Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter per a càrrega EV: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquesta és la segona guia de compilació de Nabito [socket obert], la primera versió es troba a: Nabito [socket obert] v1

Enumero les raons per crear aquest projecte en aquesta entrada del bloc: els vehicles elèctrics no tenen sentit per a les persones en apartaments

Què es?

Nabito: el sòcol obert és un comptador intel·ligent IoT amb mesurament d’electricitat, commutació d’alt amperatge activada / desactivada, sensor NFC, autorització d’usuari, capacitats de facturació i gestió d’usuaris.

El projecte consta de dues parts: 1. quadre de control (dispositiu IoT) 2. Frontend / backend d’aplicacions web, ambdues completament de codi obert.

1. La caixa de control està formada per peces fàcils d’aconseguir en línia i està dissenyada per ser una solució d’endoll elèctric intel·ligent però econòmica per a aparcaments públics i privats per a una càrrega lenta de vehicles elèctrics. Funciona amb Raspberry Pi Zero W i Arduino Nano.

2. L'aplicació web s'executa a Ruby on Rails i està disponible com a codi obert a Github: https://github.com/sysdist/nabito-server La connexió entre el quadre i l'aplicació web es realitza mitjançant el protocol MQTT.

L’objectiu del projecte és desenvolupar una xarxa de recàrrega de codi obert que qualsevol persona pogués adoptar, implementar o ampliar.

La caixa de control es compon de peces fàcils d’aconseguir en línia i està dissenyada per ser una solució de presa elèctrica intel·ligent però econòmica per a aparcaments públics i privats per a la càrrega lenta de vehicles elèctrics.

Funciona amb ordinador de placa única (SCB) Raspberry Pi Zero W. El cost total de la caixa de control ronda els 60 €.

Nabito: l’endoll obert està dissenyat actualment per carregar-se en endolls normals, a l’Europa continental és de 230V i 10 -13A, és a dir, cca. 2,9 kW continu. Però el concepte s'aplica a qualsevol sòcol, Euro, EUA o Regne Unit o qualsevol altra versió futura del projecte que abastarà també instal·lacions de 2 i 3 fases.

Especificacions:

• Tensió monofàsica: 230 V
• ACMax. actual: 13 A
• Potència: 2,9 kW
• Mides: 240x200x90mm
• Interfície: connexió LAN RJ45 o WIFI
• Conformitat IP: IP55

La següent guia de construcció no està completa, falten alguns diagrames de cablejat, alguns passos de muntatge, etc.), volia treure-la el més aviat possible, treballaré per millorar-la gradualment, així que si us plau, si aquesta guia de construcció no ho fa cobreix tot el que necessites saber o si tens cap pregunta, envia’m un correu electrònic. Gràcies per entendre.

Pas 1: què fa?

El projecte consta de dues parts, la caixa de control físic que és cosa d’IoT (costat del client) i hi ha una aplicació web que el controla (costat del servidor).

1. Connexió d'encesa / apagat Amb un relé de xarxa i un contactor, pot activar / desactivar la presa de corrent en funció de la interacció de l'usuari.

2. Mesurament d’energia

La caixa de control mesura el corrent altern i registra l’ús d’energia. Funció de mesura estàndard. La mesura d'energia es fa per usuari. Actualment, només hi ha control de corrent altern, no hi ha control de tensió en aquest moment.

3. Autenticació d'usuari

Heu de crear comptes d'usuari per als usuaris que faran servir els connectors. L’usuari autoritza llegint el codi QR o utilitzant una etiqueta NFC. La interfície d'usuari web permet als usuaris registrar-se, iniciar sessió i utilitzar el quadre de control o l'etiqueta NFC activa o desactiva el quadre directament. L'administrador pot aprovar i rebutjar els usuaris.

4. Facturació

Segons la configuració del sòcol de l'administrador i el preu per factures d'1 kWh es creen per a usuaris individuals en funció del seu consum d'energia. Les factures mensuals es crearan més endavant per comoditat de l'administrador.

