Nabito [Açık Soket V2]: EV Şarjı için Akıllı Sayaç: 10 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bu, Nabito [açık soket] için ikinci yapım kılavuzudur, ilk sürüm şu adreste bulunabilir: Nabito [açık soket] v1

Bu projeyi oluşturma nedenlerini bu blog yazısında sıralıyorum: EV'ler apartman sakinleri için anlamsız

Nedir?

Nabito - açık soket, elektrik ölçümü, açma/kapama yüksek amper anahtarlama, NFC sensörü, kullanıcı yetkilendirme, faturalandırma özellikleri ve kullanıcı yönetimi özelliklerine sahip bir IoT akıllı sayaçtır.

Proje iki bölümden oluşmaktadır: 1. kontrol kutusu (IoT cihazı) 2. web uygulaması ön ucu/arka ucu, her ikisi de tamamen açık kaynaklıdır.

1. Kontrol kutusu, çevrimiçi olması kolay parçalardan oluşur ve elektrikli araçların yavaş şarj edilmesi için halka açık ve özel otoparklar için akıllı ve yine de ucuz bir elektrik prizi çözümü olacak şekilde tasarlanmıştır. Raspberry Pi Zero W ve Arduino Nano üzerinde çalışır.

2. Web uygulaması Ruby on Rails üzerinde çalışır ve Github'da açık kaynak olarak mevcuttur: https://github.com/sysdist/nabito-server Kutu ile web uygulaması arasındaki bağlantı MQTT protokolü aracılığıyla yapılır.

Projenin amacı, herkesin benimseyebileceği, uygulayabileceği veya genişletebileceği açık kaynaklı bir şarj ağı geliştirmektir.

Kontrol kutusu, çevrimiçi olması kolay parçalardan oluşur ve elektrikli araçların yavaş şarj edilmesi için halka açık ve özel otoparklar için akıllı ve yine de ucuz bir elektrik prizi çözümü olarak tasarlanmıştır.

Raspberry Pi Zero W tek kartlı bilgisayarda (SCB) çalışır. Kontrol kutusunun toplam maliyeti yaklaşık 60€'dur.

Nabito - açık priz şu anda sıradan prizlerde şarj etmek için tasarlanmıştır, Avrupa kıtasında 230V ve 10 -13A, yani cca'dır. 2.9kW sürekli. Ancak konsept, herhangi bir priz, Euro, ABD veya İngiltere veya herhangi bir diğer, projenin gelecekteki sürümleri için geçerlidir, ayrıca 2 ve 3 fazlı kurulumları da kapsayacaktır.

Özellikler:

• Tek Faz Gerilim: 230 V
• ACMaks. akım: 13 A
• Güç: 2,9 kW
• Boyut: 240x200x90mm
• Arayüz: RJ45 LAN bağlantısı veya WIFI
• IP uyumluluğu: IP55

Aşağıdaki yapım kılavuzu tam değil, bazı kablo şemaları, bazı montaj adımları vb. eksik), onu mümkün olan en kısa sürede oraya çıkarmak istedim, yavaş yavaş geliştirmeye çalışacağım, bu yüzden lütfen, bu yapım kılavuzu olmazsa bilmeniz gereken her şeyi ele alın veya herhangi bir sorunuz varsa bana bir e-posta gönderin. Anlayışınız için teşekkürler.

Adım 1: Ne Yapar?

Proje, bir IoT nesnesi olan fiziksel kontrol kutusu (istemci tarafı) ve onu kontrol eden bir Web uygulaması (sunucu tarafı) olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır. Birleşik işlevler:

1. Açma/Kapama Anahtarlama Şebeke rölesi ve kontaktör ile kullanıcı etkileşimine göre çıkış prizini açıp kapatabilir.

2. Enerji ölçümü

Kontrol kutusu AC akımını ölçer ve güç kullanımını kaydeder. Standart ölçüm fonksiyonu. Enerji ölçümü kullanıcı başına yapılır. Şu anda sadece AC akım izleme var, bu noktada gerilim izleme yok.

