Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter para sa EV Charging: 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:15

Ito ang pangalawang gabay sa pagbuo para kay Nabito [bukas na socket), ang unang bersyon ay matatagpuan sa: Nabito [bukas na socket] v1

Inilista ko ang mga dahilan para sa paglikha ng proyektong ito sa post sa blog na ito: Ang mga EV ay walang kabuluhan para sa mga taong apartment

Ano yun

Nabito - ang bukas na socket ay isang matalinong metro ng IoT na may sukatan ng kuryente, on / off na paglipat ng mataas na amperage, sensor ng NFC, pahintulot ng gumagamit, mga kakayahan sa pagsingil at pamamahala ng gumagamit.

Ang proyekto ay binubuo ng dalawang bahagi: 1. control box (IoT aparato) 2. web app frontend / backend, parehong ganap na open-source.

1. Ang control box ay binubuo ng mga madaling makakuha ng mga online na bahagi at idinisenyo upang maging isang matalino at hindi murang gastos ng socket ng kuryente para sa publiko at pribadong paradahan para sa mabagal na pagsingil ng mga de-koryenteng sasakyan. Tumatakbo ito sa Raspberry Pi Zero W at Arduino Nano.

2. Tumatakbo ang web app sa Ruby on Rails at magagamit bilang bukas na mapagkukunan sa Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Ang koneksyon sa pagitan ng kahon at ng web app ay ginagawa sa pamamagitan ng MQTT protocol.

Ang layunin ng proyekto ay upang makabuo ng isang bukas na mapagkukunan ng singilin na network na ang sinumang maaaring magpatibay at magpatupad o magpalawak.

Ang control box ay binubuo ng mga madaling makuha na mga online na bahagi at idinisenyo upang maging isang matalino at hindi mura na solusyon ng electric socket para sa publiko at pribadong paradahan para sa mabagal na pagsingil ng mga de-koryenteng sasakyan.

Tumatakbo ito sa Raspberry Pi Zero W single-board computer (SCB). Ang kabuuang halaga ng control box ay humigit-kumulang € 60.

Nabito - ang bukas na socket ay kasalukuyang dinisenyo para sa singilin sa mga ordinaryong socket, sa kontinental ng Europa na ito ay 230V at 10 -13A, ibig sabihin, cca. 2.9kW tuloy-tuloy. Ngunit ang konsepto ay nalalapat sa anumang socket, Euro, US o UK o anumang iba pang, mga bersyon sa hinaharap ng proyekto ay sasaklaw din ng 2 at 3 yugto ng mga pag-install.

Mga pagtutukoy:

• Single PhaseVoltage: 230 V
• ACMax. kasalukuyang: 13 A
• Lakas: 2.9 kW
• Laki: 240x200x90mm
• Interface: RJ45 LAN koneksyon o WIFI
• Pagsunod sa IP: IP55

Ang sumusunod na gabay sa pagbuo ay hindi kumpleto, nawawala ang ilang mga diagram ng mga kable, ilang mga hakbang sa pagpupulong, atbp.), Nais kong mailabas ito doon sa lalong madaling panahon, gagana upang mapabuti ito nang paunti-unti, kaya't mangyaring, kung ang gabay sa pagbuo na ito ay hindi takpan ang lahat ng kailangan mong malaman o kung mayroon kang anumang mga katanungan, magpadala sa akin ng isang mail. Salamat sa pag-unawa.

Hakbang 1: Ano ang Ginagawa nito?

Ang proyekto ay binubuo ng dalawang bahagi, ang pisikal na control box na isang bagay na IoT (panig ng kliyente) at mayroong isang Web application na kumokontrol dito (panig ng server). Pinagsamang mga pag-andar:

1. On / Off switchingWith a mains relay at isang contactor maaari itong ilipat ang outlet socket on / off batay sa pakikipag-ugnay ng gumagamit.

2. Pagsukat ng enerhiya

Sinusukat ng control box ang kasalukuyang AC at nag-log ng paggamit ng kuryente. Karaniwang pagpapaandar ng pagsukat. Ginagawa ang pagsukat ng enerhiya bawat gumagamit. Sa kasalukuyan mayroon lamang kasalukuyang pagsubaybay sa AC, walang pagsubaybay sa boltahe sa puntong ito.

