Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter untuk Pengisian EV: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Ini adalah panduan build kedua untuk Nabito [open socket], versi pertama dapat ditemukan di: Nabito [open socket] v1

Saya mencantumkan alasan untuk membuat proyek ini di posting blog ini: EV tidak ada gunanya untuk orang apartemen

Apa itu?

Nabito - soket terbuka adalah meteran pintar IoT dengan meteran listrik, sakelar ampere tinggi hidup/mati, sensor NFC, otorisasi pengguna, kemampuan penagihan, dan manajemen pengguna.

Proyek ini terdiri dari dua bagian: 1. kotak kontrol (perangkat IoT) 2. frontend/backend aplikasi web, keduanya sepenuhnya open-source.

1. Kotak kontrol terdiri dari suku cadang yang mudah didapat secara online dan dirancang untuk menjadi solusi soket listrik yang cerdas namun murah untuk tempat parkir umum dan pribadi untuk pengisian lambat kendaraan listrik. Ini berjalan pada Raspberry Pi Zero W dan Arduino Nano.

2. Aplikasi web berjalan di Ruby on Rails dan tersedia sebagai sumber terbuka di Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Koneksi antara kotak dan aplikasi web dilakukan melalui protokol MQTT.

Tujuan dari proyek ini adalah untuk mengembangkan jaringan pengisian daya open source yang dapat diadopsi dan diterapkan atau diperluas oleh siapa saja.

Kotak kontrol terdiri dari suku cadang yang mudah didapat secara online dan dirancang untuk menjadi solusi soket listrik yang cerdas namun murah untuk tempat parkir umum dan pribadi untuk pengisian lambat kendaraan listrik.

Ini berjalan pada komputer papan tunggal Raspberry Pi Zero W (SCB). Total biaya kotak kontrol adalah sekitar €60.

Nabito - soket terbuka saat ini dirancang untuk mengisi daya pada soket biasa, di benua Eropa 230V dan 10 -13A, mis. 2.9kW terus menerus. Tetapi konsep ini berlaku untuk soket apa pun, Euro, AS atau Inggris atau lainnya, versi proyek yang akan datang akan mencakup juga instalasi 2 dan 3 fase.

Spesifikasi:

• Tegangan Fasa Tunggal: 230 V
• ACMax. arus: 13 A
• Daya: 2,9 kW
• Ukuran: 240x200x90mm
• Antarmuka: koneksi LAN RJ45 atau WIFI
• Kepatuhan IP: IP55

Panduan build berikut ini tidak lengkap, tidak ada beberapa diagram pengkabelan, beberapa langkah perakitan, dll.), Saya ingin mengeluarkannya sesegera mungkin, akan berupaya meningkatkannya secara bertahap, jadi tolong, jika panduan build ini tidak mencakup semua yang perlu Anda ketahui atau jika Anda memiliki pertanyaan, kirimkan saya email. Terima kasih atas pengertian.

Langkah 1: Apa Fungsinya?

Proyek ini terdiri dari dua bagian, kotak kontrol fisik yang merupakan hal IoT (sisi klien) dan ada aplikasi Web yang mengontrolnya (sisi server). Fungsi gabungan:

1. Sakelar Nyala/MatiDengan relai listrik dan kontaktor, soket stopkontak dapat dinyalakan/dimatikan berdasarkan interaksi pengguna.

2. Pengukuran energi

Kotak kontrol mengukur arus AC dan mencatat penggunaan daya. Fungsi pengukuran standar. Pengukuran energi dilakukan per pengguna. Saat ini hanya ada pemantauan arus AC, tidak ada pemantauan tegangan pada titik ini.

3. Otentikasi pengguna

Anda perlu membuat akun pengguna untuk pengguna yang akan menggunakan socket/s. Pengguna mengotorisasi dengan membaca kode QR atau menggunakan tag NFC. Antarmuka pengguna web memungkinkan pengguna untuk mendaftar, masuk, dan menggunakan kotak kontrol atau tag NFC mengaktifkan/menonaktifkan kotak secara langsung. Admin dapat menyetujui, menolak pengguna.

4. Penagihan

Berdasarkan konfigurasi soket admin dan harga per tagihan 1kWh dibuat untuk pengguna individu berdasarkan penggunaan energi mereka. Tagihan bulanan akan dibuatkan nanti untuk kenyamanan admin.

