Parçacık Fotonu Kullanarak Güneş Paneli İzleme: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Projenin amacı, güneş panellerinin verimliliğini artırmaktır. Proje, güneş enerjisi santralinin performansını, izlenmesini ve bakımını geliştirmek için güneş fotovoltaik enerji üretimini denetlemek üzere tasarlanmıştır.

Bu projede, parçacık fotonu, sırasıyla güç çıkışını, sıcaklığı ve gelen ışık yoğunluğunu izlemek için güneş panelinin voltaj çıkış pimi, LM-35 sıcaklık sensörü ve LDR sensörü ile arayüzlenmiştir. Ölçülen parametrelerin gerçek zamanlı olarak görüntülenmesi için parçacık fotonuna bir karakter LCD'si de arayüzlenmiştir. Photon, ölçülen parametreleri yalnızca LCD ekranda görüntülemekle kalmaz, aynı zamanda gerçek zamanlı verileri görüntülemek için ölçülen değerleri bulut sunucusuna gönderir.

Adım 1: Bileşen Gerekli

• Parçacık Fotonu $ 20
• 16x2 LCD $3
• Güneş plakası 4 $
• LM-35 sıcaklık sensörü $2
• LDR $1
• ekmek tahtası 4 $
• Atlama telleri 3 $

Donanımın toplam maliyeti yaklaşık 40 dolar.

2. Adım: Donanım

1. Parçacık Fotonu

Photon, Particle platformunda bulunan popüler bir IoT panosudur. Kart, STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrodenetleyiciye sahiptir ve 1 MB flash belleğe, 128 Kb RAM'e ve gelişmiş çevre birimlerine sahip 18 karışık sinyal genel amaçlı giriş çıkış (GPIO) pinine sahiptir. Modül, Wi-Fi bağlantısı için yerleşik Cypress BCM43362 Wi-Fi yongasına ve Bluetooth için Tek bant 2.4GHz IEEE 802.11b/g/n'ye sahiptir. Kart 2 SPI, bir I2S, bir I2C, bir CAN ve bir USB arayüzü ile donatılmıştır.

3V3'ün analog sensörler için kullanılan filtrelenmiş bir çıkış olduğuna dikkat edilmelidir. Bu pin, yerleşik regülatörün çıkışıdır ve dahili olarak Wi-Fi modülünün VDD'sine bağlıdır. Photon'a VIN veya USB bağlantı noktası üzerinden güç verirken, bu pin 3.3VDC'lik bir voltaj verecektir. Bu pin, Foton'a doğrudan güç sağlamak için de kullanılabilir (maksimum giriş 3.3VDC). Çıkış olarak kullanıldığında 3V3'teki maksimum yük 100mA'dır. PWM sinyalleri 8 bit çözünürlüğe sahiptir ve 500 Hz frekansta çalışır.

2. 16X2 Karakter LCD

16X2 LCD ekran, ölçülen parametrelerin değerlerini görüntülemek için kullanılır. D4 ila D7 veri pinlerini Sunta levhasının D0 ila D3 pinlerine bağlayarak Parçacık Fotonuna bağlanır. LCD'nin E ve RS pinleri, sırasıyla Suntanın D5 ve D6 pinlerine bağlanır. LCD'nin R/W pini topraklanmıştır.

3. LDR sensörü (Fotodirenç)

LDR veya ışığa bağımlı direnç, foto direnç, fotosel, fotoiletken olarak da bilinir. Direnci, yüzeyine düşen ışık miktarına bağlı olarak değişen tek tip bir dirençtir. Direnç üzerine ışık düştüğünde direnç değişir. Bu dirençler genellikle ışığın varlığını algılamanın gerekli olduğu birçok devrede kullanılır. Bu dirençlerin çeşitli işlevleri ve dirençleri vardır. Örneğin, LDR karanlıktayken, bir ışığı AÇMAK veya ışıktayken bir ışığı KAPATMAK için kullanılabilir. Tipik bir ışığa bağımlı direnç, karanlıkta 1MOhm'lik bir dirence ve parlaklıkta birkaç KOhm'luk bir dirence sahiptir.

