IoT էներգիայի մոդուլ. IoT էներգիայի չափման հնարավորության ավելացում իմ արևային լիցքի վերահսկիչին. 19 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:47

Բարև բոլորին, հուսով եմ բոլորդ հիանալի եք: Այս ուսանելիում ես ձեզ ցույց կտամ, թե ինչպես եմ պատրաստել IoT հզորության չափման մոդուլ, որը հաշվարկում է իմ արևային վահանակների կողմից արտադրվող էներգիայի քանակը, որն օգտագործվում է իմ արևային լիցքի վերահսկիչի կողմից ՝ իմ կապարաթթվի մարտկոցը լիցքավորելու համար: Այս մոդուլը անցնում է արևային վահանակների և լիցքավորման վերահսկիչի միջև և տալիս է ձեր հեռախոսի բոլոր անհրաժեշտ պարամետրերի մանրամասները ինտերնետի միջոցով: IoT հարթակի համար ես օգտագործել եմ Blynk- ը, որը շատ հեշտ է օգտագործել և կարող է հեշտությամբ հարմարեցվել ըստ ձեր նախագծի: Գործող լիցքավորման վերահսկիչի սահմանափակումն այն էր, որ այն ինձ միայն լիցքավորման լարում էր տալիս, և, հետևաբար, էներգիայի չափը հնարավոր չէր որոշել: Այս նախագծում ես ավելացրել եմ լարման և հոսանքի չափման գործառույթները էներգիայի մոդուլին, որոնք կարող են օգտագործվել էներգիան (վտ) հաշվարկելու և, հետևաբար, հավաքված ընդհանուր էներգիան: Կարելի է հեշտությամբ օգտագործել այս էներգիայի մոդուլը DC հոսանքի չափման այլ ծրագրերում: Սա բավականին երկար ուսանելի կլինի, այնպես որ եկեք սկսենք:

Պարագաներ

1. Arduino Pro Mini / Nano կամ համարժեք
2. LM2596 Buck փոխարկիչ մոդուլ
3. 7805 լարման կարգավորիչ
4. AMS1117 3.3V կարգավորիչ
5. ESP8266-01 WiFi մոդուլ
6. OLED էկրան
7. LM358 երկակի OP-Amp
8. 100K, 10K, 2.2k և 1K դիմադրողներ (1/4 վտ)
9. 0.1uF կերամիկական սկավառակի կոնդենսատորներ
10. 22uF էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր
11. Պտուտակային տերմինալներ
12. Արական և իգական բերգի ժապավեն
13. ON-OFF անջատիչ
14. Perf տախտակ կամ veroboard
15. Eringոդման սարքավորումներ

Քայլ 1. Բոլոր մասերի հավաքում և դասավորության ավարտում

Երբ մենք հավաքենք բոլոր անհրաժեշտ բաղադրիչները, կարևոր է, որ մենք ուշադիր որոշենք մեր տախտակի դասավորությունը և տարբեր բաղադրիչների տեղադրումը, որպեսզի էլեկտրագծերը պարզ դառնան, և բոլոր բաղադրիչները տեղադրվեն միմյանց մոտ: Arduino- ի, buck փոխարկիչի, WiFi մոդուլի և Oled Display- ի կցման համար ես մոդուլները ուղղակիորեն զոդելու փոխարեն կօգտագործեմ կին վերնագրեր: այն դարձնել մշտական:

Քայլ 2. Պտուտակային տերմինալների ավելացում

Նախևառաջ մենք կպցնում ենք պտուտակային տերմինալները, որոնք կօգտագործվեն արևային վահանակները որպես մուտք և լիցքի վերահսկիչը որպես ելք էներգիայի մոդուլին միացնելու համար: Պտուտակային տերմինալները ապահովում են անհրաժեշտության դեպքում սարքերը միացնելու կամ հեռացնելու հեշտ միջոց:

Քայլ 3. Ավելացնել դիմադրության լարման բաժանարար ցանց

Մուտքային լարումը զգալու համար օգտագործվում է լարման բաժանարար ցանց: Իմ դիմումի համար ես պատրաստել եմ ռեզիստորների ցանց ՝ օգտագործելով 10K և 1K դիմադրիչներ, և ես չափում եմ 1K ռեզիստորի լարման անկումը, որը մուտքագրվելու է Arduino միկրոկառավարիչին: Բացի այդ, ես ավելացրել եմ 0.1uF կոնդենսատոր 1K ռեզիստորի վրա `հարթելու հանկարծակի լարման տատանումները:

Քայլ 4: Ավելացնել Shunt Resistor- ը ընթացիկ զգայարանների համար

Շանթային դիմադրությունը շատ փոքր արժեքի դիմադրություն է (սովորաբար `միլիոօմերի կարգով)` բեռով, որը ստեղծում է շատ փոքր լարման անկում, որը կարող է ուժեղացվել Օպերացիոն ուժեղացուցիչի միջոցով, իսկ ելքը կարող է տրվել arduino- ին `չափման համար: Ընթացիկը չափելու համար ես օգտագործում եմ շունտի դիմադրություն (մոտ 10 միլիոհմ արժեք: Ես դա արել եմ պողպատե մետաղալարով և այն ճկելով մի տեսակ կծիկ պատրաստելու համար) միացման ցածր մասում, այսինքն., բեռի և հողի միջև: Այս կերպ լարման փոքր անկումը կարող է ուղղակիորեն չափվել գետնի նկատմամբ:

Քայլ 5 ՝ OpAmp ուժեղացուցիչի միացում ավելացնելը

Այստեղ օգտագործվող գործառնական ուժեղացուցիչը LM358 է, որը երկակի Op-Amp չիպ է: Մենք կօգտագործենք միայն մեկ Op-Amp ՝ որպես ոչ շրջադարձային ուժեղացուցիչ: Ոչ շրջվող ուժեղացուցիչի շահույթը կարող է սահմանվել `օգտագործելով դիմադրողական R1 և R2 ցանցերը, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Իմ դիմումի համար ես ընտրել եմ R1- ը որպես 100K, իսկ R2- ը `2.2K, ինչը ինձ տալիս է մոտավոր 46 շահույթ: Ռեզիստորը և OpAmp- ը կատարյալ չեն, ուստի լավ ընթերցումներ ստանալու համար պետք է որոշ ճշգրտումներ կատարվեն arduino ծրագրում (մենք կքննարկենք դա հետագա քայլերում):

Ես նաև նախագիծ եմ պատրաստել, թե ինչպես կարելի է wattmeter- ը պատրաստել arduino- ի համար: Այստեղ ես ավելի մանրամասն քննարկել եմ ավելի շատ հասկացություններ: Նախագիծը կարող եք ստուգել այստեղ ՝

Քայլ 6: Էներգամատակարարում

Arduino, OpAmp, OLED և WiFi մոդուլներին էներգիա մատակարարելու համար ես օգտագործում եմ LM2596 buck փոխարկիչ մոդուլ `մուտքային լարումը իջեցնելու համար մինչև 7 վոլտ: Այնուհետև օգտագործելով 7805 լարման կարգավորիչ, ես 7 վոլտը փոխարկում եմ 5 վոլտի Arduino- ի և OLED- ի համար և օգտագործում եմ AMS1117 կարգավորիչ ՝ առաջացնելով WiFi մոդուլի համար անհրաժեշտ 3.3 Վ լարման: Ինչու՞ եք այդքան շատ էներգիայի մատակարարման համար: Պատճառն այն է, որ դուք չեք կարող ուղղակիորեն միացնել արևային վահանակը 5 վոլտ կարգավորիչին և ակնկալել, որ այն արդյունավետ կաշխատի (քանի որ դա գծային կարգավորիչ է): Բացի այդ, արևային վահանակի անվանական լարումը կազմում է մոտ 18-20 վոլտ, ինչը կարող է չափազանց բարձր լինել գծային կարգավորիչի համար և կարող է տապակել ձեր էլեկտրոնիկան: Այսպիսով, ավելի լավ է տեղում ունենալ արդյունավետ փոխարկիչ

