Monitorització de panells solars mitjançant fotó de partícules: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

L’objectiu del projecte és millorar l’eficiència de les plaques solars. El projecte està dissenyat per supervisar la generació d'energia solar fotovoltaica per millorar el rendiment, la supervisió i el manteniment de la planta solar.

En aquest projecte, el fotó de les partícules s’interface amb el pin de sortida de tensió del panell solar, el sensor de temperatura LM-35 i el sensor LDR per controlar la potència de sortida, la temperatura i la intensitat de la llum incident respectivament. També es connecta una pantalla LCD de caràcters al fotó de partícules per mostrar en temps real els paràmetres mesurats. El fotó no només mostra els paràmetres mesurats a la pantalla LCD, sinó que també envia els valors mesurats al servidor del núvol perquè visualitzi les dades en temps real.

Pas 1: component necessari

• Fotó de partícules de 20 dòlars
• LCD de 16 x 2 $ 3
• Placa solar de 4 dòlars
• Sensor de temperatura LM-35 $ 2
• 1 LDR
• Taula de pa 4 $
• Els cables de pont 3 $

El cost global del maquinari ronda els 40 dòlars.

Pas 2: maquinari

1. Fotó de partícules

Photon és un popular tauler IoT disponible a la plataforma Particle. La placa conté un microcontrolador STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 i té 1 MB de memòria flash, 128 Kb de RAM i 18 pins de sortida d’ús general (GPIO) de senyal mixt amb perifèrics avançats. El mòdul disposa de xip Wi-Fi Cypress BCM43362 integrat per a connectivitat Wi-Fi i IEEE 802.11b / g / n de banda única de 2,4 GHz per Bluetooth. La placa ve equipada amb 2 SPI, un I2S, un I2C, un CAN i una interfície USB.

Cal tenir en compte que 3V3 és una sortida filtrada que s’utilitza per als sensors analògics. Aquest pin és la sortida del regulador integrat i està connectat internament al VDD del mòdul Wi-Fi. En alimentar el fotó mitjançant VIN o el port USB, aquest pin generarà un voltatge de 3,3 V CC. Aquest pin també es pot utilitzar per alimentar el fotó directament (entrada màxima 3,3 V CC). Quan s’utilitza com a sortida, la càrrega màxima de 3V3 és de 100 mA. Els senyals PWM tenen una resolució de 8 bits i funcionen amb una freqüència de 500 Hz.

2. LCD de caràcters de 16X2

La pantalla LCD 16X2 s’utilitza per mostrar els valors dels paràmetres mesurats. Es connecta al fotó de partícules connectant els seus pins de dades D4 a D7 als pins D0 a D3 del tauler de partícules. Els pins E i RS de la pantalla LCD estan connectats als pins D5 i D6 del tauler de partícules respectivament. El pin R / W de la pantalla LCD està connectat a terra.

3. Sensor LDR (fotoresistència)

LDR o resistència dependent de la llum també es coneix com a foto-resistència, fotocèl·lula, fotoconductor, és un tipus de resistència la resistència de la qual depèn de la quantitat de llum que cau a la seva superfície. Quan la llum cau sobre la resistència, la resistència canvia. Aquestes resistències s'utilitzen sovint en molts circuits on és necessari detectar la presència de llum. Aquests resistors tenen una varietat de funcions i resistència. Per exemple, quan el LDR es troba a la foscor, es pot utilitzar per encendre una llum o apagar una llum quan està a la llum. Una resistència típica dependent de la llum té una resistència a la foscor d’1MOhm i a la brillantor una resistència d’un parell de KOhm.

Principi de funcionament de LDR

Aquesta resistència funciona segons el principi de conductivitat fotogràfica. No és res, quan la llum cau sobre la seva superfície, la conductivitat del material es redueix i els electrons de la banda de valència del dispositiu s’exciten fins a la banda de conducció. Aquests fotons de la llum incident han de tenir una energia superior a l’espai de banda del material semiconductor, cosa que fa que els electrons saltin de la banda de valència a la conducció. Aquests dispositius depenen de la llum, quan la llum cau sobre el LDR, la resistència disminueix. i quan augmenta a la foscor. Quan es manté un LDR al lloc fosc, la seva resistència és elevada i, quan es manté el LDR a la llum, la seva resistència disminuirà. El sensor LDR s’utilitza per mesurar la intensitat de la llum incident. La intensitat de la llum s’expressa en lux. El sensor està connectat al pin A2 del fotó de partícules. El sensor està connectat en un circuit divisor de potencial. El LDR proporciona un voltatge analògic que es converteix en lectura digital mitjançant l'ADC integrat.

