Pemantauan Panel Suria Menggunakan Foton Zarah: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Tujuan projek ini adalah untuk meningkatkan kecekapan panel solar. Projek ini dirancang untuk mengawasi penjanaan tenaga suria fotovoltaik untuk meningkatkan prestasi, pemantauan dan penyelenggaraan loji solar.

Dalam projek ini, foton zarah dihubungkan dengan pin output voltan panel suria, sensor suhu LM-35 dan sensor LDR untuk memantau output daya, suhu dan intensiti cahaya kejadian masing-masing. LCD watak juga dihubungkan ke foton zarah untuk paparan masa nyata parameter yang diukur. Photon tidak hanya menampilkan parameter yang diukur pada layar LCD, tetapi juga mengirimkan nilai yang diukur ke server cloud untuk melihat data masa nyata.

Langkah 1: Komponen Diperlukan

• Foton Zarah $ 20
• LCD 16x2 $ 3
• Plat solar $ 4
• Sensor suhu LM-35 $ 2
• LDR $ 1
• Papan Roti $ 4
• Kabel pelompat $ 3

Kos keseluruhan perkakasan adalah sekitar $ 40 dolar.

Langkah 2: Perkakasan

1. Foton Zarah

Photon adalah papan IoT yang popular yang terdapat di platform Partikel. Papan ini menempatkan mikrokontroler STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 dan mempunyai memori kilat 1 MB, RAM 128 Kb dan 18 pin output input tujuan umum (GPIO) isyarat campuran dengan periferal maju. Modul ini mempunyai cip Wi-Fi Cypress BCM43362 on-board untuk sambungan Wi-Fi dan jalur tunggal 2.4GHz IEEE 802.11b / g / n untuk Bluetooth. Papan ini dilengkapi dengan 2 SPI, satu I2S, satu I2C, satu CAN dan satu antara muka USB.

Perlu diingatkan bahawa 3V3 adalah output yang disaring yang digunakan untuk sensor analog. Pin ini adalah output dari pengatur on-board dan disambungkan secara dalaman ke VDD modul Wi-Fi. Semasa menghidupkan Foton melalui VIN atau port USB, pin ini akan mengeluarkan voltan 3.3VDC. Pin ini juga dapat digunakan untuk menghidupkan Photon secara langsung (input maksimum 3.3VDC). Apabila digunakan sebagai output, beban maksimum pada 3V3 adalah 100mA. Isyarat PWM mempunyai resolusi 8-bit dan berjalan pada frekuensi 500 Hz.

2. LCD Aksara 16X2

Paparan LCD 16X2 digunakan untuk menampilkan nilai parameter yang diukur. Ia disambungkan ke Partikel Photon dengan menyambungkan pin datanya D4 hingga D7 ke pin D0 hingga D3 dari papan Partikel. Pin E dan RS LCD disambungkan ke pin D5 dan D6 papan zarah masing-masing. Pin R / W LCD dibumikan.

3. Sensor LDR (Fotoresistor)

LDR atau perintang bergantung cahaya juga dikenali sebagai perintang foto, photocell, photoconductor. Ia adalah satu jenis perintang yang rintangannya berbeza-beza bergantung pada jumlah cahaya yang jatuh di permukaannya. Apabila cahaya jatuh pada perintang, maka rintangan berubah. Perintang ini sering digunakan di banyak litar di mana ia diperlukan untuk merasakan kehadiran cahaya. Perintang ini mempunyai pelbagai fungsi dan rintangan. Sebagai contoh, ketika LDR berada dalam kegelapan, maka dapat digunakan untuk menyalakan lampu atau untuk mematikan lampu ketika berada dalam cahaya. Perintang bergantung cahaya biasa mempunyai ketahanan dalam kegelapan 1MOhm, dan dalam kecerahan rintangan beberapa KOhm.

Prinsip Kerja LDR

Perintang ini berfungsi berdasarkan prinsip kekonduksian foto. Tidak lain dan tidak bukan, apabila cahaya jatuh di permukaannya, maka kekonduksian bahan berkurang dan juga elektron dalam jalur valensi peranti teruja ke jalur konduksi. Foton-foton ini dalam cahaya kejadian mesti mempunyai tenaga yang lebih besar daripada jurang pita bahan semikonduktor. Ini menjadikan elektron melompat dari pita valensi ke konduksi. Peranti ini bergantung pada cahaya, apabila cahaya jatuh pada LDR maka rintangan menurun, dan meningkat dalam gelap. Apabila LDR disimpan di tempat yang gelap, rintangannya tinggi dan, apabila LDR disimpan dalam cahaya, rintangannya akan menurun. Sensor LDR digunakan untuk mengukur intensiti cahaya kejadian. Keamatan cahaya dinyatakan dalam Lux. Sensor disambungkan ke pin A2 Partikel Photon. Sensor disambungkan dalam litar pembahagi berpotensi. LDR memberikan voltan analog yang ditukarkan menjadi bacaan digital oleh ADC bawaan.

