Бөөмийн фотон ашиглан нарны хавтангийн хяналт: 7 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Төслийн зорилго нь нарны хавтангийн үр ашгийг дээшлүүлэх явдал юм. Энэхүү төсөл нь нарны цахилгаан станцын гүйцэтгэл, хяналт, засвар үйлчилгээг сайжруулах зорилгоор нарны гэрэл цахилгаан үүсгүүрийг хянах зорилготой юм.

Энэхүү төсөлд бөөмийн фотон нь нарны хавтангийн хүчдэлийн гаралтын зүү, LM-35 температур мэдрэгч, LDR мэдрэгчтэй холбогдож цахилгаан гаралт, температур, туссан гэрлийн эрч хүчийг тус тус хянадаг. Хэмжигдсэн параметрүүдийг бодит цаг хугацаанд харуулахын тулд LCD тэмдэгтийг бөөмийн фотонтой холбож өгдөг. Photon нь хэмжсэн параметрүүдийг LCD дэлгэц дээр харуулаад зогсохгүй хэмжигдэхүүнүүдийг бодит цагийн мэдээллийг үзэхийн тулд үүл сервер рүү илгээдэг.

Алхам 1: Шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсэг

• Фотон бөөмс 20 доллар
• 16x2 LCD дэлгэц 3 доллар
• Нарны хавтан 4 доллар
• LM-35 температур мэдрэгч 2 доллар
• LDR доллар
• Талхны самбар 4 доллар
• Холбогч утас $ 3

Тоног төхөөрөмжийн нийт өртөг нь 40 орчим доллар юм.

Алхам 2: Техник хангамж

1. Бөөмийн фотон

Photon бол Particle платформ дээр байдаг алдартай IoT самбар юм. Удирдах зөвлөл нь STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 микроконтроллертой бөгөөд 1 MB флаш санах ой, 128 Kb RAM, 18 холимог дохионы ерөнхий зориулалттай оролтын гаралттай (GPIO) нэмэлт зүүтэй. Энэхүү модуль нь Wi-Fi холболтод зориулагдсан Cypress BCM43362 Wi-Fi чиптэй бөгөөд Bluetooth-ийн хувьд нэг зурвасын 2.4GHz IEEE 802.11b/g/n юм. Уг самбар нь 2 SPI, нэг I2S, нэг I2C, нэг CAN, нэг USB интерфэйсээр тоноглогдсон байдаг.

3V3 нь аналог мэдрэгчид ашигладаг шүүсэн гаралт гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ зүү нь самбар дээрх зохицуулагчийн гаралт бөгөөд Wi-Fi модулийн VDD-тэй холбогдсон байна. Photon -ийг VIN эсвэл USB портоор тэжээх үед энэ зүү нь 3.3VDC хүчдэлийг гаргадаг. Энэ зүүг Photon -ийг шууд асаахад ашиглаж болно (хамгийн их оролт 3.3VDC). Гаралт болгон ашиглахад 3V3 дээрх хамгийн их ачаалал нь 100 мА байна. ХОУХД-ийн дохио нь 8 битийн нарийвчлалтай бөгөөд 500 Гц давтамжтай ажилладаг.

2. 16X2 тэмдэгт бүхий LCD дэлгэц

16X2 LCD дэлгэц нь хэмжсэн параметрүүдийн утгыг харуулахад ашиглагддаг. Энэ нь Particle Photon -тэй D4 -ээс D7 өгөгдлийн зүүг бөөмийн самбарын D0 -D3 -ийн зүү рүү холбосноор холбогддог. LCD -ийн E ба RS зүү нь бөөмийн самбарын D5 ба D6 зүүтэй холбогдсон байна. LCD -ийн R/W зүү нь газардуулгатай байна.

