Saulės skydelio stebėjimas naudojant dalelių fotoną: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Projekto tikslas - pagerinti saulės kolektorių efektyvumą. Projektas skirtas prižiūrėti saulės fotovoltinės energijos gamybą, siekiant pagerinti saulės elektrinės veikimą, stebėjimą ir priežiūrą.

Šiame projekte dalelių fotonas yra sujungtas su saulės kolektoriaus, LM-35 temperatūros jutiklio ir LDR jutiklio įtampos išvesties kaiščiu, kad būtų galima stebėti atitinkamai galingumą, temperatūrą ir krintančios šviesos intensyvumą. Simbolių skystųjų kristalų ekranas taip pat yra sujungtas su dalelių fotonu, kad būtų matuojamas matuojamas parametras realiuoju laiku. „Photon“ne tik rodo išmatuotus parametrus LCD ekrane, bet ir siunčia išmatuotas vertes į debesies serverį, kad galėtų peržiūrėti duomenis realiuoju laiku.

1 žingsnis: reikalingas komponentas

• Dalelių fotonas 20 USD
• 16x2 LCD 3 USD
• Saulės plokštė $ 4
• LM-35 temperatūros jutiklis 2 USD
• LDR 1 USD
• Duonos lenta 4 USD
• Trumpieji laidai 3 USD

Bendra aparatūros kaina yra apie 40 USD.

2 žingsnis: Aparatūra

1. Dalelių fotonas

„Photon“yra populiari daiktų interneto plokštė, kurią galima įsigyti iš dalelių platformos. Plokštėje yra STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrovaldiklis ir 1 MB „flash“atmintis, 128 Kb RAM ir 18 mišraus signalo bendrosios paskirties įvesties (GPIO) kaiščių su pažangiais išoriniais įrenginiais. Modulis turi „Cypress BCM43362 Wi-Fi“mikroschemą, skirtą „Wi-Fi“ryšiui, ir vienos juostos 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n, skirtą „Bluetooth“. Plokštėje yra 2 SPI, vienas I2S, vienas I2C, vienas CAN ir vienas USB sąsaja.

Reikėtų pažymėti, kad 3V3 yra filtruotas išėjimas, naudojamas analoginiams jutikliams. Šis kaištis yra borto reguliatoriaus išėjimas ir yra prijungtas prie „Wi-Fi“modulio VDD. Maitinant fotoną per VIN arba USB prievadą, šis kaištis išves 3.3VDC įtampą. Šis kaištis taip pat gali būti naudojamas tiesiogiai fotonui maitinti (maksimali įvestis 3.3VDC). Kai naudojama kaip išvestis, maksimali 3V3 apkrova yra 100 mA. PWM signalų skiriamoji geba yra 8 bitai ir jie veikia 500 Hz dažniu.

2. 16X2 simbolių LCD

16X2 LCD ekranas naudojamas išmatuotų parametrų reikšmėms rodyti. Jis prijungtas prie dalelių fotono, prijungus jo duomenų kaiščius D4 į D7 prie medžio drožlių plokštės kaiščių D0 iki D3. Skystųjų kristalų ekrano E ir RS kaiščiai yra prijungti prie medžio drožlių plokštės D5 ir D6 kaiščių. Skystųjų kristalų ekrano R/W kaištis yra įžemintas.

3. LDR jutiklis (fotorezistorius)

LDR arba nuo šviesos priklausomas rezistorius taip pat žinomas kaip foto rezistorius, fotoelementas, fotolaidininkas. Tai vieno tipo rezistorius, kurio pasipriešinimas skiriasi priklausomai nuo jo paviršiaus krintančios šviesos kiekio. Kai šviesa patenka į rezistorių, pasipriešinimas pasikeičia. Šie rezistoriai dažnai naudojami daugelyje grandinių, kur reikia pajusti šviesos buvimą. Šie rezistoriai turi įvairias funkcijas ir atsparumą. Pavyzdžiui, kai LDR yra tamsoje, jis gali būti naudojamas įjungti šviesą arba išjungti šviesą, kai ji yra šviesoje. Įprastas nuo šviesos priklausomas rezistorius turi 1MOhm tamsos varžą, o esant ryškumui - porą KOhm.

