IoT Güç Modülü: Solar Şarj Kontrol Cihazıma IoT Güç Ölçme Özelliği Ekleme: 19 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Herkese merhaba, umarım hepiniz harikasınızdır! Bu talimatta size, solar şarj kontrol cihazım tarafından kurşun asit pil takımımı şarj etmek için kullanılan güneş panellerimin ürettiği güç miktarını hesaplayan bir IoT Güç Ölçüm modülünü nasıl yaptığımı göstereceğim. Bu modül güneş panelleri ile şarj kontrolörü arasına girer ve size gerekli tüm parametre detaylarını internet üzerinden telefonunuzdan verir. IoT platformu için kullanımı çok kolay olan ve projenize göre kolayca özelleştirilebilen Blynk'i kullandım. Mevcut şarj kontrol cihazının sınırlaması bana sadece şarj voltajını vermesi ve bu nedenle güç miktarının belirlenememesiydi. Bu projede, gücü (watt olarak) ve dolayısıyla hasat edilen toplam enerjiyi hesaplamak için kullanılabilecek voltaj ve akım ölçüm fonksiyonlarını güç modülüne ekledim. Bu güç modülü diğer DC güç ölçüm uygulamalarında kolaylıkla kullanılabilir. Bu oldukça uzun bir talimat olacak, o yüzden başlayalım!

Gereçler

1. Arduino Pro Mini / Nano veya eşdeğeri
2. LM2596 buck dönüştürücü modülü
3. 7805 voltaj regülatörü
4. AMS1117 3.3V regülatör
5. ESP8266-01 WiFi modülü
6. OLED Ekran
7. LM358 çift OP-Amp
8. 100K, 10K, 2.2k ve 1K dirençler (1/4 watt)
9. 0.1uF seramik disk kapasitörler
10. 22uF elektrolitik kapasitör
11. Vidalı Terminaller
12. Erkek ve dişi berg şeridi
13. Açma / kapama düğmesi
14. Mükemmel tahta veya veroboard
15. Lehimleme ekipmanları

Adım 1: Tüm Parçaların Toplanması ve Düzenin Sonlandırılması

Gerekli tüm bileşenleri bir araya getirdikten sonra, kablolamanın basitleşmesi ve tüm bileşenlerin birbirine yakın yerleştirilmesi için panomuzun düzenine ve farklı bileşenlerin yerleştirilmesine dikkatlice karar vermemiz önemlidir. Arduino, buck dönüştürücü, WiFi modülü ve Oled Display'in bağlanması için modülleri doğrudan lehimlemek yerine dişi başlıklar kullanacağım, bu şekilde bileşenleri belki başka bir proje için kullanabilirim, ancak planlıyorsanız doğrudan modülleri lehimleyebilirsiniz. kalıcı kılmak için.

Adım 2: Vidalı Terminalleri Ekleme

Öncelikle güneş panellerini giriş olarak, şarj kontrol cihazını çıkış olarak güç modülüne bağlamak için kullanacağımız vidalı terminalleri lehimliyoruz. Vidalı terminaller, gerektiğinde cihazları takmak veya çıkarmak için kolay bir yol sağlar.

Adım 3: Direnç Voltaj Bölücü Ağının Eklenmesi

Giriş voltajını algılamak için bir voltaj bölücü ağ kullanılır. Uygulamam için 10K ve 1K direnç kullanarak bir direnç ağı oluşturdum ve Arduino mikrodenetleyicisine giriş olarak verilecek 1K direnç üzerindeki voltaj düşüşünü ölçüyorum. Ek olarak, herhangi bir ani voltaj dalgalanmasını yumuşatmak için 1K direnç boyunca 0.1 uF'lik bir kapasitör ekledim.

Adım 4: Akım Algılama için Şönt Direnci Ekleme

Şönt direnci, çok küçük bir voltaj düşüşü yaratan, bir Operasyonel Yükseltici kullanılarak yükseltilebilen ve daha sonra ölçüm için arduino'ya verilebilen çok küçük bir voltaj düşüşü oluşturan yük ile seri olarak çok küçük değerli bir dirençtir (tipik olarak milliOhms sırasına göre). Akımı ölçmek için devrenin alçak tarafında (yaklaşık 10 miliohm değerinde olan bir şönt direnç) kullanıyorum., yük ve zemin arasında. Bu şekilde küçük voltaj düşüşü doğrudan toprağa göre ölçülebilir.