3. LDR мэдрэгч (Фоторезистор)

LDR буюу гэрэл хамааралтай резисторыг гэрэл эсэргүүцэгч, фотоэлемент, фото дамжуулагч гэж нэрлэдэг бөгөөд эсэргүүцэл нь түүний гадаргуу дээр унах гэрлийн хэмжээнээс хамаарч өөр өөр байдаг. Гэрэл резистор дээр унах үед эсэргүүцэл өөрчлөгддөг. Эдгээр резисторыг ихэвчлэн гэрлийн оршихуйг мэдрэх шаардлагатай олон хэлхээнд ашигладаг. Эдгээр резисторууд нь янз бүрийн функц, эсэргүүцэлтэй байдаг. Жишээлбэл, LDR нь харанхуйд байх үед гэрлийг асаах эсвэл гэрэлд байх үед гэрлийг унтраахад ашиглаж болно. Ердийн гэрлээс хамааралтай резистор нь 1MOhm харанхуйд, гэрэлтүүлгийн хувьд хос KOhm эсэргүүцэлтэй байдаг.

LDR -ийн ажиллах зарчим

Энэхүү эсэргүүцэл нь гэрэл дамжуулах зарчмаар ажилладаг. Энэ нь гэрэл гадаргуу дээр унах үед материалын цахилгаан дамжуулах чанар буурч, төхөөрөмжийн валентын зурваст байгаа электронууд дамжуулах зурваст өдөөгддөг. Гэрлийн гэрэл дээрх эдгээр фотонууд нь хагас дамжуулагч материалын туузны зайнаас их энергитэй байх ёстой бөгөөд энэ нь электронуудыг валентын зурвасаас дамжуулал руу үсрэхэд хүргэдэг бөгөөд эдгээр төхөөрөмжүүд нь гэрлээс хамаардаг бөгөөд LDR дээр гэрэл унах үед эсэргүүцэл буурдаг. LDR нь харанхуй газар хадгалагдахад түүний эсэргүүцэл өндөр байдаг ба LDR -ийг гэрэлд байлгахад эсэргүүцэл нь буурдаг. LDR мэдрэгчийг ослын гэрлийн эрчмийг хэмжихэд ашигладаг. Гэрлийн эрч хүчийг Люксээр илэрхийлдэг. Мэдрэгч нь Particle Photon -ийн A2 зүүтэй холбогдсон байна. Мэдрэгч нь боломжит хуваагдлын хэлхээнд холбогдсон байна. LDR нь аналог хүчдэлийг хангадаг бөгөөд үүнийг суурилуулсан ADC дижитал уншилт болгон хөрвүүлдэг.

4. LM-35 температур мэдрэгч

LM35 нь нарийвчлалтай IC температур мэдрэгч бөгөөд гаралт нь температуртай пропорциональ (oC). Ашиглалтын температурын хүрээ -55 ° C -аас 150 ° C хүртэл байна. Орчны температурын oC -ийн өсөлт/ бууралт бүрийн хариуд гаралтын хүчдэл 10mV -ээр хэлбэлздэг, өөрөөр хэлбэл түүний масштабын коэффициент 0.01V/ oC байна. Мэдрэгч нь гурван голтой - VCC, Analogout, Ground. LM35 -ийн Aout зүү нь фотон бөөмийн аналог оролтын зүү A0 -тэй холбогддог. VCC ба газардуулга нь нийтлэг VCC ба Ground -тэй холбогддог.

Онцлог шинж чанарууд

Цельсийн градус (Цельсийн градус) -д шууд шалгалт тохируулга хийсэн

Шугаман коэффициент 10.0 мВ/° С

• 0.5 ° C нарийвчлалтайгаар баталгаа өгөх боломжтой (a25 ° C-д)
• Бүрэн -55 ° C -аас 150 ° C хүртэл хэлбэлздэг
• 4-30 вольт хүртэл ажилладаг
• 60 мА -аас бага гүйдэлтэй ус зайлуулах хоолой
• Өөрөө халаалт багатай, 0.08 ° C агаар дусаана
• Ердийн шугаман бус байдал нь ердөө 0.25 ° C байна
• Бага эсэргүүцэлтэй гаралт, 1 мА ачааллын хувьд 0.1Ω

