Pagsubaybay sa Solar Panel Gamit ang Particle Photon: 7 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Ang layunin ng proyekto ay upang mapabuti ang kahusayan ng mga solar panel. Ang proyekto ay dinisenyo upang pangasiwaan ang solar photovoltaic power generasi upang mapahusay ang pagganap, pagsubaybay at pagpapanatili ng solar plant.

Sa proyektong ito, ang maliit na butil na poton ay nakikipag-ugnayan sa boltahe output pin ng solar panel, sensor ng temperatura ng LM-35 at sensor ng LDR upang subaybayan ang output ng kuryente, temperatura at lakas ng insidente ayon sa pagkakabanggit. Ang isang character na LCD ay naka-interfaced din sa maliit na butil na poton para sa real time na pagpapakita ng mga sinusukat na parameter. Hindi lamang ipinapakita ng Photon ang mga sinusukat na parameter sa LCD screen, ngunit nagpapadala din ng mga sinusukat na halaga sa cloud server para sa pagtingin sa data ng real-time.

Hakbang 1: Kinakailangan ang Component

• Particle Photon $ 20
• 16x2 LCD $ 3
• Solar plate $ 4
• LM-35 temperatura sensor $ 2
• LDR $ 1
• Breadboard na $ 4
• Ang Jumper wires ay $ 3

Ang pangkalahatang gastos ng hardware ay humigit-kumulang na $ 40 dolyar.

Hakbang 2: Hardware

1. Particle Photon

Ang Photon ay isang tanyag na board ng IoT na magagamit mula sa platform ng Particle. Ang board ay nakalagay sa STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 microcontroller at mayroong 1 MB flash memory, 128 Kb RAM at 18 mixed signal pangkalahatang layunin ng input output (GPIO) na mga pin na may mga advanced na peripheral. Ang module ay mayroong on-board Cypress BCM43362 Wi-Fi chip para sa pagkakakonekta ng Wi-Fi at Single band 2.4GHz IEEE 802.11b / g / n para sa Bluetooth. Ang board ay nilagyan ng 2 SPI, isang I2S, isang I2C, isang CAN at isang USB interface.

Dapat pansinin na ang 3V3 ay isang nai-filter na output na ginagamit para sa mga analog sensor. Ang pin na ito ay ang output ng on-board regulator at panloob na konektado sa VDD ng module na Wi-Fi. Kapag pinapagana ang Photon sa pamamagitan ng VIN o ng USB port, ang pin na ito ay maglalabas ng boltahe na 3.3VDC. Ang pin na ito ay maaari ding magamit upang paandarin ang Photon nang direkta (max input 3.3VDC). Kapag ginamit bilang isang output, ang max load sa 3V3 ay 100mA. Ang mga signal ng PWM ay may resolusyon na 8-bit at tatakbo sa dalas na 500 Hz.

2. 16X2 Character LCD

Ang 16X2 LCD display ay ginagamit upang ipakita ang mga halaga ng sinusukat na mga parameter. Nakakonekta ito sa Particle Photon sa pamamagitan ng pagkonekta ng mga data pin na D4 sa D7 sa mga pin na D0 hanggang D3 ng board ng Particle. Ang mga E at RS na pin ng LCD ay konektado sa mga pin na D5 at D6 ng board ng Particle ayon sa pagkakabanggit. Ang R / W pin ng LCD ay pinag-grounded.

3. LDR sensor (Photoresistor)

Ang LDR o light dependant na risistor ay kilala rin bilang risistor ng larawan, photocell, photoconductor. Ito ay isang uri ng risistor na ang resistensya ay nag-iiba depende sa dami ng ilaw na bumabagsak sa ibabaw nito. Kapag ang ilaw ay nahuhulog sa risistor, pagkatapos ay nagbabago ang paglaban. Ang mga resistors na ito ay madalas na ginagamit sa maraming mga circuit kung saan kinakailangan upang maunawaan ang pagkakaroon ng ilaw. Ang mga resistor na ito ay may iba't ibang mga pag-andar at paglaban. Halimbawa, kapag ang LDR ay nasa kadiliman, pagkatapos maaari itong magamit upang i-ON ang isang ilaw o upang i-OFF ang isang ilaw kapag ito ay nasa ilaw. Ang isang tipikal na umaasang resistor sa ilaw ay may paglaban sa kadiliman ng 1MOhm, at sa ningning na paglaban ng isang pares ng KOhm.