Pas 2: piles HW i SW

Pila HW:

• Raspberry Pi Zero, 1 unitat, 11,32 €,
• dissipador de calor, 1 unitats, 1,2 €,
• Sensor NFC, 1 unitat, 3,93 €
• targeta micro SD de 16 GB, 1 unitat, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1 unitat, 1,74 €,
• Sensor CT - YHDC 30A SCT013, 1 unitats, 4,28 €, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Transformador de corrent-Nou / 32768354127.html
• carregador de telèfon mòbil, 1 unitat, 5 €, el preu és aproximat, he utilitzat un dels meus antics carregadors que venien amb un telèfon
• Contactador de CA per a la llar 25A NO, 1 unitats, 4,79 €,
• Relleu de xarxa, 1 unitat, 0,84 €,
• caixa de connexions de plàstic (caixa S), 1 unitat, 5 €,
• Cables de connexió Dupont per a baixes tensions, 1 unitats, 2,29 €,
• Endoll euro IP54 230V, 1 unitat, 2 € comprats a una ferreteria local
• peces petites: presa de 3,5 mm femella, condensador de 10 uF, 2 resistències de 10 kOhm, díodes LED, cables, 1 unitats, 3 €, comprades a una botiga electrònica local
• Bloc de borns de 2 conductors Wago, 3 unitats, 2 €, comprat a una botiga d’electrònica local
• Bloc de borns Wago de 5 conductors, 2 unitats, 2 €, comprat a una botiga d’electrònica local
• Cable mini-micro USB (Arduino-> RPi), 1 unitat, 1,8 €, comprat a la botiga d’un ordinador local

Cost total HW: 60,59 € (70,40 $)

Pila SW:

• Pila de caixes de control:

  • Raspbian Linux (basat en Ubuntu), de codi obert, 0 dòlars (tota una glòria per Linus Torvalds + 20.000 persones que treballaven al nucli Linux + la gent amable que hi ha darrere de la imatge de Raspberry Pi i Raspbian Linux)
  • Node-RED, codi obert, 0 dòlars (gent amable d'IBM que està darrere del desenvolupament de Node-RED)

• Pila d'aplicacions web:

  • Aplicació de servidor Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), de codi obert, 0 dòlars
  • Postgres DB, codi obert, $ 0
  • Git, codi obert (més glòria a Linus), 0 dòlars
  • Protocol MQTT

Cost total de la pila SW: 0 € (* THUMBS_UP *)

Pas 3: el quadre de control: configuració SW

1. Instal·leu RASPBIAN STRETCH LITE (no necessitem la versió d'escriptori) a Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. configureu Raspbian perquè utilitzi la vostra llar local Wifi
3. Instal·leu Node-RED a Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Copieu el flux Nabito Node-RED i desplegueu ithttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Editeu Node-RED settings.js per defecte i afegiu-lo a la funció GlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "Fora de línia"

6. Configureu els vostres corredors Node-RED MQTT per a la instal·lació preferida del servidor Nabito (o cap a
7. Reinicieu Node-RED
8. Comproveu la connectivitat MQTT a Node-RED

Part Arduino:

1. Descarregueu, compileu i pengeu aquest esbós a Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Fet!;-)

Pas 4: Cablatge: cables de xarxa

Els cables de xarxa de CA subministren energia a:

• Contactador de CA.
• Relleu de xarxa
• Carregador mòbil que alimenta Raspberry Pi i Arduino

La sortida del contactor de CA va a la presa de corrent. La terra de protecció es connecta des de la línia de xarxa de la font a la presa de corrent.

Raspberry Pi controla el relé de xarxa i el relé encén / apaga el contactor.

Pas 5: Cablejat: Arduino, sensor CT, sensor NFC

Connecteu l'Arduino amb el sensor CT segons el manual següent:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Necessites:

• Arduino (podeu utilitzar qualsevol Arduino: Uno, Nano, Mega, segons vulgueu, sempre que tingui un ADC)
• Condensador 10uF 2 resistències de 10 kOhm
• Presa de presa femella de 3,5 mm
• Sensor CT 30A / 1V
• Sensor PN532 (RFID / NFC)
• petit PCB
• petits cables per a connexions

He soldat l'Arduino Nano, el condensador, les resistències i la presa femella a la PCB segons el manual anterior del lloc openenergymonitor.org.

El sensor NFC està connectat a l'Arduino Nano mitjançant SPI (pins d'Arduino Nano: 10, 11, 12 i 13).

L'Arduino està connectat al Raspberry Pi mitjançant el micro USB.

Pas 6: Cablejat: Raspberry Pi

Connecteu Arduino al Raspberry Pi mitjançant el port USB, d'aquesta manera serveix com a port sèrie i com a font d'alimentació per a l'Arduino, hauria de mapar-se a / dev / ttyUSB0.

El relé de xarxa es connecta a través dels pins 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Els LED del panell frontal es connecten mitjançant els pins 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Pas 7: connectar-ho tot junt

1. Preneu el sensor CT a la línia de xarxa que surt del relé de xarxa
2. Connecteu la font d'alimentació del Raspberry Pi
3. Cargoleu la tapa de la caixa de connexions
4. I ja heu acabat el cablejat / muntatge.