4. Sensor de temperatura LM-35

LM35 és un sensor de temperatura IC de precisió amb una sortida proporcional a la temperatura (en oC). El rang de temperatura de funcionament és de -55 ° C a 150 ° C. El voltatge de sortida varia en 10 mV en resposta a cada pujada o baixada de temperatura oC, és a dir, el seu factor d’escala és de 0,01 V / oC. El sensor té tres pins: VCC, Analogout i Ground. El pin Aout del LM35 està connectat al pin d'entrada analògic A0 del fotó de partícules. El VCC i la terra estan connectats a VCC i a terra comuns.

Característiques

Calibrat directament en graus centígrads (centígrads)

Lineal a 10,0 mV / ° factor d'escala

• Garantia de precisió de 0,5 ° C (a 25 ° C)
• Classificat per a un rang complet de -55 ° C a 150 ° C
• Funciona de 4 a 30 volts
• Drenatge de corrent inferior a 60 mA
• Autoescalfament baix, 0,08 ° C insufla aire
• No linealitat típica de 0,25 ° C
• Sortida de baixa impedància, 0,1Ω per a una càrrega d'1 mA

5. Panell solar

Els panells solars són dispositius que converteixen la llum en electricitat. Van rebre el nom de panells "solars" de la paraula "Sol" que feien servir els astrònoms per referir-se al sol i a la llum solar. També s’anomenen plaques fotovoltaiques on Fotovoltaic significa “llum-electricitat”. El fenomen de convertir l’energia solar en energia elèctrica s’anomena efecte fotovoltaic. Aquest efecte genera el voltatge i el corrent a la sortida de l’exposició a l’energia solar. En el projecte s’utilitza una placa solar de 3 volts. Un panell solar consta de diversos díodes fotovoltaics o de cèl·lules solars. Aquestes cèl·lules solars són díodes d’unió P-N i poden generar un senyal elèctric en presència de llum solar. En exposar-se a la llum solar, aquest panell solar genera una sortida de voltatge continu de 3,3 V als seus terminals. Aquest tauler pot tenir una potència de sortida màxima de 0,72 watts i una potència de sortida mínima de 0,6 watts. El seu corrent de càrrega màxim és de 220 mA i el de mínim és de 200 mA. El panell té dos terminals: VCC i Ground. La sortida de tensió s’extreu del pin VCC. El pin de sortida de tensió està connectat al pin d'entrada analògic A1 del fotó de partícules per mesurar la potència de sortida del panell solar.

Pas 3: programari

Particle web IDE

Per escriure el codi del programa per a qualsevol Photon, el desenvolupador ha de crear un compte al lloc web de Particle i registrar el tauler Photon amb el seu compte d’usuari. El codi del programa es pot escriure a Web IDE al lloc web del Particle i transferir-lo a un fotó registrat per Internet. Si el tauler de partícules seleccionat, Photon aquí, està encès i connectat al servei en núvol de la partícula, el codi es crema a la placa seleccionada per via aèria mitjançant connexió a Internet i el tauler comença a funcionar segons el codi transferit. Per controlar el tauler a través d'Internet, es dissenya una pàgina web que utilitza Ajax i Jquery per enviar dades al tauler mitjançant el mètode HTTP POST. La pàgina web identifica el tauler mitjançant un identificador de dispositiu i es connecta al servei al núvol de Particle mitjançant un testimoni d’accés.

Com connectar el fotó amb Internet

1. Enceneu el dispositiu

• Connecteu el cable USB a la font d'alimentació.
• Tan bon punt estigui endollat, el LED RGB del dispositiu hauria de començar a parpellejar en blau. Si el dispositiu no parpelleja en blau, manteniu premut el botó SETUP. Si el dispositiu no parpelleja en absolut o si el LED està cremant de color taronja, és possible que no rebi prou energia. Proveu de canviar la font d'alimentació o el cable USB.

