Modul Daya IoT: Menambahkan Fitur Pengukuran Daya IoT ke My Solar Charge Controller: 19 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Halo semuanya, saya harap Anda semua hebat! Dalam instruksi ini saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana saya membuat modul Pengukuran Daya IoT yang menghitung jumlah daya yang dihasilkan oleh panel surya saya, yang digunakan oleh pengontrol muatan surya saya untuk mengisi baterai asam timbal saya. Modul ini berada di antara panel surya dan pengontrol pengisian daya dan memberi Anda semua detail parameter yang diperlukan di ponsel Anda melalui Internet. Untuk platform IoT saya telah menggunakan Blynk, yang sangat mudah digunakan dan dapat dengan mudah disesuaikan sesuai proyek Anda. Keterbatasan pengontrol muatan yang ada adalah hanya memberi saya tegangan pengisian dan oleh karena itu jumlah daya tidak dapat ditentukan. Dalam proyek ini saya telah menambahkan fungsi pengukuran tegangan dan arus ke modul daya yang dapat digunakan untuk menghitung daya (dalam watt) dan dengan demikian total energi yang dipanen. Seseorang dapat dengan mudah menggunakan modul daya ini dalam aplikasi pengukuran daya DC lainnya. Ini akan menjadi instruksi yang cukup panjang jadi mari kita mulai!

Perlengkapan

1. Arduino Pro Mini / Nano atau setara
2. Modul konverter uang LM2596
3. 7805 pengatur tegangan
4. Pengatur AMS1117 3.3V
5. Modul WiFi ESP8266-01
6. Tampilan OLED
7. LM358 ganda OP-Amp
8. Resistor 100K, 10K, 2.2k dan 1K (1/4 watt)
9. 0.1uF kapasitor cakram keramik
10. kapasitor elektrolit 22uF
11. Terminal Sekrup
12. Strip berg pria dan wanita
13. Saklar ON-OFF
14. Papan perf atau veroboard
15. peralatan solder

Langkah 1: Mengumpulkan Semua Bagian dan Menyelesaikan Tata Letak

Setelah kami mengumpulkan semua komponen yang diperlukan, penting bagi kami untuk memutuskan dengan hati-hati tata letak papan kami dan penempatan komponen yang berbeda sehingga pengkabelan menjadi sederhana dan semua komponen ditempatkan berdekatan satu sama lain. Untuk pemasangan Arduino, konverter buck, modul WiFi dan Tampilan Oled saya akan menggunakan header perempuan daripada langsung menyolder modul, dengan cara ini saya dapat menggunakan komponen untuk mungkin beberapa proyek lain, tetapi Anda dapat langsung menyolder modul jika Anda berencana untuk membuatnya permanen.

Langkah 2: Menambahkan Terminal Sekrup

Pertama-tama kita solder terminal sekrup yang akan digunakan untuk menghubungkan panel surya sebagai input dan charge controller sebagai output ke modul daya. Terminal sekrup menyediakan cara mudah untuk memasang atau melepas perangkat saat dibutuhkan.

Langkah 3: Menambahkan Jaringan Pembagi Tegangan Resistor

Untuk merasakan tegangan input, jaringan pembagi tegangan digunakan. Untuk aplikasi saya, saya telah membuat jaringan resistor menggunakan resistor 10K dan 1K dan saya mengukur penurunan tegangan pada resistor 1K yang akan diberikan sebagai input ke mikrokontroler Arduino. Selain itu saya telah menambahkan kapasitor 0.1uF melintasi resistor 1K untuk memuluskan fluktuasi tegangan yang tiba-tiba.

Langkah 4: Menambahkan Resistor Shunt untuk Penginderaan Saat Ini

Resistor shunt adalah resistor dengan nilai yang sangat kecil (biasanya dalam urutan miliOhm) secara seri dengan beban yang menciptakan penurunan tegangan yang sangat kecil yang dapat diperkuat menggunakan Penguat Operasional dan outputnya kemudian dapat diberikan ke Arduino untuk pengukuran. Untuk mengukur arus, saya menggunakan resistor shunt (yang memiliki nilai sekitar 10 miliohm. Saya telah membuat ini menggunakan kawat baja dan menekuknya untuk membuat semacam pola kumparan) di sisi bawah rangkaian, yaitu, antara beban dan tanah. Dengan cara ini penurunan tegangan kecil dapat langsung diukur sehubungan dengan ground.

