Pemantauan Panel Surya Menggunakan Foton Partikel: 7 Langkah

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

Tujuan dari proyek ini adalah untuk meningkatkan efisiensi panel surya. Proyek ini dirancang untuk mengawasi pembangkit listrik fotovoltaik surya untuk meningkatkan kinerja, pemantauan dan pemeliharaan pembangkit listrik tenaga surya.

Dalam proyek ini, foton partikel dihubungkan dengan pin keluaran tegangan panel surya, sensor suhu LM-35 dan sensor LDR untuk memantau keluaran daya, suhu, dan intensitas cahaya yang datang secara berurutan. LCD karakter juga dihubungkan ke foton partikel untuk tampilan waktu nyata dari parameter yang diukur. Foton tidak hanya menampilkan parameter terukur pada layar LCD, tetapi juga mengirimkan nilai terukur ke server cloud untuk melihat data waktu nyata.

Langkah 1: Komponen Diperlukan

• Foton Partikel $20
• LCD 16x2 $3
• Pelat surya $ 4
• Sensor suhu LM-35 $2
• LDR $1
• Papan tempat memotong roti $4
• Kabel jumper $3

Biaya keseluruhan perangkat keras adalah sekitar $40 dolar.

Langkah 2: Perangkat Keras

1. Foton Partikel

Foton adalah papan IoT populer yang tersedia dari platform Partikel. Papan ini menampung mikrokontroler ARM Cortex M3 STM32F205 120Mhz dan memiliki memori flash 1 MB, RAM 128 Kb dan 18 pin output sinyal tujuan umum (GPIO) sinyal campuran dengan periferal canggih. Modul ini memiliki chip Wi-Fi Cypress BCM43362 on-board untuk konektivitas Wi-Fi dan Single band 2.4GHz IEEE 802.11b/g/n untuk Bluetooth. Papan dilengkapi dengan 2 SPI, satu I2S, satu I2C, satu BISA dan satu antarmuka USB.

Perlu dicatat bahwa 3V3 adalah keluaran terfilter yang digunakan untuk sensor analog. Pin ini adalah output dari regulator on-board dan terhubung secara internal ke VDD modul Wi-Fi. Saat menyalakan Foton melalui VIN atau port USB, pin ini akan mengeluarkan tegangan 3.3VDC. Pin ini juga dapat digunakan untuk memberi daya pada Foton secara langsung (input maks 3.3VDC). Saat digunakan sebagai output, beban maksimal pada 3V3 adalah 100mA. Sinyal PWM memiliki resolusi 8-bit dan berjalan pada frekuensi 500 Hz.

2. LCD Karakter 16X2

Layar LCD 16X2 digunakan untuk menampilkan nilai parameter yang diukur. Ini terhubung ke Foton Partikel dengan menghubungkan pin datanya D4 ke D7 ke pin D0 ke D3 dari papan Partikel. Pin E dan RS LCD masing-masing terhubung ke pin D5 dan D6 dari papan partikel. Pin R/W LCD diarde.

3. Sensor LDR (Fotoresistor)

LDR atau resistor bergantung cahaya juga dikenal sebagai resistor foto, fotosel, fotokonduktor. Ini adalah salah satu jenis resistor yang resistansinya bervariasi tergantung pada jumlah cahaya yang jatuh di permukaannya. Ketika cahaya jatuh pada resistor, maka resistansi berubah. Resistor ini sering digunakan di banyak sirkuit di mana diperlukan untuk merasakan keberadaan cahaya. Resistor ini memiliki fungsi dan hambatan yang beragam. Misalnya, ketika LDR dalam keadaan gelap, maka LDR dapat digunakan untuk menyalakan lampu atau untuk mematikan lampu saat dalam keadaan terang. Sebuah resistor bergantung cahaya khas memiliki resistansi dalam kegelapan 1MOhm, dan dalam kecerahan resistansi beberapa KOhm.

Prinsip Kerja LDR

Resistor ini bekerja berdasarkan prinsip konduktivitas foto. Tidak lain adalah, ketika cahaya jatuh pada permukaannya, maka konduktivitas material berkurang dan juga elektron pada pita valensi perangkat tereksitasi ke pita konduksi. Foton ini dalam cahaya datang harus memiliki energi yang lebih besar dari celah pita bahan semikonduktor. Hal ini membuat elektron melompat dari pita valensi ke konduksi. Perangkat ini bergantung pada cahaya, ketika cahaya jatuh pada LDR maka resistansi berkurang, dan meningkat di tempat gelap. Ketika LDR disimpan di tempat gelap, resistansinya tinggi dan, ketika LDR disimpan di tempat terang, resistansinya akan berkurang. Sensor LDR digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang datang. Intensitas cahaya dinyatakan dalam Lux. Sensor terhubung ke pin A2 dari Foton Partikel. Sensor terhubung dalam rangkaian pembagi potensial. LDR menyediakan tegangan analog yang diubah menjadi pembacaan digital oleh ADC bawaan.

