Monitoraggio del pannello solare utilizzando il fotone di particelle: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

L'obiettivo del progetto è quello di migliorare l'efficienza dei pannelli solari. Il progetto è progettato per supervisionare la produzione di energia solare fotovoltaica per migliorare le prestazioni, il monitoraggio e la manutenzione dell'impianto solare.

In questo progetto, il fotone particellare è interfacciato con il pin di uscita della tensione del pannello solare, il sensore di temperatura LM-35 e il sensore LDR per monitorare rispettivamente l'uscita di potenza, la temperatura e l'intensità della luce incidente. Un LCD a caratteri è inoltre interfacciato al fotone particellare per la visualizzazione in tempo reale dei parametri misurati. Il Photon non solo visualizza i parametri misurati sullo schermo LCD, ma invia anche i valori misurati al server cloud per la visualizzazione dei dati in tempo reale.

Passaggio 1: componente richiesto

• Fotone particellare $ 20
• LCD 16x2 $3
• Piatto solare $ 4
• Sensore di temperatura LM-35 $ 2
• LDR $1
• Tagliere $4
• Ponticelli $3

Il costo complessivo dell'hardware è di circa $ 40 dollari.

Passaggio 2: hardware

1. Fotone particellare

Photon è una popolare scheda IoT disponibile dalla piattaforma Particle. La scheda ospita il microcontrollore STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 e dispone di 1 MB di memoria flash, 128 Kb di RAM e 18 pin GPIO (General Purpose Input Output) a segnale misto con periferiche avanzate. Il modulo è dotato di chip Wi-Fi Cypress BCM43362 integrato per la connettività Wi-Fi e IEEE 802.11b/g/n a banda singola a 2,4 GHz per Bluetooth. La scheda è dotata di 2 SPI, un I2S, un I2C, un CAN e un'interfaccia USB.

Va notato che 3V3 è un'uscita filtrata utilizzata per sensori analogici. Questo pin è l'uscita del regolatore di bordo ed è collegato internamente al VDD del modulo Wi-Fi. Quando si alimenta il Photon tramite VIN o la porta USB, questo pin emetterà una tensione di 3,3 V CC. Questo pin può essere utilizzato anche per alimentare direttamente il Photon (ingresso massimo 3,3 V CC). Quando utilizzato come uscita, il carico massimo su 3V3 è 100mA. I segnali PWM hanno una risoluzione di 8 bit e funzionano su una frequenza di 500 Hz.

2. LCD 16X2 caratteri

Il display LCD 16X2 viene utilizzato per visualizzare i valori dei parametri misurati. È collegato al Particle Photon collegando i suoi pin dati D4 a D7 ai pin D0 a D3 della scheda Particle. I pin E e RS del display LCD sono collegati rispettivamente ai pin D5 e D6 della scheda Particle. Il pin R/W dell'LCD è messo a terra.

3. Sensore LDR (fotoresistenza)

LDR o resistore dipendente dalla luce è anche noto come fotoresistenza, fotocellula, fotoconduttore. È un tipo di resistore la cui resistenza varia a seconda della quantità di luce che cade sulla sua superficie. Quando la luce cade sul resistore, la resistenza cambia. Questi resistori sono spesso utilizzati in molti circuiti dove è necessario rilevare la presenza di luce. Questi resistori hanno una varietà di funzioni e resistenza. Ad esempio, quando l'LDR è al buio, può essere utilizzato per accendere una luce o per spegnere una luce quando è nella luce. Un tipico resistore dipendente dalla luce ha una resistenza al buio di 1 MOhm e alla luminosità una resistenza di un paio di KOhm.

Principio di funzionamento di LDR

Questo resistore funziona secondo il principio della fotoconduttività. Non è altro che, quando la luce cade sulla sua superficie, allora la conduttività del materiale si riduce e anche gli elettroni nella banda di valenza del dispositivo vengono eccitati alla banda di conduzione. Questi fotoni nella luce incidente devono avere un'energia maggiore del band gap del materiale semiconduttore. Questo fa sì che gli elettroni saltino dalla banda di valenza alla conduzione. Questi dispositivi dipendono dalla luce, quando la luce cade sull'LDR allora la resistenza diminuisce, e aumenta al buio. Quando un LDR è tenuto al buio, la sua resistenza è alta e, quando l'LDR è tenuto alla luce, la sua resistenza diminuirà. Il sensore LDR viene utilizzato per misurare l'intensità della luce incidente. L'intensità della luce è espressa in Lux. Il sensore è collegato al pin A2 di Particle Photon. Il sensore è collegato in un circuito divisore di potenziale. L'LDR fornisce una tensione analogica che viene convertita in lettura digitale dall'ADC integrato.

