Бөлшек фотонды қолдану арқылы күн панелін бақылау: 7 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Жобаның мақсаты - күн батареяларының тиімділігін арттыру. Жоба күн қондырғысының өнімділігін, мониторингі мен қызмет көрсетуін жақсарту үшін күн фотоэлектр энергиясын өндіруді бақылауға арналған.

Бұл жобада фотон бөлшектері күн батареясының кернеу шығыс түйреуішімен, LM-35 температура сенсорымен және LDR сенсорымен сәйкесінше қуатты, температураны және түсетін жарықтың қарқындылығын бақылауға арналған. Өлшемді параметрлерді нақты уақыт режимінде көрсету үшін фотонды бөлшектермен байланыстырады. Photon өлшенген параметрлерді СКД экранында көрсетіп қана қоймайды, сонымен қатар нақты уақыттағы деректерді қарау үшін өлшенген мәндерді бұлтты серверге жібереді.

1 -қадам: міндетті компонент

• Photon бөлшектері $ 20
• 16x2 СКД $ 3
• Күн плитасы 4 доллар
• LM-35 температура сенсоры $ 2
• LDR $ 1
• Нан тақтасы $ 4
• Өткізгіш сымдар $ 3

Жабдықтың жалпы құны шамамен 40 доллар.

2 -қадам: Жабдық

1. Бөлшек фотон

Photon - Particle платформасында қол жетімді IoT тақтасы. Тақтада STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 микроконтроллері бар және 1 МБ флэш -жады, 128 Кб оперативті жады және жетілдірілген перифериялық қондырғылары бар жалпы мақсаттағы 18 кіріс сигналының шығысы (GPIO) бар. Модульде Wi-Fi байланысына арналған Cypress BCM43362 Wi-Fi чипі және Bluetooth үшін 2.4GHz бір жолақты IEEE 802.11b/g/n бар. Тақта 2 SPI, бір I2S, бір I2C, бір CAN және бір USB интерфейсімен жабдықталған.

Айта кету керек, 3V3 - аналогты сенсорлар үшін қолданылатын сүзгіден шыққан шығыс. Бұл түйреуіш борттық реттегіштің шығысы болып табылады және Wi-Fi модулінің VDD-не ішкі түрде қосылған. Фотонды VIN немесе USB порты арқылы қосқанда, бұл түйін кернеуді 3,3 ВДС шығарады. Бұл түйреуіш Photon -ды тікелей қосу үшін де қолданыла алады (максималды кіріс 3.3VDC). Шығу ретінде пайдаланған кезде 3V3 максималды жүктемесі 100 мА құрайды. PWM сигналдарының ажыратымдылығы 8 биттік және 500 Гц жиілікте жұмыс істейді.

2. 16X2 таңбалы СКД

16X2 СКД дисплейі өлшенген параметрлердің мәндерін көрсету үшін қолданылады. Ол D4 -тен D7 -ге дейінгі түйреуіштерді D0 -D3 түйіршіктер тақтасына қосу арқылы Бөлшек Фотонға қосылады. СК -дің E және RS түйреуіштері сәйкесінше Бөлшектер тақтасының D5 және D6 түйреуіштеріне қосылады. СКД R/W штыры жерге тұйықталған.

3. LDR сенсоры (фоторезистор)

LDR немесе жарыққа тәуелді резистор фото резистор, фотоэлементтер, фотоөткізгіштер ретінде де белгілі. Бұл қарсылық оның бетіне түсетін жарық мөлшеріне байланысты өзгеретін резистордың бір түрі. Жарық резисторға түссе, қарсылық өзгереді. Бұл резисторлар көбінесе жарықтың болуын сезу қажет көптеген тізбектерде қолданылады. Бұл резисторлардың әр түрлі функциялары мен қарсылықтары бар. Мысалы, LDR қараңғыда болса, оны шамды қосуға немесе жарықта болғанда жарықты өшіруге болады. Кәдімгі жарыққа тәуелді резистор қараңғыда 1МОм қарсылыққа ие, ал жарықтылықта бірнеше КОм.