4. Sensor suhu LM-35

LM35 adalah sensor suhu IC presisi dengan output sebanding dengan suhu (dalam oC). Kisaran suhu pengoperasian adalah dari -55 °C hingga 150 °C. Tegangan keluaran bervariasi sebesar 10mV sebagai respons terhadap setiap kenaikan/penurunan oC pada suhu lingkungan, yaitu, faktor skalanya adalah 0,01V/oC. Sensor memiliki tiga pin - VCC, Analogout dan Ground. Pin Aout dari LM35 terhubung ke pin input Analog A0 dari foton partikel. VCC dan ground terhubung ke common VCC dan Ground.

Fitur

Dikalibrasi langsung dalam Derajat Celcius (Celcius)

Linear pada faktor skala 10,0 mV/°C

• Akurasi 0,5°C dapat dijamin (pada a25 °C)
• Dinilai untuk kisaran penuh -55 °C hingga 150 °C
• Beroperasi dari 4 hingga 30 volt
• Drainase arus kurang dari 60 mA
• Pemanasan sendiri rendah, 0,08 ° C menanamkan udara
• Non-linearitas hanya 0.25 ° C khas
• Output impedansi rendah, 0,1 untuk beban 1 mA

5. Panel Surya

Panel surya adalah perangkat yang mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka mendapat nama panel "solar" dari kata 'Sol' yang digunakan oleh para astronom untuk merujuk matahari dan sinar matahari. Ini juga disebut panel fotovoltaik di mana Fotovoltaik berarti "listrik ringan". Fenomena perubahan energi matahari menjadi energi listrik disebut efek fotovoltaik. Efek ini menghasilkan tegangan dan arus pada output pada paparan energi matahari. Panel Surya 3 Volt digunakan dalam proyek ini. Sebuah panel surya terdiri dari beberapa sel surya atau dioda fotovoltaik. Sel surya ini adalah dioda sambungan P-N dan mereka dapat menghasilkan sinyal listrik dengan adanya cahaya matahari. Pada paparan sinar matahari, panel surya ini menghasilkan output tegangan DC sebesar 3,3 V di terminalnya. Panel ini dapat memiliki daya keluaran maksimum sebesar 0,72 Watt dan daya keluaran minimum sebesar 0,6 Watt. Arus pengisian maksimumnya adalah 220 mA dan arus pengisian minimumnya adalah 200 mA. Panel memiliki dua terminal - VCC dan Ground. Output tegangan diambil dari pin VCC. Pin keluaran tegangan dihubungkan ke pin masukan analog A1 dari Foton Partikel untuk pengukuran daya keluaran dari panel surya.

Langkah 3: Perangkat Lunak

IDE web partikel

Untuk menulis kode program untuk Foton apa pun, pengembang perlu membuat akun di situs web Partikel dan mendaftarkan papan Foton dengan akun penggunanya. Kode program kemudian dapat ditulis di Web IDE di situs web Partikel dan ditransfer ke foton terdaftar melalui internet. Jika papan Partikel yang dipilih, Foton di sini, diaktifkan dan terhubung ke layanan cloud dari Partikel, kode akan dibakar ke papan yang dipilih melalui udara melalui koneksi internet dan papan mulai beroperasi sesuai dengan kode yang ditransfer. Untuk mengontrol board melalui internet, dirancang sebuah halaman web yang menggunakan Ajax dan Jquery untuk mengirim data ke board menggunakan metode HTTP POST. Halaman web mengidentifikasi papan dengan ID perangkat dan terhubung ke Layanan Cloud Partikel melalui token akses.

Bagaimana menghubungkan foton dengan Internet

1. Nyalakan perangkat Anda

• Colokkan kabel USB ke sumber listrik Anda.
• Segera setelah dicolokkan, LED RGB pada perangkat Anda akan mulai berkedip biru. Jika perangkat Anda tidak berkedip biru, tahan tombol SETUP. Jika perangkat Anda tidak berkedip sama sekali, atau jika LED menyala redup warna oranye, mungkin tidak mendapatkan daya yang cukup. Coba ganti sumber daya atau kabel USB Anda.