2. Connecteu el fotó a Internet Hi ha dues maneres d'utilitzar l'aplicació web o l'aplicació mòbil

a. Utilització d'aplicacions web

• Pas 1 Aneu a setup.particle.io
• Pas 2 Feu clic a configurar un fotó
• Pas 3 Després de fer clic a SEGÜENT, se us presentarà un fitxer (photonsetup.html)
• Pas 4 Obriu el fitxer.
• Pas 5 Després d'obrir el fitxer, connecteu l'ordinador al Photon mitjançant la connexió a la xarxa anomenada PHOTON.
• Pas 6 Configureu les vostres credencials de Wi-Fi. Nota: si heu escrit malament les vostres credencials, el fotó parpellejarà de color blau fosc o verd. Heu de tornar a passar el procés (actualitzant la pàgina o fent clic a la part del procés de reintent)
• Pas 7 Canvieu el nom del dispositiu. També veureu una confirmació si el dispositiu ha estat reclamat o no.

b. Utilització de telèfons intel·ligents

• Obriu l'aplicació al telèfon. Inicieu la sessió o registreu-vos per obtenir un compte amb Particle si no en teniu cap.
• Després d'iniciar la sessió, premeu la icona més i seleccioneu el dispositiu que voleu afegir. A continuació, seguiu les instruccions que apareixen a la pantalla per connectar el dispositiu a la Wi-Fi.

Si és la primera vegada que es connecta el vostre fotó, parpellejarà de color porpra durant uns minuts mentre es baixin les actualitzacions. Les actualitzacions poden trigar entre 6 i 12 minuts en funció de la vostra connexió a Internet, amb el reinici del fotó algunes vegades en el procés. No reinicieu ni desconnecteu el fotó durant aquest temps. Si ho feu, és possible que hàgiu de seguir aquesta guia per solucionar el dispositiu.

Un cop hàgiu connectat el dispositiu, ha après aquesta xarxa. El dispositiu pot emmagatzemar fins a cinc xarxes. Per afegir una xarxa nova després de la configuració inicial, tornareu a posar el dispositiu en mode d'escolta i procedir tal com s'ha indicat anteriorment. Si creieu que el dispositiu té massa xarxes, podeu esborrar la memòria del dispositiu de les xarxes Wi-Fi que hagi après. Podeu fer-ho mantenint premut el botó d'instal·lació durant 10 segons fins que el LED RGB parpellegi ràpidament de color blau, indicant que s'han eliminat tots els perfils.

Modes

• Cian, el vostre fotó està connectat a Internet.
• Magenta, actualment està carregant una aplicació o actualitzant el seu firmware. Aquest estat es desencadena mitjançant una actualització de microprogramari o mitjançant un codi intermitent de l'IDE web o de l'ID d'escriptori. És possible que vegeu aquest mode quan connecteu el fotó al núvol per primera vegada.
• Verd, està intentant connectar-se a Internet.
• Blanc, el mòdul Wi-Fi està desactivat.

Web IDEParticle Build és un entorn de desenvolupament integrat, o IDE, que significa que podeu desenvolupar programari en una aplicació fàcil d’utilitzar, que s’executa al navegador web.

1. Per obrir la compilació, inicieu sessió al vostre compte de partícules i, a continuació, feu clic a la compilació tal com es mostra a la imatge.
2. Quan hàgiu fet clic, veureu una consola així.
3. Per crear una nova aplicació de creació, feu clic a Crea una nova aplicació.
4. Per incloure la biblioteca al programa, aneu a la secció de biblioteques, cerqueu liquidcrystal i, a continuació, seleccioneu una aplicació en què vulgueu afegir la biblioteca. En el meu cas es tracta de monitorització solar.
5. Per verificar el programa. Feu clic a Verifica.
6. Per carregar el codi, feu clic a flash, però abans de fer-ho seleccioneu un dispositiu. Si teniu més d'un dispositiu, heu d'assegurar-vos que heu seleccionat a quin dels vostres dispositius voleu fer servir el codi flash. Feu clic a la icona "Dispositius" a la part inferior esquerra del tauler de navegació i, quan passeu el cursor per sobre del nom del dispositiu, apareixerà l'estrella a l'esquerra. Feu-hi clic per configurar el dispositiu que voleu actualitzar (no serà visible si només teniu un dispositiu). Un cop hàgiu seleccionat un dispositiu, l'estrella associada es tornarà groga. (Si només teniu un dispositiu, no cal seleccionar-lo, podeu continuar.

Pas 4: Com funciona el circuit

Al circuit, s’utilitzen 6 pins GPIO del mòdul per connectar el LCD de caràcters i s’utilitzen tres pins d’entrada analògica per connectar el sensor de temperatura LM-35, el panell solar i el sensor LDR.