LDR'nin Çalışma Prensibi

Bu direnç foto iletkenlik prensibine göre çalışır. Işık yüzeyine düştüğünde malzemenin iletkenliği azalır ve cihazın değerlik bandındaki elektronlar da iletkenlik bandına uyarılır. Gelen ışıktaki bu fotonlar, yarı iletken malzemenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip olmalıdır. Bu, elektronların değerlik bandından iletime geçmesini sağlar. Bu cihazlar ışığa bağlıdır, ışık LDR'ye düştüğünde direnç azalır, ve karanlıkta artar. Bir LDR karanlıkta tutulduğunda direnci yüksektir ve LDR aydınlıkta tutulduğunda direnci azalır. LDR sensörü, gelen ışık yoğunluğunu ölçmek için kullanılır. Işık yoğunluğu Lux olarak ifade edilir. Sensör, Particle Photon'un A2 pinine bağlanır. Sensör bir potansiyel bölücü devresine bağlanmıştır. LDR, yerleşik ADC tarafından dijital okumaya dönüştürülen bir analog voltaj sağlar.

4. LM-35 Sıcaklık sensörü

LM35, çıkışı sıcaklıkla (oC cinsinden) orantılı olan hassas bir IC sıcaklık sensörüdür. Çalışma sıcaklığı aralığı -55 °C ila 150 °C arasındadır. Çıkış voltajı, ortam sıcaklığındaki her oC'lik artışa/düşmeye tepki olarak 10mV kadar değişir, yani ölçek faktörü 0,01V/oC'dir. Sensörün üç pimi vardır - VCC, Analogout ve Ground. LM35'in Aout pimi, parçacık fotonunun Analog giriş pimi A0'a bağlanır. VCC ve toprak, ortak VCC ve Toprağa bağlanır.

Özellikleri

Doğrudan Santigrat Derece (Santigrat) olarak kalibre edilmiştir

10.0 mV/°C ölçek faktöründe doğrusal

• 0,5°C doğruluk garanti edilebilir (25°C'de)
• Tam -55 °C ila 150 °C aralığı için derecelendirilmiştir
• 4 ila 30 volt arasında çalışır
• 60 mA'dan az akım tahliyesi
• Düşük kendi kendine ısınma, 0,08°C aşındırma havası
• Doğrusal olmayan yalnızca 0,25 °C tipik
• Düşük empedans çıkışı, 1 mA yük için 0.1Ω

5. Güneş Paneli

Güneş panelleri, ışığı elektriğe dönüştüren cihazlardır. "Güneş" panelleri adını, gökbilimciler tarafından güneşe ve güneş ışığına atıfta bulunmak için kullanılan "Sol" kelimesinden aldılar. Bunlara ayrıca fotovoltaik paneller denir, burada Fotovoltaik "ışık-elektrik" anlamına gelir. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi olayına fotovoltaik etki denir. Bu etki, güneş enerjisinin maruz kaldığı çıkışta voltaj ve akımı üretir. Projede 3 Volt Güneş paneli kullanılmaktadır. Bir güneş paneli, birkaç güneş pili veya fotovoltaik diyottan oluşur. Bu güneş pilleri P-N bağlantı diyotudur ve güneş ışığının varlığında bir elektrik sinyali üretebilirler. Güneş ışığına maruz kaldığında, bu güneş paneli terminallerinde 3,3 V'luk bir DC voltaj çıkışı üretir. Bu panel maksimum 0,72 Watt çıkış gücüne ve 0,6 Watt minimum çıkış gücüne sahip olabilir. Maksimum şarj akımı 220 mA ve minimum şarj akımı 200 mA'dır. Panelin iki terminali vardır - VCC ve Toprak. Voltaj çıkışı VCC pininden çekilir. Voltaj çıkış pimi, güneş panelinden çıkış gücünün ölçümü için Parçacık Fotonun'un analog giriş pimi A1'e bağlanır.

