Monitering van sonpanele met behulp van deeltjiesfoton: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Die doel van die projek is om die doeltreffendheid van sonpanele te verbeter. Die projek is ontwerp om toesig te hou oor fotovoltaïese kragopwekking van sonkrag om die prestasie, monitering en onderhoud van die sonkragaanleg te verbeter.

In hierdie projek word die deeltjie foton verbind met die spanning-uitsetpen van die sonpaneel, die LM-35 temperatuursensor en die LDR-sensor om die kragopbrengs, temperatuur en die invallende ligintensiteit te monitor. 'N Karakter -LCD word ook gekoppel aan die deeltjiefoton om die gemete parameters intyds te vertoon. Die Photon vertoon nie net die gemete parameters op die LCD-skerm nie, maar stuur ook die gemete waardes na die wolkbediener om die intydse data te sien.

Stap 1: Onderdeel benodig

• Deeltjiefoton $ 20
• 16x2 LCD $ 3
• Sonplaat $ 4
• LM-35 temperatuursensor $ 2
• LDR $ 1
• Broodbord $ 4
• Springdrade $ 3

Die totale koste van die hardeware is ongeveer $ 40 dollar.

Stap 2: Hardeware

1. Deeltjie Photon

Photon is 'n gewilde IoT -bord beskikbaar op die Particle -platform. Die bord huisves STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontroller en het 1 MB flitsgeheue, 128 Kb RAM en 18 gemengde sein -ingangspype (GPIO) met gevorderde randapparatuur. Die module het ingeboude Cypress BCM43362 Wi-Fi-chip vir Wi-Fi-konneksie en enkelband 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n vir Bluetooth. Die bord is toegerus met 2 SPI, een I2S, een I2C, een CAN en een USB -koppelvlak.

Daar moet op gelet word dat 3V3 'n gefiltreerde uitset is wat gebruik word vir analoog sensors. Hierdie pen is die uitvoer van die ingeboude reguleerder en is intern verbind met die VDD van die Wi-Fi-module. As u die Photon via VIN of die USB -poort aanskakel, sal hierdie pen 'n spanning van 3.3VDC lewer. Hierdie pen kan ook gebruik word om die foton direk aan te dryf (maksimum ingang 3.3VDC). As dit as uitset gebruik word, is die maksimum las op 3V3 100mA. Die PWM-seine het 'n resolusie van 8-bis en loop op 'n frekwensie van 500 Hz.

2. 16X2 karakter LCD

Die 16X2 LCD -skerm word gebruik om die waardes van die gemete parameters te vertoon. Dit word aan die Particle Photon gekoppel deur sy datapennetjies D4 met D7 aan die penne D0 tot D3 van die Spaanplaat te koppel. Die E- en RS -penne van die LCD is onderskeidelik verbind met penne D5 en D6 van die spaanplaat. Die R/W -pen van die LCD is gegrond.

3. LDR -sensor (fotoresistor)

LDR of ligafhanklike weerstand staan ook bekend as fotoweerstand, fotosel, fotogeleier. Dit is 'n enkele weerstand waarvan die weerstand wissel afhangende van die hoeveelheid lig wat op die oppervlak val. As die lig op die weerstand val, verander die weerstand. Hierdie weerstande word dikwels in baie kringe gebruik, waar dit nodig is om die teenwoordigheid van lig te kan waarneem. Hierdie weerstande het 'n verskeidenheid funksies en weerstand. As die LDR byvoorbeeld in duisternis is, kan dit gebruik word om 'n lig aan te skakel of 'n lig uit te skakel as dit in die lig is. 'N Tipiese ligafhanklike weerstand het 'n weerstand in die duisternis van 1MOhm, en in die helderheid 'n weerstand van 'n paar KOhm.

Werkbeginsel van LDR

Hierdie weerstand werk volgens die beginsel van fotogeleiding. Dit is niks anders nie, as die lig op sy oppervlak val, dan verminder die materiaalgeleiding en word die elektrone in die valensband van die toestel opgewonde tot by die geleidingsband. Hierdie fotone in die invallende lig moet energie groter wees as die bandgaping van die halfgeleiermateriaal. Dit laat die elektrone van die valensband na geleiding spring. Hierdie toestelle is afhanklik van die lig, wanneer lig op die LDR val, dan neem die weerstand af, en neem toe in die donker. As 'n LDR in die donker plek gehou word, is die weerstand daarvan hoog en wanneer die LDR in die lig gehou word, sal die weerstand daarvan afneem. Die LDR -sensor word gebruik om die invallende ligintensiteit te meet. Ligintensiteit word uitgedruk in Lux. Die sensor is gekoppel aan die A2 -pen van Particle Photon. Die sensor is in 'n potensiële verdelerkring gekoppel. Die LDR bied 'n analoog spanning wat deur die ingeboude ADC omgeskakel word na digitale lesing.

