Արեգակնային վահանակների մոնիտորինգ մասնիկի ֆոտոնի միջոցով. 7 քայլ

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

Րագրի նպատակն է բարձրացնել արևային վահանակների արդյունավետությունը: Theրագիրը նախատեսված է վերահսկելու արևային ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրությունը `բարձրացնելու արևային կայանի աշխատանքը, մոնիտորինգը և սպասարկումը:

Այս նախագծում մասնիկի ֆոտոնը միացված է արևային վահանակի լարման ելքային քորոցին, LM-35 ջերմաստիճանի տվիչին և LDR սենսորին `համապատասխանաբար էներգիայի, ջերմաստիճանի և միջադեպի լույսի ուժգնությունը վերահսկելու համար: Չափված պարամետրերի իրական ժամանակում ցուցադրման համար ֆոտոնի մասնիկին միացված է նաև նիշ LCD- ը: Photon- ը ոչ միայն ցուցադրում է չափված պարամետրերը LCD էկրանին, այլև չափված արժեքներն ուղարկում է ամպային սերվերին `իրական ժամանակի տվյալները դիտելու համար:

Քայլ 1: Պահանջվում է բաղադրիչ

• Ֆոտոն մասնիկ 20 դոլար
• 16x2 LCD 3 դոլար
• Արևային ափսե 4 դոլար
• LM-35 ջերմաստիճանի տվիչ $ 2
• LDR 1 դոլար
• Հացաթուղթ 4 դոլար
• Թռչկոտող մետաղալարեր ՝ 3 դոլար

Սարքավորման ընդհանուր արժեքը մոտ $ 40 դոլար է:

Քայլ 2: Սարքավորումներ

1. Ֆոտոն մասնիկ

Photon- ը հանրահայտ Io տախտակ է, որը հասանելի է Particle հարթակից: Տախտակի վրա կա STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 միկրոկառավարիչ և ունի 1 ՄԲ ֆլեշ հիշողություն, 128 Կբ օպերատիվ հիշողություն և 18 խառը ազդանշանի ընդհանուր նշանակության ելքային (GPIO) պիններ `առաջադեմ ծայրամասային սարքերով: Մոդուլն ունի ներկառուցված Cypress BCM43362 Wi-Fi չիպ `Wi-Fi կապի համար և Single band 2.4GHz IEEE 802.11b/g/n Bluetooth- ի համար: Սալիկը հագեցած է 2 SPI, մեկ I2S, մեկ I2C, մեկ CAN և մեկ USB ինտերֆեյսով:

Պետք է նշել, որ 3V3- ը ֆիլտրացված ելք է, որն օգտագործվում է անալոգային սենսորների համար: Այս քորոցը ներկառուցված կարգավորիչի ելքն է և ներքին միացված է Wi-Fi մոդուլի VDD- ին: Ֆոտոնը VIN- ի կամ USB պորտի միջոցով սնուցելիս այս կապը կհանգեցնի 3.3VDC լարման: Այս քորոցը կարող է օգտագործվել նաև Photon- ի ուղղակի սնուցման համար (առավելագույն մուտքը 3.3VDC): Երբ օգտագործվում է որպես ելք, 3V3- ի առավելագույն բեռը 100 մԱ է: PWM ազդանշաններն ունեն 8-բիթ թույլատրելիություն և աշխատում են 500 Հց հաճախականությամբ:

2. 16X2 Նիշերի LCD

16X2 LCD էկրանն օգտագործվում է չափված պարամետրերի արժեքները ցուցադրելու համար: Այն միացված է Particle Photon- ին ՝ իր տվյալների D4 և D7 կապերը միացնելով մասնիկների տախտակի D0- ից D3 կապումներին: LCD- ի E և RS կապանքները միացված են համապատասխանաբար D5 և D6 մասնիկների տախտակին: LCD- ի R/W կապը հիմնավորված է:

3. LDR սենսոր (ֆոտոռեզիստոր)

LDR- ը կամ լույսից կախված ռեզիստորը հայտնի է նաև որպես լուսանկարների դիմադրիչ, լուսաբջիջ, լուսահաղորդիչ: Դա դիմադրության մեկ տեսակ է, որի դիմադրությունը տատանվում է ՝ կախված նրա մակերևույթին ընկնող լույսի քանակից: Երբ լույսը ընկնում է ռեզիստորի վրա, ապա դիմադրությունը փոխվում է: Այս դիմադրիչները հաճախ օգտագործվում են բազմաթիվ սխեմաներում, որտեղ պահանջվում է զգալ լույսի առկայությունը: Այս ռեզիստորներն ունեն տարբեր գործառույթներ և դիմադրություն: Օրինակ, երբ LDR- ը մթության մեջ է, այն կարող է օգտագործվել լույսը միացնելու կամ լույսը անջատելու համար, երբ այն գտնվում է լույսի ներքո: Տիպիկ լույսից կախված ռեզիստորն ունի դիմադրություն 1 ՄՕմ մթության մեջ, իսկ պայծառության դեպքում `մի քանի ԿՕմ դիմադրություն:

LDR- ի աշխատանքի սկզբունքը

Այս դիմադրիչը գործում է լուսանկարների հաղորդունակության սկզբունքով: Դա ոչ այլ ինչ է, եթե լույսը ընկնում է իր մակերևույթի վրա, այնուհետև նյութական հաղորդունակությունը նվազում է, ինչպես նաև սարքի վալենտային գոտու էլեկտրոնները գրգռվում են հաղորդունակության տիրույթում: Այս լուսոնները միջադեպի լույսի ներքո պետք է ունենան ավելի մեծ էներգիա, քան կիսահաղորդչային նյութի ժապավենի բացը: Սա ստիպում է էլեկտրոններին վալենտային գոտուց անցնել դեպի հաղորդունակություն: Այս սարքերը կախված են լույսից, երբ լույսը ընկնում է LDR- ի վրա, ապա դիմադրությունը նվազում է, և աճում է մթության մեջ: Երբ LDR- ն պահվում է մութ տեղում, դրա դիմադրությունը բարձր է, և երբ LDR- ը պահվում է լույսի ներքո, նրա դիմադրությունը կնվազի: LDR սենսորը օգտագործվում է պատահական լույսի ուժգնությունը չափելու համար: Լույսի ինտենսիվությունը արտահայտվում է Lux- ով: Սենսորը միացված է Particle Photon- ի A2 կապին: Սենսորը միացված է պոտենցիալ բաժանարար սխեմայի մեջ: LDR- ն ապահովում է անալոգային լարումը, որը ներկառուցված ADC- ի միջոցով վերածվում է թվային ընթերցման:

4. LM-35 peratերմաստիճանի տվիչ

LM35- ը ճշգրիտ IC ջերմաստիճանի տվիչ է, որի ելքը համաչափ է ջերմաստիճանին (oC): Գործող ջերմաստիճանի միջակայքը -55 ° C- ից մինչև 150 ° C է: Ելքային լարումը տատանվում է 10 մՎ -ով ի պատասխան շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր բարձրացման/ անկման, այսինքն ՝ դրա մասշտաբի գործակիցը 0,01 Վ/ oC է: Սենսորն ունի երեք կապում `VCC, Analogout և Ground: LM35- ի Aout կապը միացված է ֆոտոնի մասնիկի անալոգային մուտքի քորոցին: VCC- ն և հիմքը միացված են ընդհանուր VCC- ին և Ground- ին:

Հատկություններ

Չափագրված ուղղակիորեն elsելսիուս աստիճանի (ցենտտիգրադ)

10.0 մՎ/° C սանդղակի գործակից գծային

• 0.5 ° C ճշգրտության հնարավորություն (a25 ° C)
• Գնահատված է լրիվ -55 ° C- ից մինչև 150 ° C միջակայքի համար
• Գործում է 4 -ից 30 վոլտ
• 60 մԱ -ից պակաս ընթացիկ արտահոսք
• Lowածր ինքնակառավարվող ջեռուցում, 0.08 ° C օդի ներշնչում
• Ոչ գծային բնորոշ է միայն 0,25 ° C
• Lowածր դիմադրության ելք, 0.1Ω 1 մԱ բեռի համար