Adım 5: OpAmp Amplifikatör Devresini Ekleme

Burada kullanılan işlemsel yükselteç, çift Op-Amp yongası olan LM358'dir. Ters çevirmeyen bir amplifikatör olarak yalnızca bir Op-Amp kullanacağız. Ters çevirmeyen amplifikatörün kazancı, resimde gösterildiği gibi R1 ve R2 direnç ağları kullanılarak ayarlanabilir. Uygulamam için R1'i 100K ve R2'yi 2.2K olarak seçtim, bu da bana yaklaşık 46 kazanç sağlıyor. Direnç ve OpAmp mükemmel değil, bu yüzden iyi okumalar elde etmek için arduino programında bazı ayarlamalar yapılması gerekiyor (tartışacağız). bu sonraki adımlarda).

Ayrıca arduino için wattmetre nasıl yapılır diye bir proje yaptım burada daha fazla konseptten detaylı olarak bahsettim. Projeyi buradan kontrol edebilirsiniz:

Adım 6: Güç Kaynağı

Arduino, OpAmp, OLED ve WiFi modülüne güç sağlamak için giriş voltajını yaklaşık 7 volta düşürmek için bir LM2596 dönüştürücü modülü kullanıyorum. Daha sonra 7805 voltaj regülatörü kullanarak Arduino ve OLED için 7 voltu 5 volta dönüştürüyorum ve WiFi Modülü için gerekli 3.3V'u üreten bir AMS1117 regülatörü kullanıyorum. İstediğiniz güç kaynağı için neden bu kadar çok? Bunun nedeni, güneş panelini doğrudan 5 voltluk bir regülatöre bağlayamamanız ve verimli çalışmasını bekleyememenizdir (doğrusal bir regülatör olduğu için). Ayrıca bir güneş panelinin nominal voltajı, lineer regülatör için çok yüksek olabilen ve elektroniklerinizi bir anda kızartabilen yaklaşık 18-20 volttur! Bu nedenle, yerinde verimli bir para dönüştürücüye sahip olmak daha iyidir

7. Adım: Buck Dönüştürücüyü ve Düzenleyiciyi Düzeltme

İlk olarak buck çeviricinin pinlerinin gireceği yerleri işaretledim. Daha sonra bu noktalara dişi başlıkları, buck çeviriciye erkek başlıkları lehimledim (gerektiğinde modülü kolayca çıkarabileyim). 5V regülatör, buck dönüştürücü modülünün hemen altına gider ve kontrol panosu için düzgün bir 5V vermek için dönüştürücünün çıkışına bağlanır.

8. Adım: Anahtar Ekleme

Güç modülünü AÇMAK veya KAPATMAK istemem durumunda, dönüştürücü ile güneş paneli girişleri arasına bir anahtar ekledim. Kapatılırsa, güç yine de yüke iletilecektir (benim durumumda şarj kontrolörü), yalnızca ölçüm ve IoT işlevleri çalışmayacaktır. Yukarıdaki resim ayrıca şimdiye kadarki lehimleme sürecini de göstermektedir.

Adım 9: Arduino için Başlıkları Ekleme ve 3.3v Regülatörü Sabitleme

Şimdi dişi başlıkları Arduino pro mini'nin boyutuna göre kesip lehimledim. AMS1117 regülatörünü doğrudan Arduino güç kaynağının Vcc ve Gnd'si arasına lehimledim (Arduino, WiFi modülünün ihtiyaç duyduğu 3.3v için AMS1117'yi sağlayan 7805 regülatörden 5V alır). Bileşenleri, minimum kablo kullanmak zorunda kalacağım ve parçaların lehim izleriyle bağlanabileceği şekilde stratejik olarak yerleştirdim.

Adım 10: WiFi Modülü için Başlıkları Ekleme

WiFi modülünün dişi başlıklarını Arduino pro mini'nin sığacağı yerin hemen yanına lehimledim.