4. LM-35 Temperatuur sensor

LM35 is 'n presiese IC -temperatuursensor met sy uitset eweredig aan die temperatuur (in oC). Die bedryfstemperatuur is tussen -55 ° C en 150 ° C. Die uitgangsspanning wissel met 10mV in reaksie op elke oC styging/ daling in omgewingstemperatuur, dit wil sê, die skaalfaktor is 0.01V/ oC. Die sensor het drie penne - VCC, Analogout en Ground. Die Aout -pen van die LM35 is gekoppel aan die analoog invoerpen A0 van die deeltjiefoton. Die VCC en die grond is verbind met die algemene VCC en Ground.

Kenmerke

Direk gekalibreer in graad Celsius (Celsius)

Lineêr teen 10,0 mV/° C skaalfaktor

• 0.5 ° C akkuraatheid waarborg (by a25 ° C)
• Gegradeer vir vol -55 ° C tot 'n 150 ° C -reeks
• Werk van 4 tot 30 volt
• Minder as 60 mA stroomafvoer
• Lae selfverhitting, lug van 0,08 ° C
• Nie-lineariteit slegs 0,25 ° C tipies
• Lae impedansie -uitset, 0.1Ω vir 1 mA -las

5. Solêre paneel

Sonpanele is toestelle wat lig in elektrisiteit omskakel. Hulle het die naam "sonpanele" gekry van die woord 'Sol' wat deur sterrekundiges gebruik is om na die son en die sonlig te verwys. Dit word ook fotovoltaïese panele genoem waar Fotovoltaïese "lig-elektrisiteit" beteken. Die verskynsel van die omskakeling van die sonenergie na elektriese energie word fotovoltaïese effek genoem. Hierdie effek genereer die spanning en stroom by die uitset op die blootstelling van sonenergie. 'N 3 volt sonpaneel word in die projek gebruik. 'N Sonnepaneel bestaan uit verskeie sonselle of fotovoltaïese diodes. Hierdie sonselle is 'n P-N-aansluitdiode en kan 'n elektriese sein genereer in die teenwoordigheid van sonlig. By blootstelling aan die sonlig, genereer hierdie sonpaneel 'n gelykstroomspanning van 3,3 V op sy terminale. Hierdie paneel kan 'n maksimum uitsetvermoë van 0,72 Watt en 'n minimum uitsetvermoë van 0,6 Watt hê. Die maksimum laadstroom is 220 mA en die minimum laadstroom is 200 mA. Die paneel het twee terminale - VCC en Ground. Die spanningsuitset word getrek uit die VCC -pen. Die spanningsuitsetpen word gekoppel aan die analoog ingangspen A1 van die Particle Photon vir die meting van die uitset van die sonpaneel.

Stap 3: sagteware

Deeltjie web IDE

Om die programkode vir enige Photon te skryf, moet die ontwikkelaar 'n rekening op die Particle -webwerf skep en die Photon -bord by sy gebruikersrekening registreer. Die programkode kan dan op Web IDE op die deeltjie se webwerf geskryf word en via 'n internet na 'n geregistreerde foton oorgedra word. As die geselekteerde spaanplaat, Photon hier, aangeskakel en gekoppel is aan die wolkdiens van die deeltjie, word die kode via die internet aan die geselekteerde bord verbrand en die bord begin werk volgens die oorgedra kode. Vir die beheer van die bord oor die internet, word 'n webblad ontwerp wat Ajax en Jquery gebruik om data na die bord te stuur met behulp van HTTP POST -metode. Die webblad identifiseer die bord met 'n toestel -ID en maak via 'n toegangsteken verbinding met die deeltjie se wolkdiens.

Hoe om 'n foton met die internet te verbind

1. Skakel jou toestel aan

• Koppel die USB -kabel in u kragbron.
• Sodra dit ingeprop is, moet die RGB -LED op u toestel blou begin knip. As u toestel nie blou knip nie, hou die SETUP -knoppie ingedruk. As u toestel glad nie flikker nie, of as die LED dof brand oranje kleur, kry dit moontlik nie genoeg krag nie. Probeer om u kragbron of USB -kabel te verander.