LDR darbo principas

Šis rezistorius veikia pagal foto laidumo principą. Tai ne kas kita, kai šviesa patenka ant jo paviršiaus, tada medžiagos laidumas sumažėja, o elektronai, esantys prietaiso valentinėje juostoje, sužadinami iki laidumo juostos. Šie krintančios šviesos fotonai turi turėti daugiau energijos nei puslaidininkinės medžiagos juostos tarpas. Dėl to elektronai šokinėja nuo valentinės juostos iki laidumo. Šie įtaisai priklauso nuo šviesos, kai šviesa patenka į LDR, tada pasipriešinimas mažėja, ir didėja tamsoje. Kai LDR laikomas tamsioje vietoje, jo atsparumas yra didelis, o kai LDR laikomas šviesoje, jo atsparumas sumažės. LDR jutiklis naudojamas krintančios šviesos intensyvumui matuoti. Šviesos intensyvumas išreiškiamas liuksais. Jutiklis prijungtas prie dalelių fotono A2 kaiščio. Jutiklis prijungtas prie potencialo daliklio grandinės. LDR suteikia analoginę įtampą, kurią įmontuotas ADC paverčia skaitmeniniu skaitymu.

4. LM-35 temperatūros jutiklis

LM35 yra tikslus IC temperatūros jutiklis, kurio galia yra proporcinga temperatūrai (oC). Darbinė temperatūra svyruoja nuo -55 ° C iki 150 ° C. Išėjimo įtampa kinta 10 mV, reaguojant į kiekvieną aplinkos temperatūros pakilimą/ sumažėjimą, ty jo skalės koeficientas yra 0,01 V/ oC. Jutiklis turi tris kaiščius - VCC, Analogout ir Ground. LM35 Aout kaištis yra prijungtas prie dalelių fotono analoginio įvesties kaiščio A0. VCC ir žemė yra prijungti prie bendro VCC ir įžeminimo.

funkcijos

Kalibruotas tiesiogiai Celsijaus laipsniu (Celsijaus laipsniu)

Linijinis esant 10,0 mV/° C skalės koeficientui

• Garantuojamas 0,5 ° C tikslumas (esant 25 ° C temperatūrai)
• Skirtas nuo -55 ° C iki 150 ° C diapazonui
• Veikia nuo 4 iki 30 voltų
• Mažiau nei 60 mA srovės nutekėjimas
• Mažai savaime įkaista, 0,08 ° C įlašina oro
• Tipiškas netiesiškumas tik 0,25 ° C
• Mažos varžos išėjimas, 0,1Ω 1 mA apkrovai

5. Saulės skydelis

Saulės kolektoriai yra prietaisai, kurie šviesą paverčia elektros energija. Jie gavo „saulės“skydelių pavadinimą iš žodžio „Sol“, kurį astronomai naudojo saulei ir saulės šviesai nurodyti. Jie taip pat vadinami fotovoltinėmis plokštėmis, kur fotovoltinė reiškia „šviesa“. Saulės energijos pavertimo elektros energija reiškinys vadinamas fotovoltiniu efektu. Šis efektas sukuria įtampą ir srovę išėjime, veikiant saulės energijai. Projekte naudojamas 3 voltų saulės kolektorius. Saulės skydelį sudaro keli saulės elementai arba fotovoltiniai diodai. Šie saulės elementai yra P-N jungties diodai ir jie gali generuoti elektrinį signalą esant saulės šviesai. Veikiant saulės šviesai, šis saulės kolektorius savo gnybtuose sukuria 3,3 V nuolatinės srovės įtampą. Šios plokštės maksimali išėjimo galia gali būti 0,72 W, o mažiausia - 0,6 W. Didžiausia įkrovimo srovė yra 220 mA, o mažiausia įkrovimo srovė - 200 mA. Skydelyje yra du gnybtai - VCC ir Ground. Išėjimo įtampa paimama iš VCC kaiščio. Įtampos išvesties kaištis prijungtas prie dalelių fotono analoginio įvesties kaiščio A1, kad būtų galima išmatuoti saulės kolektoriaus išėjimo galią.