4. LM-35 Sensore di temperatura

LM35 è un sensore di temperatura IC di precisione con uscita proporzionale alla temperatura (in oC). La gamma di temperature di esercizio va da -55°C a 150°C. La tensione di uscita varia di 10 mV in risposta a ogni aumento/diminuzione oC della temperatura ambiente, ovvero il suo fattore di scala è 0,01 V/oC. Il sensore ha tre pin: VCC, Analogout e Ground. Il pin Aout dell'LM35 è collegato al pin di ingresso analogico A0 del fotone particella. Il VCC e la terra sono collegati a VCC e terra comuni.

Caratteristiche

Calibrato direttamente in gradi Celsius (centigradi)

Lineare a 10.0 mV/°C fattore di scala

• Precisione 0,5°C garantita (a 25°C)
• Classificato per una gamma completa da -55°C a 150°C
• Funziona da 4 a 30 volt
• Consumo di corrente inferiore a 60 mA
• Basso autoriscaldamento, 0,08°C instilla aria
• Non linearità solo 0,25°C tipico
• Uscita a bassa impedenza, 0,1 (per carico 1 mA)

5. Pannello solare

I pannelli solari sono dispositivi che convertono la luce in elettricità. Hanno preso il nome di pannelli "solari" dalla parola "Sol" usata dagli astronomi per fare riferimento al sole e alla luce del sole. Questi sono anche chiamati pannelli fotovoltaici dove Fotovoltaico significa "luce-elettricità". Il fenomeno della conversione dell'energia solare in energia elettrica è chiamato effetto fotovoltaico. Questo effetto genera la tensione e la corrente in uscita sull'esposizione dell'energia solare. Nel progetto viene utilizzato un pannello solare da 3 Volt. Un pannello solare è costituito da diverse celle solari o diodi fotovoltaici. Queste celle solari sono diodi a giunzione P-N e possono generare un segnale elettrico in presenza di luce solare. Esposto alla luce del sole, questo pannello solare genera un'uscita di tensione CC di 3,3 V ai suoi terminali. Questo pannello può avere una potenza di uscita massima di 0,72 Watt e una potenza di uscita minima di 0,6 Watt. La sua corrente di carica massima è di 220 mA e la corrente di carica minima è di 200 mA. Il pannello ha due terminali: VCC e Ground. L'uscita di tensione è prelevata dal pin VCC. Il pin di uscita della tensione è collegato al pin di ingresso analogico A1 del Particle Photon per la misurazione della potenza in uscita dal pannello solare.

Passaggio 3: software

IDE web di particelle

Per scrivere il codice del programma per qualsiasi Photon, lo sviluppatore deve creare un account sul sito Web di Particle e registrare la scheda Photon con il suo account utente. Il codice del programma può quindi essere scritto su Web IDE nel sito Web della particella e trasferito su Internet a un fotone registrato. Se la scheda Particelle selezionata, Photon qui, è accesa e connessa al servizio cloud della Particella, il codice viene masterizzato sulla scheda selezionata via etere tramite connessione internet e la scheda inizia a funzionare secondo il codice trasferito. Per controllare la scheda su Internet, è stata progettata una pagina Web che utilizza Ajax e Jquery per inviare dati alla scheda utilizzando il metodo HTTP POST. La pagina web identifica la scheda tramite un ID dispositivo e si connette al Servizio Cloud della Particella tramite un token di accesso.

Come connettere il fotone con Internet

1. Alimenta il tuo dispositivo

• Collega il cavo USB alla tua fonte di alimentazione.
• Non appena è collegato, il LED RGB sul dispositivo dovrebbe iniziare a lampeggiare in blu. Se il dispositivo non lampeggia in blu, tenere premuto il pulsante SETUP. Se il dispositivo non lampeggia affatto o se il LED è spento colore arancione, potrebbe non ricevere abbastanza energia. Prova a cambiare la fonte di alimentazione o il cavo USB.