5. Нарны хавтан

Нарны хавтан нь гэрлийг цахилгаан болгон хувиргадаг төхөөрөмж юм. Тэд "нарны хавтан" гэсэн нэрийг одон орон судлаачдын нар, нарны гэрэлд ашигладаг "Сол" гэдэг үгнээс авсан. Эдгээрийг фотоволтайк хавтан гэж нэрлэдэг бөгөөд энд фотоволтайк нь "гэрэл цахилгаан" гэсэн утгатай. Нарны энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргах үзэгдлийг фотоэлектрик эффект гэдэг. Энэ нөлөө нь нарны энерги цацрахад гаралт дээрх хүчдэл ба гүйдлийг үүсгэдэг. Төсөлд 3 вольтын нарны хавтан ашигладаг. Нарны зай нь хэд хэдэн нарны зай эсвэл фотовольтай диодоос бүрдэнэ. Эдгээр нарны эсүүд нь P-N уулзвар диод бөгөөд нарны гэрлийн дор цахилгаан дохио үүсгэж чаддаг. Нарны гэрэлд өртөхөд энэхүү нарны хавтан нь терминал дээрээ 3.3 В тогтмол гүйдлийн хүчдэл гаргадаг. Энэхүү самбар нь хамгийн их гаралтын чадал нь 0.72 ватт, хамгийн бага гаралтын хүч нь 0.6 ватт байж болно. Хамгийн их цэнэглэх гүйдэл нь 220 мА, хамгийн бага цэнэглэх гүйдэл нь 200 мА байна. Энэхүү самбар нь VCC ба Ground гэсэн хоёр терминалтай. Хүчдэлийн гаралтыг VCC зүүгээр зурна. Хүчдэлийн гаралтын зүү нь Particle Photon -ийн аналог оролтын зүү A1 -т холбогдсон бөгөөд нарны зайнаас гарах хүчийг хэмждэг.

Алхам 3: Програм хангамж

Бөөмийн вэб IDE

Аливаа Photon програмын кодыг бичихийн тулд хөгжүүлэгч нь Particle вэбсайт дээр данс үүсгэж, хэрэглэгчийн бүртгэлээрээ Photon самбарыг бүртгүүлэх шаардлагатай. Дараа нь програмын кодыг Particle -ийн вэбсайт дээрх Web IDE дээр бичиж, интернетээр бүртгэгдсэн фотон руу шилжүүлэх боломжтой. Хэрэв энд сонгогдсон ширхэг хавтанг Photon асааж, бөөмийн үүл үйлчилгээнд холбосон бол кодыг сонгосон самбар дээр интернет холболтоор дамжуулж, самбар дамжуулсан кодын дагуу ажиллаж эхэлнэ. Самбарыг интернетээр хянахын тулд Ajax болон Jquery ашиглан HTTP POST аргыг ашиглан самбар руу өгөгдөл илгээх вэб хуудас зохион бүтээжээ. Вэб хуудас нь самбарыг төхөөрөмжийн ID -ээр тодорхойлж, нэвтрэх тэмдгээр дамжуулан Particle Cloud Service -тэй холбогддог.

Фотоныг интернетэд хэрхэн холбох вэ

1. Төхөөрөмжөө асаах

• USB кабелийг тэжээлийн эх үүсвэрт холбоно уу.
• Залгагдсан даруйд таны төхөөрөмж дээрх RGB LED цэнхэр өнгөөр анивчиж эхлэх ёстой. Хэрэв таны төхөөрөмж цэнхэр анивчихгүй бол SETUP товчлуурыг удаан дарна уу. улбар шар өнгөтэй, энэ нь хангалттай хүч авахгүй байж магадгүй юм. Цахилгааны эх үүсвэр эсвэл USB кабелийг сольж үзээрэй.

