ماژول قدرت اینترنت اشیا: افزودن ویژگی اندازه گیری توان اینترنت اشیا به کنترل کننده شارژ خورشیدی من: 19 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

سلام به همه ، امیدوارم همگی عالی باشید! در این مقاله آموزشی می خواهم به شما نشان دهم که چگونه یک ماژول اندازه گیری توان اینترنت اشیا را ایجاد کرده ام که میزان تولید شده توسط پنل های خورشیدی من را محاسبه می کند ، که توسط کنترل کننده شارژ خورشیدی من برای شارژ بسته باتری سرب اسید استفاده می شود. این ماژول بین صفحات خورشیدی و کنترل کننده شارژ قرار می گیرد و تمام جزئیات پارامترهای لازم را در تلفن خود از طریق اینترنت به شما می دهد. برای بستر اینترنت اشیا از Blynk استفاده کرده ام که استفاده از آن بسیار آسان است و می تواند به راحتی طبق پروژه شما سفارشی شود. محدودیت کنترل کننده شارژ موجود این بود که فقط ولتاژ شارژ را به من می داد و بنابراین مقدار قدرت را نمی توان تعیین کرد. در این پروژه من توابع اندازه گیری ولتاژ و جریان را به ماژول توان اضافه کرده ام که می تواند برای محاسبه توان (بر حسب وات) و در نتیجه کل انرژی برداشت شده استفاده شود. به راحتی می توان از این ماژول قدرت در سایر برنامه های اندازه گیری توان DC استفاده کرد. این بسیار طولانی خواهد بود ، بنابراین اجازه دهید شروع کنیم!

تدارکات

1. Arduino Pro Mini / Nano یا معادل آن
2. ماژول مبدل باک LM2596
3. تنظیم کننده ولتاژ 7805
4. تنظیم کننده AMS1117 3.3V
5. ماژول WiFi ESP8266-01
6. صفحه نمایش OLED
7. LM358 دوگانه OP-Amp
8. مقاومتهای 100K ، 10K ، 2.2k و 1K (1/4 وات)
9. خازن های دیسک سرامیکی 0.1uF
10. خازن الکترولیتی 22uF
11. پایانه های پیچ
12. نوار برگ مرد و زن
13. سوئیچ ON-OFF
14. تخته عالی یا تخته وروبرد
15. لحیم کاری تجهیزات

مرحله 1: جمع آوری تمام قسمت ها و نهایی کردن چیدمان

هنگامی که همه اجزای لازم را جمع آوری کردیم ، مهم این است که چیدمان تخته و محل قرارگیری اجزای مختلف را با دقت انتخاب کنیم تا سیم کشی ساده شود و همه اجزا نزدیک یکدیگر قرار گیرند. برای پیوستن به آردوینو ، مبدل باک ، ماژول WiFi و نمایشگر Oled ، به جای لحیم مستقیم ماژول ها ، از هدرهای زن استفاده خواهم کرد ، به این ترتیب من می توانم از اجزاء برای پروژه دیگری استفاده کنم ، اما اگر برنامه دارید می توانید ماژول ها را مستقیماً لحیم کنید. تا دائمی شود

مرحله 2: افزودن پایانه های پیچ

اول از همه ما پایانه های پیچ را که برای اتصال صفحات خورشیدی به عنوان ورودی و کنترل کننده شارژ به عنوان خروجی به ماژول قدرت استفاده می شود ، لحیم می کنیم. پایانه های پیچ دار راهی آسان برای اتصال و یا حذف دستگاه ها در مواقع ضروری ارائه می دهند.

مرحله 3: افزودن شبکه تقسیم ولتاژ مقاومت

برای تشخیص ولتاژ ورودی ، از شبکه تقسیم ولتاژ استفاده می شود. برای برنامه من ، یک شبکه مقاومت با استفاده از مقاومت 10K و 1K ایجاد کرده ام و در حال اندازه گیری افت ولتاژ در مقاومت 1K هستم که به عنوان ورودی به میکروکنترلر آردوینو داده می شود. علاوه بر این ، من یک خازن 0.1uF را در مقاومت 1K اضافه کرده ام تا نوسانات ناگهانی ولتاژ را برطرف کنم.

مرحله 4: افزودن مقاومت شنت برای تشخیص فعلی

مقاومت شنت یک مقاومت با ارزش بسیار کوچک (معمولاً به ترتیب میلی اهم) به صورت سری با بار است که افت ولتاژ بسیار کمی ایجاد می کند که می توان با استفاده از تقویت کننده عملیاتی آن را تقویت کرد و سپس خروجی را برای اندازه گیری به آردوینو داد. برای اندازه گیری جریان ، من از مقاومت شنت (که مقدار آن تقریباً 10 میلی آمپر است ، استفاده کرده ام. این را با استفاده از سیم فولادی و خم کردن آن برای ایجاد نوعی الگوی سیم پیچ) در قسمت پایین مدار ، یعنی ، بین بار و زمین. به این ترتیب افت ولتاژ کوچک را می توان مستقیماً با توجه به زمین اندازه گیری کرد.

