Nabito [Open Socket V2]: Smart meter for EV -lading: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Dette er den andre byggeguiden for Nabito [åpen sokkel), den første versjonen finnes på: Nabito [åpen sokkel] v1

Jeg lister opp årsakene til å lage dette prosjektet i dette blogginnlegget: Elbiler er meningsløse for leilighetsfolk

Hva er det?

Nabito - den åpne kontakten er en IoT -smartmåler med elektrisitetsmåling, på/av bytte med høy strømstyrke, NFC -sensor, brukerautorisasjon, faktureringsmuligheter og brukerstyring.

Prosjektet består av to deler: 1. kontrollboks (IoT-enhet) 2. webapp-frontend/backend, begge helt åpen kildekode.

1. Kontrollboksen består av deler som er lett å få online og er designet for å være en intelligent og billig billig stikkontaktløsning for offentlige og private parkeringsplasser for langsom lading av elektriske kjøretøyer. Den kjører på Raspberry Pi Zero W og Arduino Nano.

2. Nettappen kjører på Ruby on Rails og er tilgjengelig som åpen kildekode på Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Tilkoblingen mellom boksen og webappen gjøres gjennom MQTT-protokollen.

Målet med prosjektet er å utvikle et åpen kildekode -nettverk som alle kan ta i bruk og implementere eller utvide.

Kontrollboksen består av deler som er lett å få online og er designet for å være en intelligent og billig billig stikkontaktløsning for offentlige og private parkeringsplasser for langsom lading av elektriske kjøretøyer.

Den kjører på Raspberry Pi Zero W single-board computer (SCB). Den totale kostnaden for kontrollboksen er rundt € 60.

Nabito - den åpne kontakten er for tiden designet for lading på vanlige stikkontakter, på kontinentaleuropa er den 230V og 10 -13A, dvs. cca. 2,9kW kontinuerlig. Men konseptet gjelder enhver stikkontakt, Euro, USA eller Storbritannia eller andre, fremtidige versjoner av prosjektet vil også dekke 2 og 3 fase installasjoner.

Spesifikasjoner:

• Enfase spenning: 230 V
• ACMax. strøm: 13 A
• Effekt: 2,9 kW
• Størrelse: 240x200x90mm
• Grensesnitt: RJ45 LAN -tilkobling eller WIFI
• IP -samsvar: IP55

Følgende byggeguide er ikke fullført, den mangler noen koblingsskjemaer, noen monteringstrinn osv.), Jeg ønsket å få den ut så snart som mulig, vil jobbe med å forbedre den gradvis, så vær så snill, hvis denne byggeguiden ikke gjør det dekk alt du trenger å vite, eller send meg en mail hvis du har spørsmål. Takk for forståelsen.

Trinn 1: Hva gjør det?

Prosjektet består av to deler, den fysiske kontrollboksen som er en IoT -ting (klientsiden), og det er en webapplikasjon som styrer den (serversiden). Kombinerte funksjoner:

1. På/Av -kobling Med et nettrelé og en kontaktor kan den slå ut/ut stikkontakten basert på brukerinteraksjon.

2. Energimåling

Kontrollboksen måler vekselstrøm og logger strømforbruk. Standard målefunksjon. Energimåling utføres per bruker. For øyeblikket er det bare vekselstrømovervåking, ingen spenningsovervåking på dette tidspunktet.

3. Brukerautentisering

Du må opprette brukerkontoer for brukerne som skal bruke kontakten. Brukeren autoriserer ved å lese QR -koden eller bruke en NFC -tag. Nettbrukergrensesnittet lar brukerne registrere seg, logge på og bruke kontrollboksen eller NFC -taggen slår boksen på/av direkte. Administrator kan godkjenne, avvise brukere.

4. Fakturering

Basert på administratorkontaktkonfigurasjon og pris per 1kWh blir regninger opprettet for individuelle brukere basert på deres energiforbruk. Månedlige regninger blir opprettet senere for administratorkomfort.

