesningen relatert til den registrerte spenningen over 12-biters område med følgende formel

Vout = (3.3/4095)*Analog-lesing

Så temperaturen i grader Celsius kan gis med følgende formler

T (i ° C) = Vout (i V)*100

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

Så temperaturen kan måles direkte ved å kjenne den analoge spenningsutgangen fra sensoren. AnalogRead () -funksjonen brukes til å lese analog spenning på kontrollerpinnen. Spenningsutgangen til solcellepanelet bør typisk være 3 V, som kan registreres direkte av partikkelfotonet. Partikkelfotonen kan direkte registrere spenning opp til 3,3 V. For digitalisering av den registrerte analoge spenningen refereres den igjen internt til VDD. Den digitaliserte spenningsavlesningen skaleres over 12-bitsområdet, dvs. 0 til 4095. Så

Vout = (3.3/4095)*Analog-lesing

Lesesensordataene vises først på LCD-skjermen og sendes deretter til Particle Cloud via Wi-Fi-tilkobling. Brukeren må logge inn på partikkelens registrerte konto for å se lesede sensorverdier. Plattformen tillater tilkobling til et kort fra den registrerte kontoen. Brukeren kan overvåke mottatte sensordata i sanntid og kan også logge data.

Trinn 5: Tilkoblinger og kretsdiagram

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Aktiver

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Ute

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Solplate

A1 ==> Vcc

Trinn 6: Resultat