2. Hubungkan Foton Anda ke Internet Ada dua cara baik Anda menggunakan aplikasi web atau aplikasi seluler

A. Menggunakan aplikasi web

• Langkah 1 Buka setup.particle.io
• Langkah 2 Klik pada setup a Photon
• Langkah 3 Setelah mengklik NEXT, Anda akan disajikan dengan file (photonsetup.html)
• Langkah 4 Buka file.
• Langkah 5 Setelah membuka file hubungkan PC Anda ke Photon, dengan menghubungkan ke jaringan bernama PHOTON.
• Langkah 6 Konfigurasikan kredensial Wi-Fi Anda. Catatan: Jika Anda salah mengetik kredensial Anda, Foton akan berkedip biru tua atau hijau. Anda harus melalui proses lagi (dengan menyegarkan halaman atau mengklik bagian proses coba lagi)
• Langkah 7 Ganti nama perangkat Anda. Anda juga akan melihat konfirmasi apakah perangkat tersebut diklaim atau tidak.

B. Menggunakan smartphone

• Buka aplikasi di ponsel Anda. Masuk atau daftar akun dengan Particle jika Anda belum memilikinya.
• Setelah login, tekan ikon plus dan pilih perangkat yang ingin Anda tambahkan. Kemudian ikuti petunjuk di layar untuk menghubungkan perangkat Anda ke Wi-Fi.

Jika ini pertama kalinya Foton Anda terhubung, foton akan berkedip ungu selama beberapa menit saat mengunduh pembaruan. Mungkin diperlukan waktu 6-12 menit untuk menyelesaikan pembaruan, tergantung pada koneksi internet Anda, dengan Photon memulai ulang beberapa kali dalam prosesnya. Jangan memulai ulang atau mencabut Photon Anda selama waktu ini. Jika ya, Anda mungkin perlu mengikuti panduan ini untuk memperbaiki perangkat Anda.

Setelah Anda menghubungkan perangkat Anda, ia telah mempelajari jaringan itu. Perangkat Anda dapat menyimpan hingga lima jaringan. Untuk menambahkan jaringan baru setelah penyiapan awal, masukkan perangkat ke Mode Mendengarkan lagi dan lanjutkan seperti di atas. Jika Anda merasa perangkat Anda memiliki terlalu banyak jaringan, Anda dapat menghapus memori perangkat dari jaringan Wi-Fi apa pun yang telah dipelajarinya. Anda dapat melakukannya dengan terus menahan tombol pengaturan selama 10 detik hingga LED RGB berkedip biru dengan cepat, menandakan bahwa semua profil telah dihapus.

Mode

• Cyan, Foton Anda terhubung ke Internet.
• Magenta, saat ini sedang memuat aplikasi atau memperbarui firmware-nya. Status ini dipicu oleh pembaruan firmware atau dengan mem-flash kode dari Web IDE atau Desktop IDE. Anda mungkin melihat mode ini saat menghubungkan Foton ke awan untuk pertama kalinya.
• Hijau, sedang mencoba menyambung ke internet.
• Putih, modul Wi-Fi mati.

Web IDEParticle Build adalah Integrated Development Environment, atau IDE yang berarti Anda dapat melakukan pengembangan perangkat lunak dalam aplikasi yang mudah digunakan, yang kebetulan dijalankan di browser web Anda.

1. Untuk membuka build, login ke akun partikel Anda dan kemudian klik build seperti yang ditunjukkan pada gambar.
2. Setelah Anda mengklik Anda akan melihat konsol seperti ini.
3. Untuk membuat aplikasi baru, klik buat aplikasi baru.
4. Untuk memasukkan perpustakaan dalam program, buka bagian perpustakaan, cari liquidcrystal. Kemudian pilih aplikasi yang ingin Anda tambahkan perpustakaan. Dalam kasus saya ini adalah pemantauan panel surya.
5. Untuk memverifikasi program. Klik verifikasi.
6. Untuk mengunggah kode, klik pada flash tetapi sebelum melakukannya pilih perangkat. Jika Anda memiliki lebih dari satu perangkat, Anda harus memastikan bahwa Anda telah memilih perangkat mana yang akan digunakan untuk mem-flash kode. Klik ikon "Perangkat" di sisi kiri bawah panel navigasi, lalu saat Anda mengarahkan kursor ke nama perangkat, bintang akan muncul di sebelah kiri. Klik untuk mengatur perangkat yang ingin Anda perbarui (tidak akan terlihat jika Anda hanya memiliki satu perangkat). Setelah Anda memilih perangkat, bintang yang terkait dengannya akan berubah menjadi kuning. (Jika Anda hanya memiliki satu perangkat, tidak perlu memilihnya, Anda dapat melanjutkan.