3 žingsnis: programinė įranga

Dalelių žiniatinklio IDE

Norėdami parašyti programos kodą bet kuriam fotonui, kūrėjas turi sukurti paskyrą „Particle“svetainėje ir užregistruoti „Photon“plokštę savo vartotojo paskyroje. Tada programos kodą galima parašyti „Web IDE“dalelių svetainėje ir perkelti į registruotą fotoną internetu. Jei pasirinkta medžio drožlių plokštė, čia yra fotonas, yra įjungta ir prijungta prie dalelių debesies paslaugos, kodas internetu sudeginamas į pasirinktą plokštę, o plokštė pradeda veikti pagal perduotą kodą. Norėdami valdyti lentą internete, sukurtas tinklalapis, kuriame naudojami „Ajax“ir „Jquery“, kad duomenys būtų siunčiami į lentą naudojant HTTP POST metodą. Tinklalapis identifikuoja plokštę pagal įrenginio ID ir prisijungia prie dalelių „Cloud Service“per prieigos raktą.

Kaip prijungti fotoną prie interneto

1. Įjunkite įrenginį

• Prijunkite USB kabelį prie maitinimo šaltinio.
• Kai tik jis bus prijungtas, jūsų įrenginio RGB šviesos diodas turėtų pradėti mirksėti mėlyna spalva. Jei jūsų prietaisas nemirksi mėlyna spalva, laikykite nuspaudę mygtuką SETUP. Jei jūsų prietaisas visai nemirksi arba jei šviesos diodas dega nuobodžiai oranžinė spalva, gali būti, kad ji negauna pakankamai energijos. Pabandykite pakeisti maitinimo šaltinį arba USB kabelį.

2. Prijunkite savo fotoną prie interneto Yra du būdai, kaip naudoti žiniatinklio programą arba programą mobiliesiems

a. Naudojant žiniatinklio programą

• 1 veiksmas Eikite į setup.particle.io
• 2 žingsnis Spustelėkite „Nustatyti fotoną“
• 3 veiksmas Spustelėjus KITAS, jums turėtų būti pateiktas failas (photonsetup.html)
• 4 žingsnis Atidarykite failą.
• 5 veiksmas Atidarę failą, prijunkite kompiuterį prie fotono, prisijungdami prie tinklo, pavadinto PHOTON.
• 6 veiksmas Konfigūruokite „Wi-Fi“prisijungimo duomenis. Pastaba: jei neteisingai įvedėte savo kredencialus, fotonas mirksės tamsiai mėlyna arba žalia spalva. Turite dar kartą pereiti procesą (atnaujindami puslapį arba spustelėdami pakartotinio proceso dalį)
• 7 veiksmas Pervardykite savo įrenginį. Taip pat pamatysite patvirtinimą, ar dėl įrenginio buvo pareikšta paraiška, ar ne.

b. Naudojant išmanųjį telefoną

• Atidarykite programą savo telefone. Prisijunkite arba prisiregistruokite prie „Particle“paskyros, jei jos neturite.
• Prisijungę paspauskite pliuso piktogramą ir pasirinkite norimą pridėti įrenginį. Tada vadovaukitės ekrane pateikiamomis instrukcijomis, kad prijungtumėte įrenginį prie „Wi-Fi“.

Jei pirmą kartą prisijungiate prie „Photon“, atsisiunčiant atnaujinimus jis keletą minučių mirksės violetine spalva. Priklausomai nuo jūsų interneto ryšio, gali praeiti 6–12 minučių, kol atnaujinimai bus baigti, o fotonas kelis kartus bus paleistas iš naujo. Šiuo metu nejunkite ir neišjunkite „Photon“. Jei tai padarysite, gali tekti vadovautis šiuo vadovu, kad pataisytumėte įrenginį.

