Zarrachali foton yordamida quyosh paneli monitoringi: 7 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Loyihaning maqsadi quyosh panellarining samaradorligini oshirishdir. Loyiha quyosh elektr stantsiyasining ishlashi, monitoringi va texnik xizmatini yaxshilash uchun quyosh fotoelektr energiyasini ishlab chiqarishni nazorat qilish uchun mo'ljallangan.

Ushbu loyihada foton zarrachalari quyosh panelining kuchlanish chiqishi, LM-35 harorat sensori va LDR sensori bilan mos ravishda quvvat chiqishi, harorat va tushayotgan yorug'lik qizg'inligini kuzatadi. O'lchangan parametrlarni real vaqtda ko'rsatish uchun LCD displeyli zarracha foton bilan bog'lanadi. Photon nafaqat o'lchangan parametrlarni LCD displeyda aks ettiradi, balki real vaqtda ma'lumotlarni ko'rish uchun o'lchangan qiymatlarni bulutli serverga yuboradi.

1 -qadam: Komponent talab qilinadi

• Foton zarrachalari $ 20
• 16x2 LCD 3 dollar
• Quyosh plitasi 4 dollar
• LM-35 harorat sensori 2 dollar
• LDR 1 dollar
• Non paneli 4 dollar
• Jumper simlari $ 3

Uskunaning umumiy qiymati taxminan 40 dollarni tashkil qiladi.

2 -qadam: Uskuna

1. Foton zarrachalari

Photon - bu zarracha platformasida mavjud bo'lgan mashhur Internet -karta. Kengashda STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontroler mavjud va 1 MB flesh xotira, 128 Kb tezkor xotira va 18 ta umumiy signalli umumiy kirish chiqish (GPIO) ilg'or periferiya qurilmalariga ega. Modulda bortda Wi-Fi ulanishi uchun Cypress BCM43362 Wi-Fi chipi va Bluetooth uchun 2,4 gigagertsli bitta IEEE 802.11b/g/n mavjud. Kengash 2 ta SPI, bitta I2S, bitta I2C, bitta CAN va bitta USB interfeysi bilan jihozlangan.

Shuni ta'kidlash kerakki, 3V3 - analog sensorlar uchun ishlatiladigan filtrlangan chiqish. Bu pin bort regulyatorining chiqishi va ichki Wi-Fi modulining VDD-ga ulangan. Fotonni VIN yoki USB port orqali quvvatlantirganda, bu pin 3,3VDC kuchlanishni chiqaradi. Bu pinni Photon -ni to'g'ridan -to'g'ri quvvatlantirish uchun ham ishlatish mumkin (maksimal kirish 3.3VDC). Chiqish sifatida ishlatilganda, 3V3 uchun maksimal yuk 100mA ni tashkil qiladi. PWM signallari 8 bitli aniqlikka ega va 500 Gts chastotada ishlaydi.

2. 16X2 belgili LCD displey

16X2 LCD displey o'lchangan parametrlarning qiymatlarini ko'rsatish uchun ishlatiladi. U zarrachali fotonga D4 dan D7 ma'lumot pinlarini zarracha taxtaning D0 dan D3 pimlariga ulash orqali ulanadi. LCD -ning E va RS -pinlari zarrachalar kartasining D5 va D6 pinlariga ulangan. LCD -ning R/V pimi erga ulangan.

3. LDR sensori (fotorezistor)

LDR yoki nurga bog'liq bo'lgan rezistor, shuningdek, rezistor, fotosel, fotoo'tkazgich sifatida ham tanilgan, bu uning qarshiligi uning yuzasiga tushadigan yorug'lik miqdoriga qarab o'zgaradi. Chiroq rezistorga tushganda, qarshilik o'zgaradi. Ushbu rezistorlar ko'pincha yorug'lik borligini sezish kerak bo'lgan ko'plab sxemalarda qo'llaniladi. Bu rezistorlar har xil funktsiyalar va qarshiliklarga ega. Masalan, LDR zulmatda bo'lsa, uni chiroqni yoqish yoki yorug'likda bo'lsa, uni o'chirish uchun ishlatish mumkin. Oddiy nurga bog'liq qarshilik 1MOm zulmatda, yorqinlikda esa bir necha KOm qarshilikka ega.