Un cop muntat el circuit, ja es pot desplegar junt amb el panell solar. Mentre que el panell solar continua generant electricitat, el dispositiu està connectat al dispositiu. El dispositiu s’alimenta de la xarxa elèctrica que gestiona també l’altre equipament de millora del rendiment. Un cop el dispositiu està engegat, apareixen alguns missatges inicials a la pantalla LCD que indiquen la intenció de l'aplicació. La potència de sortida del panell, la temperatura i la intensitat de la llum incident es mesuren mitjançant el pin de sortida de tensió del panell solar, el sensor de temperatura LM-35 i el sensor LDR, respectivament. El pin de sortida de tensió del panell solar, el sensor de temperatura LM-35 i el sensor LDR estan connectats als pins d'entrada analògics A1, A0 i A2 del fotó de partícules.

Els paràmetres respectius es mesuren detectant la tensió analògica als respectius pins. El voltatge analògic detectat als respectius pins es converteix en valors digitals mitjançant canals ADC integrats. El Particle Photon té canals ADC de 12 bits. Per tant, els valors digitalitzats poden oscil·lar entre 0 i 4095. Aquí, se suposa que el sensor LDR d'interfície de xarxa resistiva amb el pin del controlador està calibrat per indicar la intensitat de la llum per proporcionalitat directa.

El LM-35 IC no requereix cap calibració externa ni retallada per proporcionar precisions típiques de ± 0,25 ° C a temperatura ambient i ± 0,75 ° C en un rang de temperatura d'entre -55 ° C i 150 ° C. En condicions normals, la temperatura mesurada pel sensor no superarà ni retrocedirà el rang operatiu del sensor. Mitjançant la retallada i el calibratge a nivell d’hòstia, es garanteix l’ús del sensor a un cost més baix. A causa de la baixa impedància de sortida, la sortida lineal i el calibratge inherent precís del LM-35, la interfície del sensor amb un circuit de control és fàcil. Com que el dispositiu LM-35 treu només 60 uA del subministrament, té un autoescalfament molt baix de menys de 0,1 ° C en aire quiet. Normalment, en el rang de temperatura de -55 ° C a 150 ° C, la tensió de sortida del sensor augmenta 10 mV per grau Celsius. La tensió de sortida del sensor ve donada per les fórmules següents

Vout = 10 mV / ° C * T

on, Vout = Voltatge de sortida del sensor

T = Temperatura en graus Celsius Així doncs, T (en ° C) = Vout / 10 mV

T (en ° C) = Vout (en V) * 100

Si es suposa que VDD és de 3,3 V, la lectura analògica es relaciona amb la tensió detectada en un rang de 12 bits per la següent fórmula

Vout = (3.3 / 4095) * Lectura analògica

Per tant, la temperatura en graus centígrads es pot donar mitjançant les fórmules següents

T (en ° C) = Vout (en V) * 100

T (en ° C) = (3,3 / 4095) * Lectura analògica * 100

Per tant, la temperatura es pot mesurar directament detectant la tensió analògica que surt del sensor. La funció analogRead () s’utilitza per llegir la tensió analògica al pin del controlador. La tensió de sortida del panell solar hauria de ser típicament de 3 V, que pot ser detectada directament pel fotó de partícules. El fotó de partícules pot detectar directament un voltatge de fins a 3,3 V. Per a la digitalització del voltatge analògic detectat, es fa de nou referència interna al VDD. La lectura de tensió digitalitzada s’escala en un interval de 12 bits, és a dir, de 0 a 4095. Per tant

Vout = (3.3 / 4095) * Lectura analògica

Les dades del sensor de lectura es mostren primer a la pantalla LCD i després es passen al núvol de partícules mitjançant connexió Wi-Fi. L’usuari ha d’iniciar sessió al compte registrat del Particle per veure els valors del sensor llegit. La plataforma permet connectar-se a un tauler des del compte registrat. L'usuari pot controlar les dades del sensor rebut en temps real i també pot registrar dades.

Pas 5: connexions i diagrama de circuits

Fotó ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Activa

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Fotó ==> LM-35

A0 ==> Fora

Fotó ==> LDR

A2 ==> Vcc

Fotó ==> Placa solar

A1 ==> Vcc

Pas 6: resultat