2. Connetti il tuo Photon a InternetCi sono due modi per utilizzare l'applicazione web o l'app mobile

un. Utilizzo dell'applicazione web

• Passaggio 1 Vai a setup.particle.io
• Passaggio 2 Fare clic su imposta un Photon
• Passaggio 3 Dopo aver fatto clic su AVANTI, dovrebbe essere presentato un file (photonsetup.html)
• Passaggio 4 Aprire il file.
• Passaggio 5 Dopo aver aperto il file connettere il PC a Photon, collegandosi alla rete denominata PHOTON.
• Passaggio 6 Configura le tue credenziali Wi-Fi. Nota: se hai digitato male le tue credenziali, Photon lampeggerà in blu scuro o verde. Devi ripetere il processo (aggiornando la pagina o facendo clic sulla parte del processo di riprova)
• Passaggio 7 Rinominare il dispositivo. Vedrai anche una conferma se il dispositivo è stato rivendicato o meno.

B. Utilizzo dello smartphone

• Apri l'app sul tuo telefono. Accedi o registrati per un account con Particle se non ne hai uno.
• Dopo l'accesso, premi l'icona più e seleziona il dispositivo che desideri aggiungere. Quindi segui le istruzioni sullo schermo per connettere il tuo dispositivo al Wi-Fi.

Se è la prima volta che Photon si connette, lampeggerà in viola per alcuni minuti mentre scarica gli aggiornamenti. Potrebbero essere necessari 6-12 minuti per il completamento degli aggiornamenti, a seconda della connessione Internet, con il riavvio di Photon alcune volte nel processo. Non riavviare o scollegare Photon durante questo periodo. In tal caso, potrebbe essere necessario seguire questa guida per riparare il dispositivo.

Una volta connesso, il dispositivo ha appreso quella rete. Il tuo dispositivo può memorizzare fino a cinque reti. Per aggiungere una nuova rete dopo la configurazione iniziale, rimetti il dispositivo in modalità di ascolto e procedi come sopra. Se ritieni che il tuo dispositivo disponga di troppe reti, puoi cancellare la memoria del dispositivo da tutte le reti Wi-Fi apprese. Puoi farlo continuando a tenere premuto il pulsante di configurazione per 10 secondi fino a quando il LED RGB lampeggia rapidamente in blu, segnalando che tutti i profili sono stati cancellati.

modalità

• Ciano, il tuo Photon è connesso a Internet.
• Magenta, sta attualmente caricando un'app o aggiornando il firmware. Questo stato viene attivato da un aggiornamento del firmware o dal codice lampeggiante dall'IDE Web o dall'IDE desktop. Potresti vedere questa modalità quando connetti il tuo Photon al cloud per la prima volta.
• Verde, sta tentando di connettersi a Internet.
• Bianco, il modulo Wi-Fi è spento.

Web IDEParticle Build è un ambiente di sviluppo integrato, o IDE, che significa che puoi eseguire lo sviluppo del software in un'applicazione facile da usare, che si dà il caso che venga eseguita nel tuo browser web.

1. Per aprire build, accedi al tuo account di particelle e quindi fai clic su build come mostrato nell'immagine.
2. Dopo aver cliccato vedrai una console come questa.
3. Per creare una nuova app, fai clic su crea nuova app.
4. Per includere la libreria nel programma, vai alla sezione librerie, cerca liquidcrystal. Quindi seleziona un'app in cui desideri aggiungere la libreria. Nel mio caso è il monitoraggio del pannello solare.
5. Per verificare il programma. Fare clic su verifica.
6. Per caricare il codice, fai clic su flash ma prima di farlo seleziona un dispositivo. Se hai più di un dispositivo devi assicurarti di aver selezionato su quale dei tuoi dispositivi eseguire il flash del codice. Fai clic sull'icona "Dispositivi" nella parte inferiore sinistra del pannello di navigazione, quindi quando passi con il mouse sul nome del dispositivo, la stella apparirà a sinistra. Fare clic su di esso per impostare il dispositivo che si desidera aggiornare (non sarà visibile se si dispone di un solo dispositivo). Una volta selezionato un dispositivo, la stella ad esso associata diventerà gialla. (Se hai un solo dispositivo, non è necessario selezionarlo, puoi continuare.

Passaggio 4: come funziona il circuito

Nel circuito, 6 pin GPIO del modulo vengono utilizzati per interfacciare l'LCD a caratteri e tre pin di ingresso analogico vengono utilizzati per interfacciare il sensore di temperatura LM-35, il pannello solare e il sensore LDR.