3. Kullanıcı kimlik doğrulaması

Soket/leri kullanacak kullanıcılar için kullanıcı hesapları oluşturmanız gerekir. Kullanıcı, QR kodunu okuyarak veya bir NFC etiketi kullanarak yetki verir. Web kullanıcı arayüzü, kullanıcıların kaydolmasına, oturum açmasına ve kontrol kutusunu kullanmasına veya NFC etiketi kutuyu doğrudan açmasına/kapamasına olanak tanır. Yönetici, kullanıcıları onaylayabilir, onaylamayabilir.

4. Faturalandırma

Yöneticinin priz yapılandırmasına göre ve enerji kullanımlarına göre bireysel kullanıcılar için 1 kWh fatura başına fiyat oluşturulur. Yönetici rahatlığı için daha sonra aylık faturalar oluşturulacaktır.

2. Adım: Donanım ve Yazılım Yığınları

Donanım yığını:

• Raspberry Pi Zero, 1 adet, €11.32,
• soğutucu, 1 adet, € 1,2,
• NFC sensörü, 1 adet, €3.93
• micro SD kart 16GB, 1 adet, €9,4,
• Arduino Nano, 1 adet, €1.74,
• CT sensörü - YHDC 30A SCT013, 1 adet, €4,28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invaziv-AC-New-Sensor-Split-Core- Akım Trafosu-Yeni/32768354127.html
• cep telefonu şarj cihazı, 1 adet, 5 €, fiyat yaklaşıktır, telefonla birlikte gelen eski şarj cihazlarımdan birini kullandım
• Ev tipi AC kontaktörü 25A NO, 1 adet, €4,79,
• Şebeke rölesi, 1 adet, €0,84,
• plastik buat (S-box), 1 adet, €5,
• Alçak gerilimler için Dupont bağlantı kabloları, 1 adet, € 2,29,
• IP54 230V Euro soket, 1 adet, 2 € yerel bir hırdavatçıdan satın alındı
• küçük parçalar: 3,5 mm dişi jak, 10uF kapasitör, 2x 10kOhm direnç, LED diyotlar, kablolar, 1 adet, 3 €, yerel bir elektronik mağazasından satın alındı
• Wago 2 iletkenli terminal bloğu, 3 adet, 2 €, yerel bir elektronik mağazasından satın alındı
• Wago 5 iletkenli terminal bloğu, 2 adet, 2 €, yerel bir elektronik mağazasından satın alındı
• USB mini-mikro kablo (Arduino->RPi), 1 adet, 1,8 €, yerel bir bilgisayar mağazasından satın alındı

Toplam HW maliyeti: 60,59 € (70,40 $)

Yazılım yığını:

• Kontrol Kutusu yığını:

  • Raspbian Linux (Ubuntu tabanlı), açık kaynak, 0 $ (Linus Torvalds'ın tüm ihtişamı + Linux çekirdeği üzerinde çalışan 20k kişi + Raspberry Pi ve Raspbian Linux görüntüsünün arkasındaki nazik insanlar)
  • Node-RED, açık kaynak, 0 $ (Node-RED'in geliştirilmesinin ardındaki IBM'den nazik insanlar)

• Web uygulaması yığını:

  • Nabito-sunucu uygulaması:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), açık kaynak, 0 $
  • Postgres DB, açık kaynak, 0 $
  • Git, açık kaynak (Linus'a daha fazla şan), 0 $
  • MQTT protokolü

Toplam SW yığın maliyeti: 0 € (*THUMBS_UP*)

Adım 3: Kontrol Kutusu: Yazılım Kurulumu

1. Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ üzerinde RASPBIAN STRETCH LITE'ı (masaüstü sürümüne ihtiyacımız yok) kurun
2. Raspbian'ı yerel ev Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/ kullanacak şekilde yapılandırın
3. Node-RED'i Raspbian'a kurunhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Nabito Node-RED akışını kopyalayın ve dağıtınhttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Varsayılan Node-RED settings.js'yi düzenleyin ve bunu GlobalContext işlevine ekleyin: röle: "KAPALI",

   box_status: "ÇEVRİMDIŞI"

