Monitoramento de painel solar usando partícula de fóton: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O objetivo do projeto é melhorar a eficiência dos painéis solares. O projeto visa supervisionar a geração de energia solar fotovoltaica para melhorar o desempenho, monitoramento e manutenção da planta solar.

Neste projeto, o fóton de partícula tem interface com o pino de saída de tensão do painel solar, sensor de temperatura LM-35 e sensor LDR para monitorar a saída de energia, temperatura e intensidade da luz incidente, respectivamente. Um LCD de caracteres também faz interface com o fóton da partícula para exibição em tempo real dos parâmetros medidos. O Photon não apenas exibe os parâmetros medidos na tela LCD, mas também envia os valores medidos para o servidor em nuvem para visualização dos dados em tempo real.

Etapa 1: componente necessário

• Partícula Fóton $ 20
• 16x2 LCD $ 3
• Placa solar $ 4
• Sensor de temperatura LM-35 $ 2
• LDR $ 1
• Breadboard $ 4
• Fios de jumpers $ 3

O custo geral do hardware é de cerca de US $ 40 dólares.

Etapa 2: Hardware

1. Partícula de fóton

Photon é uma placa IoT popular disponível na plataforma Particle. A placa abriga o microcontrolador STM32F205 ARM Cortex M3 de 120 MHz e tem 1 MB de memória flash, 128 Kb de RAM e 18 pinos de saída de entrada de propósito geral (GPIO) de sinal misto com periféricos avançados. O módulo possui chip Cypress BCM43362 Wi-Fi integrado para conectividade Wi-Fi e banda única 2,4 GHz IEEE 802.11b / g / n para Bluetooth. A placa vem equipada com 2 SPI, um I2S, um I2C, um CAN e uma interface USB.

Deve-se observar que 3V3 é uma saída filtrada usada para sensores analógicos. Este pino é a saída do regulador integrado e é conectado internamente ao VDD do módulo Wi-Fi. Ao alimentar o Photon via VIN ou porta USB, este pino produzirá uma voltagem de 3,3 VCC. Este pino também pode ser usado para alimentar o Photon diretamente (entrada máxima de 3,3 VCC). Quando usado como uma saída, a carga máxima em 3V3 é 100mA. Os sinais PWM têm resolução de 8 bits e funcionam em uma frequência de 500 Hz.

2. LCD de caracteres 16X2

O display LCD 16X2 é usado para exibir os valores dos parâmetros medidos. Ele é conectado ao fóton de partículas conectando seus pinos de dados D4 a D7 aos pinos D0 a D3 da placa de partículas. Os pinos E e RS do LCD são conectados aos pinos D5 e D6 da placa de partículas, respectivamente. O pino R / W do LCD está aterrado.

3. Sensor LDR (fotorresistor)

LDR ou resistor dependente de luz também é conhecido como fotocélula, fotocélula, fotocondutor. É um tipo de resistor cuja resistência varia dependendo da quantidade de luz que incide sobre sua superfície. Quando a luz incide sobre o resistor, a resistência muda. Esses resistores são freqüentemente usados em muitos circuitos onde é necessário detectar a presença de luz. Esses resistores têm uma variedade de funções e resistência. Por exemplo, quando o LDR está no escuro, ele pode ser usado para LIGAR ou DESLIGAR uma luz quando estiver sob a luz. Um resistor dependente de luz típico tem uma resistência no escuro de 1MOhm e no brilho uma resistência de alguns KOhm.

Princípio de funcionamento do LDR

Este resistor funciona com base no princípio da fotocondutividade. Não é nada, mas, quando a luz incide em sua superfície, a condutividade do material se reduz e também os elétrons na banda de valência do dispositivo são excitados para a banda de condução. Esses fótons na luz incidente devem ter energia maior do que o gap do material semicondutor. Isso faz com que os elétrons saltem da banda de valência para a condução. Esses dispositivos dependem da luz, quando a luz incide sobre o LDR, a resistência diminui, e aumenta no escuro. Quando um LDR é mantido em local escuro, sua resistência é alta e, quando o LDR é mantido na luz, sua resistência diminui. O sensor LDR é usado para medir a intensidade da luz incidente. A intensidade da luz é expressa em Lux. O sensor é conectado ao pino A2 do Fóton de Partículas. O sensor está conectado em um circuito divisor de potencial. O LDR fornece uma tensão analógica que é convertida em leitura digital pelo ADC embutido.