LDR жұмыс принципі

Бұл резистор фотоөткізгіштік принципі бойынша жұмыс істейді. Бұл ештеңе емес, егер оның бетіне жарық түссе, онда материалдың өткізгіштігі төмендейді, сонымен қатар құрылғының валенттік диапазонындағы электрондар өткізгіштік диапазонында қозғалады. Жарық сәулесіндегі бұл фотондар жартылай өткізгіш материалдың диапазондық саңылауынан үлкен энергияға ие болуы керек, бұл электрондардың валенттік диапазоннан өткізгіштікке өтуіне мүмкіндік береді, бұл құрылғылар жарыққа тәуелді, егер жарық LDR -ге түссе, онда қарсылық төмендейді, LDR қараңғы жерде сақталса, оның қарсылығы жоғары болады, ал LDR жарықта ұсталса, оның қарсылығы төмендейді. LDR сенсоры түскен жарық қарқындылығын өлшеу үшін қолданылады. Жарықтың қарқындылығы люкспен өрнектеледі. Сенсор Particle Photon A2 түйреуішіне қосылған. Датчик потенциалды бөлгіш тізбекке қосылған. LDR аналогты кернеуді қамтамасыз етеді, оны кіріктірілген ADC цифрлық оқуға түрлендіреді.

4. LM-35 температура сенсоры

LM35 - бұл дәл температураға пропорционалды шығыс температурасы бар температура сенсоры (oC). Жұмыс температурасының диапазоны -55 ° C -тан 150 ° C -қа дейін. Шығу кернеуі қоршаған орта температурасының әр oС көтерілуіне/ төмендеуіне жауап ретінде 10 мВ -қа өзгереді, яғни оның масштабтық коэффициенті 0,01 В/ оС. Сенсорда үш түйреуіш бар - VCC, Analogout және Ground. LM35 Aout түйреуіші фотон бөлшектерінің А0 аналогтық кіріс істігіне қосылады. VCC мен жерге қосу жалпы VCC мен Ground -қа қосылған.

Мүмкіндіктер

Тікелей Цельсий градусында калибрленген (Цельсий)

10,0 мВ/° С шкала коэффициентінде сызықтық

• 0,5 ° C дәлдікке кепілдік (a25 ° C температурада)
• Толық -55 ° C -тан 150 ° C -қа дейінгі диапазонда
• 4 -тен 30 вольтке дейін жұмыс істейді
• 60 мА төмен ток ағызу
• Өзін-өзі қыздырудың төмен деңгейі, 0,08 ° C ауаны тамызады
• Сызықтық емес тек 0,25 ° C тән
• Төмен кедергі кедергісі, 1 мА жүктеме үшін 0,1Ω

5. Күн панелі

Күн панельдері - жарықты электр энергиясына айналдыратын құрылғылар. Олар астрономдар күн мен күн сәулесіне сілтеме жасау үшін қолданған 'Sol' сөзінен «күн панельдері» атауын алды. Олар фотоэлектрлік панельдер деп аталады, онда фотоэлектрлік «жарық-электр» дегенді білдіреді. Күн энергиясын электр энергиясына айналдыру құбылысы фотоэлектрлік эффект деп аталады. Бұл әсер күн энергиясының әсерінен кернеу мен токты шығарады. Жобада 3 вольтты күн панелі қолданылады. Күн панелі бірнеше күн батареяларынан немесе фотоэлектрлік диодтардан тұрады. Бұл күн батареялары P-N түйіспелі диод болып табылады және олар күн сәулесінің қатысуымен электр сигналын шығара алады. Күн сәулесінің әсерінен бұл күн панелі өз терминалдарында 3,3 В тұрақты кернеуді шығарады. Бұл панельдің максималды шығыс қуаты 0,72 Вт және ең төменгі шығыс қуаты 0,6 Вт болуы мүмкін. Оның максималды зарядтау тогы - 220 мА, ал ең төменгі зарядтау - 200 мА. Панельде екі терминал бар - VCC және Ground. Кернеудің шығуы VCC түйреуішінен алынады. Күн батареясынан шығатын қуатты өлшеу үшін кернеу шығысы түйіршіктегі фотонның A1 аналогтық кіріс түйреуішіне қосылады.