4. Sensor suhu LM-35

LM35 adalah sensor suhu IC ketepatan dengan keluarannya sebanding dengan suhu (dalam oC). Julat suhu operasi adalah dari -55 ° C hingga 150 ° C. Voltan keluaran bervariasi 10mV sebagai tindak balas kepada setiap kenaikan / penurunan suhu persekitaran, iaitu faktor skala adalah 0,01V / oC. Sensor mempunyai tiga pin - VCC, Analogout dan Ground. Pin Aout LM35 disambungkan ke pin input Analog A0 dari foton zarah. VCC dan ground disambungkan ke VCC dan Ground biasa.

ciri-ciri

Ditentukur secara langsung dalam Darjah Celsius (Celcius)

Linier pada faktor skala 10.0 mV / ° C

• Jaminan ketepatan 0.5 ° C (pada a25 ° C)
• Dinilai untuk suhu penuh -55 ° C hingga 150 ° C
• Beroperasi dari 4 hingga 30 volt
• Kurang arus 60 mA
• Pemanasan sendiri rendah, 0,08 ° C menanam udara
• Tidak linear hanya 0.25 ° C khas
• Output impedans rendah, 0.1Ω untuk beban 1 mA

5. Panel Sarjana

Panel solar adalah peranti yang mengubah cahaya menjadi elektrik. Mereka mendapat nama panel "solar" dari kata 'Sol' yang digunakan oleh para astronom untuk merujuk matahari dan cahaya matahari. Ini juga disebut panel fotovoltaik di mana Photovoltaic bermaksud "elektrik ringan". Fenomena menukar tenaga suria menjadi tenaga elektrik disebut kesan fotovoltaik. Kesan ini menghasilkan voltan dan arus pada output pada pendedahan tenaga suria. Panel Suria 3 Volt digunakan dalam projek. Panel solar terdiri daripada beberapa sel solar atau diod fotovoltaik. Sel suria ini adalah dioda persimpangan P-N dan mereka dapat menghasilkan isyarat elektrik di hadapan cahaya matahari. Apabila terdedah kepada cahaya matahari, panel suria ini menghasilkan output voltan DC 3.3 V di terminalnya. Panel ini boleh mempunyai daya output maksimum 0,72 Watt dan daya output minimum 0,6 Watt. Arus pengecasan maksimumnya ialah 220 mA dan arus pengecasan minimum ialah 200 mA. Panel ini mempunyai dua terminal - VCC dan Ground. Output voltan diambil dari pin VCC. Pin output voltan disambungkan ke pin input analog A1 dari Particle Photon untuk pengukuran daya output dari panel solar.

Langkah 3: Perisian

IDE web zarah

Untuk menulis kod program untuk Photon mana pun, pembangun perlu membuat akaun di laman web Particle dan mendaftarkan papan Photon dengan akaun penggunanya. Kod program kemudian boleh ditulis di Web IDE di laman web Partikel dan dipindahkan ke foton berdaftar melalui internet. Sekiranya papan Partikel yang dipilih, Photon di sini, dihidupkan dan disambungkan ke perkhidmatan partikel awan, kod tersebut dibakar ke papan terpilih melalui udara melalui sambungan internet dan papan mula beroperasi mengikut kod yang dipindahkan. Untuk mengawal papan melalui internet, laman web dirancang yang menggunakan Ajax dan Jquery untuk menghantar data ke papan dengan menggunakan kaedah HTTP POST. Halaman web mengenal pasti papan dengan ID peranti dan menghubungkan ke Perkhidmatan Awan Partikel melalui token akses.

Cara menghubungkan foton dengan Internet

1. Kuasakan peranti anda

• Pasangkan kabel USB ke sumber kuasa anda.
• Sebaik sahaja dipasang, LED RGB pada peranti anda akan mula berkelip biru. Sekiranya peranti anda tidak berkedip biru, tahan butang SETUP. Sekiranya peranti anda tidak berkedip sama sekali, atau jika LED menyala kusam warna oren, mungkin tidak mendapat kekuatan yang mencukupi. Cuba ubah sumber kuasa atau kabel USB anda.