2. Фотоноо интернетэд холбоно уу Вэб аппликэйшн эсвэл мобайл аппликэйшнийг ашиглах хоёр арга бий

a. Вэб програмыг ашиглаж байна

• Алхам 1 setup.particle.io руу очно уу
• Алхам 2 Photon тохируулах дээр дарна уу
• Алхам 3 NEXT дээр дарсны дараа танд файлыг үзүүлэх ёстой (photonsetup.html)
• Алхам 4 Файлыг нээнэ үү.
• Алхам 5 Файлыг нээсний дараа PHOTON нэртэй сүлжээнд холбогдон компьютерээ Photon -тэй холбоно уу.
• Алхам 6 Wi-Fi-ийн итгэмжлэлээ тохируулна уу. Жич: Хэрэв та итгэмжлэлээ буруу бичсэн бол Photon нь хар хөх эсвэл ногоон өнгөөр анивчих болно. Та процессыг дахин давах ёстой (хуудсыг сэргээж эсвэл дахин оролдох хэсгийг дарна уу)
• Алхам 7 Төхөөрөмжийнхөө нэрийг өөрчил. Төхөөрөмжийг нэхэмжилсэн эсэхээс үл хамааран та баталгаажуулалтыг харах болно.

б. Ухаалаг гар утас ашиглаж байна

• Програмыг утсан дээрээ нээнэ үү. Хэрэв танд байхгүй бол Particle -ээр нэвтэрнэ үү эсвэл бүртгүүлнэ үү.
• Нэвтэрсний дараа нэмэх дүрс дээр дарж нэмэхийг хүсч буй төхөөрөмжөө сонгоно уу. Дараа нь дэлгэц дээрх зааврыг дагаж төхөөрөмжөө Wi-Fi сүлжээнд холбоно уу.

Хэрэв та Photon -ийг анх удаа холбож байгаа бол шинэчлэлтүүдийг татаж авахад хэдэн минутын турш нил ягаан өнгөөр анивчих болно. Фотоныг хэд хэдэн удаа дахин асаахад таны интернет холболтоос хамааран шинэчлэлтүүд дуусахад 6-12 минут шаардагдах болно. Энэ хугацаанд Photon -ийг дахин асааж, салгаж болохгүй. Хэрэв тийм бол та төхөөрөмжөө засахын тулд энэ гарын авлагыг дагаж мөрдөх шаардлагатай болж магадгүй юм.

Та төхөөрөмжөө холбосны дараа энэ сүлжээг сурсан болно. Таны төхөөрөмж таван сүлжээг хадгалах боломжтой. Анхны тохиргоог хийсний дараа шинэ сүлжээ нэмэхийн тулд та төхөөрөмжийг сонсох горимд дахин оруулаад дээр дурдсан шиг үргэлжлүүлнэ үү. Хэрэв таны төхөөрөмж дээр хэт олон сүлжээ байгаа юм шиг санагдаж байвал та сурсан Wi-Fi сүлжээнийхээ төхөөрөмжийн санах ойг устгах боломжтой. Та тохиргооны товчлуурыг 10 секундын турш үргэлжлүүлэн дарж, RGB LED хурдан цэнхэр өнгөөр анивчих хүртэл бүх профайлыг устгасан гэсэн дохио өгч болно.

Горим

• Циан, таны Photon интернетэд холбогдсон байна.
• Magenta, одоогоор апп ачаалж байгаа эсвэл програм хангамжаа шинэчилж байна. Энэ төлөв нь firmware -ийн шинэчлэлт эсвэл Web IDE эсвэл Desktop IDE -ээс код асаахад хүргэдэг. Та Photon -ийг анх удаа үүлэн сүлжээнд холбохдоо энэ горимыг харж магадгүй юм.
• Ногоон, энэ нь интернетэд холбогдохыг оролдож байна.
• Цагаан, Wi-Fi модуль унтарсан байна.

Web IDEParticle Build бол Хөгжлийн Нэгдсэн Орчин буюу IDE бөгөөд энэ нь таны вэб хөтөч дээр ажиллахад хялбар програм дээр програм хангамж хөгжүүлэх боломжтой гэсэн үг юм.