Langkah 2: Tumpukan HW dan SW

tumpukan HW:

• Raspberry Pi Zero, 1pcs, €11,32,
• heat sink, 1 pcs, €1.2,
• Sensor NFC, 1 pcs, €3,93
• kartu micro SD 16GB, 1pcs, €9.4,
• Arduino Nano, 1 pcs, €1.74,
• Sensor CT - YHDC 30A SCT013, 1pcs, €4,28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Transformer-Saat Ini-Baru/32768354127.html
• pengisi daya ponsel, 1 pcs, €5, harga perkiraan, menggunakan salah satu pengisi daya lama saya yang disertakan dengan telepon
• Kontaktor AC Rumah Tangga 25A NO, 1pcs, €4.79,
• Relai listrik, 1 pcs, €0.84,
• kotak sambungan plastik (S-box), 1pcs, €5,
• Kabel sambungan Dupont untuk tegangan rendah, 1pcs, €2,29,
• Soket IP54 230V Euro, 1pcs, €2 dibeli di toko perangkat keras lokal
• bagian-bagian kecil: jack 3.5mm female, kapasitor 10uF, resistor 2x 10kOhm, dioda LED, kabel, 1pcs, €3, dibeli di toko elektronik lokal
• Blok terminal wago 2-konduktor, 3pcs, €2, dibeli di toko elektronik lokal
• Blok terminal Wago 5-konduktor, 2pcs, €2, dibeli di toko elektronik lokal
• Kabel mini-ke-mikro USB (Arduino->RPi), 1pcs, €1,8, dibeli di toko komputer lokal

Total biaya HW: €60,59 ($70,40)

tumpukan SW:

• Tumpukan Kotak Kontrol:

  • Raspbian Linux (berbasis Ubuntu), open source, $0 (semua kemuliaan untuk Linus Torvalds + 20k orang yang bekerja di kernel Linux + orang-orang baik di balik gambar Raspberry Pi dan Raspbian Linux)
  • Node-RED, open source, $0 (orang baik dari IBM yang berada di balik pengembangan Node-RED)

• Tumpukan aplikasi web:

  • Aplikasi server Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Permata), sumber terbuka, $0
  • Postgres DB, sumber terbuka, $0
  • Git, open source (lebih banyak kemuliaan untuk Linus), $0
  • protokol MQTT

Total biaya tumpukan SW: €0 (*THUMBS_UP*)

Langkah 3: Kotak Kontrol: Pengaturan SW

1. Instal RASPBIAN STRETCH LITE (kami tidak memerlukan versi desktop) di Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. konfigurasikan Raspbian untuk menggunakan Wifi rumah lokal Andahttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Instal Node-RED di Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Salin aliran Nabito Node-RED dan terapkan

5. Edit default Node-RED settings.js dan tambahkan ini ke functionGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Konfigurasikan broker Node-RED MQTT Anda ke instalasi server Nabito pilihan Anda (atau ke
7. Mulai ulang Node-RED
8. Periksa konektivitas MQTT di Node-RED

Bagian Arduino:

1. Unduh, kompilasi, dan unggah sketsa ini ke Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Selesai!;-)

Langkah 4: Pengkabelan: Kabel Listrik

Kabel listrik AC memasok daya ke:

• kontaktor AC
• Relai listrik
• Pengisi daya seluler yang memberi daya pada Raspberry Pi dan Arduino

Output dari kontaktor AC masuk ke stop kontak. Pembumian pelindung disambungkan dari saluran listrik sumber ke soket stopkontak.

Raspberry Pi mengontrol relai listrik dan relai pada gilirannya menghidupkan/mematikan kontaktor.

Langkah 5: Pengkabelan: Arduino, Sensor CT, Sensor NFC

Hubungkan Arduino dengan sensor CT sesuai dengan manual berikut:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Anda membutuhkan:

• Arduino (Anda dapat menggunakan Arduino apa saja: Uno, Nano, Mega, mana saja yang Anda suka, selama memiliki ADC)
• 10uF kapasitor2x 10kOhm resistor
• Soket jack perempuan 3.5mm
• Sensor CT 30A/1V
• Sensor PN532 (RFID/NFC)
• PCB kecil
• kabel kecil untuk koneksi

Saya menyolder Arduino Nano, kapasitor, resistor dan jack perempuan ke PCB sesuai dengan manual di atas dari situs openenergymonitor.org.

Sensor NFC terhubung ke Arduino Nano melalui SPI (pin pada Arduino Nano: 10, 11, 12 dan 13).

Arduino terhubung ke Raspberry Pi melalui micro USB.

Langkah 6: Pengkabelan: Raspberry Pi

Hubungkan Arduino ke Raspberry Pi melalui port USB, cara ini berfungsi sebagai port serial dan catu daya untuk Arduino, itu harus dipetakan ke /dev/ttyUSB0.

Relai listrik terhubung melalui pin 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

LED panel depan terhubung melalui pin 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Langkah 7: Menghubungkan Semuanya Bersama

1. Jepit sensor CT pada saluran listrik yang keluar dari relai listrik
2. Hubungkan sumber daya untuk Raspberry Pi
3. Sekrup di tutup kotak persimpangan
4. Dan Anda sudah selesai memasang / merakit!