2. Sambungkan Foton anda ke Internet Terdapat dua cara sama ada anda menggunakan aplikasi web atau aplikasi mudah alih

a. Menggunakan aplikasi web

• Langkah 1 Pergi ke setup.particle.io
• Langkah 2 Klik pada persediaan Photon
• Langkah 3 Setelah mengklik NEXT, anda akan diberikan fail (photonsetup.html)
• Langkah 4 Buka fail.
• Langkah 5 Setelah membuka fail, sambungkan PC anda ke Photon, dengan menyambung ke rangkaian bernama PHOTON.
• Langkah 6 Konfigurasikan kelayakan Wi-Fi anda. Catatan: Sekiranya anda salah menaip kelayakan anda, Photon akan berkelip biru tua atau hijau. Anda harus melalui proses itu lagi (dengan memuat semula halaman atau mengklik bahagian proses percubaan semula)
• Langkah 7 Namakan semula peranti anda. Anda juga akan melihat pengesahan sama ada peranti itu dituntut atau tidak.

b. Menggunakan telefon pintar

• Buka aplikasi di telefon anda. Log masuk atau daftar akaun dengan Partikel jika anda tidak memilikinya.
• Selepas log masuk, tekan ikon tambah dan pilih peranti yang ingin anda tambahkan. Kemudian ikuti arahan di skrin untuk menyambungkan peranti anda ke Wi-Fi.

Sekiranya ini adalah kali pertama Photon anda bersambung, ia akan berkelip ungu selama beberapa minit semasa memuat turun kemas kini. Mungkin memerlukan masa 6-12 minit untuk kemas kini selesai, bergantung pada sambungan internet anda, dengan Photon dimulakan semula beberapa kali dalam proses. Jangan nyalakan semula atau cabut palam Photon anda selama ini. Sekiranya anda melakukannya, anda mungkin perlu mengikuti panduan ini untuk memperbaiki peranti anda.

Setelah anda menyambungkan peranti anda, ia akan mengetahui rangkaian itu. Peranti anda boleh menyimpan sehingga lima rangkaian. Untuk menambahkan rangkaian baru setelah penyediaan awal, anda memasukkan semula peranti anda ke dalam Mode Mendengarkan dan meneruskan seperti di atas. Sekiranya anda merasakan peranti anda mempunyai terlalu banyak rangkaian, anda boleh menghapus memori peranti anda dari rangkaian Wi-Fi yang telah dipelajari. Anda boleh melakukannya dengan terus menahan butang persediaan selama 10 saat sehingga LED RGB berkelip biru dengan cepat, menandakan semua profil telah dihapus.

Mod

• Sian, Photon anda disambungkan ke Internet.
• Magenta, ia sedang memuat aplikasi atau mengemas kini firmware. Keadaan ini dipicu oleh kemas kini firmware atau dengan memancarkan kod dari IDE Web atau IDE Desktop. Anda mungkin melihat mod ini semasa anda menyambungkan Foton ke awan untuk pertama kalinya.
• Hijau, ia cuba menyambung ke internet.
• Putih, modul Wi-Fi dimatikan.

Web IDEParticle Build adalah Lingkungan Pembangunan Bersepadu, atau IDE yang bermaksud bahawa anda dapat melakukan pengembangan perisian dalam aplikasi yang mudah digunakan, yang kebetulan berjalan di penyemak imbas web anda.

1. Untuk membuka build, log masuk ke akaun partikel anda dan kemudian klik build seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
2. Setelah anda mengklik anda akan melihat konsol seperti ini.
3. Untuk membuat aplikasi buat baru, klik buat aplikasi baru.
4. Untuk memasukkan perpustakaan dalam program, pergi ke bahagian perpustakaan, cari liquidcrystal. Kemudian pilih aplikasi di mana anda ingin menambahkan perpustakaan. Dalam kes saya ini adalah solarpanelmonitoring.
5. Untuk mengesahkan program. Klik pada mengesahkan.
6. Untuk memuat naik kod, klik pada flash tetapi sebelum memilihnya pilih peranti. Sekiranya anda mempunyai lebih daripada satu peranti, anda harus memastikan bahawa anda telah memilih mana yang hendak anda kod flash. Klik pada ikon "Peranti" di sebelah kiri bawah panel navigasi, kemudian apabila anda menuding ke atas nama peranti, bintang akan muncul di sebelah kiri. Klik padanya untuk menetapkan peranti yang ingin anda kemas kini (tidak akan dapat dilihat jika anda hanya mempunyai satu peranti). Setelah memilih peranti, bintang yang berkaitan dengannya akan bertukar menjadi kuning. (Sekiranya anda hanya mempunyai satu peranti, tidak perlu memilihnya, anda boleh teruskan.