Langkah 4: Bagaimana Sirkuit Bekerja

Pada rangkaian, 6 pin GPIO modul digunakan untuk antarmuka LCD karakter dan tiga pin input analog digunakan untuk antarmuka sensor suhu LM-35, Panel Surya dan sensor LDR.

Setelah sirkuit dirakit, itu siap untuk digunakan bersama dengan panel surya. Sementara panel surya terus menghasilkan listrik, terpasang ke perangkat. Perangkat ini didukung dari pasokan listrik yang mengelola peralatan peningkatan kinerja lainnya juga. Setelah perangkat dihidupkan, beberapa pesan awal ditampilkan pada layar LCD yang menunjukkan maksud dari aplikasi. Output daya panel, suhu dan intensitas cahaya datang diukur dengan pin Voltage Output panel surya, sensor suhu LM-35 dan sensor LDR. Pin Voltage Output panel surya, sensor suhu LM-35 dan sensor LDR dihubungkan ke pin input analog A1, A0 dan A2 dari Foton Partikel.

Parameter masing-masing diukur dengan merasakan tegangan analog pada masing-masing pin. Tegangan analog yang dirasakan pada masing-masing pin diubah menjadi nilai digital menggunakan saluran ADC bawaan. Foton Partikel memiliki saluran ADC 12-bit. Jadi nilai digital dapat berkisar dari 0 hingga 4095. Di sini, diasumsikan bahwa jaringan resistif yang menghubungkan sensor LDR dengan pin pengontrol dikalibrasi untuk menunjukkan intensitas cahaya dengan proporsionalitas langsung.

IC LM-35 tidak memerlukan kalibrasi atau pemangkasan eksternal apa pun untuk memberikan akurasi tipikal ±0,25 °C pada suhu kamar dan ±0,75 °C pada rentang suhu dari 55 °C hingga 150 °C. Dalam kondisi normal, suhu yang diukur oleh sensor tidak akan melebihi atau surut dari jangkauan operasional sensor. Dengan pemangkasan dan kalibrasi pada tingkat wafer, penggunaan sensor dengan biaya lebih rendah dengan demikian terjamin. Karena impedansi keluaran rendah, keluaran linier, dan kalibrasi bawaan yang tepat dari LM-35, antarmuka sensor ke sirkuit kontrol menjadi mudah. Karena perangkat LM-35 hanya menarik 60 uA dari suplai, perangkat ini memiliki pemanasan sendiri yang sangat rendah yaitu kurang dari 0,1 °C di udara diam. Biasanya dalam kisaran suhu dari 55 °C hingga 150 °C, output tegangan sensor meningkat sebesar 10 mV per derajat Celcius. Output tegangan sensor diberikan oleh rumus berikut:

Vout = 10 mV/°C*T

dimana, Vout = Tegangan keluaran sensor

T = Suhu dalam derajat Celcius Jadi, T (dalam °C) = Vout/10 mV

T (dalam °C) = Vout(dalam V)*100

Jika VDD diasumsikan 3,3 V, pembacaan analog terkait dengan tegangan yang dirasakan pada rentang 12-bit dengan rumus berikut

Vout = (3.3/4095)*Pembacaan Analog

Jadi, suhu dalam derajat Celcius dapat diberikan dengan rumus berikut:

T (dalam °C) = Vout(dalam V)*100

T (dalam °C) = (3.3/4095)*Pembacaan Analog *100

Jadi, suhu dapat diukur secara langsung dengan merasakan output tegangan analog dari sensor. Fungsi analogRead() digunakan untuk membaca tegangan analog pada pin pengontrol. Output tegangan panel surya harus biasanya 3 V yang dapat langsung dirasakan oleh Foton Partikel. Foton partikel dapat langsung merasakan tegangan hingga 3,3 V. Untuk digitalisasi tegangan analog yang dirasakan, sekali lagi secara internal direferensikan ke VDD. Pembacaan tegangan digital diskalakan pada rentang 12-bit yaitu 0 hingga 4095. Jadi

Vout = (3.3/4095)*Pembacaan Analog

Data sensor yang dibaca pertama kali ditampilkan pada layar LCD dan kemudian diteruskan ke Awan Partikel melalui koneksi Wi-Fi. Pengguna perlu masuk ke akun terdaftar Partikel untuk melihat nilai sensor baca. Platform memungkinkan koneksi ke papan dari akun terdaftar. Pengguna dapat memantau data sensor yang diterima secara real time dan juga dapat mencatat data.

Langkah 5: Koneksi dan Diagram Sirkuit

Foton ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Aktifkan

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Foton ==> LM-35

A0 ==> Keluar

Foton ==> LDR

A2 ==> Vcc

Foton ==> Pelat surya

A1 ==> Vcc

Langkah 6: Hasil