2. Koppel u foton aan die internet: u kan die webtoepassing of die mobiele app op twee maniere gebruik

a. Gebruik webtoepassing

• Stap 1 Gaan na setup.particle.io
• Stap 2 Klik op die opstel van 'n foton
• Stap 3 Nadat u op VOLGENDE geklik het, moet u 'n lêer (photonsetup.html)
• Stap 4 Maak die lêer oop.
• Stap 5 Nadat u die lêer oopgemaak het, koppel u u rekenaar aan die Photon deur aan te sluit op die netwerk met die naam PHOTON.
• Stap 6 Stel u Wi-Fi-geloofsbriewe op. Let op: as u u geloofsbriewe verkeerd ingevoer het, knip die foton donkerblou of groen. U moet die proses weer deurloop (deur die bladsy te verfris of op die gedeelte van die herproses te klik)
• Stap 7 Hernoem u toestel. U sal ook 'n bevestiging sien as die toestel opgeëis is of nie.

b. Met behulp van slimfoon

• Maak die app op u telefoon oop. Meld aan of meld aan by Particle as u nie een het nie.
• Na aanmelding, druk die plus -ikoon en kies die toestel wat u wil byvoeg. Volg dan die instruksies op die skerm om u toestel aan Wi-Fi te koppel.

As dit die eerste keer is dat u Photon verbinding maak, sal dit 'n paar minute pers knipper terwyl dit opdaterings aflaai. Dit kan 6-12 minute neem voordat die opdaterings voltooi is, afhangende van u internetverbinding, en die Photon sal 'n paar keer in die proses herlaai. Moet u Photon nie gedurende hierdie tyd herlaai of die koppelvlak ontkoppel nie. As u dit wel doen, moet u moontlik hierdie gids volg om u toestel reg te stel.

As u u toestel gekoppel het, het dit die netwerk geleer. U toestel kan tot vyf netwerke stoor. Om 'n nuwe netwerk by te voeg na u aanvanklike opstelling, plaas u u toestel weer in die luistermodus en gaan soos hierbo voort. As u voel dat u toestel te veel netwerke het, kan u die geheue van u toestel van alle Wi-Fi-netwerke wat dit geleer het, uitvee. U kan dit doen deur die opstelknoppie vir 10 sekondes te hou totdat die RGB -LED vinnig blou flikker, wat aandui dat alle profiele uitgevee is.

Modusse

• Cyan, u Photon is aan die internet gekoppel.
• Magenta, dit laai tans 'n app of werk die firmware op. Hierdie toestand word veroorsaak deur 'n firmware -opdatering of deur flitsende kode van die Web IDE of Desktop IDE. U sal hierdie modus moontlik sien as u die Photon vir die eerste keer aan die wolk koppel.
• Groen, dit probeer om aan te sluit op die internet.
• Wit, die Wi-Fi-module is af.

Web IDEParticle Build is 'n geïntegreerde ontwikkelingsomgewing, of IDE, wat beteken dat u sagteware-ontwikkeling kan doen in 'n maklik om te gebruik program, wat toevallig in u webblaaier loop.

1. Om die build oop te maak, meld u aan by u deeltjierekening en klik dan op build soos in die prentjie getoon.
2. As u geklik het, sal u die konsole soos hierdie sien.
3. Om 'n nuwe skep -app te skep, klik op skep nuwe app.
4. Om biblioteek in die program in te sluit, gaan na die afdeling biblioteke, soek na liquidcrystal. Kies dan 'n app waarin u biblioteek wil byvoeg. In my geval is dit sonpaneelmonitering.
5. Om die program te verifieer. Klik op verifieer.
6. Om die kode op te laai, klik op flits, maar kies 'n toestel voordat u dit doen. As u meer as een toestel het, moet u seker maak dat u gekies het na watter van u toestelle u die kode wil flits. Klik op die ikoon "Toestelle" links onder in die navigasievenster, en as u oor die toestel se naam beweeg, verskyn die ster aan die linkerkant. Klik daarop om die toestel in te stel wat u wil opdateer (dit sal nie sigbaar wees as u slegs een toestel het nie). As u 'n toestel gekies het, word die ster wat daarmee verband hou, geel. (As u slegs een toestel het, hoef u dit nie te kies nie; u kan voortgaan.

Stap 4: Hoe die kring werk

In die kring word 6 GPIO-penne van die module gebruik om die karakter-LCD te koppel en drie analoog-invoerpenne word gebruik om die LM-35 temperatuursensor, sonpaneel en die LDR-sensor te koppel.