Kai prijungsite savo įrenginį, jis sužino tą tinklą. Jūsų prietaisas gali saugoti iki penkių tinklų. Jei po pradinės sąrankos norite pridėti naują tinklą, vėl įjunkite įrenginį į klausymo režimą ir elkitės taip, kaip aprašyta aukščiau. Jei manote, kad jūsų įrenginyje yra per daug tinklų, galite išvalyti įrenginio atmintį iš visų jo išmoktų „Wi-Fi“tinklų. Tai galite padaryti toliau laikydami nuspaudę sąrankos mygtuką 10 sekundžių, kol RGB šviesos diodas greitai mirksi mėlyna spalva, o tai reiškia, kad visi profiliai buvo ištrinti.

Režimai

• Žalsvai mėlyna, jūsų fotonas prijungtas prie interneto.
• „Magenta“, šiuo metu įkeliama programa arba atnaujinama programinė įranga. Šią būseną suaktyvina programinės įrangos atnaujinimas arba mirksintis kodas iš žiniatinklio IDE arba darbalaukio IDE. Šį režimą galite matyti pirmą kartą prijungę savo fotoną prie debesies.
• Žalia, ji bando prisijungti prie interneto.
• Balta, „Wi-Fi“modulis išjungtas.

„Web IDEParticle Build“yra integruota kūrimo aplinka arba IDE, o tai reiškia, kad galite kurti programinę įrangą lengvai naudojamoje programoje, kuri tiesiog atsitinka jūsų interneto naršyklėje.

1. Norėdami atidaryti versiją, prisijunkite prie savo dalelių paskyros ir spustelėkite kūrimą, kaip parodyta paveikslėlyje.
2. Spustelėję pamatysite tokią konsolę.
3. Norėdami sukurti naują kūrimo programą, spustelėkite sukurti naują programą.
4. Norėdami įtraukti biblioteką į programą, eikite į skyrių „Bibliotekos“, ieškokite „liquidcrystal“. Tada pasirinkite programą, kurioje norite pridėti biblioteką. Mano atveju tai yra saulės kolektorių stebėjimas.
5. Norėdami patikrinti programą. Spustelėkite patvirtinti.
6. Norėdami įkelti kodą, spustelėkite blykstę, bet prieš tai pasirinkite įrenginį. Jei turite daugiau nei vieną įrenginį, turite įsitikinti, kad pasirinkote, kuriam iš įrenginių norite įvesti kodą. Naršymo srities apačioje kairėje spustelėkite piktogramą „Įrenginiai“, tada, užvedus pelės žymeklį virš įrenginio pavadinimo, kairėje bus rodoma žvaigždutė. Spustelėkite jį, kad nustatytumėte norimą atnaujinti įrenginį (jis nebus matomas, jei turite tik vieną įrenginį). Kai pasirinksite įrenginį, su juo susijusi žvaigždė taps geltona. (Jei turite tik vieną įrenginį, jo pasirinkti nereikia, galite tęsti.

4 žingsnis: Kaip veikia grandinė

Grandinėje 6 modulio GPIO kaiščiai naudojami LCD simbolių sąsajai, o trys analoginiai įvesties kaiščiai-LM-35 temperatūros jutiklio, saulės kolektoriaus ir LDR jutiklio sąsajai.

Sumontavus grandinę, ji yra paruošta naudoti kartu su saulės kolektoriu. Nors saulės kolektorius ir toliau gamina elektros energiją, jis pritvirtintas prie prietaiso. Įrenginys maitinamas iš elektros tinklo, kuris valdo ir kitą našumą gerinančią įrangą. Įjungus prietaisą, jo LCD ekrane mirksi kai kurie pradiniai pranešimai, rodantys programos tikslą. Skydelio galią, temperatūrą ir krintančios šviesos intensyvumą matuoja atitinkamai saulės kolektoriaus, LM-35 temperatūros jutiklio ir LDR jutiklio įtampos išvesties kaištis. Saulės skydelio įtampos išvesties kaištis, LM-35 temperatūros jutiklis ir LDR jutiklis yra prijungti prie dalelių fotono analoginių įvesties kaiščių A1, A0 ir A2.