3. Pagpapatotoo ng gumagamit

Kailangan mong lumikha ng mga account ng gumagamit para sa mga gumagamit na gumagamit ng socket / s. Pinapahintulutan ng gumagamit ang pamamagitan ng pagbabasa ng QR code o paggamit ng isang NFC tag. Pinapayagan ng interface ng gumagamit ng web ang mga gumagamit na mag-sign up, mag-log in at gamitin ang control box o direktang binabago ng tag ng NFC ang kahon. Maaaring aprubahan ng admin, hindi aprubahan ang mga gumagamit.

4. Pagsingil

Batay sa pagsasaayos ng socket ng admin at presyo bawat 1kWh bill ay nilikha para sa mga indibidwal na gumagamit batay sa kanilang paggamit ng enerhiya. Ang buwanang mga singil ay malilikha sa paglaon para sa kaginhawaan ng admin.

Hakbang 2: HW at SW Stacks

HW stack

• Raspberry Pi Zero, 1pcs, € 11.32, https://rp Bishop.cz/rpi-zero-sady/647-raspberry-pi-…
• heat sink, 1pcs, € 1.2,
• NFC sensor, 1pcs, € 3.93
• micro SD card 16GB, 1pcs, € 9.4,
• Arduino Nano, 1pcs, € 1.74,
• CT sensor - YHDC 30A SCT013, 1pcs, € 4.28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Kasalukuyang-Transformer-Bago / 32768354127.html
• charger ng mobile phone, 1 pcs, € 5, ang presyo ay tinatayang, ginamit ang isa sa aking mga lumang charger na kasama ng isang telepono
• Ang contactor ng AC ng sambahayan 25A NO, 1pcs, € 4.79,
• Mains relay, 1pcs, € 0.84,
• kahon ng plastik na kantong (S-box), 1pcs, € 5,
• Dupont junction wires para sa mababang voltages, 1pcs, € 2.29,
• IP54 230V Euro socket, 1pcs, € 2 na binili sa isang lokal na tindahan ng hardware
• maliit na bahagi: 3.5mm jack babae, 10uF capacitor, 2x 10kOhm resistors, LED diode, cable, 1pcs, € 3, binili sa isang lokal na tindahan ng electronics
• Ang Wago 2-conductor terminal block, 3 pcs, € 2, ay binili sa isang lokal na tindahan ng electronics
• Ang Wago 5-conductor terminal block, 2pcs, € 2, ay binili sa isang lokal na tindahan ng electronics
• Ang USB mini-to-micro cable (Arduino-> RPi), 1pcs, € 1.8, binili sa tindahan ng isang lokal na computer

Kabuuang gastos sa HW: € 60.59 ($ 70.40)

SW stack:

• Control Box stack:

  • Raspbian Linux (nakabatay sa Ubuntu), bukas na mapagkukunan, $ 0 (lahat ng kaluwalhatian kay Linus Torvalds + 20k mga tao na nagtrabaho sa Linux kernel + ang mabubuting tao sa likod ng imahe ng Raspberry Pi at Raspbian Linux)
  • Node-RED, bukas na mapagkukunan, $ 0 (mga mabait na tao mula sa IBM na nasa likod ng pagbuo ng Node-RED)

• Stack ng web app:

  • Nabito-server app:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), open source, $ 0
  • Postgres DB, bukas na mapagkukunan, $ 0
  • Git, bukas na mapagkukunan (higit na kaluwalhatian kay Linus), $ 0
  • MQTT na protokol

Kabuuang gastos sa stack ng SW: € 0 (* THUMBS_UP *)