Langkah 5: Menambahkan Rangkaian Penguat OpAmp

Penguat operasional yang digunakan di sini adalah LM358 yang merupakan chip Op-Amp ganda. Kami hanya akan menggunakan satu Op-Amp sebagai penguat non-pembalik. Gain dari penguat non pembalik dapat diatur dengan menggunakan jaringan resistor R1 dan R2 seperti yang ditunjukkan pada gambar. Untuk aplikasi saya, saya telah memilih R1 sebagai 100K dan R2 sebagai 2.2K yang memberi saya perkiraan perolehan 46. Resistor dan OpAmp tidak sempurna sehingga beberapa penyesuaian harus dilakukan dalam program arduino untuk mendapatkan pembacaan yang baik (kita akan membahas bahwa dalam langkah-langkah selanjutnya).

Saya juga pernah membuat project cara membuat wattmeter untuk arduino disini saya sudah membahas lebih detail konsepnya. Anda dapat memeriksa proyek di sini:

Langkah 6: Catu Daya

Untuk mensuplai daya ke modul Arduino, OpAmp, OLED dan WiFi saya menggunakan modul buck converter LM2596 untuk menurunkan tegangan input menjadi sekitar 7 volt. Kemudian menggunakan regulator tegangan 7805 saya mengubah 7 volt menjadi 5 volt untuk Arduino dan OLED dan menggunakan regulator AMS1117, menghasilkan 3.3V yang diperlukan untuk Modul WiFi. Mengapa begitu banyak untuk power supply Anda bertanya? Alasannya adalah Anda tidak dapat langsung mencolokkan panel surya ke regulator 5 volt dan berharap dapat bekerja secara efisien (karena merupakan regulator linier). Juga tegangan nominal panel surya adalah sekitar 18-20 volt yang bisa terlalu tinggi untuk regulator linier dan dapat menggoreng elektronik Anda dalam sekejap! Jadi lebih baik memiliki konverter uang yang efisien di tempat

Langkah 7: Memperbaiki Buck Converter dan Regulator

Pertama, saya menandai posisi di mana pin konverter buck akan masuk. Kemudian saya menyolder header perempuan ke titik tersebut dan header laki-laki ke konverter buck (sehingga saya dapat dengan mudah melepas modul, jika diperlukan). regulator 5V berjalan tepat di bawah modul konverter buck dan terhubung ke output konverter untuk memberikan 5V yang mulus untuk papan kontrol.

Langkah 8: Menambahkan Sakelar

Saya telah menambahkan sakelar di antara konverter uang dan input panel surya, jika saya ingin mengaktifkan atau menonaktifkan modul daya. Jika dimatikan, daya masih akan dikirim ke beban (pengatur biaya dalam kasus saya), hanya fungsi pengukuran dan IoT yang tidak akan berfungsi. Gambar di atas juga menunjukkan proses penyolderan selama ini.

Langkah 9: Menambahkan Header untuk Arduino dan Memperbaiki Regulator 3.3v

Sekarang saya telah memotong header wanita sesuai dengan ukuran Arduino pro mini dan menyoldernya. Saya menyolder regulator AMS1117 langsung antara Vcc dan Gnd dari catu daya Arduino (Arduino mendapat 5V dari regulator 7805 yang pada gilirannya memasok AMS1117 untuk 3.3v yang dibutuhkan oleh modul WiFi). Saya telah menempatkan komponen secara strategis sedemikian rupa sehingga saya harus menggunakan kabel minimal dan bagian-bagiannya dapat dihubungkan melalui jejak solder.

Langkah 10: Menambahkan Header untuk Modul WiFi

Saya menyolder header perempuan untuk modul WiFi tepat di sebelah tempat Arduino pro mini cocok.