4. Sensor de temperatura LM-35

O LM35 é um sensor de temperatura IC de precisão com saída proporcional à temperatura (em oC). A faixa de temperatura de operação é de -55 ° C a 150 ° C. A tensão de saída varia em 10mV em resposta a cada aumento / queda de oC na temperatura ambiente, ou seja, seu fator de escala é de 0,01V / oC. O sensor possui três pinos - VCC, Analogout e Ground. O pino Aout do LM35 é conectado ao pino A0 de entrada analógica do fóton de partícula. O VCC e o aterramento são conectados ao VCC e ao aterramento comuns.

Recursos

Calibrado diretamente em graus Celsius (Centígrados)

Linear em fator de escala de 10,0 mV / ° C

• Precisão de 0,5 ° C garantida (a 25 ° C)
• Avaliado para faixa total de -55 ° C a 150 ° C
• Opera de 4 a 30 volts
• Dreno de corrente inferior a 60 mA
• Baixo autoaquecimento, instilação de ar de 0,08 ° C
• Não linearidade apenas 0,25 ° C típica
• Saída de baixa impedância, 0,1Ω para carga de 1 mA

5. Painel solar

Os painéis solares são dispositivos que convertem luz em eletricidade. Eles receberam o nome de painéis "solares" da palavra 'Sol' usada pelos astrônomos para se referir ao sol e à luz do sol. Eles também são chamados de painéis fotovoltaicos, onde Fotovoltaico significa "luz-eletricidade". O fenômeno de conversão da energia solar em elétrica é denominado efeito fotovoltaico. Este efeito gera a tensão e a corrente na saída na exposição da energia solar. Um painel solar de 3 Volts é usado no projeto. Um painel solar consiste em várias células solares ou diodos fotovoltaicos. Essas células solares são diodos de junção P-N e podem gerar um sinal elétrico na presença de luz solar. Quando exposto à luz solar, este painel solar gera uma saída de tensão DC de 3,3 V em seus terminais. Este painel pode ter potência de saída máxima de 0,72 Watt e potência de saída mínima de 0,6 Watt. Sua corrente de carga máxima é de 220 mA e a corrente de carga mínima é de 200 mA. O painel possui dois terminais - VCC e Terra. A saída de tensão é retirada do pino VCC. O pino de saída de tensão é conectado ao pino de entrada analógica A1 do Fóton de Partículas para medição da potência de saída do painel solar.

Etapa 3: Software

Particle web IDE

Para escrever o código do programa para qualquer Photon, o desenvolvedor precisa criar uma conta no site do Particle e registrar a placa Photon com sua conta de usuário. O código do programa pode então ser escrito no Web IDE no site do Particle e transferido para um fóton registrado pela Internet. Se a placa de partícula selecionada, Photon aqui, estiver ligada e conectada ao serviço de nuvem da partícula, o código é queimado na placa selecionada pelo ar via conexão de internet e a placa começa a operar de acordo com o código transferido. Para controlar a placa pela Internet, uma página da web é projetada que usa Ajax e Jquery para enviar dados para a placa usando o método HTTP POST. A página da web identifica a placa por um ID de dispositivo e se conecta ao serviço de nuvem do Particle por meio de um token de acesso.

Como conectar o fóton à Internet

1. Ligue seu dispositivo

• Conecte o cabo USB à sua fonte de alimentação.
• Assim que estiver conectado, o LED RGB do seu dispositivo deve começar a piscar em azul. Se o seu dispositivo não estiver piscando em azul, mantenha pressionado o botão SETUP. Se o seu dispositivo não estiver piscando ou se o LED estiver aceso e apagado cor de laranja, pode não estar recebendo energia suficiente. Tente mudar sua fonte de alimentação ou cabo USB.