Adım 11: WiFi Modülü Bileşenlerini Ekleme

ESP8266 modülü 5 voltta değil 3,3 voltta çalışıyor (5 volt uygulayarak modülün çok, çok ısındığını ve çok uzun süre kullanılırsa büyük olasılıkla hasar gördüğünü gözlemledim). Arduino ve WiFi modülü, modülün Tx ve Rx pinlerini kullanan seri iletişim yoluyla iletişim kurar. Arduino IDE'nin yazılım seri kitaplığını kullanarak herhangi bir 2 dijital arduino pinini seri pin olarak işlev görecek şekilde yapılandırabiliriz. Modülün Rx pini Arduino'nun Tx'ine gider ve bunun tersi de geçerlidir. ESP'nin Rx pini 3.3V mantığında çalışıyor, bu yüzden Arduino'nun 5V mantık seviyesini yaklaşık 3.6V'a düşürmek için 2.2K ve 1K voltaj bölücü ağı kullanıyoruz (ki bu hala kabul edilebilir). Arduino 3.3v uyumlu olduğu için ESP'nin Tx'ini doğrudan arduino'nun Rx'ine bağlayabiliriz.

Adım 12: OLED Ekranı Ekleme

OLED ekranı bağlamak için, Arduino'nun A4 ve A5 pinleri olan Arduino ile güç kaynağı için iki ve I2C iletişim protokolü için 2 olmak üzere 4 bağlantıya ihtiyacımız var. I2C pinlerini bağlamak ve güç bağlantılarını doğrudan lehimlemek için erkek başlıkla birlikte küçük bir atlama teli kullanacağım

Adım 13: Modüler Panoya Son Bakış

Sonunda tüm lehimleme işlemini tamamladıktan sonra, tahta böyle görünüyor! Evet, sonunda bazı teller kullanmak zorunda kaldım, ancak sonuçtan oldukça memnun kaldım. İlginç olan kısım, kartın tamamen modüler olması ve gerektiğinde tüm ana bileşenlerin kolayca çıkarılıp değiştirilebilmesidir.

Adım 14: Hepsini Bir Araya Getirmek

Her şey yerinde olduğunda tam modül böyle görünüyor!

Gelelim yazılım kısmına…

Adım 15: FTDI Kartı Kullanarak Programlama

Bu modülü programlamak için Arduino Pro Mini'yi programlamak için ideal olan FTDI devre kartını kullanacağım. Pin eşleştirmesi mükemmel bir şekilde hizalanmıştır, böylece atlama telleri kullanmanıza gerek kalmaz.

Adım 16: Şematik Diyagram

Bu, IoT güç ölçer modülünün tam devre şemasıdır. Bu şemayı Eagle CAD'de tasarladım. Fikirlerinize göre şematik dosyaları indirmekten ve değiştirmekten çekinmeyin:)

Adım 17: Sonuçlar

Güç modülünü güneş paneli ile şarj kontrol cihazı arasına bağlayarak kurulumu tamamladım ve gücü açar açmaz WiFi yönlendiricime bağlanıyor ve veriler akıllı telefonumdaki Blynk uygulamasında sürekli olarak yayınlanıyor. Bu, internet bağlantım olduğu sürece, nerede olursam olayım, şarj parametrelerinin gerçek zamanlı verilerini verir! Projenin güzel çalıştığını görmek harika bir duygu:)

Deneysel amaçla, kurulumu 50 Watt güneş panelimi ve 12V 18AH kurşun asit pili kullanarak test ettim.

Adım 18: Arduino Kodu

İşte projem için kullandığım tam Arduino kodu.

Bu projenin düzgün çalışması için ihtiyaç duyacağınız birkaç kitaplık vardır:

Blynk ana kitaplığı

Adafruit_GFX kitaplığı

Adafruit_SSD1306 kitaplığı

Umarım bu proje faydalı olmuştur. Projelerimi topluluğunuzla paylaşarak desteklemeyi düşünün:)

Bu projeyle ilgili herhangi bir geri bildirim veya sorunuzu yorum yapmaktan çekinmeyin. İyi günler !

Bu proje, panellerimden topladığım enerji miktarını izlememe yardımcı oluyor. Karbon ayak izini azaltmak ve sürdürülebilir bir çevre yaratmak için yenilenebilir enerji kaynaklarına daha fazla yönelmek için bir adım öne geçelim:)