3 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету

IDE бөлшектері

Кез келген Photon бағдарламасының кодын жазу үшін әзірлеуші Particle веб -сайтында тіркелгі құруы және Photon тақтасын өзінің пайдаланушы тіркелгісімен тіркеуі қажет. Бағдарлама кодын Particle веб -сайтындағы Web IDE -ге жазуға және Интернет арқылы тіркелген фотонға беруге болады. Егер Photon мұнда таңдалған Бөлшек тақтасы қосылып, Бөлшектің бұлтты қызметіне қосылса, онда код интернетке қосылу арқылы таңдалған тақтаға жіберіледі және тақта берілген кодқа сәйкес жұмыс істей бастайды. Интернетте бақылау тақтасын басқару үшін HTTP POST әдісімен тақтаға мәліметтерді жіберу үшін Ajax пен Jquery қолданатын веб -бет жасалған. Веб -бет тақтаны құрылғы идентификаторымен анықтайды және кіру белгісі арқылы Бөлшектердің бұлт қызметіне қосылады.

Фотонды интернетке қалай қосуға болады

1. Құрылғыны қуаттандырыңыз

• USB кабелін қуат көзіне қосыңыз.
• Қосылғаннан кейін құрылғыдағы RGB светодиоды көк түспен жыпылықтай бастайды. Егер сіздің құрылғыңыз көк түспен жыпылықтамаса, ОРНАТУ түймесін басып тұрыңыз. қызғылт сары, ол жеткілікті қуат ала алмауы мүмкін. Қуат көзін немесе USB кабелін өзгертуге тырысыңыз.

2. Фотонды Интернетке қосыңыз Веб -қосымшаны немесе мобильді қосымшаны пайдаланудың екі әдісі бар

а. Веб -қосымшаны қолдану

• 1 -қадам setup.particle.io өтіңіз
• 2 -қадам Photon орнату түймесін басыңыз
• 3 -қадам КЕЛЕСІ түймесін басқаннан кейін сізге файл ұсынылады (photonsetup.html)
• 4 -қадам Файлды ашыңыз.
• 5 -қадам Файлды ашқаннан кейін PHOTON атты желіге қосылу арқылы компьютерді Photon -ге қосыңыз.
• 6-қадам Wi-Fi тіркелгі деректерін конфигурациялаңыз. Ескерту: Егер тіркелгі деректерін қате жазсаңыз, Photon қою көк немесе жасыл болып жыпылықтайды. Сіз процесті қайтадан өтуіңіз керек (бетті жаңарту немесе процестің қайталау бөлімін басу арқылы)
• 7 -қадам Құрылғының атын өзгертіңіз. Сондай -ақ, құрылғы талап етілген немесе берілмегенін растауды көресіз.

б. Смартфонды қолдану

• Телефоннан қосымшаны ашыңыз. Егер сізде Бөлшек жоқ болса, жүйеге кіріңіз немесе тіркеліңіз.
• Кіргеннен кейін плюс белгішесін басып, қосқыңыз келетін құрылғыны таңдаңыз. Содан кейін құрылғыны Wi-Fi желісіне қосу үшін экрандағы нұсқауларды орындаңыз.

Егер сіз бұл Photon -ды бірінші рет қоссаңыз, ол жаңартуларды жүктеген кезде бірнеше минут күлгін жыпылықтайды. Photon бірнеше рет қайта іске қосылған кезде Интернетке қосылуға байланысты жаңартулар аяқталуы 6-12 минутты алуы мүмкін. Осы уақыт ішінде фотонды қайта қоспаңыз немесе ажыратпаңыз. Егер солай болса, құрылғыны жөндеу үшін осы нұсқаулықты орындау қажет болуы мүмкін.

