Modul Kuasa IoT: Menambah Ciri Pengukuran Kuasa IoT ke Pengawal Caj Suria Saya: 19 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Halo semua, saya harap anda semua hebat! Dalam instruksional ini saya akan menunjukkan kepada anda bagaimana saya membuat modul Pengukuran Kuasa IoT yang mengira jumlah kuasa yang dihasilkan oleh panel solar saya, yang digunakan oleh pengawal cas solar saya untuk mengecas pek bateri asid plumbum saya. Modul ini berada di antara panel solar dan pengawal cas dan memberikan anda semua butiran parameter yang diperlukan di telefon anda melalui Internet. Untuk platform IoT saya telah menggunakan Blynk, yang sangat mudah digunakan dan dapat disesuaikan dengan mudah mengikut projek anda. Batasan pengawal caj yang ada adalah bahawa ia hanya memberi saya voltan pengecasan dan oleh itu jumlah kuasa tidak dapat ditentukan. Dalam projek ini saya telah menambahkan fungsi pengukuran voltan dan arus ke modul kuasa yang dapat digunakan untuk mengira daya (dalam watt) dan dengan itu jumlah tenaga yang dituai. Seseorang boleh menggunakan modul kuasa ini dengan mudah dalam aplikasi pengukuran kuasa DC yang lain. Ini akan menjadi petunjuk yang cukup panjang jadi mari kita mulakan!

Bekalan

1. Arduino Pro Mini / Nano atau setaraf
2. Modul penukar buck LM2596
3. Pengatur voltan 7805
4. Pengawal selia 3.3V AMS1117
5. Modul WiFi ESP8266-01
6. Paparan OLED
7. LM358 dual OP-Amp
8. Perintang 100K, 10K, 2.2k dan 1K (1/4 watt)
9. Kapasitor cakera seramik 0.1uF
10. Kapasitor elektrolit 22uF
11. Terminal Skru
12. Jalur berg lelaki dan wanita
13. Suis ON-OFF
14. Perf board atau papan kenyataan
15. Peralatan pematerian

Langkah 1: Mengumpulkan Semua Bahagian dan Menyelesaikan Tata Letak

Setelah kami mengumpulkan semua komponen yang diperlukan, adalah mustahak kami memutuskan dengan teliti susun atur papan kami dan penempatan komponen yang berbeza supaya pendawaian menjadi mudah dan semua komponen diletakkan berdekatan satu sama lain. Untuk lampiran Arduino, buck converter, modul WiFi dan Oled Display saya akan menggunakan header wanita dan bukannya menyolder modul secara langsung, dengan cara ini saya dapat menggunakan komponen untuk mungkin beberapa projek lain, tetapi anda boleh menyolder modul secara langsung jika anda merancang untuk menjadikannya kekal.

Langkah 2: Menambah Skru Terminal

Pertama-tama kita menyolder terminal skru yang akan digunakan untuk menghubungkan panel solar sebagai input dan pengawal cas sebagai output ke modul kuasa. Terminal skru menyediakan cara mudah untuk memasang atau mengeluarkan peranti apabila diperlukan.

Langkah 3: Menambah Rangkaian Pembahagi Voltan Resistor

Untuk mengesan voltan masukan, rangkaian pembahagi voltan digunakan. Untuk aplikasi saya, saya telah membuat rangkaian perintang menggunakan perintang 10K dan 1K dan saya mengukur penurunan voltan merintangi perintang 1K yang akan diberikan sebagai input ke mikrokontroler Arduino. Selain itu saya telah menambahkan kapasitor 0.1uF di perintang 1K untuk melancarkan sebarang turun naik voltan secara tiba-tiba.

Langkah 4: Menambah Shunt Resistor untuk Sensing Semasa

Shunt resistor adalah perintang dengan nilai yang sangat kecil (biasanya dalam urutan milliOhms) secara bersiri dengan beban yang menghasilkan penurunan voltan yang sangat kecil yang dapat diperkuat menggunakan Penguat Operasi dan output kemudian dapat diberikan kepada arduino untuk pengukuran. Untuk mengukur arus, saya menggunakan perintang shunt (yang mempunyai nilai kira-kira 10 miliohms. Saya telah membuat ini menggunakan wayar keluli dan membengkokkannya untuk membuat semacam corak gegelung) di bahagian bawah litar, iaitu, antara beban dan tanah. Dengan cara ini penurunan voltan kecil secara langsung dapat diukur sehubungan dengan tanah.