Pas 8: Configuració d'aplicacions web

Necessiteu un servidor Linux per executar l'aplicació web. Podeu:

• executeu el servidor localment al vostre PC / portàtil o al vostre servidor Linux local i apunteu el quadre de control a la vostra instal·lació local
• creeu el vostre propi domini i executeu l'aplicació web com a lloc web
• utilitzeu https://Nabito.org (és gratuït) per gestionar les vostres caixes de control

L’aplicació Nabito-server s’executa a Ruby on Rails i és de codi obert:

Per a la instal·lació i configuració d’aplicacions web, consulteu README.md del projecte a Github.

Pas 9: execució i proves

Per a la configuració local:

1. Desplegueu l'aplicació Nabito-server al vostre ordinador portàtil local
2. Configureu el broker mosquitto MQTT al vostre PC (o qualsevol altre broker MQTT que preferiu)
3. Connecteu el quadre de control de Nabito al vostre WiFi local
4. Introduïu SSH a la caixa i dirigiu-lo perquè utilitzi el broker MQTT del vostre PC
5. Inicieu l'aplicació Rails nabito-server
6. connecteu una petita càrrega elèctrica (per exemple, un llum de taula) a la presa de corrent
7. utilitzeu l'aplicació web per iniciar / aturar l'identificador de sòcol 1 per comprovar el consum d'energia real i total
8. utilitzeu una etiqueta NFC (si en teniu) per canviar el sòcol
9. comproveu la facturació per l’últim ús del sòcol
10. Després de fer proves amb èxit, comenceu a crear la vostra pròpia xarxa de càrrega EV
11. Benefici;-)

Pas 10: la conclusió, els problemes i el full de ruta del producte

En aquesta versió de la caixa de control de Nabito, he pogut desacoblar la caixa de control i l’aplicació web creant essencialment un projecte IoT (Internet of Things) tant amb allò físic que fa alguna cosa útil com amb una aplicació i un servei de back-end que gestiona el cosa física.

El preu de la caixa va augmentar una mica respecte a l’última versió (v1 abans: 50 €, v2 ara: 60 €), perquè he afegit un contactor per motius de seguretat per servir amplificadors més alts i també RPi és una mica més car que les plaques OrangePi.

MQTT s'utilitza com a protocol principal per al registre de dades i el control de la caixa.

Des de la darrera versió de Nabito, vaig poder resoldre la majoria dels problemes (Wifi, contactor, sobreescalfament del processador, presa de corrent integrada, etc.). Tanmateix, la llista de qüestions i oportunitats actuals creix encara més:

Problemes:

• Raspberry Pi Zero W és una placa molt agradable, amb Wifi i Bluetooth i 2 pins GPIO, però tot i així el processador s’escalfa fins a 34 ° C quan funciona al ralentí, cosa que pot ser problemàtica en climes càlids i mesos d’estiu amb llum solar directa
• Executar Linux a la caixa de control és bo per fer prototips, però el model de producció d’aquest producte probablement s’hauria d’executar en una placa més flexible que sigui capaç de TLS / SSL (el xip ESP32 sembla molt prometedor)

Oportunitats:

• creeu versions per a corrents més elevats (funcionalitat igual, però utilitzeu contactors amb amplificadors més alts i diferents sensors de CT / mòduls de monitor d'energia)
• creeu versions per a 2 i 3 fases
• integrar el mòdul de monitor d'energia (com el monitor d'energia Peacefair PZEM-004T)
• migreu a ESP32 per augmentar l’eficiència de la calor i la potència
• integrar-se al núvol AWS IOT i utilitzar certificats de client per a la millor configuració de seguretat (ara només s’utilitza l’usuari / contrasenya MQTT)
• gestionar certificats i credencials MQTT des de l'aplicació web (actualment es configura manualment a través del back-end)
• afegiu un petit panell LCD per presentar informació directament al quadre de control de Nabito
• Afegiu teclat numèric per proporcionar interacció amb el botó amb la caixa (possibilitat de fixació per augmentar la seguretat)
• Inclou un termòmetre addicional per controlar la temperatura ambiental de la caixa

Si us agrada aquest projecte o teniu alguna pregunta o comentari, no dubteu a posar-vos en contacte amb mi a [email protected]

Lloc web distribuït per sistemes: www.sysdist.com

Em podeu seguir a: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Que tingueu un bon dia i tingueu molt de gust! - Stefan