2. Conecte seu Photon à Internet Existem duas maneiras de usar o aplicativo da web ou o aplicativo móvel

uma. Usando aplicativo da web

• Etapa 1 Vá para setup.particle.io
• Etapa 2 Clique em configurar um Photon
• Passo 3 Após clicar em PRÓXIMO, você deverá ver um arquivo (photonsetup.html)
• Etapa 4 Abra o arquivo.
• Passo 5 Após abrir o arquivo, conecte seu PC ao Photon, conectando-se à rede chamada PHOTON.
• Etapa 6 Configure suas credenciais de Wi-Fi. Observação: Se você digitou incorretamente suas credenciais, o Photon piscará em azul escuro ou verde. Você deve passar pelo processo novamente (atualizando a página ou clicando na parte do processo de nova tentativa)
• Etapa 7 Renomeie seu dispositivo. Você também verá uma confirmação se o dispositivo foi reivindicado ou não.

b. Usando smartphone

• Abra o aplicativo em seu telefone. Faça login ou cadastre-se para obter uma conta no Particle, se ainda não tiver uma.
• Após o login, pressione o ícone de adição e selecione o dispositivo que deseja adicionar. Em seguida, siga as instruções na tela para conectar seu dispositivo ao Wi-Fi.

Se esta for a primeira vez que o seu Photon se conecta, ele piscará em roxo por alguns minutos enquanto baixa as atualizações. Pode levar de 6 a 12 minutos para que as atualizações sejam concluídas, dependendo da sua conexão com a Internet, com o Photon reiniciando algumas vezes no processo. Não reinicie ou desconecte seu Photon durante este tempo. Se você fizer isso, pode ser necessário seguir este guia para consertar seu dispositivo.

Depois de conectar seu dispositivo, ele conhece essa rede. Seu dispositivo pode armazenar até cinco redes. Para adicionar uma nova rede após a configuração inicial, coloque o dispositivo no modo de escuta novamente e proceda como descrito acima. Se você achar que seu dispositivo tem muitas redes, pode limpar a memória do dispositivo de qualquer rede Wi-Fi que tenha aprendido. Você pode fazer isso mantendo pressionado o botão de configuração por 10 segundos até que o LED RGB pisque em azul rapidamente, sinalizando que todos os perfis foram excluídos.

Modos

• Ciano, seu Photon está conectado à Internet.
• Magenta, ele está carregando um aplicativo ou atualizando seu firmware. Este estado é acionado por uma atualização de firmware ou pelo código do Web IDE ou Desktop IDE. Você pode ver esse modo ao conectar o Photon à nuvem pela primeira vez.
• Verde, ele está tentando se conectar à Internet.
• Branco, o módulo Wi-Fi está desligado.

Web IDEParticle Build é um Ambiente de Desenvolvimento Integrado, ou IDE, que significa que você pode fazer o desenvolvimento de software em um aplicativo fácil de usar, que simplesmente roda em seu navegador da web.

1. Para abrir o build, acesse sua conta de partículas e clique em build conforme mostrado na imagem.
2. Depois de clicar, você verá um console como este.
3. Para criar um novo aplicativo, clique em criar novo aplicativo.
4. Para incluir a biblioteca no programa, vá para a seção de bibliotecas, pesquise por cristal líquido. Em seguida, selecione um aplicativo ao qual deseja adicionar a biblioteca. No meu caso, é o monitoramento do painel solar.
5. Para verificar o programa. Clique em verificar.
6. Para fazer o upload do código, clique em flash, mas antes de fazer isso selecione um dispositivo. Se você tiver mais de um dispositivo, certifique-se de ter selecionado para qual dos seus dispositivos o código flash será executado. Clique no ícone "Dispositivos" no canto inferior esquerdo do painel de navegação e, ao passar o mouse sobre o nome do dispositivo, a estrela aparecerá à esquerda. Clique nele para definir o dispositivo que deseja atualizar (não será visível se você tiver apenas um dispositivo). Depois de selecionar um dispositivo, a estrela associada a ele ficará amarela. (Se você tiver apenas um dispositivo, não há necessidade de selecioná-lo, você pode continuar.

Etapa 4: Como funciona o circuito

No circuito, 6 pinos GPIO do módulo são usados para fazer a interface do LCD de caracteres e três pinos de entrada analógica são usados para fazer a interface do sensor de temperatura LM-35, Painel Solar e o sensor LDR.