Atitinkami parametrai matuojami, juntant analoginę įtampą atitinkamuose kaiščiuose. Analoginė įtampa, aptikta atitinkamuose kaiščiuose, konvertuojama į skaitmenines vertes, naudojant įmontuotus ADC kanalus. Dalelių fotonas turi 12 bitų ADC kanalus. Taigi skaitmeninės vertės gali svyruoti nuo 0 iki 4095. Čia daroma prielaida, kad varžinis tinklo sąsajos LDR jutiklis su valdiklio kaiščiu yra sukalibruotas taip, kad būtų parodytas šviesos intensyvumas pagal tiesioginį proporcingumą.

LM-35 IC nereikia jokio išorinio kalibravimo ar apipjaustymo, kad būtų užtikrintas tipinis tikslumas ± 0,25 ° C kambario temperatūroje ir ± 0,75 ° C esant temperatūrai nuo -55 ° C iki 150 ° C. Įprastomis sąlygomis jutiklio išmatuota temperatūra neviršys jutiklio veikimo diapazono arba nenukris. Apipjaustant ir kalibruojant plokštelių lygiu, užtikrinamas mažesnės kainos jutiklio naudojimas. Dėl mažos išėjimo varžos, linijinės išvesties ir tikslaus LM-35 kalibravimo, jutiklį lengva prijungti prie valdymo grandinės. Kadangi LM-35 prietaisas iš maitinimo šaltinio ištraukia tik 60 uA, jis turi labai mažą savaiminį įkaitimą, mažesnį nei 0,1 ° C tyliame ore. Paprastai temperatūros diapazone nuo -55 ° C iki 150 ° C jutiklio išėjimo įtampa padidėja 10 mV vienam Celsijaus laipsniui. Jutiklio išėjimo įtampa pateikiama pagal šias formules

Vout = 10 mV/° C*T

kur, Vout = jutiklio išėjimo įtampa

T = temperatūra Celsijaus laipsniu Taigi, T (° C) = Vout/10 mV

T (° C) = Vout (V)*100

Jei manoma, kad VDD yra 3,3 V, analoginis rodmuo yra susijęs su 12 bitų diapazone esančia įtampa pagal šią formulę

Vout = (3.3/4095)*Analoginis skaitymas

Taigi temperatūrą Celsijaus laipsniais galima pateikti pagal šias formules

T (° C) = Vout (V)*100

T (° C) = (3.3/4095) *Analoginis skaitymas *100

Taigi, temperatūrą galima išmatuoti tiesiogiai, juntant analoginę įtampos išvestį iš jutiklio. Funkcija analogRead () naudojama nuskaityti analoginę įtampą valdiklio kaištyje. Saulės skydelio išėjimo įtampa paprastai turėtų būti 3 V, kurią gali tiesiogiai aptikti dalelių fotonas. Dalelių fotonas gali tiesiogiai pajusti iki 3,3 V. Skaitmeninis įtampos rodmuo keičiamas 12 bitų diapazone, ty nuo 0 iki 4095. Taigi

Vout = (3.3/4095)*Analoginis skaitymas

Skaitymo jutiklio duomenys pirmiausia rodomi LCD ekrane, o paskui perduodami į dalelių debesį per „Wi-Fi“ryšį. Norėdami peržiūrėti skaitymo jutiklio vertes, vartotojas turi prisijungti prie registruotos dalelės paskyros. Platforma leidžia prisijungti prie lentos iš registruotos paskyros. Vartotojas gali stebėti gautus jutiklių duomenis realiuoju laiku ir taip pat gali registruoti duomenis.

5 žingsnis: jungtys ir grandinės schema

Fotonas ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Įgalinti

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Fotonas ==> LM-35

A0 ==> Maždaug

Fotonas ==> LDR

A2 ==> Vcc

Fotonas ==> Saulės plokštė

A1 ==> Vcc

6 žingsnis: rezultatas