Құрылғыны қосқаннан кейін, ол желі туралы білді. Сіздің құрылғыңыз бес желіге дейін сақтай алады. Бастапқы орнатудан кейін жаңа желі қосу үшін сіз құрылғыны қайтадан тыңдау режиміне қойып, жоғарыдағыдай жалғастырасыз. Егер сіздің құрылғыңызда тым көп желі бар деп ойласаңыз, құрылғы жадын ол үйренген кез келген Wi-Fi желісінен өшіре аласыз. Сіз мұны RGB жарықдиодты көк түспен тез жыпылықтағанша орнату түймесін 10 секунд ұстап тұруды жалғастыра аласыз, бұл барлық профильдердің жойылғанын білдіреді.

Режимдер

• Циан, сіздің фотоныңыз Интернетке қосылған.
• Magenta, ол қазір қолданбаны жүктеп жатыр немесе микробағдарламаны жаңартуда. Бұл күй микробағдарламаны жаңартудан немесе Web IDE немесе Desktop IDE кодынан жыпылықтаудан туындайды. Сіз бұл режимді Photon -ды бұлтқа бірінші рет қосқанда көре аласыз.
• Жасыл, ол Интернетке қосылуға тырысады.
• Ақ, Wi-Fi модулі өшірулі.

Web IDEParticle Build-бұл интеграцияланған даму ортасы немесе IDE, бұл сіздің веб-шолғышта іске қосылатын қарапайым бағдарламада бағдарламалық қамтамасыз етуді жасауға болатынын білдіреді.

1. Құрылысты ашу үшін бөлшек есептік жазбаңызға кіріңіз, содан кейін суретте көрсетілгендей құрастыруды басыңыз.
2. Сіз басқаннан кейін сіз осындай консольді көресіз.
3. Жаңа жасау қосымшасын жасау үшін, жаңа қолданба жасау түймесін басыңыз.
4. Кітапхананы бағдарламаға қосу үшін, кітапханалар бөліміне өтіңіз, сұйық кристалды іздеңіз, содан кейін кітапхана қосқыңыз келетін бағдарламаны таңдаңыз. Менің жағдайда бұл күн батареясынан бақылау.
5. Бағдарламаны тексеру үшін. Тексеру түймесін басыңыз.
6. Кодты жүктеу үшін флэш түймесін басыңыз, бірақ мұны жасамас бұрын құрылғыны таңдаңыз. Егер сізде бірнеше құрылғы болса, сіз флэш -кодты қай құрылғыларға таңдағаныңызға көз жеткізіңіз. Навигация тақтасының төменгі сол жағындағы «Құрылғылар» белгішесін нұқыңыз, содан кейін құрылғы атауын апарған кезде жұлдыз сол жақта пайда болады. Жаңартқыңыз келетін құрылғыны орнату үшін оны басыңыз (егер сізде бір ғана құрылғы болса, ол көрінбейді). Құрылғыны таңдағаннан кейін, онымен байланысты жұлдыз сарыға айналады. (Егер сізде тек бір құрылғы болса, оны таңдаудың қажеті жоқ, жалғастыруға болады.

4 -қадам: Цикл қалай жұмыс істейді

Схемада СКД символының интерфейсі үшін модульдің 6 GPIO түйреуіші пайдаланылады, LM-35 температура датчигі, күн панелі және LDR сенсорының интерфейсі үшін үш аналогты кіріс түйреуіштері қолданылады.

Схема жиналғаннан кейін, ол күн батареясымен бірге орналастыруға дайын. Күн панелі электр энергиясын өндіруді жалғастырып жатқанда, құрылғыға бекітілген. Құрылғы басқа өнімділікті жақсартатын жабдықты басқаратын желіден қуат алады. Құрылғы қосылғаннан кейін оның СКД дисплейінде қосымшаның мақсатын көрсететін бастапқы хабарламалар жыпылықтайды. Панельдің қуаты, температурасы мен түсетін жарық қарқындылығы сәйкесінше күн панелінің кернеу шығысы, LM-35 температура сенсоры және LDR сенсорымен өлшенеді. Күн панелінің кернеу шығысы, LM-35 температура сенсоры және LDR сенсоры фотон бөлшектерінің A1, A0 және A2 аналогтық кіріс түйреуіштеріне қосылған.