3. Adım: Yazılım

Parçacık web IDE'si

Herhangi bir Photon için program kodunu yazmak için geliştiricinin Particle web sitesinde bir hesap oluşturması ve Photon panosunu kendi kullanıcı hesabıyla kaydetmesi gerekir. Program kodu daha sonra Parçacığın web sitesinde Web IDE'ye yazılabilir ve internet üzerinden kayıtlı bir fotona aktarılabilir. Seçilen Yonga levha, buradaki Foton açılır ve Parçacığın bulut hizmetine bağlanırsa, kod seçilen karta internet bağlantısı üzerinden havadan yakılır ve kart, aktarılan koda göre çalışmaya başlar. Kartı internet üzerinden kontrol etmek için, HTTP POST yöntemini kullanarak karta veri göndermek için Ajax ve Jquery kullanan bir web sayfası tasarlanmıştır. Web sayfası, kartı bir aygıt kimliğiyle tanımlar ve bir erişim belirteci aracılığıyla Parçacığın Bulut Hizmetine bağlanır.

Foton internete nasıl bağlanır

1. Cihazınıza güç verin

• USB kablosunu güç kaynağınıza takın.
• Fişe takılır takılmaz cihazınızdaki RGB led mavi renkte yanıp sönmeye başlamalıdır. Cihazınız mavi renkte yanıp sönmüyorsa KURULUM tuşuna basılı tutunuz. Cihazınız hiç yanıp sönmüyorsa veya led yanıyorsa sönüktür. turuncu renk, yeterli güç almıyor olabilir. Güç kaynağınızı veya USB kablonuzu değiştirmeyi deneyin.

2. Photon'unuzu İnternete Bağlayın Web uygulamasını veya mobil uygulamayı kullanmanın iki yolu vardır.

a. Web uygulamasını kullanma

• Adım 1 setup.particle.io'ya gidin
• Adım 2 Bir Foton kurulumuna tıklayın
• Adım 3 İLERİ'ye tıkladıktan sonra, size bir dosya sunulmalıdır (photonsetup.html)
• Adım 4 Dosyayı açın.
• Adım 5 Dosyayı açtıktan sonra PHOTON adlı ağa bağlanarak PC'nizi Photon'a bağlayın.
• Adım 6 Wi-Fi kimlik bilgilerinizi yapılandırın. Not: Kimlik bilgilerinizi yanlış yazdıysanız, Foton koyu mavi veya yeşil renkte yanıp sönecektir. İşlemi tekrar gözden geçirmelisiniz (sayfayı yenileyerek veya yeniden deneme işlemi kısmına tıklayarak)
• Adım 7 Cihazınızı yeniden adlandırın. Ayrıca cihazın talep edilip edilmediğine dair bir onay göreceksiniz.

B. Akıllı telefon kullanma

• Telefonunuzda uygulamayı açın. Particle hesabınız yoksa giriş yapın veya bir hesap açın.
• Giriş yaptıktan sonra artı simgesine basın ve eklemek istediğiniz cihazı seçin. Ardından cihazınızı Wi-Fi'ye bağlamak için ekrandaki talimatları izleyin.

Photon'unuz ilk kez bağlanıyorsa, güncellemeleri indirirken birkaç dakika mor renkte yanıp sönecektir. Foton işlem sırasında birkaç kez yeniden başlatıldığında, internet bağlantınıza bağlı olarak güncellemelerin tamamlanması 6-12 dakika sürebilir. Bu süre zarfında Photon'unuzu yeniden başlatmayın veya fişini çekmeyin. Bunu yaparsanız, cihazınızı düzeltmek için bu kılavuzu izlemeniz gerekebilir.