1. Бүтээлийг нээхийн тулд өөрийн дансны данс руу нэвтэрч, зураг дээр үзүүлсэн шиг бүтээх дээр дарна уу.
2. Та товшсоны дараа ийм консолыг харах болно.
3. Шинэ үүсгэх апп үүсгэхийн тулд шинэ апп үүсгэх дээр дарна уу.
4. Номын санг програмд оруулахын тулд номын сангийн хэсэг рүү очиж, шингэн кристал хайж олоод номын сан нэмэхийг хүссэн програмаа сонгоно уу. Миний хувьд энэ нь solarpanelmonitoring юм.
5. Хөтөлбөрийг баталгаажуулахын тулд. Баталгаажуулах дээр дарна уу.
6. Кодыг байршуулахын тулд флэш дээр дарна уу, гэхдээ үүнийг хийхээсээ өмнө төхөөрөмжийг сонгоно уу. Хэрэв танд хэд хэдэн төхөөрөмж байгаа бол та флаш кодоо аль төхөөрөмжөөсөө сонгосон эсэхээ шалгаарай. Навигацийн самбарын зүүн доод буланд байгаа "Төхөөрөмжүүд" дүрс дээр дарна уу, дараа нь та төхөөрөмжийн нэр дээр хулганы зүүн талд гарч ирэх болно. Үүнийг дарж шинэчлэхийг хүссэн төхөөрөмжөө тохируулна уу (хэрэв танд ганц төхөөрөмж байгаа бол энэ нь харагдахгүй болно). Та төхөөрөмжийг сонгосны дараа түүнтэй холбоотой од шар өнгөтэй болно. (Хэрэв танд ганцхан төхөөрөмж байгаа бол үүнийг сонгох шаардлагагүй, та үргэлжлүүлж болно.

Алхам 4: Хэлхээ хэрхэн ажилладаг

Уг хэлхээнд модулийн 6 GPIO зүү нь LCD тэмдэгтийг холбоход хэрэглэгддэг бөгөөд гурван аналог оролтын зүү нь LM-35 температур мэдрэгч, нарны хавтан, LDR мэдрэгчийг холбоход хэрэглэгддэг.

Уг хэлхээг угсарсны дараа нарны хавтангийн хамт байрлуулахад бэлэн болно. Нарны зай нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх ажлыг үргэлжлүүлж байхад төхөөрөмжид хавсаргасан болно. Төхөөрөмж нь бусад гүйцэтгэлийг сайжруулах тоног төхөөрөмжийг удирдаж буй сүлжээнээс тэжээгддэг. Төхөөрөмжийг асаасны дараа LCD дэлгэц дээр програмын зорилгыг харуулсан анхны мессежүүд гарч ирнэ. Самбарын цахилгаан гаралт, температур ба гэрлийн гэрлийн эрч хүчийг нарны хавтангийн хүчдэлийн гаралтын зүү, LM-35 температур мэдрэгч ба LDR мэдрэгчээр тус тус хэмждэг. Нарны зай, LM-35 температур мэдрэгч, LDR мэдрэгчийн хүчдэлийн гаралтын зүү нь Particle Photon-ийн A1, A0, A2 аналог оролтын зүүтэй холбогдсон байна.

Холбогдох үзүүлэлтүүдийг холбогдох тээглүүр дээрх аналог хүчдэлийг мэдрэх замаар хэмждэг. Холбогдох тээглүүрт мэдрэгдсэн аналог хүчдэлийг ADC сувгийг ашиглан дижитал утга болгон хөрвүүлдэг. Particle Photon нь 12 битийн ADC сувгуудтай. Тиймээс тоон хэлбэрт шилжүүлсэн утга нь 0 -ээс 4095 хүртэл байж болно. Энд LDR мэдрэгчийг хянагчийн зүүгээр холбосон эсэргүүцлийн сүлжээг гэрлийн эрч хүчийг шууд пропорциональ байдлаар тохируулахын тулд тохируулсан гэж үздэг.