LDRning ishlash printsipi

Ushbu rezistor foto o'tkazuvchanlik printsipi asosida ishlaydi. Bu faqat yorug'lik yuzasiga tushganda, material o'tkazuvchanligi pasayadi, shuningdek, valentlik diapazonidagi elektronlar o'tkazuvchanlik zonasiga ta'sir qiladi. Yorug'likdagi bu fotonlar, yarimo'tkazgich materialining tarmoqli bo'shlig'idan kattaroq energiyaga ega bo'lishi kerak, bu elektronlarni valentlik diapazonidan o'tkazuvchanlikka o'tishga majbur qiladi. Agar qorong'i joyda LDR saqlansa, uning qarshiligi yuqori bo'ladi va LDR nurda saqlansa, qarshilik kamayadi. LDR sensori tushayotgan yorug'lik intensivligini o'lchash uchun ishlatiladi. Yorug'lik intensivligi Lyuks bilan ifodalanadi. Sensor zarracha fotonining A2 piniga ulangan. Sensor potentsial bo'luvchi sxemaga ulangan. LDR analog kuchlanishni ta'minlaydi, uni o'rnatilgan ADC raqamli o'qishga o'tkazadi.

4. LM-35 harorat sensori

LM35 - bu aniq IC harorat sensori, uning chiqishi haroratga mutanosib (oC da). Ishlash harorati -55 ° C dan 150 ° C gacha. Chiqish zo'riqishi atrof -muhit haroratining har oC ko'tarilishi/ pasayishiga javoban 10 mV ga o'zgaradi, ya'ni uning shkalasi koeffitsienti 0,01 V/ oC. Sensor uchta pinli - VCC, Analogout va Ground. LM35 ning Aout pinasi foton zarrachasining A0 analog kirish piniga ulangan. VCC va topraklama umumiy VCC va Groundga ulangan.

Xususiyatlari

To'g'ridan -to'g'ri Selsiy darajasida kalibrlangan (santigrat)

10,0 mV/° S o'lchovli faktorli chiziqli

• Aniqlik kafolati 0,5 ° C (a25 ° C da)
• To'liq -55 ° C dan 150 ° C gacha
• 4 dan 30 voltgacha ishlaydi
• 60 mA dan kam oqim oqimi
• O'z-o'zidan past isitish, 0,08 ° S havo tomizadi
• Lineer bo'lmaganlik odatda 0,25 ° S ga xosdir
• Kam empedansli chiqish, 1 mA yuk uchun 0,1Ω

5. Quyosh paneli

Quyosh panellari - nurni elektrga aylantiradigan qurilmalar. Ular "quyosh panellari" nomini astronomlar quyosh va quyosh nurlari uchun ishlatgan "Sol" so'zidan olishgan. Ularni fotovoltaik panellar deb ham atashadi, bu erda fotovoltaik "yorug'lik-elektr" degan ma'noni anglatadi. Quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish hodisasiga fotovoltaik effekt deyiladi. Bu ta'sir quyosh energiyasi ta'sirida chiqish va kuchlanish hosil qiladi. Loyihada 3 voltli quyosh paneli ishlatiladi. Quyosh paneli bir nechta quyosh batareyalari yoki fotovoltaik diodlardan iborat. Bu quyosh xujayralari P-N birikma diodidir va ular quyosh nuri borligida elektr signalini ishlab chiqarishi mumkin. Quyosh nuri tushganda, bu quyosh paneli o'z terminallarida 3,3 V doimiy kuchlanish hosil qiladi. Bu panel maksimal chiqish quvvati 0,72 vatt va minimal chiqish quvvati 0,6 vatt bo'lishi mumkin. Uning maksimal zaryadlash oqimi 220 mA, minimal zaryad oqimi esa 200 mA. Panel ikkita terminalga ega - VCC va Ground. Voltaj chiqishi VCC pinidan olinadi. Chiqish pimi quyosh panelining chiqish quvvatini o'lchash uchun zarracha fotonining analog kirish piniga A1 ulangan.