Uma vez montado o circuito, ele está pronto para ser implantado junto com o painel solar. Enquanto o painel solar continua gerando eletricidade, o anexado ao dispositivo. O dispositivo é alimentado pela fonte de alimentação que também gerencia os outros equipamentos de melhoria de desempenho. Assim que o dispositivo é ligado, algumas mensagens iniciais piscam em seu display LCD indicando a intenção do aplicativo. A saída de energia do painel, a temperatura e a intensidade da luz incidente são medidas pelo pino de Saída de Tensão do painel solar, sensor de temperatura LM-35 e sensor LDR, respectivamente. O pino de Saída de Tensão do painel solar, o sensor de temperatura LM-35 e o sensor LDR são conectados aos pinos de entrada analógica A1, A0 e A2 do Fóton de Partículas.

Os respectivos parâmetros são medidos detectando a tensão analógica nos respectivos pinos. A tensão analógica detectada nos respectivos pinos é convertida em valores digitais usando canais ADC embutidos. O Particle Photon tem canais ADC de 12 bits. Portanto, os valores digitalizados podem variar de 0 a 4095. Aqui, assume-se que a rede resistiva que faz a interface do sensor LDR com o pino do controlador é calibrada para indicar a intensidade da luz por proporcionalidade direta.

O LM-35 IC não requer nenhuma calibração externa ou ajuste para fornecer precisões típicas de ± 0,25 ° C em temperatura ambiente e ± 0,75 ° C na faixa de temperatura de −55 ° C a 150 ° C. Em condições normais, a temperatura medida pelo sensor não excederá ou diminuirá a faixa operacional do sensor. Ao cortar e calibrar no nível do wafer, o uso do sensor a um custo mais baixo é garantido. Devido à baixa impedância de saída, saída linear e calibração inerente precisa do LM-35, a interface do sensor com um circuito de controle é fácil. Como o dispositivo LM-35 consome apenas 60 uA do suprimento, ele tem autoaquecimento muito baixo, menos de 0,1 ° C no ar parado. Normalmente, na faixa de temperatura de −55 ° C a 150 ° C, a saída de tensão do sensor aumenta em 10 mV por grau Celsius. A saída de tensão do sensor é dada pelas seguintes fórmulas

Vout = 10 mV / ° C * T

onde, Vout = saída de tensão do sensor

T = Temperatura em graus Celsius Então, T (em ° C) = Vout / 10 mV

T (em ° C) = Vout (em V) * 100

Se o VDD for considerado 3,3 V, a leitura analógica está relacionada à tensão detectada na faixa de 12 bits pela seguinte fórmula

Vout = (3,3 / 4095) * Leitura analógica

Portanto, a temperatura em graus Celsius pode ser dada pelas seguintes fórmulas

T (em ° C) = Vout (em V) * 100

T (em ° C) = (3,3 / 4095) * Leitura Analógica * 100

Portanto, a temperatura pode ser medida diretamente detectando a saída de tensão analógica do sensor. A função analogRead () é usada para ler a tensão analógica no pino do controlador. A saída de tensão do painel solar deve ser normalmente de 3 V, que pode ser detectada diretamente pelo fóton de partículas. O fóton de partículas pode detectar voltagem diretamente de até 3,3 V. Para digitalização da voltagem analógica detectada, ele é novamente referenciado internamente ao VDD. A leitura de tensão digitalizada é escalada na faixa de 12 bits, ou seja, 0 a 4095. Então

Vout = (3,3 / 4095) * Leitura analógica

Os dados lidos do sensor são exibidos primeiro no display LCD e, em seguida, são passados para a nuvem de partículas por meio de uma conexão wi-fi. O usuário precisa fazer login na conta registrada do Particle para visualizar os valores lidos do sensor. A plataforma permite conectar-se a um conselho a partir da conta cadastrada. O usuário pode monitorar os dados recebidos do sensor em tempo real e também pode registrar dados.

Etapa 5: Conexões e Diagrama de Circuito

Photon ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Habilitar

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Photon ==> LM-35

A0 ==> Aout

Photon ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Placa Solar

A1 ==> Vcc

Etapa 6: Resultado