Langkah 4: Bagaimana Litar Berfungsi

Di litar, 6 pin GPIO modul digunakan untuk menghubungkan LCD watak dan tiga pin input analog digunakan untuk antara muka sensor suhu LM-35, Panel Suria dan sensor LDR.

Setelah rangkaian dipasang, ia siap digunakan bersama panel suria. Walaupun panel solar terus menjana elektrik, yang terpasang pada peranti. Peranti ini dikuasakan dari bekalan utama yang menguruskan peralatan peningkatan prestasi yang lain juga. Setelah peranti dihidupkan, beberapa mesej awal dimatikan pada paparan LCDnya yang menunjukkan maksud aplikasi. Output kuasa panel, suhu dan intensiti cahaya kejadian diukur oleh pin Output Voltan panel suria, sensor suhu LM-35 dan sensor LDR. Pin Output Voltan panel solar, sensor suhu LM-35 dan sensor LDR disambungkan ke pin input analog A1, A0 dan A2 dari Partikel Photon.

Parameter masing-masing diukur dengan merasakan voltan analog pada pin masing-masing. Voltan analog yang dirasakan pada pin masing-masing ditukar ke nilai digital menggunakan saluran ADC yang dibina. Particle Photon mempunyai saluran ADC 12-bit. Jadi nilai yang didigitalkan dapat berkisar antara 0 hingga 4095. Di sini, diasumsikan bahawa rangkaian resistif yang menghubungkan antara sensor LDR dengan pin pengawal dikalibrasi untuk menunjukkan intensiti cahaya dengan perkadaran langsung.

IC LM-35 tidak memerlukan penentukuran atau pemangkasan luaran untuk memberikan ketepatan tipikal ± 0.25 ° C pada suhu bilik dan ± 0.75 ° C melebihi suhu antara −55 ° C hingga 150 ° C. Dalam keadaan normal, suhu yang diukur oleh sensor tidak akan melebihi atau surut jarak operasi sensor. Dengan pemangkasan dan penentukuran pada tahap wafer, penggunaan sensor dengan kos yang lebih rendah dapat dijamin. Oleh kerana impedans keluaran rendah, output linier, dan penentukuran yang tepat dari LM-35, penghubung sensor ke litar kawalan mudah dilakukan. Oleh kerana peranti LM-35 menarik hanya 60 uA dari bekalan, ia mempunyai pemanasan sendiri yang sangat rendah kurang dari 0.1 ° C di udara pegun. Biasanya dalam julat suhu dari −55 ° C hingga 150 ° C, output voltan sensor meningkat sebanyak 10 mV setiap darjah Celsius. Output voltan sensor diberikan oleh formula berikut

Vout = 10 mV / ° C * T

di mana, Vout = Output voltan sensor

T = Suhu dalam darjah Celsius Jadi, T (dalam ° C) = Vout / 10 mV

T (dalam ° C) = Vout (dalam V) * 100

Sekiranya VDD dianggap 3.3 V, bacaan analog berkaitan dengan voltan yang dirasakan melebihi julat 12-bit dengan formula berikut

Vout = (3.3 / 4095) * Analog-Bacaan

Jadi, suhu dalam darjah Celsius dapat diberikan dengan formula berikut

T (dalam ° C) = Vout (dalam V) * 100

T (dalam ° C) = (3.3 / 4095) * Bacaan Analog * 100

Jadi, suhu dapat diukur secara langsung dengan merasakan output voltan analog dari sensor. Fungsi analogRead () digunakan untuk membaca voltan analog pada pin pengawal. Output voltan panel suria biasanya 3 V yang dapat dirasakan secara langsung oleh Photon Partikel. Foton Partikel dapat merasakan voltan secara langsung hingga 3.3 V. Untuk pendigitan voltan analog yang dirasakan, ia kembali dirujuk ke dalam VDD. Bacaan voltan yang didigitalkan diukur pada julat 12-bit iaitu 0 hingga 4095. Jadi

Vout = (3.3 / 4095) * Analog-Bacaan

Data sensor baca pertama kali ditunjukkan pada paparan LCD dan kemudian dihantar ke Cloud Partikel melalui sambungan Wi-Fi. Pengguna perlu log masuk ke akaun berdaftar Partikel untuk melihat nilai sensor baca. Platform ini membolehkan penyambungan ke papan dari akaun yang didaftarkan. Pengguna dapat memantau data sensor yang diterima secara real time dan juga dapat log data.

Langkah 5: Sambungan dan Diagram Litar

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Aktifkan

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Tidak

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Plat solar

A1 ==> Vcc

Langkah 6: Hasilnya