5. Արևային վահանակ

Արևային վահանակներն այն սարքերն են, որոնք լույսը վերածում են էլեկտրականության: Նրանք ստացել են «արևային վահանակներ» անվանումը «Sol» բառից, որն օգտագործվում է աստղագետների կողմից ՝ արևը և արևը լուսաբանելու համար: Դրանք կոչվում են նաև ֆոտովոլտային վահանակներ, որտեղ ֆոտովոլտայիկը նշանակում է «լույս-էլեկտրականություն»: Արևային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու երևույթը կոչվում է ֆոտովոլտային ազդեցություն: Այս ազդեցությունը առաջացնում է արևի էներգիայի ազդեցության վրա ելքի լարում և հոսանք: Նախագծում օգտագործվում է 3 վոլտանոց արևային վահանակ: Արևային վահանակը բաղկացած է մի քանի արևային բջիջներից կամ ֆոտովոլտային դիոդներից: Այս արևային բջիջները P-N միացման դիոդ են և կարող են էլեկտրական ազդանշան առաջացնել արևի լույսի առկայության դեպքում: Արևի լույսի ազդեցության տակ այս արևային վահանակն իր տերմինալներում արտադրում է 3.3 Վ լարման հոսանք: Այս վահանակը կարող է ունենալ առավելագույն ելքային հզորություն 0.72 Վտ և նվազագույն ելքային հզորություն ՝ 0.6 Վտ: Դրա առավելագույն լիցքավորման հոսանքը 220 մԱ է, իսկ նվազագույն լիցքավորման հոսանքը `200 մԱ: Վահանակն ունի երկու տերմինալ `VCC և Ground: Լարման ելքը կազմված է VCC կապից: Լարման ելքային կապը միացված է Particle Photon- ի անալոգային մուտքի քորոցին `արևային վահանակից ելքային հզորությունը չափելու համար:

Քայլ 3: Softwareրագրակազմ

Մասնիկի վեբ IDE

Photրագրի ծածկագիրը ցանկացած Photon- ի համար գրելու համար մշակողը պետք է հաշիվ ստեղծի Particle- ի կայքում և գրանցի Photon- ի տախտակն իր օգտվողի հաշվին: Codeրագրի կոդը այնուհետև կարող է գրվել Web IDE- ի վրա ՝ Մասնիկի կայքում և փոխանցվել գրանցված ֆոտոնին ինտերնետի միջոցով: Եթե ընտրված Մասնիկների տախտակը ՝ այստեղ Photon- ը, միացված է և միացված է Մասնիկի ամպային ծառայությանը, ծածկագիրը օդով այրվում է ընտրված տախտակին ՝ ինտերնետ կապի միջոցով, և տախտակը սկսում է գործել փոխանցված կոդի համաձայն: Ինտերնետի միջոցով տախտակի կառավարման համար նախագծվում է վեբ էջ, որն օգտագործում է Ajax- ը և Jquery- ն ՝ HTTP POST մեթոդով տվյալներ տախտակին ուղարկելու համար: Վեբ էջը նույնականացնում է տախտակը սարքի ID- ով և միանում է Particle's Cloud ծառայությանը մուտքի նշանի միջոցով:

Ինչպես միացնել ֆոտոնը ինտերնետին

1. Միացրեք ձեր սարքը

• Միացրեք USB մալուխը ձեր էներգիայի աղբյուրին:
• Միացված լինելուն պես ձեր սարքի RGB LED- ը պետք է սկսի թարթել կապույտը: Եթե ձեր սարքը կապույտ չի թարթում, պահեք SETUP կոճակը: Եթե ձեր սարքն ընդհանրապես չի թարթում, կամ եթե LED- ը այրվում է ձանձրալի նարնջագույն գույն, այն չի կարող բավարար ուժ ստանալ: Փորձեք փոխել էներգիայի աղբյուրը կամ USB մալուխը:

2. Միացրեք ձեր Photon- ը ինտերնետին: Վեբ ծրագրից կամ բջջային հավելվածից օգտվելու երկու եղանակ կա