Hakbang 3: Ang Control Box: SW Setup

1. I-install ang RASPBIAN STRETCH LITE (hindi namin kailangan ang bersyon ng desktop) sa Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. i-configure ang Raspbian upang magamit ang iyong lokal na bahay
3. I-install ang Node-RED sa Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Kopyahin ang daloy ng Nabito Node-RED at i-deploy itottp: //github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. I-edit ang default na mga setting ng Node-RED at idagdag ito sa pagpapaandarGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. I-configure ang iyong mga broker ng Node-RED MQTT patungo sa iyong ginustong pag-install ng Nabito-server (o patungo sa
7. I-restart ang Node-RED
8. Suriin ang pagkakakonekta ng MQTT sa Node-RED

Bahagi ng Arduino:

1. I-download, i-compile at i-upload ang sketch na ito sa Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Tapos na!;-)

Hakbang 4: Mga Kable: Mga Kable ng Mains

Ang mga AC mains cable ay nagbibigay ng lakas sa:

• Contactor ng AC
• Relay ng Mains
• Mobile charger na nagpapagana sa Raspberry Pi at Arduino

Ang output mula sa contactor ng AC ay papunta sa outlet socket. Ang protektadong lupa ay konektado mula sa linya ng mga pangunahing mapagkukunan sa outlet ng socket.

Kinokontrol ng Raspberry Pi ang relay ng mains at ang relay naman ay nakabukas / nakabukas sa contactor.

Hakbang 5: Mga Kable: Arduino, CT Sensor, NFC Sensor

Wire ang Arduino gamit ang CT sensor ayon sa sumusunod na manwal:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Kailangan mo:

• Arduino (maaari mong gamitin ang anumang Arduino: Uno, Nano, Mega, alinman ang gusto mo, hangga't mayroon itong ADC)
• 10uF capacitor2x 10kOhm resistors
• 3.5mm babaeng jack socket
• CT sensor 30A / 1V
• PN532 sensor (RFID / NFC)
• maliit na PCB
• maliit na mga wire para sa mga koneksyon

Inhinang ko ang Arduino Nano, ang capacitor, ang resistors at ang jack ng babae sa PCB ayon sa manu-manong nasa itaas mula sa site ng openenergymonitor.org.

Ang sensor ng NFC ay konektado sa Arduino Nano sa pamamagitan ng SPI (mga pin sa Arduino Nano: 10, 11, 12 at 13).

Ang Arduino ay konektado sa Raspberry Pi sa pamamagitan ng micro USB.

Hakbang 6: Mga Kable: Raspberry Pi

Ikonekta ang Arduino sa Raspberry Pi sa pamamagitan ng USB port, sa ganitong paraan nagsisilbing isang serial port at isang supply ng kuryente para sa Arduino, dapat itong mapa sa / dev / ttyUSB0.

Ang relay ng mains ay konektado sa pamamagitan ng mga pin 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Ang mga front-panel LED ay konektado sa pamamagitan ng mga pin 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Hakbang 7: Magkabit ng Lahat ng Magkasama

1. I-clamp ang sensor ng CT sa linya ng mains na lumalabas sa relay ng mains
2. Ikonekta ang mapagkukunan ng kuryente para sa Raspberry Pi
3. Screw sa takip ng kantong kahon
4. At tapos ka na sa kable / assembling!

Hakbang 8: Pag-setup ng Web App

Kailangan mo ng isang linux server upang mapatakbo ang web app. Maaari kang:

• patakbuhin ang server nang lokal sa iyong PC / notebook o sa iyong lokal na server ng Linux at ituro ang control box [es] sa iyong lokal na pag-install
• lumikha ng iyong sariling domain at patakbuhin ang web app bilang isang website
• gamitin ang https://Nabito.org (libre ito) upang pamahalaan ang iyong mga control box

Ang Nabito-server app ay tumatakbo sa Ruby on Rails at bukas ang mapagkukunan:

Para sa pag-install at pag-set up ng web app sumangguni sa README.md ng proyekto sa Github.