3 -qadam: dasturiy ta'minot

Zarrachali veb IDE

Har qanday Photon uchun dastur kodini yozish uchun ishlab chiqaruvchi Particle veb -saytida hisob yaratishi va Photon kartasini foydalanuvchi hisobida ro'yxatdan o'tkazishi kerak. Keyin dastur kodi Particle veb -saytidagi Web IDE -da yozilishi va internet orqali ro'yxatdan o'tgan fotonga o'tkazilishi mumkin. Agar tanlangan zarrachalar taxtasi, bu erda Photon, yoqilgan va zarrachaning bulutli xizmatiga ulangan bo'lsa, kod internetga ulangan holda tanlangan taxtaga yozib yuboriladi va taxta uzatilgan kodga muvofiq ishlay boshlaydi. Kengashni Internet orqali boshqarish uchun Ajax va Jquery -dan foydalangan holda HTTP POST usuli yordamida ma'lumotlarni taxtaga yuborish uchun veb -sahifa yaratilgan. Veb -sahifa taxtani qurilma identifikatori bilan aniqlaydi va kirish belgisi orqali zarrachalarning bulutli xizmatiga ulanadi.

Fotonni Internetga qanday ulash mumkin

1. Qurilmangizni quvvatlantiring

• USB kabelini quvvat manbaiga ulang.
• U ulangan zahoti qurilmangizdagi RGB LED ko'k rangda yonib -o'chib turishi kerak. Agar qurilmangiz ko'k rangda yonmasa, SETUP tugmasini bosib turing. to'q sariq rang, u etarli kuchga ega bo'lmasligi mumkin. Quvvat manbasini yoki USB kabelini o'zgartirishga harakat qiling.

2. Fotonni Internetga ulang Veb -ilovadan yoki mobil ilovadan foydalanishning ikki yo'li mavjud

a. Veb -ilovadan foydalanish

• 1 -qadam setup.particle.io -ga o'ting
• 2 -qadam Photon -ni sozlash -ni bosing
• 3 -qadam NEXT tugmasini bosgandan so'ng, sizga fayl ko'rsatilishi kerak (photonsetup.html)
• 4 -qadam Faylni oching.
• 5 -qadam Fayl ochilgandan so'ng, PHOTON nomli tarmoqqa ulanib, shaxsiy kompyuteringizni Photon -ga ulang.
• 6-qadam Wi-Fi hisob ma'lumotlarini sozlang. Eslatma: Agar siz hisob ma'lumotlarini noto'g'ri yozgan bo'lsangiz, Photon to'q ko'k yoki yashil rangda yonib o'chadi. Siz jarayonni qayta boshlashingiz kerak (sahifani yangilash yoki jarayonni qayta urinish qismini bosish orqali)
• 7 -qadam Qurilmangiz nomini o'zgartiring. Shuningdek, siz qurilmaga da'vo qilinganmi yoki yo'qmi degan tasdiqni ko'rasiz.

b. Smartfondan foydalanish

• Telefonda ilovani oching. Agar sizda yo'q bo'lsa, kiring yoki "Particle" da ro'yxatdan o'ting.
• Kirishdan so'ng, ortiqcha belgisini bosing va qo'shmoqchi bo'lgan qurilmani tanlang. Keyin qurilmangizni Wi-Fi-ga ulash uchun ekrandagi ko'rsatmalarga amal qiling.

Agar siz Photon -ni birinchi marta ulayotgan bo'lsangiz, u bir necha daqiqa davomida binafsha rangda yonib turadi, chunki u yangilanishlarni yuklaydi. Fotosurat bir necha marta qayta ishga tushirilganda, Internetga ulanishingizga qarab, yangilanishlar 6-12 daqiqa davom etishi mumkin. Shu vaqt ichida Photon -ni qayta yoqmang yoki elektrdan uzmang. Agar shunday qilsangiz, qurilmangizni tuzatish uchun ushbu qo'llanmani bajarishingiz kerak bo'lishi mumkin.