Langkah 11: Menambahkan Komponen untuk Modul WiFi

Modul ESP8266 beroperasi pada 3,3 volt dan bukan 5 volt (menggunakan 5 volt, saya mengamati modul menjadi sangat, sangat panas dan kemungkinan besar akan rusak jika digunakan terlalu lama). Arduino dan modul WiFi berkomunikasi melalui komunikasi serial yang memanfaatkan pin Tx dan Rx dari modul. Kita dapat mengkonfigurasi 2 pin digital arduino untuk bertindak sebagai pin serial menggunakan perpustakaan serial perangkat lunak IDE arduino. Pin Rx modul masuk ke Tx Arduino dan sebaliknya. Pin Rx ESP bekerja pada logika 3.3V jadi kami menggunakan jaringan pembagi tegangan 2.2K dan 1K untuk menurunkan level logika 5V Arduino menjadi sekitar 3.6V (yang masih dapat diterima). Kami dapat langsung menghubungkan Tx ESP ke Rx arduino karena arduino kompatibel dengan 3.3v.

Langkah 12: Menambahkan Tampilan OLED

Untuk menghubungkan tampilan OLED kita membutuhkan 4 koneksi, dua untuk power supply dan 2 untuk protokol komunikasi I2C dengan Arduino yang merupakan pin A4 dan A5 dari Arduino. Saya akan menggunakan kabel jumper kecil bersama dengan header laki-laki untuk menghubungkan pin I2C dan langsung menyolder koneksi daya

Langkah 13: Tampilan Terakhir di Papan Modular

Setelah akhirnya menyelesaikan semua proses penyolderan, inilah tampilan papan! Ya, saya memang harus menggunakan beberapa kabel pada akhirnya, tetapi saya cukup puas dengan hasilnya. Bagian yang menarik adalah papan sepenuhnya modular dan semua komponen utama dapat dengan mudah dilepas atau diganti jika perlu.

Langkah 14: Menyatukan Semuanya

Beginilah tampilan modul lengkap ketika semuanya sudah siap!

Mari kita masuk ke bagian perangkat lunak sekarang…

Langkah 15: Pemrograman Menggunakan FTDI Board

Untuk memprogram modul ini saya akan menggunakan papan breakout FTDI yang ideal untuk memprogram Arduino Pro Mini. Pemetaan pinnya disejajarkan dengan sempurna sehingga Anda tidak perlu menggunakan dan jumper atau lebih.

Langkah 16: Diagram Skema

Ini adalah diagram rangkaian lengkap dari modul power meter IoT. Saya telah merancang skema ini di Eagle CAD. Jangan ragu untuk mengunduh dan memodifikasi file skema sesuai ide Anda:)

Langkah 17: Hasil

Saya telah menyelesaikan pengaturan dengan menghubungkan modul daya antara panel surya dan pengontrol muatan dan segera setelah kami menyalakannya, itu terhubung ke router WiFi saya dan data terus dipublikasikan di aplikasi Blynk di ponsel pintar saya. Ini memberikan data waktu nyata dari parameter pengisian di mana pun saya berada, sejauh saya memiliki konektivitas internet! Senang rasanya melihat proyek ini bekerja dengan baik:)

Untuk tujuan eksperimental, saya menguji pengaturan menggunakan panel surya 50 Watt dan baterai asam timbal 12V 18AH.

Langkah 18: Kode Arduino

Berikut adalah kode Arduino lengkap yang telah saya gunakan untuk proyek saya.

Ada beberapa perpustakaan yang Anda perlukan agar proyek ini berfungsi dengan baik, yaitu:

Perpustakaan master Blynk

Pustaka Adafruit_GFX

Adafruit_SSD1306 perpustakaan

Saya harap proyek ini bermanfaat. Pertimbangkan untuk mendukung proyek saya dengan membagikannya dengan komunitas Anda:)

Jangan ragu untuk mengomentari umpan balik atau pertanyaan apa pun yang Anda miliki tentang proyek ini. Semoga hari mu menyenangkan !

Proyek ini membantu saya memantau jumlah energi yang saya panen dari panel saya. Mari selangkah lebih maju untuk lebih beralih ke sumber energi terbarukan untuk mengurangi jejak karbon dan menciptakan lingkungan yang berkelanjutan:)