Cihazınızı bağladığınızda, o ağı öğrenmiştir. Cihazınız en fazla beş ağ depolayabilir. İlk kurulumunuzdan sonra yeni bir ağ eklemek için cihazınızı tekrar Dinleme Moduna alır ve yukarıdaki gibi ilerlersiniz. Cihazınızın üzerinde çok fazla ağ olduğunu düşünüyorsanız, cihazınızın öğrendiği Wi-Fi ağlarının hafızasını silebilirsiniz. Tüm profillerin silindiğini belirten RGB LED hızla mavi yanıp sönene kadar kurulum düğmesini 10 saniye basılı tutmaya devam ederek bunu yapabilirsiniz.

Modlar

• Camgöbeği, Photon'un internete bağlı.
• Macenta, şu anda bir uygulama yüklüyor veya ürün yazılımını güncelliyor. Bu durum, bir üretici yazılımı güncellemesi veya Web IDE veya Masaüstü IDE'den gelen kodun yanıp sönmesiyle tetiklenir. Photon'unuzu buluta ilk kez bağladığınızda bu modu görebilirsiniz.
• Yeşil, internete bağlanmaya çalışıyor.
• Beyaz, Wi-Fi modülü kapalı.

Web IDEParticle Build, bir Entegre Geliştirme Ortamı veya IDE'dir; bu, yazılım geliştirmeyi, web tarayıcınızda çalışan, kullanımı kolay bir uygulamada yapabileceğiniz anlamına gelir.

1. Yapıyı açmak için parçacık hesabınıza giriş yapın ve ardından resimde gösterildiği gibi yapı üzerine tıklayın.
2. Bir kez tıkladığınızda, böyle bir konsol göreceksiniz.
3. Yeni bir uygulama oluşturmak için yeni uygulama oluştur'a tıklayın.
4. Programa kitaplığı dahil etmek için kitaplıklar bölümüne gidin, Liquidcrystal'i arayın. Ardından kitaplık eklemek istediğiniz uygulamayı seçin. Benim durumumda güneş paneli izleme.
5. Programı doğrulamak için. Doğrula'ya tıklayın.
6. Kodu yüklemek için flash'a tıklayın, ancak bunu yapmadan önce bir cihaz seçin. Birden fazla cihazınız varsa, hangi cihazlarınıza flash kodu yazacağınızı seçtiğinizden emin olmalısınız. Gezinme bölmesinin sol alt tarafındaki "Cihazlar" simgesine tıklayın, ardından cihaz adının üzerine geldiğinizde sol tarafta yıldız görünecektir. Güncellemek istediğiniz cihazı ayarlamak için üzerine tıklayın (sadece bir cihazınız varsa görünmez). Bir cihaz seçtiğinizde, onunla ilişkili yıldız sarıya dönecektir. (Sadece bir cihazınız varsa onu seçmenize gerek yoktur, devam edebilirsiniz.

Adım 4: Devre Nasıl Çalışır?

Devrede, modülün 6 GPIO pini karakter LCD'yi arayüzlemek için, üç analog giriş pini ise LM-35 sıcaklık sensörü, Solar Panel ve LDR sensörü arayüzü için kullanılmaktadır.

Devre monte edildikten sonra güneş paneli ile birlikte devreye alınmaya hazırdır. Güneş paneli elektrik üretmeye devam ederken, cihaza bağlı. Cihaz, diğer performans geliştirme ekipmanlarını da yöneten ana güç kaynağından güç alır. Cihaz açıldığında, LCD ekranında uygulamanın amacını belirten bazı başlangıç mesajları yanıp söner. Panelin güç çıkışı, sıcaklık ve gelen ışık şiddeti sırasıyla güneş panelinin Voltaj Çıkış pimi, LM-35 sıcaklık sensörü ve LDR sensörü ile ölçülür. Güneş panelinin Voltaj Çıkış pini, LM-35 sıcaklık sensörü ve LDR sensörü Particle Photon'un A1, A0 ve A2 analog giriş pinlerine bağlanır.