Qurilmangizni ulaganingizdan so'ng, u tarmoqni bilib oldi. Sizning qurilmangiz beshta tarmoqni saqlashi mumkin. Dastlabki sozlashdan so'ng yangi tarmoq qo'shish uchun siz qurilmangizni qayta tinglash rejimiga o'tkazasiz va yuqoridagi kabi davom etasiz. Agar siz qurilmangizda juda ko'p tarmoqlar borligini his qilsangiz, siz qurilmangiz xotirasini o'rgangan Wi-Fi tarmoqlarini o'chirib tashlashingiz mumkin. Siz buni sozlash tugmachasini 10 soniya ushlab turishni davom ettirishingiz mumkin, RGB LED tez ko'k rangda yonib -o'chib turguncha barcha profillar o'chirilganligini bildiradi.

Rejimlar

• Cyan, sizning fotoningiz Internetga ulangan.
• Magenta, u hozirda ilovani yuklamoqda yoki uning dasturiy ta'minotini yangilamoqda. Bu holat dasturiy ta'minotni yangilanishi yoki Web IDE yoki Desktop IDE kodining yonib -o'chishi natijasida paydo bo'ladi. Photon -ni bulutga birinchi marta ulashda siz ushbu rejimni ko'rishingiz mumkin.
• Yashil, u Internetga ulanishga harakat qilmoqda.
• Oq, Wi-Fi moduli o'chirilgan.

Web IDEParticle Build-bu integratsiyalashgan rivojlanish muhiti yoki IDE, bu shuni anglatadiki, siz veb-brauzeringizda ishlaydigan dasturda ishlashni oson ishlatasiz.

1. Qurilishni ochish uchun zarracha hisobingizga kiring va rasmda ko'rsatilgandek qurish tugmachasini bosing.
2. Siz bosganingizda, siz bunday konsolni ko'rasiz.
3. Yangi yaratish uchun yangi dastur yaratish uchun bosing.
4. Kutubxonani dasturga qo'shish uchun kutubxonalar bo'limiga o'ting, suyuq kristalni qidiring va kutubxona qo'shmoqchi bo'lgan ilovani tanlang. Menimcha, bu quyosh panelini kuzatish.
5. Dasturni tekshirish uchun. Tasdiqlashni bosing.
6. Kodni yuklash uchun flesh -ni bosing, lekin buni amalga oshirishdan oldin qurilmani tanlang. Agar sizda bir nechta qurilma bo'lsa, siz qaysi qurilmaga kodni o'chirishni tanlaganingizga ishonch hosil qilishingiz kerak. Navigatsiya oynasining chap pastki qismidagi "Qurilmalar" belgisini bosing, so'ngra qurilmaning nomini sichqonchaning chap tomonida yulduzcha paydo bo'ladi. Yangilamoqchi bo'lgan qurilmani o'rnatish uchun ustiga bosing (agar sizda bitta qurilma bo'lsa, u ko'rinmaydi). Qurilmani tanlagandan so'ng, u bilan bog'liq yulduz sariq rangga aylanadi. (Agar sizda faqat bitta qurilma bo'lsa, uni tanlashning hojati yo'q, davom ettirishingiz mumkin.

4 -qadam: O'chirish sxemasi qanday ishlaydi

O'chirish sxemasida LCD displeyini ulash uchun modulning 6 ta GPIO pinlari ishlatiladi va LM-35 harorat sensori, quyosh paneli va LDR sensori interfeysi uchun uchta analog kirish pimi ishlatiladi.

Zanjir yig'ilgandan so'ng, u quyosh paneli bilan birga o'rnatishga tayyor. Quyosh paneli elektr energiyasini ishlab chiqarishda davom etsa ham, u qurilmaga biriktirilgan. Qurilma elektr ta'minoti bilan ta'minlangan, u boshqa uskunalarni boshqaradi. Qurilma yoqilgandan so'ng, uning LCD displeyida dasturning maqsadini ko'rsatuvchi dastlabki xabarlar paydo bo'ladi. Panelning quvvati, harorat va tushayotgan yorug'lik intensivligi mos ravishda quyosh panelining kuchlanish chiqishi, LM-35 harorat sensori va LDR sensori bilan o'lchanadi. Quyosh panelining kuchlanish chiqishi, LM-35 harorat sensori va LDR sensori zarracha fotonining A1, A0 va A2 analog kirish pimlariga ulangan.