مرحله 5: افزودن مدار تقویت کننده OpAmp

تقویت کننده عملیاتی مورد استفاده در اینجا LM358 است که یک تراشه دوگانه Op-Amp است. ما فقط از یک Op-Amp به عنوان تقویت کننده غیر معکوس استفاده خواهیم کرد. می توان با استفاده از شبکه های مقاومت R1 و R2 همانطور که در تصویر نشان داده شده است ، تقویت کننده تقویت کننده غیر معکوس را تعیین کرد. برای برنامه خود ، من R1 را به عنوان 100K و R2 را به عنوان 2.2K انتخاب کرده ام که به من تقریبا 46 می افزاید. مقاومت و OpAmp بی نقص نیستند ، بنابراین برای به دست آوردن خواندن خوب ، باید تعدادی تنظیم در برنامه آردوینو انجام شود. که در مراحل بعدی).

من همچنین یک پروژه در مورد نحوه ساخت وات متر برای آردوینو تهیه کرده ام ، در اینجا مفاهیم بیشتری را به تفصیل مورد بحث قرار داده ام. می توانید پروژه را در اینجا بررسی کنید:

مرحله 6: منبع تغذیه

برای تغذیه ماژول Arduino ، OpAmp ، OLED و WiFi از یک ماژول مبدل باک LM2596 برای کاهش ولتاژ ورودی تا حدود 7 ولت استفاده می کنم. سپس با استفاده از تنظیم کننده ولتاژ 7805 ، 7 ولت را برای Arduino و OLED به 5 ولت تبدیل می کنم و با استفاده از تنظیم کننده AMS1117 ، 3.3 ولت لازم برای ماژول WiFi را تولید می کنم. چرا اینقدر برای منبع تغذیه ای که می پرسید؟ دلیل این امر این است که شما نمی توانید پنل خورشیدی را مستقیماً به یک تنظیم کننده 5 ولت متصل کرده و انتظار داشته باشید که به طور کارآمد کار کند (زیرا یک تنظیم کننده خطی است). همچنین ولتاژ اسمی پنل خورشیدی حدود 18 تا 20 ولت است که می تواند برای تنظیم کننده خطی بیش از حد بالا باشد و می تواند لوازم الکترونیکی شما را در حالت تعلیق سرخ کند! بنابراین بهتر است یک مبدل باک کارآمد در محل خود داشته باشید

مرحله 7: اصلاح Buck Converter و Regulator

ابتدا ، موقعیت هایی که پین های مبدل باک در آن قرار می گیرد را مشخص کردم. سپس هدرهای زن را به آن نقاط و سربرگ های مردانه را به مبدل باک (به طوری که در صورت نیاز بتوانم به راحتی ماژول را بردارم) ، لحیم کردم. رگولاتور 5 ولت درست زیر ماژول مبدل باک قرار دارد و به خروجی مبدل he متصل می شود تا 5 ولت صاف را برای برد کنترل ایجاد کند.

مرحله 8: اضافه کردن یک سوئیچ

من یک سوئیچ بین مبدل باک و ورودی های پنل خورشیدی اضافه کرده ام ، در صورتی که بخواهم ماژول قدرت را روشن یا خاموش کنم. در صورت خاموش بودن ، برق همچنان به بار تحویل داده می شود (در مورد من کنترل کننده شارژ) ، فقط عملکردهای اندازه گیری و اینترنت اشیا کار نمی کنند. تصویر بالا همچنین فرایند لحیم کاری تا کنون را نشان می دهد.

مرحله 9: افزودن سرصفحه های Arduino و رفع تنظیم کننده 3.3v

حالا من هدرهای زن را مطابق اندازه آردوینو پرو مینی برش داده و لحیم کرده ام. من تنظیم کننده AMS1117 را مستقیماً بین Vcc و Gnd منبع تغذیه آردوینو لحیم کردم (آردوینو از تنظیم کننده 7805 5V دریافت می کند که به نوبه خود AMS1117 را برای 3.3 ولت مورد نیاز ماژول WiFi تأمین می کند). من به طور استراتژیکی قطعات را به گونه ای قرار داده ام که مجبور بودم از حداقل سیم استفاده کنم و قطعات را می توان از طریق آثار لحیم وصل کرد.

مرحله 10: افزودن سرصفحه برای ماژول WiFi

من سرصفحه های زن را برای ماژول WiFi درست کنار محل مناسب Arduino pro mini لحیم کردم.