Paggawa ng Prinsipyo ng LDR

Gumagawa ang risistor na ito sa prinsipyo ng pag-uugali ng larawan. Ito ay walang anuman ngunit, kapag ang ilaw ay bumagsak sa ibabaw nito, pagkatapos ay ang materyal na kondaktibiti ay binabawasan at din ang mga electron sa valence band ng aparato ay nasasabik sa banda ng pagpapadaloy. Ang mga photon na ito sa ilaw ng insidente ay dapat may lakas na mas malaki kaysa sa puwang ng banda ng materyal na semiconductor. Ginagawa nitong tumalon ang mga electron mula sa valence band patungo sa pagpapadaloy. Ang mga aparatong ito ay nakasalalay sa ilaw, kapag ang ilaw ay bumagsak sa LDR pagkatapos ay bumabawas ang paglaban, at nagdaragdag sa dilim. Kapag ang isang LDR ay itinatago sa madilim na lugar, ang paglaban nito ay mataas at, kapag ang LDR ay itinatago sa ilaw ay mababawasan ang paglaban nito. Ginagamit ang sensor ng LDR upang masukat ang lakas ng insidente. Ang intensity ng ilaw ay ipinahayag sa Lux. Ang sensor ay konektado sa A2 pin ng Particle Photon. Ang sensor ay konektado sa isang potensyal na divider circuit. Ang LDR ay nagbibigay ng isang analog boltahe na kung saan ay na-convert sa digital na pagbabasa ng in-built ADC.

4. MM-35 Temperatura sensor

Ang LM35 ay isang eksaktong sensor ng temperatura ng IC na may output na proporsyonal sa temperatura (sa oC). Ang saklaw ng temperatura ng operating ay mula -55 ° C hanggang 150 ° C. Ang output boltahe ay nag-iiba sa pamamagitan ng 10mV bilang tugon sa bawat pagtaas o pagbagsak ng oC sa temperatura ng paligid, ibig sabihin, ang factor ng sukat nito ay 0.01V / oC. Ang sensor ay may tatlong mga pin - VCC, Analogout at Ground. Ang Aout pin ng LM35 ay konektado sa Analog input pin A0 ng particle photon. Ang VCC at ground ay konektado sa karaniwang VCC at Ground.

Mga Tampok

Direktang naka-calibrate sa Degree Celsius (Centigrade)

Linear sa 10.0 mV / ° C scale factor

• 0.5-C garantiya na may garantiya (sa a25 ° C)
• Na-rate para sa buong -55 ° C sa isang saklaw na 150 ° C
• Nagpapatakbo mula 4 hanggang 30 volts
• Mas mababa sa 60 mA kasalukuyang alisan ng tubig
• Mababang pag-init sa sarili, 0.08 ° C magtanim ng hangin
• Non-linearity lamang 0.25 ° C tipikal
• Mababang output ng impedance, 0.1Ω para sa 1 mA na pag-load

5. Solar Panel

Ang mga solar panel ay mga aparato na nagpapalit ng ilaw sa kuryente. Nakuha nila ang pangalang "solar" na mga panel mula sa salitang 'Sol' na ginamit ng mga astronomo upang tukuyin ang araw at ang sikat ng araw. Tinatawag din itong mga photovoltaic panel kung saan ang Photovoltaic ay nangangahulugang "ilaw-elektrisidad". Ang kababalaghan ng pag-convert ng solar na enerhiya sa elektrikal na enerhiya ay tinatawag na photovoltaic effect. Ang epektong ito ay bumubuo ng boltahe at kasalukuyang sa output sa pagkakalantad ng solar enerhiya. Ang isang 3 Volts Solar panel ay ginagamit sa proyekto. Ang isang solar panel ay binubuo ng maraming mga solar cell o photovoltaic diode. Ang mga solar cell na ito ay P-N junction diode at makakabuo sila ng isang de-kuryenteng signal na may presensya ng solar light. Sa pagkakalantad sa sikat ng araw, bumubuo ang solar panel na ito ng output ng DC boltahe na 3.3 V sa mga terminal nito. Ang panel na ito ay maaaring magkaroon ng maximum na lakas ng output na 0.72 Watt at minimum na lakas ng output na 0.6 Watt. Ang maximum na kasalukuyang singilin nito ay 220 mA at ang minimum na kasalukuyang pagsingil ay 200 mA. Ang panel ay may dalawang mga terminal - VCC at Ground. Ang output ng boltahe ay iginuhit mula sa VCC pin. Ang pin ng boltahe na output ay konektado sa analog input pin A1 ng Particle Photon para sa pagsukat ng output power mula sa solar panel.