Trinn 2: HW- og SW -stabler

HW -stabel:

• Raspberry Pi Zero, 1 stk., € 11,32,
• kjøleribbe, 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 lader, 1 stk., € 5, prisen er omtrentlig, brukte en av mine gamle ladere som fulgte med en telefon
• Husholdnings AC kontaktor 25A NO, 1 stk., € 4,79,
• Nettrelé, 1 stk., € 0,84,
• koblingsboks av plast (S-boks), 1 stk., € 5,
• Dupont-koblingsledninger for lavspenning, 1 stk., € 2,29,
• IP54 230V Euro -kontakt, 1 stk., 2 € kjøpt på en lokal maskinvarebutikk
• små deler: 3,5 mm jack hunn, 10 uF kondensator, 2x 10 kOhm motstander, LED dioder, kabler, 1 stk., € 3, kjøpt på en lokal elektronikkbutikk
• Wago 2-leder-rekkeklemme, 3 stk., € 2, kjøpt på en lokal elektronikkbutikk
• Wago 5-leder rekkeklemme, 2 stk., € 2, kjøpt på en lokal elektronikkbutikk
• USB mini-til-mikro-kabel (Arduino-> RPi), 1 stk., € 1,8, kjøpt i en lokal datamaskinbutikk

Total HW -kostnad: € 60,59 ($ 70,40)

SW -stabel:

• Kontrollboks stabel:

  • Raspbian Linux (Ubuntu -basert), åpen kildekode, $ 0 (all ære til Linus Torvalds + 20k mennesker som jobbet med Linux -kjernen + de snille menneskene bak Raspberry Pi og Raspbian Linux -bilde)
  • Node-RED, åpen kildekode, $ 0 (snille mennesker fra IBM som står bak utviklingen av Node-RED)

• Nettapp -stabel:

  • Nabito-server-app:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), åpen kildekode, $ 0
  • Postgres DB, åpen kildekode, $ 0
  • Git, åpen kildekode (mer ære til Linus), $ 0
  • MQTT -protokoll

Total SW -stakkostnad: € 0 (*THUMBS_UP*)

Trinn 3: Kontrollboksen: SW -oppsett

1. Installer RASPBIAN STRETCH LITE (vi trenger ikke desktopversjonen) på Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. konfigurer Raspbian til å bruke ditt 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. Kopier Nabito Node-RED flyt og distribuer det tthttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

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

   box_status: "OFFLINE"

6. Konfigurer dine Node-RED MQTT-meglere mot din foretrukne Nabito-serverinstallasjon (eller mot
7. Start Node-RED på nytt
8. Sjekk MQTT-tilkoblingen i Node-RED

Arduino del:

1. Last ned, kompiler og last opp denne skissen til Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Ferdig!;-)

Trinn 4: Kabling: Nettkabler

Strømkablene gir strøm til:

• AC kontaktor
• Nettrelé
• Mobil lader som driver Raspberry Pi og Arduino

Utgangen fra AC -kontaktoren går til stikkontakten. Beskyttelsesjord er koblet fra strømnettet til uttaket.

Raspberry Pi styrer strømnettet og reléet slår på/av kontaktoren.

Trinn 5: Kabling: Arduino, CT -sensor, NFC -sensor

Koble Arduino med CT -sensoren i henhold til følgende håndbok:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Du trenger:

• Arduino (du kan bruke hvilken som helst Arduino: Uno, Nano, Mega, hva du vil, så lenge den har en ADC)
• 10uF kondensator 2x 10kOhm motstander
• 3,5 mm hunkontakt
• CT -sensor 30A/1V
• PN532 -sensor (RFID/NFC)
• liten PCB
• små ledninger for tilkoblinger

Jeg loddet Arduino Nano, kondensatoren, motstandene og hunkontakten til kretskortet i henhold til håndboken ovenfor fra nettstedet openenergymonitor.org.

NFC -sensoren er koblet til Arduino Nano gjennom SPI (pinner på Arduino Nano: 10, 11, 12 og 13).

Arduino er koblet til Raspberry Pi via mikro -USB.

Trinn 6: Kabling: Raspberry Pi

Koble Arduino til Raspberry Pi via USB -porten, på denne måten fungerer den som en seriell port og en strømforsyning for Arduino, den skal kartlegges til /dev /ttyUSB0.

Nettreléet er koblet til via pinner 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Lysdiodene på frontpanelet er koblet til via pinner 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Trinn 7: Koble alt sammen

1. Fest CT -sensoren på strømledningen som går ut av nettreléet
2. Koble til strømkilden for Raspberry Pi
3. Skru inn lokket på koblingsboksen
4. Og du er ferdig med å koble/montere!