مرحله 11: افزودن اجزای ماژول WiFi

ماژول ESP8266 با ولتاژ 3.3 ولت کار می کند نه 5 ولت (با استفاده از 5 ولت مشاهده کردم که ماژول بسیار بسیار داغ می شود و به احتمال زیاد در صورت استفاده طولانی مدت آسیب می بیند). آردوینو و ماژول WiFi از طریق ارتباط سریال که از پین های Tx و Rx ماژول استفاده می کند ، ارتباط برقرار می کنند. ما می توانیم هر 2 پایه دیجیتالی arduino را طوری تنظیم کنیم که با استفاده از کتابخانه سریال نرم افزاری arduino IDE به عنوان پین سریال عمل کند. پین Rx ماژول به Tx آردوینو می رود و بالعکس. پین Rx ESP روی منطق 3.3V کار می کند ، بنابراین ما از یک شبکه تقسیم ولتاژ 2.2K و 1K برای کاهش سطح منطقی 5V Arduino به تقریبا 3.6V (که هنوز قابل قبول است) استفاده می کنیم. ما می توانیم Tx of ESP را مستقیماً به Rx آردوینو متصل کنیم زیرا آردوینو با 3.3 ولت سازگار است.

مرحله 12: اضافه کردن صفحه نمایش OLED

برای اتصال صفحه نمایش OLED به 4 اتصال نیاز داریم ، دو مورد برای منبع تغذیه و 2 مورد برای پروتکل ارتباطی I2C با آردوینو که پین A4 و A5 آردوینو است. من برای اتصال پین های I2C و اتصال مستقیم اتصالات برق از یک سیم جامپر کوچک به همراه سربرگ مردانه استفاده خواهم کرد.

مرحله 13: نگاه نهایی به برد مدولار

پس از اتمام تمام مراحل لحیم کاری ، تخته به نظر می رسد! بله ، در پایان مجبور شدم از سیم استفاده کنم ، اما از نتیجه کاملاً راضی بودم. بخش جالب این است که برد کاملاً ماژولار است و در صورت نیاز همه اجزای اصلی را می توان به راحتی حذف یا جایگزین کرد.

مرحله 14: همه چیز را با هم ترکیب کنید

وقتی همه چیز سر جایش است ماژول کامل به این شکل است!

حالا میریم سراغ بخش نرم افزاری…

مرحله 15: برنامه نویسی با استفاده از FTDI Board

برای برنامه نویسی این ماژول ، من از تخته شکست FTDI استفاده می کنم که برای برنامه نویسی Arduino Pro Mini ایده آل است. نقشه پین آن کاملاً تراز شده است بنابراین مجبور نخواهید بود از آن استفاده کنید.

مرحله 16: نمودار شماتیک

این نمودار مدار کامل ماژول توان سنج IoT است. من این طرحواره را در Eagle CAD طراحی کرده ام. با خیال راحت فایلهای شماتیک را طبق ایده خود بارگیری و اصلاح کنید:)

مرحله 17: نتایج

من با اتصال پاور ماژول بین پنل خورشیدی و کنترل کننده شارژ ، تنظیمات را تکمیل کردم و به محض روشن کردن آن به روتر WiFi من متصل می شود و داده ها دائماً در برنامه Blynk در تلفن هوشمند من منتشر می شود. این داده های واقعی زمان پارامترهای شارژ را بدون توجه به جایی که هستم ، تا جایی که اتصال اینترنت دارم ، ارائه می دهد! بسیار عالی است که می بینم پروژه خوب کار می کند:)

برای اهداف تجربی ، من با استفاده از پنل خورشیدی 50 وات و یک باتری سربی 12 ولت 18AH ، تنظیمات را آزمایش کردم.

مرحله 18: کد آردوینو

در اینجا کد کامل آردوینو است که من برای پروژه خود استفاده کرده ام.

چند کتابخانه وجود دارد که برای عملکرد صحیح این پروژه به آنها نیاز دارید:

کتابخانه اصلی بلینک

کتابخانه Adafruit_GFX

کتابخانه Adafruit_SSD1306

امیدوارم این پروژه مفید بوده باشد. حمایت پروژه های من را با به اشتراک گذاشتن آن با جامعه خود در نظر بگیرید:)

در صورت تمایل می توانید هر گونه بازخورد یا سeriesالی که در مورد این پروژه دارید ، کامنت کنید. روز خوبی داشته باشی !

این پروژه به من کمک می کند میزان انرژی برداشت شده از پنل هایم را کنترل کنم. بیایید یک قدم جلو برویم تا بیشتر به سمت منابع تجدیدپذیر انرژی برویم تا ردپای کربن را کاهش دهیم و محیطی پایدار ایجاد کنیم:)