Hakbang 3: Software

Particle web IDE

Para sa pagsusulat ng code ng programa para sa anumang Photon, kailangang lumikha ang developer ng isang account sa website ng Particle at iparehistro ang board ng Photon sa kanyang account ng gumagamit. Ang program code pagkatapos ay maaaring isulat sa Web IDE sa website ng Particle at ilipat sa isang nakarehistrong photon sa internet. Kung ang napiling board ng Particle, Photon dito, ay nakabukas at nakakonekta sa cloud service ng Particle, ang code ay sinunog sa napiling board sa hangin sa pamamagitan ng koneksyon sa internet at ang board ay nagsisimulang kumilos ayon sa inilipat na code. Para sa pagkontrol ng board sa internet, ang isang web page ay dinisenyo na gumagamit ng Ajax at Jquery upang magpadala ng data sa board gamit ang pamamaraang HTTP POST. Kinikilala ng web page ang board ng isang aparato ID at kumokonekta sa Serbisyo ng Cloud ng Particle sa pamamagitan ng isang token ng pag-access.

Paano ikonekta ang photon sa Internet

1. Paganahin ang iyong aparato

• I-plug ang USB cable sa iyong pinagmulan ng kuryente.
• Sa sandaling naka-plug in ito, ang RGB LED sa iyong aparato ay dapat magsimulang kumulap sa asul. Kung ang iyong aparato ay hindi kumikislap na asul, pindutin nang matagal ang SETUP button. Kung ang iyong aparato ay hindi kumukurap sa lahat, o kung ang LED ay nasusunog isang mapurol kulay kahel, maaaring hindi ito nakakakuha ng sapat na lakas. Subukang baguhin ang iyong mapagkukunan ng kuryente o USB cable.

2. Ikonekta ang iyong Photon sa InternetMay dalawang paraan alinman sa gumamit ka ng web application o mobile app

a. Paggamit ng web application

• Hakbang 1 Pumunta sa setup.particle.io
• Hakbang 2 Mag-click sa pag-set up ng isang Photon
• Hakbang 3 Pagkatapos ng pag-click sa SUSUNOD, dapat ipakita sa iyo ang isang file (photonsetup.html)
• Hakbang 4 Buksan ang file.
• Hakbang 5 Pagkatapos buksan ang file na ikonekta ang iyong PC sa Photon, sa pamamagitan ng pagkonekta sa network na pinangalanang PHOTON.
• Hakbang 6 I-configure ang iyong mga kredensyal sa Wi-Fi. Tandaan: Kung na-type mo nang mali ang iyong mga kredensyal, ang Photon ay kumikislap ng madilim na asul o berde. Kailangan mong dumaan muli sa proseso (sa pamamagitan ng pag-refresh ng pahina o pag-click sa subukang muli ang bahagi ng proseso)
• Hakbang 7 Palitan ang pangalan ng iyong aparato. Makakakita ka rin ng kumpirmasyon kung ang aparato ay na-claim o hindi.

b. Paggamit ng smartphone

• Buksan ang app sa iyong telepono. Mag-log in o mag-sign up para sa isang account gamit ang Particle kung wala ka nito.
• Pagkatapos ng pag-login, pindutin ang plus icon at piliin ang aparato na nais mong idagdag. Pagkatapos ay sundin ang mga tagubilin sa screen upang ikonekta ang iyong aparato sa Wi-Fi.

Kung ito ang kauna-unahang pagkakakonekta ng iyong Photon, ito ay kumikislap ng lila para sa isang ilang minuto habang nagda-download ito ng mga pag-update. Maaaring tumagal ng 6-12 minuto bago makumpleto ang mga pag-update, depende sa iyong koneksyon sa internet, na ang Photon ay nagsisimulang muli ng ilang beses sa proseso. Huwag i-restart o i-unplug ang iyong Photon sa oras na ito. Kung gagawin mo ito, maaaring kailanganin mong sundin ang gabay na ito upang ayusin ang iyong aparato.