Langkah 5: Menambah Litar Penguat OpAmp

Penguat operasi yang digunakan di sini adalah LM358 yang merupakan cip Op-Amp dwi. Kami hanya akan menggunakan satu Op-Amp sebagai penguat bukan pembalik. Keuntungan penguat tidak terbalik dapat diatur dengan menggunakan rangkaian perintang R1 dan R2 seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Untuk aplikasi saya, saya telah memilih R1 sebagai 100K dan R2 sebagai 2.2K yang memberi saya keuntungan kira-kira 46. Perintang dan OpAmp tidak sempurna sehingga beberapa penyesuaian harus dibuat dalam program arduino untuk mendapatkan bacaan yang baik (kami akan membincangkan bahawa dalam langkah kemudian).

Saya juga telah membuat projek bagaimana membuat wattmeter untuk arduino di sini saya telah membincangkan lebih banyak konsep secara terperinci. Anda boleh menyemak projeknya di sini:

Langkah 6: Bekalan Kuasa

Untuk membekalkan kuasa ke modul Arduino, OpAmp, OLED dan WiFi, saya menggunakan modul penukar buck LM2596 untuk menurunkan voltan input ke sekitar 7 volt. Kemudian dengan menggunakan pengatur voltan 7805, saya menukar 7 volt kepada 5 volt untuk Arduino dan OLED dan menggunakan pengatur AMS1117, menghasilkan 3.3V yang diperlukan untuk Modul WiFi. Mengapa begitu banyak untuk bekalan kuasa yang anda minta? Sebabnya anda tidak boleh memasang panel suria secara langsung ke pengatur 5 volt dan berharap dapat berfungsi dengan cekap (kerana ia adalah pengatur linier). Voltan nominal panel suria adalah sekitar 18-20 volt yang terlalu tinggi untuk pengatur linear dan dapat menggoreng elektronik anda dalam sekejap! Oleh itu, lebih baik mempunyai penukar wang yang cekap di tempat

Langkah 7: Memperbaiki Buck Converter dan Regulator

Pertama, saya menandakan kedudukan di mana pin penukar buck akan masuk. Kemudian saya menyisipkan header wanita ke titik tersebut dan header lelaki ke penukar buck (supaya saya dapat melepaskan modul dengan mudah, jika diperlukan). pengatur 5V berada tepat di bawah modul penukar wang dan disambungkan ke output penukarnya untuk memberikan kelancaran 5V untuk papan kawalan.

Langkah 8: Menambah Suis

Saya telah menambah pertukaran antara penukar buck dan input panel solar, sekiranya saya mahu menghidupkan atau mematikan modul kuasa. Sekiranya dimatikan, kuasa masih akan dihantar ke beban (pengawal cas dalam kes saya), hanya fungsi pengukuran dan IoT yang tidak akan berfungsi. Gambar di atas juga menunjukkan proses pematerian setakat ini.

Langkah 9: Menambah Header untuk Arduino dan Memperbaiki 3.3v Regulator

Sekarang saya telah memotong header wanita sesuai dengan ukuran Arduino pro mini dan menyoldernya. Saya menyolder pengatur AMS1117 secara langsung antara Vcc dan Gnd dari bekalan kuasa Arduino (Arduino mendapat 5V dari pengatur 7805 yang seterusnya membekalkan AMS1117 untuk 3.3v yang diperlukan oleh modul WiFi). Saya meletakkan komponen secara strategik sedemikian rupa sehingga saya harus menggunakan wayar minimum dan bahagiannya boleh disambungkan melalui jejak solder.

Langkah 10: Menambah Header untuk Modul WiFi

Saya menyolder header wanita untuk modul WiFi di sebelah tempat Arduino pro mini sesuai.