Сәйкес параметрлер тиісті түйреуіштердегі аналогтық кернеуді сезу арқылы өлшенеді. Тиісті түйреуіштерде сезілетін аналогтық кернеу кіріктірілген ADC арналары арқылы цифрлық мәндерге түрлендіріледі. Particle Photon 12 биттік ADC арналары бар. Демек, цифрланған мәндер 0 -ден 4095 -ке дейін болуы мүмкін. Мұнда LDR сенсорының контроллерлік түйреуішпен байланысатын резистивті желі жарықтың қарқындылығын тура пропорционалдылықпен көрсету үшін калибрленген деп есептеледі.

LM-35 IC бөлме температурасында ± 0,25 ° C және -55 ° C-тан 150 ° C дейінгі температура диапазонында ± 0,75 ° C типтік дәлдікті қамтамасыз ету үшін сыртқы калибрлеуді немесе кесуді қажет етпейді. Қалыпты жағдайда сенсормен өлшенетін температура сенсордың жұмыс диапазонынан аспайды немесе шегінбейді. Вафельді деңгейдегі кесу мен калибрлеу арқылы сенсорды төмен бағаға пайдалану қамтамасыз етіледі. Шығу кедергісі төмен, сызықтық шығыс және LM-35-тің нақты калибрлеуінің арқасында сенсордың басқару схемасына қосылуы оңай. LM-35 құрылғысы қоректену көзінен тек 60 uA алатындықтан, ол өзін-өзі қыздыруда өте төмен температурада 0,1 ° C-тан төмен. Әдетте −55 ° C -тан 150 ° C -қа дейінгі температура диапазонында сенсордың кернеуі Цельсий бойынша 10 мВ -қа артады. Датчиктің кернеуі келесі формулалармен берілген

Vout = 10 мВ/° С*Т

мұнда, Vout = датчиктің кернеу шығысы

T = Цельсий градусындағы температура, T (° C) = Vout/10 мВ

T (° C) = Vout (V түрінде)*100

Егер VDD 3,3 В деп есептелсе, аналогты көрсеткіш келесі формула бойынша 12 биттік диапазоннан асатын кернеуге байланысты.

Vout = (3.3/4095)*Аналогты оқу

Сонымен, Цельсий градусындағы температураны келесі формулалармен беруге болады

T (° C) = Vout (V түрінде)*100

T (° C) = (3.3/4095) *Аналогты оқу *100

Осылайша, температураны сенсордан шығатын аналогтық кернеуді сезу арқылы тікелей өлшеуге болады. AnalogRead () функциясы контроллер түйісіндегі аналогты кернеуді оқу үшін қолданылады. Күн батареясының кернеуі әдетте 3 В болуы керек, оны фотон бөлшектері тікелей сезеді. Бөлшек фотоны 3,3 В дейінгі кернеуді тікелей сезе алады. Сезілетін аналогты кернеуді цифрландыру үшін ол қайтадан VDD -ге сілтеме жасайды. Цифрландырылған кернеудің көрсеткіші 12 биттік диапазонда, яғни 0-ден 4095-ке дейін масштабталады

Vout = (3.3/4095)*Аналогты оқу

Оқу сенсорының деректері алдымен СКД дисплейінде көрсетіледі, содан кейін Wi-Fi байланысы арқылы Particle Cloud-ға жіберіледі. Оқу сенсорының мәндерін көру үшін пайдаланушы Бөлшектің тіркелген есептік жазбасына кіруі керек. Платформа тіркелген есептік жазбадан тақтаға қосылуға мүмкіндік береді. Пайдаланушы алынған сенсорлық деректерді нақты уақытта бақылай алады, сонымен қатар деректерді тіркей алады.

5 -қадам: Қосылымдар мен схема диаграммасы

Фотон ==> СКД

D6 ==> RS

D5 ==> Қосу

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Фотон ==> LM-35

A0 ==> Аут

Фотон ==> LDR

A2 ==> Vcc

Фотон ==> Күн тақтасы

A1 ==> Vcc

6 -қадам: Нәтиже