6. Node-RED MQTT aracılarınızı tercih ettiğiniz Nabito-sunucu kurulumuna (veya https://nabito.org'a) göre yapılandırın
7. Node-RED'i yeniden başlatın
8. Node-RED'de MQTT bağlantısını kontrol edin

Arduino parçası:

1. Bu çizimi indirin, derleyin ve Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git'e yükleyin.
2. Tamamlandı!;-)

Adım 4: Kablolama: Şebeke Kabloları

AC şebeke kabloları aşağıdakilere güç sağlar:

• AC kontaktör
• Şebeke rölesi
• Raspberry Pi ve Arduino'ya güç veren mobil şarj cihazı

AC kontaktörden gelen çıkış, çıkış prizine gider. Koruyucu topraklama, kaynak şebeke hattından çıkış prizine bağlanır.

Raspberry Pi, şebeke rölesini kontrol eder ve röle sırayla kontaktörü açar/kapatır.

Adım 5: Kablolama: Arduino, CT Sensörü, NFC Sensörü

Arduino'yu CT sensörüyle aşağıdaki kılavuza göre bağlayın:

learn.openenergymonitor.org/elektrik-mo…

Şunlara ihtiyacınız var:

• Arduino (ADC'si olduğu sürece herhangi bir Arduino: Uno, Nano, Mega, hangisini isterseniz kullanabilirsiniz)
• 10uF kapasitör2x 10kOhm dirençler
• 3.5mm dişi jak soketi
• CT sensörü 30A/1V
• PN532 sensörü (RFID/NFC)
• küçük PCB
• bağlantılar için küçük teller

Arduino Nano'yu, kondansatörü, dirençleri ve dişi jakı openenergymonitor.org sitesinden yukarıdaki kılavuza göre PCB'ye lehimledim.

NFC sensörü SPI aracılığıyla Arduino Nano'ya bağlanır (Arduino Nano üzerindeki pinler: 10, 11, 12 ve 13).

Arduino, mikro USB üzerinden Raspberry Pi'ye bağlanır.

Adım 6: Kablolama: Raspberry Pi

Arduino'yu USB portu üzerinden Raspberry Pi'ye bağlayın, bu şekilde Arduino için bir seri port ve bir güç kaynağı görevi görür, /dev/ttyUSB0 ile eşleşmelidir.

Şebeke rölesi 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO) pinleri ile bağlanır.

Ön panel LED'leri 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO) pinleri aracılığıyla bağlanır

7. Adım: Her Şeyi Birlikte Kablolama

1. Şebeke rölesinden çıkan şebeke hattındaki CT sensörünü kelepçeleyin
2. Raspberry Pi için güç kaynağını bağlayın
3. Bağlantı kutusu kapağını vidalayın
4. Ve kablolamayı/montajı bitirdiniz!

8. Adım: Web Uygulaması Kurulumu

Web uygulamasını çalıştırmak için bir linux sunucusuna ihtiyacınız var. Şunlardan birini yapabilirsiniz:

• sunucuyu PC'nizde/dizüstü bilgisayarınızda veya yerel Linux sunucunuzda yerel olarak çalıştırın ve kontrol kutusunu[lar] yerel kurulumunuza yönlendirin
• kendi etki alanınızı oluşturun ve web uygulamasını bir web sitesi olarak çalıştırın
• kontrol kutularınızı yönetmek için https://Nabito.org'u (ücretsizdir) kullanın

Nabito-sunucu uygulaması Ruby on Rails üzerinde çalışır ve açık kaynaktır:https://github.com/sysdist/nabito-server

Web uygulaması kurulumu ve kurulumu için projenin Github'daki README.md dosyasına bakın.