Hakbang 9: Tumatakbo at Pagsubok

Para sa lokal na pag-set up:

1. I-deploy ang Nabito-server app sa iyong lokal na PC / notebook
2. I-configure ang mosquitto MQTT broker sa iyong PC (o anumang iba pang broker ng MQTT na gusto mo)
3. Ikonekta ang Nabito control box sa iyong lokal na WiFi
4. SSH sa kahon at idirekta ito upang magamit ang MQTT broker ng iyong PC
5. simulan ang riles nabito-server app
6. ikonekta ang isang maliit na karga sa kuryente (hal. isang table lamp) sa outlet socket
7. gamitin ang web app upang simulan / ihinto ang socket id 1 upang suriin ang aktwal at kabuuang pagkonsumo ng enerhiya
8. gumamit ng isang NFC tag (kung mayroon kang isa) upang i-toggle ang socket
9. suriin ang pagsingil para sa huling paggamit ng socket
10. Matapos ang matagumpay na pagsubok, simulang lumikha ng iyong sariling network ng pagsingil ng EV
11. Kita;-)

Hakbang 10: Ang Konklusyon, Mga Isyu at Roadmap ng Produkto

Sa bersyon na ito ng Nabito control box nagawa kong i-decouple ang control box at ang web app na mahalagang lumikha ng isang proyekto ng IoT (Internet of Things) na may parehong pisikal na bagay na gumagawa ng isang bagay na kapaki-pakinabang at isang back-end app at serbisyo na namamahala sa pisikal na bagay.

Ang presyo ng kahon ay tumaas nang kaunti mula sa huling bersyon (v1 bago: € 50, v2 ngayon: € 60), sapagkat nagdagdag ako ng isang contactor para sa mga layuning pangkaligtasan upang makapaghatid ng mas mataas na mga amp at ang RPi ay medyo mas mahal pagkatapos ng mga board ng OrangePi.

Ginagamit ang MQTT bilang pangunahing proteksyon para sa pag-log ng data at pagkontrol sa kahon.

Dahil ang huling bersyon ng Nabito, nasolusyunan ko ang karamihan sa mga isyu (Wifi, contactor, overheating ng processor, integrated outlet socket, atbp.). Gayunpaman ang listahan ng mga kasalukuyang isyu at pagkakataon ay lumalaki pa:

Mga Isyu:

• Ang Raspberry Pi Zero W ay isang napakagandang board, na may Wifi at Bluetooth at 2 GPIO pin, ngunit ang processor ay uminit hanggang sa 34C kapag tinatamad na maaaring may problema sa maiinit na klima at mga buwan ng tag-init na may direktang sikat ng araw
• Ang pagpapatakbo ng Linux sa control box ay mabuti para sa prototyping, ngunit ang modelo ng produksyon ng produktong ito ay marahil ay maaaring tumakbo sa isang leaner board na may kakayahang TLS / SSL (ang chip ESP32 ay mukhang napaka-promising)

Mga Pagkakataon:

• lumikha ng mga bersyon para sa mas mataas na alon (pareho ang pag-andar, ngunit gumamit ng mga contacttor na may mas mataas na amp at iba't ibang mga CT sensor / enerhiya monitor module)
• lumikha ng mga bersyon para sa 2 at 3 phase
• isama ang module ng monitor ng enerhiya (tulad ng Peacefair PZEM-004T Energy monitor)
• lumipat sa ESP32 para sa mas mataas na lakas at kahusayan sa init
• isama sa cloud ng AWS IOT at gumamit ng mga sertipiko ng kliyente para sa pinakamahusay na pag-set up ng seguridad (ngayon lang ang gumagamit / password ng MQTT ang ginagamit)
• pamahalaan ang mga kredensyal at MQTT na kredensyal mula sa web app (kasalukuyang manu-manong na-configure ito sa pamamagitan ng back-end)
• magdagdag ng maliit na LCD panel upang ipakita ang impormasyon nang direkta sa Nabito control box
• magdagdag ng numpad upang magbigay ng pakikipag-ugnay ng pindutan sa kahon (posibilidad ng pin para sa mas mataas na seguridad)
• isama ang karagdagang termometro upang subaybayan ang nakapaligid na temperatura ng kahon

Kung gusto mo ang proyektong ito o may anumang mga katanungan / komento mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa akin sa [email protected]

Ipinamamahagi ng mga system ang website: www.sysdist.com

Maaari mong sundin ako sa: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Magandang araw at masaya sa paggawa! - Stefan