Քայլ 7: Ամրագրել Buck փոխարկիչը և կարգավորիչը

Սկզբում ես նշեցի այն դիրքերը, որտեղ տեղավորվելու էին կողպեքի փոխարկիչի քորոցները: Այնուհետև ես կանացի վերնագրեր կպցրեցի այդ կետերին, իսկ արական վերնագրերը `բակ փոխարկիչին (որպեսզի անհրաժեշտության դեպքում հեշտությամբ հեռացնեմ մոդուլը): 5V կարգավորիչը անցնում է buck փոխարկիչի մոդուլից անմիջապես ներքև և միացված է նրա փոխարկիչի ելքին ՝ կառավարման տախտակի համար սահուն 5V տալու համար:

Քայլ 8: Անջատիչի ավելացում

Ես ավելացում եմ ավելացրել փոխարկիչի և արևային վահանակի մուտքերի միջև, եթե ուզում եմ միացնել կամ անջատել էներգիայի մոդուլը: Անջատված լինելու դեպքում էներգիան դեռ կփոխանցվի բեռին (իմ դեպքում լիցքավորման վերահսկիչը), միայն չափման և IoT գործառույթները չեն աշխատի: Վերևի պատկերը նաև ցույց է տալիս մինչ այժմ զոդման գործընթացը:

Քայլ 9. Arduino- ի վերնագրերի ավելացում և 3.3v կարգավորիչի շտկում

Այժմ ես կտրել եմ վերնագրերը ըստ Arduino pro mini- ի չափի և զոդել այն: Ես միացրեցի AMS1117 կարգավորիչը անմիջապես Arduino էլեկտրամատակարարման Vcc- ի և Gnd- ի միջև (Arduino- ն ստանում է 5V 7805 կարգավորիչից, որն իր հերթին մատակարարում է AMS1117- ը WiFi մոդուլի համար անհրաժեշտ 3.3 վ -ի համար): Ես ռազմավարականորեն տեղադրել եմ բաղադրիչները այնպես, որ ստիպված էի օգտագործել նվազագույն լարեր, և մասերը կարող են միացվել զոդման հետքերի միջոցով:

Քայլ 10: WiFi մոդուլի համար վերնագրերի ավելացում

Ես միացրեցի կանացի վերնագրերը WiFi մոդուլի համար, անմիջապես Arduino pro mini- ի կողքին:

Քայլ 11. WiFi բաղադրիչի մոդուլի բաղադրիչների ավելացում

ESP8266 մոդուլը գործում է 3.3 վոլտ և ոչ 5 վոլտ (5 վոլտ կիրառելով, ես նկատեցի, որ մոդուլը շատ, շատ տաքանում է և, ամենայն հավանականությամբ, վնասվում է չափազանց երկար օգտագործման դեպքում): Arduino- ն և WiFi մոդուլը շփվում են սերիական հաղորդակցության միջոցով, որն օգտագործում է մոդուլի Tx և Rx կապերը: Մենք կարող ենք կարգավորել arduino- ի ցանկացած 2 թվային կապում, որպեսզի հանդես գան որպես սերիական կապեր `օգտագործելով arduino IDE- ի ծրագրային սերիայի գրադարանը: Մոդուլի Rx քորոցը գնում է Arduino- ի Tx- ին և հակառակը: ESP- ի Rx քորոցն աշխատում է 3.3 Վ տրամաբանության վրա, այնպես որ մենք օգտագործում ենք 2.2K և 1K լարման բաժանարար ցանց ՝ Arduino- ի 5V տրամաբանական մակարդակը իջեցնելու համար մոտավորապես 3.6V (ինչը դեռ ընդունելի է): Մենք կարող ենք ուղղակիորեն միացնել ESP- ի Tx- ը arduino- ի Rx- ին, քանի որ arduino- ն համատեղելի է 3.3v- ի հետ:

Քայլ 12: Ավելացնել OLED էկրան

OLED էկրանը միացնելու համար մեզ պետք է 4 միացում, երկուսը `էլեկտրամատակարարման և 2 -ը` I2C հաղորդակցության արձանագրության համար Arduino- ի հետ, որը Arduino- ի A4 և A5 կապում է: Ես կօգտագործեմ փոքր ցատկող մետաղալար ՝ արական վերնագրի հետ միասին, I2C կապերը միացնելու և հոսանքի միացումներն ուղղակիորեն միացնելու համար