LM-35 IC нь өрөөний температурт ± 0.25 ° C, -55 ° C-аас 150 ° C хүртэл температурт ± 0.75 ° C-ийн ердийн нарийвчлалыг хангахын тулд гадны тохируулга, шүргэх шаардлагагүй болно. Хэвийн нөхцөлд мэдрэгчийн хэмжсэн температур нь мэдрэгчийн ажиллах хүрээнээс хэтрэхгүй эсвэл буурахгүй. Модон хавтангийн түвшинд шүргэж, тохируулснаар мэдрэгчийг хямд үнээр ашиглах нь баталгаатай болно. Бага гаралтын эсэргүүцэл, шугаман гаралт, LM-35-ийн нарийвчлалтай тохируулгын ачаар мэдрэгчийг хяналтын хэлхээнд холбоход хялбар байдаг. LM-35 төхөөрөмж нь нийлүүлэлтээс ердөө 60 uA-ийг авдаг тул хөдөлгөөнгүй агаарт 0.1 ° C-аас бага температурт маш бага өөрөө халдаг. Ихэвчлэн −55 ° C -аас 150 ° C хүртэлх температурын хүрээнд мэдрэгчийн хүчдэл Цельсийн градус тутамд 10 мВ -аар нэмэгддэг. Мэдрэгчийн хүчдэлийн гаралтыг дараах томъёогоор тодорхойлно

Vout = 10 mV/° C*T

хаана, Vout = Мэдрэгчийн хүчдэлийн гаралт

T = Цельсийн градусын температур Тиймээс

T (° C -д) = Vout/10 мВ

T (° C -д) = Vout (V -ээр)*100

Хэрэв VDD-ийг 3.3 В гэж үзвэл аналог уншлага нь 12 битийн хязгаараас давсан мэдрэгчийн хүчдэлтэй дараах томъёогоор хамаарна.

Vout = (3.3/4095)*Аналог унших

Тиймээс Цельсийн градусын температурыг дараах томъёогоор тодорхойлж болно

T (° C -д) = Vout (V -ээр)*100

T (° C-д) = (3.3/4095) *Аналог унших *100

Тиймээс мэдрэгчийн аналог хүчдэлийн гаралтыг мэдрэх замаар температурыг шууд хэмжиж болно. AnalogRead () функц нь хянагчийн зүү дээрх аналог хүчдэлийг уншихад ашиглагддаг. Нарны хавтангийн хүчдэлийн гаралт нь ихэвчлэн 3 В байх ёстой бөгөөд үүнийг Particle Photon шууд мэдэрдэг. Бөөмийн фотон нь 3.3 В хүртэлх хүчдэлийг шууд мэдэрдэг. Мэдрэгдсэн аналог хүчдэлийг дижитал хэлбэрт оруулахын тулд үүнийг дотооддоо VDD -д дахин иш татдаг. Тоон хэлбэрт хүчдэлийн уншилтыг 12 битийн хүрээнд хэмждэг, өөрөөр хэлбэл 0-ээс 4095 хүртэл. Тиймээс

Vout = (3.3/4095)*Аналог унших

Уншсан мэдрэгчийн өгөгдлийг эхлээд LCD дэлгэц дээр харуулаад дараа нь Wi-Fi холболтоор Particle Cloud руу дамжуулдаг. Хэрэглэгч уншсан мэдрэгчийн утгыг харахын тулд Particle -ийн бүртгэлтэй данс руу нэвтрэх шаардлагатай. Платформ нь бүртгэлтэй данснаас самбар руу холбогдох боломжийг олгодог. Хэрэглэгч хүлээн авсан мэдрэгчийн өгөгдлийг бодит цаг хугацаанд хянах боломжтой бөгөөд өгөгдлийг бүртгэх боломжтой.

Алхам 5: Холболт ба хэлхээний диаграм

Фотон ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Идэвхжүүлэх

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Фотон ==> LM-35

A0 ==> Завгүй

Фотон ==> LDR

A2 ==> Vcc

Фотон ==> Нарны хавтан

A1 ==> Vcc

Алхам 6: Үр дүн