ա Օգտագործելով վեբ ծրագիր

• Քայլ 1 Գնացեք setup.particle.io
• Քայլ 2 Կտտացրեք Photon- ի տեղադրման վրա
• Քայլ 3 Հաջորդը սեղմելուց հետո ձեզ պետք է ներկայացվի ֆայլ (photonsetup.html)
• Քայլ 4 Բացեք ֆայլը:
• Քայլ 5 Ֆայլը բացելուց հետո ձեր համակարգիչը միացրեք Photon- ին ՝ միանալով PHOTON անունով ցանցին:
• Քայլ 6 Կարգավորեք ձեր Wi-Fi հավատարմագրերը: Նշում. Եթե սխալ եք մուտքագրել ձեր հավատարմագրերը, Photon- ը կթարթվի մուգ կապույտ կամ կանաչ գույնով: Դուք պետք է նորից անցնեք գործընթացը (էջը թարմացնելով կամ սեղմելով կրկնելու գործընթացի հատվածը)
• Քայլ 7 Վերանվանել ձեր սարքը: Դուք նաև կտեսնեք հաստատում ՝ արդյոք սարքը պահանջվել է, թե ոչ:

բ. Սմարթֆոնի օգտագործումը

• Բացեք ծրագիրը ձեր հեռախոսի վրա: Մուտք գործեք կամ գրանցվեք Particle- ի հետ հաշիվ, եթե այն չունեք:
• Մուտք գործելուց հետո սեղմեք գումարած պատկերակը և ընտրեք այն սարքը, որը ցանկանում եք ավելացնել: Այնուհետև հետևեք էկրանի ցուցումներին ՝ ձեր սարքը Wi-Fi- ին միացնելու համար:

Եթե սա ձեր Ֆոտոնի առաջին անգամն է միանում, թարմացումները ներլցնելիս մի քանի րոպեով այն կթարթվի մանուշակագույնով: Թարմացումների ավարտը կարող է տևել 6-12 րոպե ՝ կախված ձեր ինտերնետային կապից, և Photon- ը մի քանի անգամ կվերագործարկվի այդ ընթացքում: Այս ընթացքում մի վերագործարկեք կամ անջատեք ձեր Photon- ը: Եթե դա անում եք, գուցե անհրաժեշտ լինի հետևել այս ուղեցույցին ՝ ձեր սարքը շտկելու համար:

Ձեր սարքը միացնելուց հետո այն սովորել է այդ ցանցին: Ձեր սարքը կարող է պահել մինչև հինգ ցանց: Նախնական կարգավորումից հետո նոր ցանց ավելացնելու համար ձեր սարքը նորից մտցրեք Լսելու ռեժիմ և շարունակեք վերը նշվածի պես: Եթե կարծում եք, որ ձեր սարքում չափազանց շատ ցանցեր կան, կարող եք ջնջել ձեր սարքի հիշողությունը այն սովորած Wi-Fi ցանցերից: Դուք կարող եք դա անել ՝ շարունակելով կարգաբերման կոճակը պահել 10 վայրկյան, մինչև RGB LED- ն արագ կապույտ թարթվի ՝ ազդանշան տալով, որ բոլոր պրոֆիլները ջնջված են:

Ռեժիմներ

• Cyan, ձեր Photon- ը միացված է ինտերնետին:
• Magenta, այն այժմ բեռնում է ծրագիր կամ թարմացնում է իր որոնվածը: Այս վիճակը գործարկվում է որոնվածի թարմացման կամ Web IDE- ի կամ Desktop IDE- ի կոդի առկայծման միջոցով: Դուք կարող եք տեսնել այս ռեժիմը, երբ ձեր Photon- ն առաջին անգամ միացնում եք ամպին:
• Կանաչ, այն փորձում է միանալ ինտերնետին:
• Սպիտակ, Wi-Fi մոդուլն անջատված է:

Web IDEParticle Build- ը ինտեգրված զարգացման միջավայր է կամ IDE, ինչը նշանակում է, որ դուք կարող եք ծրագրաշարի մշակում կատարել հեշտ օգտագործման ծրագրում, որը հենց այնպես պատահում է, որ գործարկվի ձեր վեբ դիտարկիչում:

1. Կառուցվածքը բացելու համար մուտք գործեք ձեր մասնիկների հաշիվ և այնուհետև կտտացրեք կառուցել, ինչպես ցույց է տրված նկարում:
2. Կտտացնելուց հետո կտեսնեք այսպիսի վահանակ:
3. Նոր ստեղծելու ծրագիր ստեղծելու համար կտտացրեք ստեղծել նոր ծրագիր:
4. Գրադարանը ծրագրում ընդգրկելու համար անցեք գրադարանների բաժին, որոնեք liquidcrystal: Այնուհետև ընտրեք ծրագիր, որում ցանկանում եք գրադարան ավելացնել: Իմ դեպքում դա արևային մոնիտորինգ է:
5. Verրագիրը ստուգելու համար: Կտտացրեք հաստատել:
6. Կոդը վերբեռնելու համար կտտացրեք ֆլեշի վրա, բայց դա անելուց առաջ ընտրեք սարք: Եթե ունեք մեկից ավելի սարքեր, ապա պետք է համոզվեք, որ ընտրել եք, թե ձեր սարքերից ո՞րն է ֆլեշ կոդը: Կտտացրեք «Սարքեր» պատկերակին ՝ նավիգացիայի վահանակի ներքևի ձախ մասում, այնուհետև, երբ սավառնում եք սարքի անվան վրա, աստղը կհայտնվի ձախ կողմում: Կտտացրեք այն ՝ այն սարքը կարգավորելու համար, որը ցանկանում էիք թարմացնել (այն տեսանելի չի լինի, եթե ունեք միայն մեկ սարք): Երբ ընտրեք սարքը, դրա հետ կապված աստղը դեղին կդառնա: (Եթե ունեք միայն մեկ սարք, այն ընտրելու կարիք չկա, կարող եք շարունակել:

Քայլ 4: Ինչպես է աշխատում սխեման

Շղթայում մոդուլի 6 GPIO կապում են օգտագործվում բնույթի LCD- ի ինտերֆեյսի համար և երեք անալոգային մուտքային կապում `LM-35 ջերմաստիճանի տվիչին, Արևային վահանակին և LDR սենսորին:

Երբ շղթան հավաքվում է, այն պատրաստ է տեղակայվել արևային վահանակի հետ միասին: Մինչ արևային վահանակը շարունակում է էլեկտրաէներգիա արտադրել, այն կցված է սարքին: Սարքը սնուցվում է ցանցից, որը կառավարում է նաև կատարողականի բարձրացման այլ սարքավորումները: Երբ սարքը միացված է, նրա LCD էկրանին մի քանի նախնական հաղորդագրություններ են հայտնվում ՝ ցույց տալով հավելվածի նպատակը: Վահանակի հզորությունը, ջերմաստիճանը և միջադեպի լույսի ուժգնությունը չափվում են համապատասխանաբար արևային վահանակի Լարման ելքային քորոցով, համապատասխանաբար LM-35 ջերմաստիճանի սենսորով և LDR սենսորով: Արևային վահանակի Լարման ելքային քորոցը, LM-35 ջերմաստիճանի տվիչը և LDR սենսորը միացված են մասնիկի ֆոտոնի A1, A0 և A2 անալոգային մուտքային կապումներին:

Համապատասխան պարամետրերը չափվում են համապատասխան կապում անալոգային լարումը զգալով: Համապատասխան կապում զգացված անալոգային լարումը փոխակերպվում է թվային արժեքների `օգտագործելով ներկառուցված ADC ալիքները: Particle Photon- ն ունի 12-բիթանոց ADC ալիքներ: Այսպիսով, թվայնացված արժեքները կարող են տատանվել 0 -ից 4095 -ի սահմաններում: Այստեղ ենթադրվում է, որ դիմադրողական ցանցը, որը LDR սենսորին միացնում է վերահսկիչի քորոցը, ճշգրտված է `ուղիղ համաչափությամբ լուսավորության ինտենսիվությունը նշելու համար:

LM-35 IC- ն չի պահանջում որևէ արտաքին ճշգրտում կամ կտրում `typical 0.25 ° C սենյակային ջերմաստիճանում և ± 0.75 ° C բնորոշ ճշգրտություններ` −55 ° C- ից մինչև 150 ° C: Սովորական պայմաններում սենսորի կողմից չափվող ջերմաստիճանը չի գերազանցի կամ չի նահանջի սենսորի գործառնական տիրույթը: Վաֆլի մակարդակով կտրատելով և չափաբերելով `դրանով երաշխավորվում է ցածր գնով տվիչի օգտագործումը: Lowածր ելքային դիմադրողականության, գծային ելքի և LM-35- ի ճշգրիտ բնորոշ ճշգրտման պատճառով սենսորի միացումը կառավարման սխեմայի հետ հեշտ է: Քանի որ LM-35 սարքը մատակարարումից վերցնում է ընդամենը 60 uA, այն ունի շատ ցածր ինքնավար ջեռուցում `0,1 ° C- ից պակաս անշարժ օդում: Սովորաբար −55 ° C- ից մինչև 150 ° C ջերմաստիճանի սահմաններում սենսորի լարման ելքը բարձրանում է 10 մՎ մեկ աստիճանի համար: Սենսորի լարման ելքը տրվում է հետեւյալ բանաձեւերով

Vout = 10 մՎ/° C*T

որտեղ, Vout = Սենսորի լարման ելքը

T = inելսիուսի աստիճանի ջերմաստիճան Այսպիսով, T (° C) = Vout/10 մՎ

T (° C) = Vout (V- ում)*100

Եթե ենթադրվում է, որ VDD- ն 3.3 Վ է, ապա անալոգային ընթերցումը հետևյալ բանաձևով կապված է 12-բիթանոց միջակայքում զգացված լարման հետ:

Vout = (3.3/4095)*Անալոգային ընթերցում

Այսպիսով, ջերմաստիճանը ըստ elsելսիուսի աստիճանի կարելի է տալ հետևյալ բանաձևերով

T (° C) = Vout (V- ում)*100

T (° C) = (3.3/4095) *Անալոգային ընթերցում *100

Այսպիսով, ջերմաստիճանը կարող է ուղղակիորեն չափվել ՝ զգալով սենսորից անալոգային լարման ելքը: AnalogRead () գործառույթը օգտագործվում է անալոգային լարումը վերահսկիչի քորոցում կարդալու համար: Արևային վահանակի լարման ելքը պետք է լինի սովորաբար 3 Վ, որը կարող է անմիջականորեն զգացվել մասնիկի ֆոտոնի միջոցով: Մասնիկների ֆոտոնը կարող է ուղղակիորեն զգալ մինչև 3.3 Վ լարումը: theգացվող անալոգային լարման թվայնացման համար այն կրկին ներքին հղում է կատարում VDD- ին: Թվայնացված լարման ընթերցումը մեծանում է 12-բիթանոց տիրույթում, այսինքն `0-ից մինչև 4095: Այսպիսով

Vout = (3.3/4095)*Անալոգային ընթերցում

Ընթերցված սենսորի տվյալները նախ ցուցադրվում են LCD էկրանին, այնուհետև Wi-Fi կապի միջոցով փոխանցվում են Particle Cloud- ին: Օգտագործողը պետք է մուտք գործի Մասնիկի գրանցված հաշիվ `կարդալու սենսորի արժեքները դիտելու համար: Հարթակը թույլ է տալիս գրանցված հաշվից միանալ տախտակին: Օգտագործողը կարող է իրական ժամանակում վերահսկել ստացված տվիչների տվյալները և կարող է մուտքագրել նաև տվյալները:

Քայլ 5: Միացումներ և սխեմայի դիագրամ

Ֆոտոն ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Միացնել

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Ֆոտոն ==> LM-35

A0 ==> Aout

Ֆոտոն ==> LDR

A2 ==> Vcc

Ֆոտոն ==> Արեգակնային ափսե

A1 ==> Vcc

Քայլ 6: Արդյունք