9. Adım: Çalıştırma ve Test Etme

Yerel kurulum için:

1. Nabito-sunucu uygulamasını yerel PC/dizüstü bilgisayarınıza kurun
2. PC'nizde mosquitto MQTT aracısını (veya tercih ettiğiniz herhangi bir başka MQTT aracısını) yapılandırın
3. Nabito kontrol kutusunu yerel WiFi'nize bağlayın
4. SSH'yi kutuya koyun ve PC'nizin MQTT aracısını kullanmaya yönlendirin
5. Rails nabito-sunucu uygulamasını başlatın
6. çıkış prizine küçük bir elektrik yükü (örneğin bir masa lambası) bağlayın
7. gerçek ve toplam enerji tüketimini kontrol etmek için soket kimliği 1'i başlatmak/durdurmak için web uygulamasını kullanın
8. soketi değiştirmek için bir NFC etiketi (varsa) kullanın
9. son soket kullanımı için faturayı kontrol edin
10. Başarılı bir testten sonra kendi EV şarj ağınızı oluşturmaya başlayın
11. Kâr;-)

Adım 10: Sonuç, Sorunlar ve Ürün Yol Haritası

Nabito kontrol kutusunun bu versiyonunda, kontrol kutusunu ve web uygulamasını birbirinden ayırabildim. fiziksel şey.

Kutunun fiyatı son versiyona göre biraz arttı (önceki v1: 50 €, şimdi v2: 60 €), çünkü güvenlik amacıyla daha yüksek amperlere hizmet etmek için bir kontaktör ekledim ve ayrıca RPI, OrangePi panolarından biraz daha pahalı.

MQTT, veri kaydı ve kutunun kontrolü için ana protokol olarak kullanılır.

Nabito'nun son sürümünden bu yana, sorunların çoğunu çözebildim (Wifi, kontaktör, işlemci aşırı ısınması, entegre priz vb.). Ancak mevcut sorunların ve fırsatların listesi daha da büyüyor:

Sorunlar:

• Raspberry Pi Zero W, Wifi ve Bluetooth ve 2 GPIO pini ile çok güzel bir anakart ama yine de işlemci boştayken 34C'ye kadar ısınıyor, bu da sıcak iklimlerde ve doğrudan güneş ışığı alan yaz aylarında sorun yaratabiliyor.
• Linux'u kontrol kutusunda çalıştırmak, prototip oluşturmak için iyidir, ancak bu ürünün üretim modeli muhtemelen TLS/SSL'ye sahip daha yalın bir kartta çalışmalıdır (chip ESP32 çok umut verici görünüyor)

Fırsatlar:

• daha yüksek akımlar için sürümler oluşturun (işlev aynıdır, ancak daha yüksek amper ve farklı CT sensörleri/enerji izleme modülleri olan kontaktörler kullanın)
• 2 ve 3 aşama için sürümler oluşturun
• enerji izleme modülünü entegre edin (Peacefair PZEM-004T Enerji monitörü gibi)
• artırılmış güç ve ısı verimliliği için ESP32'ye geçiş yapın
• AWS IOT bulutuna entegre edin ve en iyi güvenlik kurulumu için istemci sertifikalarını kullanın (şu anda yalnızca MQTT kullanıcısı/parolası kullanılmaktadır)
• web uygulamasından sertifikaları ve MQTT kimlik bilgilerini yönetin (şu anda bu, arka uç aracılığıyla manuel olarak yapılandırılır)
• bilgileri doğrudan Nabito kontrol kutusu üzerinde sunmak için küçük LCD panel ekleyin
• kutuyla düğme etkileşimi sağlamak için sayısal tuş takımı ekleyin (artırılmış güvenlik için pin olasılığı)
• kutunun ortam sıcaklığını izlemek için ek termometre içerir

Bu projeyi beğendiyseniz veya herhangi bir sorunuz/yorumunuz varsa, lütfen [email protected] adresinden benimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

Sistemler dağıtılmış web sitesi: www.sysdist.com

Beni şu adresten takip edebilirsiniz: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

İyi günler ve iyi eğlenceler!--Stefan