İlgili parametreler, ilgili pinlerdeki analog voltajın algılanmasıyla ölçülür. İlgili pinlerde algılanan analog voltaj, yerleşik ADC kanalları kullanılarak dijital değerlere dönüştürülür. Parçacık Fotonunun 12 bit ADC kanalları vardır. Böylece sayısallaştırılmış değerler 0 ila 4095 arasında değişebilir. Burada, kontrol pimi ile dirençli ağ arayüzlü LDR sensörünün, ışık yoğunluğunu doğrudan orantılılık ile gösterecek şekilde kalibre edildiği varsayılır.

LM-35 IC, oda sıcaklığında ±0,25 °C ve −55 °C ila 150 °C arası sıcaklık aralığında ±0,75 °C tipik doğruluk sağlamak için herhangi bir harici kalibrasyon veya düzeltme gerektirmez. Normal koşullar altında, sensör tarafından ölçülen sıcaklık, sensörün çalışma aralığını aşmaz veya geri çekmez. Gofret seviyesinde kırpma ve kalibrasyon ile sensörün daha düşük maliyetle kullanılması sağlanır. LM-35'in düşük çıkış empedansı, lineer çıkış ve hassas doğal kalibrasyonu sayesinde, sensörün bir kontrol devresine arayüzlenmesi kolaydır. LM-35 cihazı beslemeden sadece 60 uA çektiği için durgun havada 0,1 °C'nin altında çok düşük kendi kendine ısınmaya sahiptir. Tipik olarak −55 °C ile 150 °C arasındaki sıcaklık aralığında, sensörün voltaj çıkışı her bir santigrat derece için 10 mV artar. Sensörün voltaj çıkışı aşağıdaki formüllerle verilmektedir.

Çıkış = 10 mV/°C*T

burada, Vout = Sensörün voltaj çıkışı

T = Santigrat derece cinsinden sıcaklık Yani, T (°C olarak) = Vout/10 mV

T (°C olarak) = Vout(V olarak)*100

VDD'nin 3,3 V olduğu varsayılırsa, analog okuma, aşağıdaki formülle 12 bitlik aralığın üzerindeki algılanan voltajla ilgilidir.

Vout = (3.3/4095)*Analog-Okuma

Bu nedenle, derece Celsius cinsinden sıcaklık aşağıdaki formüllerle verilebilir.

T (°C olarak) = Vout(V olarak)*100

T (°C olarak) = (3.3/4095)*Analog Okuma *100

Böylece sıcaklık, sensörden gelen analog voltaj çıkışı algılanarak doğrudan ölçülebilir. analogRead() işlevi, denetleyici pinindeki analog voltajı okumak için kullanılır. Güneş panelinin voltaj çıkışı tipik olarak Parçacık Fotonu tarafından doğrudan algılanabilen 3 V olmalıdır. Parçacık fotonu, 3,3 V'a kadar voltajı doğrudan algılayabilir. Algılanan analog voltajın sayısallaştırılması için, yine dahili olarak VDD'ye başvurulur. Sayısallaştırılmış voltaj okuması, 12 bitlik aralık üzerinden, yani 0 ila 4095 arasında ölçeklendirilir.

Vout = (3.3/4095)*Analog-Okuma

Okunan sensör verileri önce LCD ekranda görüntülenir ve ardından Wi-Fi bağlantısı aracılığıyla Parçacık Bulutuna iletilir. Okunan sensör değerlerini görüntülemek için kullanıcının Parçacık'ın kayıtlı hesabına giriş yapması gerekir. Platform, kayıtlı hesaptan bir panoya bağlanmaya izin verir. Kullanıcı, alınan sensör verilerini gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve ayrıca verileri kaydedebilir.

Adım 5: Bağlantılar ve Devre Şeması

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Etkinleştir

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Dışarı

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Güneş levhası

A1 ==> Vcc

6. Adım: Sonuç