Քայլ 13: Վերջնական տեսք մոդուլային տախտակին

Finallyոդման ամբողջ գործընթացը վերջնականապես ավարտելուց հետո այսպիսի տեսք ունի տախտակը: Այո, ես ստիպված էի օգտագործել որոշ լարեր վերջում, բայց ես բավականին գոհ էի արդյունքից: Հետաքրքիրն այն է, որ տախտակն ամբողջությամբ մոդուլային է, և անհրաժեշտության դեպքում բոլոր հիմնական բաղադրիչները կարող են հեշտությամբ հեռացվել կամ փոխարինվել:

Քայլ 14: Ամեն ինչ միասին դնելը

Այսպես է թվում ամբողջական մոդուլը, երբ ամեն ինչ տեղում է:

Եկեք հիմա հասնենք ծրագրային ապահովման հատվածին…

Քայլ 15. Programրագրավորում FTDI խորհրդի միջոցով

Այս մոդուլը ծրագրավորելու համար ես կօգտագործեմ FTDI ճեղքման տախտակը, որն իդեալական է Arduino Pro Mini ծրագրավորման համար: Դրա քորոցների քարտեզագրումը հիանալի կերպով հավասարեցված է, այնպես որ ստիպված չեք լինի օգտագործել և թռիչքներ կամ այլն:

Քայլ 16: Սխեմատիկ դիագրամ

Սա IoT էներգաչափիչ մոդուլի ամբողջական սխեման է: Ես նախագծել եմ այս սխեման Eagle CAD- ում: Ազատորեն ներբեռնեք և փոփոխեք սխեմատիկ ֆայլերը ՝ ըստ ձեր գաղափարների:)

Քայլ 17: Արդյունքներ:

Ես ավարտեցի կարգավորումը ՝ էներգիայի մոդուլը միացնելով արևային վահանակի և լիցքավորման վերահսկիչի միջև, և այն միացնելուն պես այն միանում է իմ WiFi երթուղիչին, և տվյալները մշտապես հրապարակվում են Blynk հավելվածում իմ խելացի հեռախոսի վրա: Սա տալիս է լիցքավորման պարամետրերի իրական ժամանակի տվյալները ՝ անկախ նրանից, թե որտեղ եմ գտնվում, քանի դեռ ինտերնետ կապ ունեմ: Հիանալի է տեսնել, որ նախագիծը գեղեցիկ է աշխատում:)

Փորձնական նպատակով ես փորձարկեցի կարգավորումը ՝ օգտագործելով իմ 50 Վտ հզորությամբ արևային վահանակը և 12V 18AH կապարաթթվային մարտկոցը:

Քայլ 18: Arduino ծածկագիրը

Ահա Arduino- ի ամբողջական ծածկագիրը, որը ես օգտագործել եմ իմ նախագծի համար:

Կան մի քանի գրադարաններ, որոնք ձեզ անհրաժեշտ կլինեն, որպեսզի այս նախագիծը ճիշտ աշխատի, դրանք են.

Բլինկի գլխավոր գրադարանը

Adafruit_GFX գրադարան

Adafruit_SSD1306 գրադարան

Հուսով եմ, որ այս նախագիծը օգտակար էր: Մտածեք իմ նախագծերին աջակցելու մասին ՝ այն կիսելով ձեր համայնքի հետ:)

Ազատորեն մեկնաբանեք այս նախագծի վերաբերյալ ձեր ցանկացած կարծիք կամ հարց: Հիանալի օր անցկացրեք:

Այս նախագիծը օգնում է ինձ վերահսկել իմ վահանակներից հավաքվող էներգիայի քանակը: Եկեք մեկ քայլ առաջ գնանք ՝ ավելի շատ դեպի էներգիայի վերականգնվող աղբյուրները ՝ ածխածնի հետքերը նվազեցնելու և կայուն միջավայր ստեղծելու համար:)