Langkah 11: Menambah Komponen untuk Modul WiFi

Modul ESP8266 beroperasi pada 3.3 volt dan bukan 5 volt (menggunakan 5 volt, saya melihat bahawa modul menjadi sangat, sangat panas dan kemungkinan besar akan rosak jika digunakan terlalu lama). Arduino dan modul WiFi berkomunikasi melalui komunikasi bersiri yang menggunakan pin Tx dan Rx modul. Kita boleh mengkonfigurasi mana-mana 2 pin digital arduino untuk bertindak sebagai pin bersiri menggunakan pustaka bersiri perisian dari arduino IDE. Pin Rx modul menuju ke Tx of Arduino dan sebaliknya. Pin Rx ESP berfungsi pada logik 3.3V jadi kami menggunakan rangkaian pembahagi voltan 2.2K dan 1K untuk menurunkan tahap logik Arduino 5V kepada kira-kira 3.6V (yang masih boleh diterima). Kita boleh terus menghubungkan Tx ESP ke Rx arduino kerana arduino serasi 3.3v.

Langkah 12: Menambah Paparan OLED

Untuk menyambungkan paparan OLED, kami memerlukan 4 sambungan, dua untuk bekalan kuasa dan 2 untuk protokol komunikasi I2C dengan Arduino yang merupakan pin A4 dan A5 dari Arduino. Saya akan menggunakan wayar jumper kecil bersama dengan header lelaki untuk menyambungkan pin I2C dan menyolder secara langsung sambungan kuasa

Langkah 13: Pandangan Akhir di Modular Board

Setelah selesai menyelesaikan semua proses pematerian inilah rupa papan! Ya, saya mesti menggunakan beberapa wayar pada akhirnya, tetapi saya cukup berpuas hati dengan hasilnya. Bahagian yang menarik adalah papan sepenuhnya modular dan semua komponen utama dapat dengan mudah dikeluarkan atau diganti jika perlu.

Langkah 14: Menggabungkan Semuanya

Beginilah rupa modul lengkap apabila semuanya sudah siap!

Mari sampai ke bahagian perisian sekarang …

Langkah 15: Pengaturcaraan Menggunakan FTDI Board

Untuk memprogram modul ini saya akan menggunakan papan pemecah FTDI yang sangat sesuai untuk memprogram Arduino Pro Mini. Pemetaan pinnya diselaraskan dengan sempurna sehingga anda tidak perlu menggunakan dan jumper atau lebih.

Langkah 16: Diagram Skematik

Ini adalah gambarajah litar lengkap modul meter kuasa IoT. Saya telah merancang skema ini dalam Eagle CAD. Jangan ragu untuk memuat turun dan mengubah fail skematik mengikut idea anda:)

Langkah 17: Hasil

Saya telah menyelesaikan persediaan dengan menyambungkan modul kuasa antara panel solar dan pengawal cas dan sebaik sahaja kami menyalakannya, ia menyambung ke penghala WiFi saya dan data tersebut terus diterbitkan di aplikasi Blynk pada telefon pintar saya. Ini memberikan data masa nyata parameter pengecasan di mana sahaja saya berada, sejauh mana saya mempunyai sambungan internet! Rasanya dapat melihat projek ini berfungsi dengan baik:)

Untuk tujuan eksperimen, saya menguji persediaan menggunakan panel solar 50 Watt dan bateri asid plumbum 12V 18AH.

Langkah 18: Kod Arduino

Inilah kod Arduino lengkap yang telah saya gunakan untuk projek saya.

Terdapat beberapa perpustakaan yang anda perlukan agar projek ini dapat berfungsi dengan baik iaitu:

Perpustakaan induk Blynk

Perpustakaan Adafruit_GFX

Perpustakaan Adafruit_SSD1306

Saya harap projek ini bermanfaat. Pertimbangkan untuk menyokong projek saya dengan berkongsi dengan komuniti anda:)

Jangan ragu untuk memberi komen mengenai sebarang maklum balas atau pertanyaan yang anda ada mengenai projek ini. Selamat mencuba!

Projek ini membantu saya memantau jumlah tenaga yang saya tuai dari panel saya. Mari kita selangkah lebih maju untuk beralih ke arah sumber tenaga yang boleh diperbaharui untuk mengurangkan jejak karbon dan mewujudkan persekitaran yang lestari:)