Sodra die kring saamgestel is, is dit gereed om saam met die sonpaneel te ontplooi. Terwyl die sonpaneel steeds elektrisiteit opwek, is dit aan die toestel gekoppel. Die toestel word ook gevoed deur die netvoeding wat die ander toerusting vir prestasieverbetering bestuur. Sodra die toestel aangeskakel is, word 'n paar aanvanklike boodskappe op die LCD -skerm geflits wat die bedoeling van die toepassing aandui. Die kraglewering van die paneel, temperatuur en die invallende ligintensiteit word gemeet aan die spanning-uitsetpen van die sonpaneel, die LM-35 temperatuursensor en die LDR-sensor. Die spanningsuitgangspen van die sonpaneel, die LM-35-temperatuursensor en die LDR-sensor is gekoppel aan die analoog ingangspennetjies A1, A0 en A2 van die deeltjiefoton.

Die onderskeie parameters word gemeet deur die analoog spanning by die onderskeie penne te bepaal. Die analoog spanning wat by die onderskeie penne waargeneem word, word omgeskakel na digitale waardes met behulp van ingeboude ADC-kanale. Die Particle Photon het 12-bis ADC-kanale. Die gedigitaliseerde waardes kan dus wissel van 0 tot 4095. Hier word aanvaar dat die weerstandbiedende netwerk -koppelvlak LDR -sensor met die kontroleerderpen gekalibreer is om ligintensiteit deur direkte proporsionaliteit aan te dui.

Die LM-35 IC benodig geen eksterne kalibrasie of snoei om tipiese akkuraathede van ± 0,25 ° C by kamertemperatuur en ± 0,75 ° C oor 'n temperatuurbereik van -55 ° C tot 150 ° C te bied nie. Onder normale omstandighede sal die temperatuur wat deur die sensor gemeet word, nie die werksbereik van die sensor oorskry of verlaag nie. Deur snoei en kalibrasie op die vlak van die skyf, word die gebruik van sensor teen laer koste verseker. As gevolg van 'n lae-uitvoer-impedansie, lineêre uitset en presiese inherente kalibrasie van die LM-35, is die koppelvlak van die sensor maklik met 'n beheerstroombaan maklik. Aangesien die LM-35-toestel slegs 60 uA uit die toevoer put, het dit baie lae selfverhitting van minder as 0,1 ° C in stil lug. Gewoonlik in die temperatuurbereik van -55 ° C tot 150 ° C, neem die spanningsuitset van die sensor met 10 mV per graad Celsius toe. Die spanningsuitset van die sensor word gegee deur die volgende formules

Vout = 10 mV/° C*T

waar, Vout = Spanningsuitset van die sensor

T = temperatuur in graad Celsius Dus, T (in ° C) = Vout/10 mV

T (in ° C) = Vout (in V)*100

As daar aangeneem word dat VDD 3.3 V is, hou die analoogmeting verband met die gevoelde spanning oor die 12-bis-reeks deur die volgende formule

Vout = (3.3/4095)*Analoog-lees

Die temperatuur in graad Celsius kan dus gegee word deur die volgende formules

T (in ° C) = Vout (in V)*100

T (in ° C) = (3.3/4095) *Analoog-lees *100

Die temperatuur kan dus direk gemeet word deur die analoog spanningsuitset van die sensor te bepaal. Die analogRead () -funksie word gebruik om analoog spanning by die kontroleerderpen af te lees. Die spanningsuitset van die sonpaneel moet tipies 3 V wees wat direk deur die deeltjiefoton waargeneem kan word. Die Deeltjie -foton kan spanning tot 3,3 V. direk waarneem. Vir digitalisering van die gevoelde analoogspanning word daar weer intern na die VDD verwys. Die gedigitaliseerde spanningslesing word oor die 12-bis-reeks, dus 0 tot 4095, geskaal

Vout = (3.3/4095)*Analoog-lees

Die leessensordata word eers op die LCD-skerm vertoon en dan via 'n Wi-Fi-verbinding na die Particle Cloud gestuur. Die gebruiker moet by die geregistreerde rekening van die deeltjie aanmeld om die geleesensorwaardes te sien. Met die platform kan u vanaf die geregistreerde rekening met 'n bord skakel. Die gebruiker kan ontvangde sensordata intyds monitor en kan ook data aanmeld.

Stap 5: Verbindings en stroomdiagram

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Aktiveer

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Uit

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Sonplaat

A1 ==> Vcc

Stap 6: Resultaat