Una volta che il circuito è assemblato, è pronto per essere distribuito insieme al pannello solare. Mentre il pannello solare continua a generare elettricità, è collegato al dispositivo. Il dispositivo è alimentato dalla rete elettrica che gestisce anche le altre apparecchiature per migliorare le prestazioni. Una volta acceso il dispositivo, sul display LCD vengono visualizzati alcuni messaggi iniziali che indicano l'intento dell'applicazione. La potenza del pannello, la temperatura e l'intensità della luce incidente sono misurate rispettivamente dal pin di uscita in tensione del pannello solare, dal sensore di temperatura LM-35 e dal sensore LDR. Il pin di uscita in tensione del pannello solare, il sensore di temperatura LM-35 e il sensore LDR sono collegati ai pin di ingresso analogico A1, A0 e A2 del Particle Photon.

I rispettivi parametri vengono misurati rilevando la tensione analogica sui rispettivi pin. La tensione analogica rilevata ai rispettivi pin viene convertita in valori digitali utilizzando i canali ADC integrati. Il Particle Photon ha canali ADC a 12 bit. Quindi i valori digitalizzati possono variare da 0 a 4095. Qui, si presume che il sensore LDR di interfaccia della rete resistiva con il pin del controller sia calibrato per indicare l'intensità della luce per proporzionalità diretta.

L'IC LM-35 non richiede alcuna calibrazione o regolazione esterna per fornire precisioni tipiche di ±0,25 °C a temperatura ambiente e ±0,75 °C su un intervallo di temperatura da -55 °C a 150 °C. In condizioni normali, la temperatura misurata dal sensore non supererà o diminuirà il range operativo del sensore. Tagliando e calibrando a livello di wafer, viene così assicurato l'uso del sensore a un costo inferiore. Grazie all'impedenza a bassa uscita, all'uscita lineare e alla precisa calibrazione intrinseca dell'LM-35, l'interfacciamento del sensore con un circuito di controllo è facile. Poiché il dispositivo LM-35 assorbe solo 60 uA dall'alimentazione, ha un autoriscaldamento molto basso, inferiore a 0,1 °C in aria calma. Tipicamente nell'intervallo di temperatura da -55 °C a 150 °C, l'uscita di tensione del sensore aumenta di 10 mV per grado Celsius. L'uscita in tensione del sensore è data dalle seguenti formule

Vout = 10 mV/°C*T

dove, Vout = Uscita in tensione del sensore

T = Temperatura in gradi Celsius Quindi, T (in °C) = Vout/10 mV

T (in °C) = Vout (in V)*100

Se si presume che VDD sia 3,3 V, la lettura analogica è correlata alla tensione rilevata nell'intervallo di 12 bit mediante la seguente formula

Vout = (3.3/4095)*Lettura analogica

Quindi, la temperatura in gradi Celsius può essere data dalle seguenti formule

T (in °C) = Vout (in V)*100

T (in °C) = (3.3/4095)*Lettura analogica *100

Quindi, la temperatura può essere misurata direttamente rilevando l'uscita di tensione analogica dal sensore. La funzione analogRead() viene utilizzata per leggere la tensione analogica sul pin del controller. L'uscita di tensione del pannello solare dovrebbe essere tipicamente di 3 V che può essere rilevata direttamente dal Particle Photon. Il fotone della particella può rilevare direttamente la tensione fino a 3,3 V. Per la digitalizzazione della tensione analogica rilevata, è nuovamente referenziato internamente al VDD. La lettura della tensione digitalizzata viene scalata nell'intervallo di 12 bit, ovvero da 0 a 4095. Quindi

Vout = (3.3/4095)*Lettura analogica

I dati letti dal sensore vengono prima visualizzati sul display LCD e poi passati al Particle Cloud tramite connessione Wi-Fi. L'utente deve accedere all'account registrato della Particella per visualizzare i valori letti dal sensore. La piattaforma consente la connessione a una scheda dall'account registrato. L'utente può monitorare i dati del sensore ricevuti in tempo reale e può anche registrare i dati.

Passaggio 5: collegamenti e schema elettrico

Fotone ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Abilita

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Fotone ==> LM-35

A0 ==> Aout

Fotone ==> LDR

A2 ==> Vcc

Fotone ==> Piastra solare

A1 ==> Vcc

Passaggio 6: risultato