Trinn 8: Oppsett av webapp

Du trenger en linux -server for å kjøre webappen. Du kan enten:

• kjør serveren lokalt på din PC/notatbok eller din lokale Linux -server og pek kontrollboksen [es] på din lokale installasjon
• lag ditt eget domene og kjør webappen som et nettsted
• bruk https://Nabito.org (det er gratis) for å administrere kontrollboksene dine

Nabito-server-appen kjører på Ruby on Rails og er åpen kildekode:

For installasjon og oppsett av webapp, se prosjektets README.md på Github.

Trinn 9: Kjører og tester

For lokalt oppsett:

1. Distribuer Nabito-server-appen på din lokale PC/bærbare
2. Konfigurer mosquitto MQTT -megler på din PC (eller en annen MQTT -megler du foretrekker)
3. Koble Nabito -kontrollboksen til din lokale WiFi
4. SSH inn i esken og diriger den til å bruke PCens MQTT -megler
5. start skinner nabito-server-appen
6. koble en liten elektrisk belastning (f.eks. en bordlampe) til stikkontakten
7. bruk webappen til å starte/stoppe socket ID 1 for å sjekke det faktiske og totale energiforbruket
8. bruk en NFC -tag (hvis du har en) for å veksle kontakten
9. sjekk fakturering for den siste kontakten
10. Etter vellykket testing, begynn å lage ditt eget EV -ladernettverk
11. Profitt;-)

Trinn 10: Konklusjonen, problemer og produktplan

I denne versjonen av Nabito-kontrollboksen var jeg i stand til å frakoble kontrollboksen og nettappen i hovedsak lage et IoT (Internet of Things) -prosjekt med både den fysiske tingen som gjør noe nyttig og en back-end-app og -tjeneste som administrerer fysisk ting.

Prisen på esken økte litt fra den siste versjonen (v1 før: € 50, v2 nå: € 60), fordi jeg la til en kontaktor for sikkerhetsformål for å betjene høyere forsterkere, og RPi er litt dyrere enn OrangePi -kort.

MQTT brukes som hovedprotokoll for datalogging og kontroll av boksen.

Siden den siste versjonen av Nabito klarte jeg å løse de fleste problemene (Wifi, kontaktor, overoppheting av prosessoren, integrert stikkontakt osv.). Listen over aktuelle problemer og muligheter vokser imidlertid ytterligere:

Problemer:

• Raspberry Pi Zero W er et veldig fint bord, med Wifi og Bluetooth og 2 GPIO -pinner, men prosessoren varmer opp til 34C når den går på tomgang, noe som kan være problematisk i varme klima og sommermåneder med direkte sollys
• Å kjøre Linux i kontrollboksen er bra for prototyping, men produksjonsmodellen for dette produktet bør trolig kjøre på et slankere brett som er i stand til TLS/SSL (brikke ESP32 ser veldig lovende ut)

Muligheter:

• lage versjoner for høyere strøm (funksjonalitet den samme, men bruk kontaktorer med høyere ampere og forskjellige CT -sensorer/energimonitormoduler)
• lage versjoner for 2 og 3 faser
• integrer energimonitormodul (som Peacefair PZEM-004T energimonitor)
• migrere til ESP32 for økt effekt og varmeeffektivitet
• integrer i AWS IOT -skyen og bruk klientsertifikater for det beste sikkerhetsoppsettet (akkurat nå brukes bare MQTT -bruker/passord)
• administrer sertifikater og MQTT-legitimasjon fra nettappen (for øyeblikket er dette manuelt konfigurert gjennom backend)
• legg til et lite LCD -panel for å presentere informasjon direkte på Nabito -kontrollboksen
• legg til numpad for å gi knappinteraksjon med esken (pin -mulighet for økt sikkerhet)
• inkluderer et ekstra termometer for å overvåke boksens omgivelsestemperatur

Hvis du liker dette prosjektet eller har spørsmål/kommentarer, kan du kontakte meg på [email protected]

Systemdistribuert nettsted: www.sysdist.com

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

Ha en fin dag og lykke til!-Stefan