Tegishli parametrlar tegishli pinlardagi analog kuchlanishni sezish orqali o'lchanadi. Tegishli pinlarda seziladigan analog kuchlanish o'rnatilgan ADC kanallari yordamida raqamli qiymatlarga aylanadi. Particle Photon 12-bitli ADC kanallariga ega. Shunday qilib, raqamlangan qiymatlar 0 dan 4095 gacha o'zgarishi mumkin. Bu erda LDR sensori nazorat qilish pinli rezistiv tarmoq bilan to'g'ridan -to'g'ri proportsionallik orqali yorug'lik intensivligini ko'rsatish uchun sozlangan deb taxmin qilinadi.

LM-35 IC, xona haroratida ± 0,25 ° C va -55 ° C dan 150 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida ± 0,75 ° C tipidagi aniqliklarni ta'minlash uchun hech qanday tashqi kalibrlash yoki kesishni talab qilmaydi. Oddiy sharoitlarda, sensori o'lchagan harorat sensorning ish diapazonidan oshmaydi yoki kamaymaydi. Gofret darajasida qirqish va kalibrlash orqali sensorni arzonroq narxda ishlatish kafolatlanadi. Kam chiqadigan impedans, chiziqli chiqish va LM-35 ning aniq kalibrlanishi tufayli sensorning boshqaruv sxemasiga ulanishi oson. LM-35 qurilmasi ta'minotdan atigi 60 uA olganda, u o'zini past haroratda 0,1 ° C dan past o'z-o'zidan isitishga ega. Odatda -55 ° C dan 150 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida sensorning kuchlanish chiqishi bir daraja Selsiy bo'yicha 10 mV ga oshadi. Sensorning kuchlanish chiqishi quyidagi formulalar bilan berilgan

Vout = 10 mV/° C*T

bu erda, Vout = Sensorning kuchlanish chiqishi

T = Selsiy darajasidagi harorat Shunday qilib, T (° C da) = Vout/10 mV

T (° C da) = Vout (V da)*100

Agar VDD 3,3 V deb qabul qilinsa, analog o'qish quyidagi formula bo'yicha 12-bitli diapazonda sezilgan kuchlanish bilan bog'liq.

Vout = (3.3/4095)*Analog-o'qish

Shunday qilib, Selsiy darajasidagi haroratni quyidagi formulalar bilan berish mumkin

T (° C da) = Vout (V da)*100

T (° C da) = (3.3/4095) *Analog-o'qish *100

Shunday qilib, haroratni to'g'ridan -to'g'ri sensordan analog kuchlanish chiqishi orqali o'lchash mumkin. AnalogRead () funktsiyasi nazoratchi pinidagi analog kuchlanishni o'qish uchun ishlatiladi. Quyosh panelining kuchlanish chiqishi odatda 3 V bo'lishi kerak, uni to'g'ridan -to'g'ri zarracha fotoni sezadi. Zarracha fotoni 3,3 V gacha bo'lgan kuchlanishni to'g'ridan -to'g'ri sezishi mumkin. Hisoblangan analog kuchlanishni raqamlashtirish uchun u yana ichki VDDga havola qilinadi. Raqamli kuchlanish ko'rsatkichi 12 bitli diapazonda, ya'ni 0 dan 4095 gacha o'lchanadi. Shunday qilib

Vout = (3.3/4095)*Analog-o'qish

O'qish sensori ma'lumotlari avval LCD displeyda ko'rsatiladi va keyin Wi-Fi ulanishi orqali Particle Cloud-ga uzatiladi. O'qish sensori qiymatlarini ko'rish uchun foydalanuvchi Zarrachaning ro'yxatdan o'tgan hisobiga kirishi kerak. Platforma ro'yxatdan o'tgan hisob qaydnomasiga ulanish imkonini beradi. Foydalanuvchi qabul qilingan sensor ma'lumotlarini real vaqtda kuzatishi mumkin, shuningdek ma'lumotlarni yozib olishi mumkin.

5 -qadam: ulanishlar va sxemalar diagrammasi

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Yoqish

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Yo'q

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Quyosh plitasi

A1 ==> Vcc

6 -qadam: Natija