Kapag nakakonekta mo na ang iyong aparato, nalaman nito ang network na iyon. Ang iyong aparato ay maaaring mag-imbak ng hanggang sa limang mga network. Upang magdagdag ng isang bagong network pagkatapos ng iyong paunang pag-set up, ilalagay mo muli ang iyong aparato sa Mode ng Pakikinig at magpatuloy tulad ng nasa itaas. Kung sa tingin mo ay ang iyong aparato ay may napakaraming mga network dito, maaari mong punasan ang memorya ng iyong aparato ng anumang mga Wi-Fi network na natutunan nito. Maaari mo itong gawin sa pamamagitan ng pagpapatuloy na hawakan ang pindutan ng pag-set up ng 10 segundo hanggang sa mabilis na kumikislap ng asul ang RGB LED, na hudyat na natanggal ang lahat ng mga profile.

Mga mode

• Cyan, ang iyong Photon ay konektado sa Internet.
• Magenta, kasalukuyan itong naglo-load ng isang app o ina-update ang firmware nito. Ang estado na ito ay na-trigger ng isang pag-update ng firmware o ng flashing code mula sa Web IDE o Desktop IDE. Maaari mong makita ang mode na ito kapag ikinonekta mo ang iyong Photon sa cloud sa unang pagkakataon.
• Green, sinusubukan nitong kumonekta sa internet.
• Puti, naka-off ang module ng Wi-Fi.

Ang Web IDEParticle Build ay isang Integrated Development Environment, o IDE na nangangahulugang maaari mong gawin ang pag-unlad ng software sa isang madaling gamiting application, na nangyayari lamang na tumakbo sa iyong web browser.

1. Upang buksan ang pagbuo, pag-login sa iyong particle account at pagkatapos ay mag-click sa build tulad ng ipinakita sa imahe.
2. Kapag na-click mo makikita mo ang console na tulad nito.
3. Upang lumikha ng isang bagong lumikha ng app, mag-click sa lumikha ng bagong app.
4. Upang maisama ang library sa programa, pumunta sa seksyon ng mga aklatan, maghanap para sa likidongryry. Pagkatapos pumili ng isang app kung saan nais mong magdagdag ng library. Sa aking kaso ito ay solarpanelmonitoring.
5. Upang mapatunayan ang programa. Mag-click sa i-verify.
6. Upang mai-upload ang code, mag-click sa flash ngunit bago gawin iyon pumili ng isang aparato. Kung mayroon kang higit sa isang aparato kailangan mong tiyakin na napili mo kung alin sa iyong mga aparato ang mag-flash code. Mag-click sa icon na "Mga Device" sa kaliwang bahagi sa ibaba ng pane ng nabigasyon, pagkatapos kapag pinasadya mo ang pangalan ng aparato lilitaw ang bituin sa kaliwa. Mag-click dito upang maitakda ang aparato na nais mong i-update (hindi ito makikita kung mayroon kang isang aparato lamang). Kapag napili mo ang isang aparato, ang dilaw na nauugnay dito ay magiging dilaw. (Kung mayroon ka lamang isang aparato, hindi na kailangang piliin ito, maaari kang magpatuloy.

Hakbang 4: Paano Gumagana ang Circuit

Sa circuit, 6 GPIO pin ng module ang ginagamit upang mai-interface ang character na LCD at tatlong analog input pin ang ginagamit upang i-interface ang sensor ng temperatura ng LM-35, Solar Panel at ang LDR sensor.

Kapag ang circuit ay binuo, handa na itong i-deploy kasama ang solar panel. Habang ang solar panel ay patuloy na bumubuo ng kuryente, ang nakakabit sa aparato. Ang aparato ay pinalakas mula sa mains supply na namamahala sa iba pang mga kagamitan sa pagpapahusay din ng pagganap. Kapag ang aparato ay pinapagana, ang ilang mga paunang mensahe ay nai-flash sa LCD display na ito na nagsasaad ng hangarin ng application. Ang output output ng panel, temperatura at ang intensity ng ilaw ng insidente ay sinusukat ng pin ng Voltage Output ng solar panel, sensor ng temperatura ng LM-35 at sensor ng LDR ayon sa pagkakabanggit. Ang pin ng Voltage Output ng solar panel, sensor ng temperatura ng LM-35 at ang sensor ng LDR ay konektado sa mga analog input pin na A1, A0 at A2 ng Particle Photon.