Langkah 8: Pengaturan Aplikasi Web

Anda memerlukan server linux untuk menjalankan aplikasi web. Anda dapat:

• jalankan server secara lokal di PC/notebook atau server Linux lokal Anda dan arahkan kotak kontrol ke instalasi lokal Anda
• buat domain Anda sendiri dan jalankan aplikasi web sebagai situs web
• gunakan https://Nabito.org (gratis) untuk mengelola kotak kontrol Anda

Aplikasi server Nabito berjalan di Ruby on Rails dan merupakan sumber terbuka:

Untuk instalasi dan pengaturan aplikasi web, lihat README.md proyek di Github.

Langkah 9: Menjalankan dan Menguji

Untuk pengaturan lokal:

1. Deploy aplikasi Nabito-server di PC/notebook lokal Anda
2. Konfigurasikan broker MQTT mosquitto di PC Anda (atau broker MQTT lainnya sesuai keinginan Anda)
3. Hubungkan kotak kontrol Nabito ke WiFi lokal Anda
4. SSH ke dalam kotak dan arahkan untuk menggunakan broker MQTT PC Anda
5. mulai aplikasi rails nabito-server
6. sambungkan beban listrik kecil (misalnya lampu meja) ke stopkontak
7. gunakan aplikasi web untuk memulai/menghentikan soket id 1 untuk memeriksa konsumsi energi aktual dan total
8. gunakan tag NFC (jika ada) untuk mengaktifkan soket
9. periksa tagihan untuk penggunaan soket terakhir
10. Setelah pengujian berhasil, mulailah membuat jaringan pengisian EV Anda sendiri
11. Laba;-)

Langkah 10: Kesimpulan, Masalah, dan Peta Jalan Produk

Dalam versi kotak kontrol Nabito ini saya dapat memisahkan kotak kontrol dan aplikasi web yang pada dasarnya membuat proyek IoT (Internet of Things) dengan hal fisik yang melakukan sesuatu yang berguna dan aplikasi serta layanan back-end yang mengelola hal fisik.

Harga kotak meningkat sedikit dari versi terakhir (v1 sebelumnya: €50, v2 sekarang: €60), karena saya menambahkan kontaktor untuk tujuan keamanan untuk melayani amp yang lebih tinggi dan juga RPi sedikit lebih mahal daripada papan OrangePi.

MQTT digunakan sebagai protokol utama untuk pencatatan data dan pengontrolan kotak.

Sejak versi terakhir Nabito, saya dapat menyelesaikan sebagian besar masalah (WiFi, kontaktor, prosesor yang terlalu panas, soket stopkontak terintegrasi, dll.). Namun daftar masalah dan peluang saat ini semakin berkembang:

Masalah:

• Raspberry Pi Zero W adalah papan yang sangat bagus, dengan Wifi dan Bluetooth dan 2 pin GPIO, tetapi prosesor tetap memanas hingga 34C saat idle yang dapat menjadi masalah di iklim hangat dan bulan-bulan musim panas dengan sinar matahari langsung
• Menjalankan Linux di kotak kontrol bagus untuk pembuatan prototipe, tetapi model produksi produk ini mungkin harus dijalankan pada papan yang lebih ramping yang mampu TLS/SSL (chip ESP32 terlihat sangat menjanjikan)

Peluang:

• buat versi untuk arus yang lebih tinggi (fungsinya sama, tetapi gunakan kontaktor dengan amp yang lebih tinggi dan sensor CT/modul monitor energi yang berbeda)
• buat versi untuk 2 dan 3 fase
• mengintegrasikan modul monitor energi (seperti monitor Energi Peacefair PZEM-004T)
• bermigrasi ke ESP32 untuk meningkatkan daya dan efisiensi panas
• integrasikan ke AWS IOT cloud dan gunakan sertifikat klien untuk pengaturan keamanan terbaik (saat ini hanya pengguna/kata sandi MQTT yang digunakan)
• mengelola sertifikat dan kredensial MQTT dari aplikasi web (saat ini dikonfigurasi secara manual melalui back-end)
• tambahkan panel LCD kecil untuk menyajikan info langsung di kotak kontrol Nabito
• tambahkan numpad untuk memberikan interaksi tombol dengan kotak (kemungkinan pin untuk meningkatkan keamanan)
• termasuk termometer tambahan untuk memantau suhu sekitar kotak

Jika Anda menyukai proyek ini atau memiliki pertanyaan/komentar, jangan ragu untuk menghubungi saya di [email protected]

Situs web terdistribusi sistem: www.sysdist.com

Anda dapat mengikuti saya di:twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Semoga harimu menyenangkan dan bahagia!--Stefan