Ang mga kaukulang parameter ay sinusukat sa pamamagitan ng pagdama ng analog boltahe sa kani-kanilang mga pin. Ang analog boltahe na nadama sa kani-kanilang mga pin ay na-convert sa mga digital na halaga gamit ang mga built-in na ADC channel. Ang Particle Photon ay may 12-bit na mga ADC channel. Kaya't ang mga na-digitize na halaga ay maaaring saklaw mula 0 hanggang 4095. Dito, ipinapalagay na ang resistive network na interfacing LDR sensor na may controller pin ay naka-calibrate upang ipahiwatig ang light intensity ng direktang proporsyonalidad.

Ang LM-35 IC ay hindi nangangailangan ng anumang panlabas na pagkakalibrate o pagpagupit upang magbigay ng mga tipikal na katumpakan ng ± 0.25 ° C sa temperatura ng kuwarto at ± 0.75 ° C sa saklaw ng temperatura mula −55 ° C hanggang 150 ° C. Sa ilalim ng normal na mga kundisyon, ang temperatura na sinusukat ng sensor ay hindi lalampas o umuurong sa saklaw ng pagpapatakbo ng sensor. Sa pamamagitan ng pag-trim at pagkakalibrate sa antas ng wafer, ang paggamit ng sensor sa mas mababang gastos ay nasisiguro rito. Dahil sa low-output impedance, linear output, at tumpak na likas na pagkakalibrate ng LM-35, madali ang interfacing ng sensor sa isang control circuitry. Habang ang aparato ng LM-35 ay kumukuha lamang ng 60 uA mula sa suplay, ito ay may napakababang pag-init ng sarili na mas mababa sa 0.1 ° C sa naka-hangin pa rin. Karaniwan sa saklaw ng temperatura mula −55 ° C hanggang 150 ° C, ang output ng boltahe ng sensor ay tumataas ng 10 mV bawat degree na Celsius. Ang output ng boltahe ng sensor ay ibinibigay ng mga sumusunod na formula

Vout = 10 mV / ° C * T

kung saan, Vout = output ng Boltahe ng sensor

T = Temperatura sa degree Celsius Kaya, T (sa ° C) = Vout / 10 mV

T (sa ° C) = Vout (sa V) * 100

Kung ang VDD ay ipinapalagay na 3.3 V, ang pagbasa ng analog ay nauugnay sa sensed voltage na higit sa 12-bit na saklaw ng sumusunod na pormula

Vout = (3.3 / 4095) * Pagbasa ng Analog

Kaya, ang temperatura sa degree Celsius ay maaaring ibigay ng mga sumusunod na formula

T (sa ° C) = Vout (sa V) * 100

T (sa ° C) = (3.3 / 4095) * Analog-Pagbasa * 100

Kaya, ang temperatura ay maaaring masukat nang direkta sa pamamagitan ng pagdama ng output ng analog boltahe mula sa sensor. Ang pagpapaandar ng analogRead () ay ginagamit upang basahin ang analog boltahe sa pin ng controller. Ang output ng boltahe ng solar panel ay dapat na karaniwang 3 V na maaaring direktang madama ng Particle Photon. Ang poton ng Particle ay maaaring direktang makakaisip ng boltahe hanggang sa 3.3 V. Para sa pag-digitize ng sensed analog boltahe, muli itong sumangguni sa panloob sa VDD. Ang digital na pagbasa ng boltahe ay na-scale sa loob ng 12-bit na saklaw na 0 hanggang 4095. Kaya

Vout = (3.3 / 4095) * Pagbasa ng Analog

Ang data ng nabasa na sensor ay unang ipinakita sa display ng LCD at pagkatapos ay ipinasa sa Particle Cloud sa pamamagitan ng koneksyon sa Wi-Fi. Kailangang mag-login ang gumagamit sa rehistradong account ng Particle upang matingnan ang mga halagang binasa ang sensor. Pinapayagan ng platform ang pagkonekta sa isang board mula sa nakarehistrong account. Maaaring subaybayan ng gumagamit ang natanggap na data ng sensor sa real time at maaari ring mag-log data.

Hakbang 5: Mga Koneksyon at Diagram ng Circuit

Photon ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Paganahin

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Photon ==> LM-35

A0 ==> Aout

Photon ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Solar plate

A1 ==> Vcc

Hakbang 6: Resulta