Nabito [Open Socket V2]: Medidor inteligente para carregamento EV: 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este é o segundo guia de construção do Nabito [soquete aberto], a primeira versão pode ser encontrada em: Nabito [soquete aberto] v1

Eu listo as razões para criar este projeto nesta postagem do blog: EVs são inúteis para pessoas em apartamentos

O que é?

Nabito - o soquete aberto é um medidor inteligente de IoT com medição de eletricidade, comutação liga / desliga de alta amperagem, sensor NFC, autorização de usuário, recursos de faturamento e gerenciamento de usuário.

O projeto consiste em duas partes: 1. caixa de controle (dispositivo IoT) 2. front-end / back-end do aplicativo da web, ambos totalmente de código aberto.

1. A caixa de controle consiste em peças fáceis de obter on-line e foi projetada para ser uma solução de tomada elétrica inteligente e econômica para estacionamentos públicos e privados para carregamento lento de veículos elétricos. Ele roda em Raspberry Pi Zero W e Arduino Nano.

2. O aplicativo web roda em Ruby on Rails e está disponível como código aberto no Github: https://github.com/sysdist/nabito-server A conexão entre o box e o aplicativo web é feita por meio do protocolo MQTT.

O objetivo do projeto é desenvolver uma rede de cobrança de código aberto que qualquer pessoa possa adotar e implementar ou estender.

A caixa de controle consiste em peças fáceis de obter online e foi projetada para ser uma solução de tomada elétrica inteligente e econômica para estacionamentos públicos e privados para carregamento lento de veículos elétricos.

Ele roda no computador de placa única Raspberry Pi Zero W (SCB). O custo total da caixa de controle é de cerca de € 60.

Nabito - a tomada aberta é atualmente projetada para carregar em tomadas comuns, na Europa continental é 230V e 10 -13A, ou seja, cca. 2,9 kW contínuo. Mas o conceito se aplica a qualquer soquete, Euro, EUA ou Reino Unido ou qualquer outro, as versões futuras do projeto cobrirão também instalações de 2 e 3 fases.

Especificações:

• Tensão monofásica: 230 V
• ACMax. atual: 13 A
• Potência: 2,9 kW
• Tamanho: 240x200x90mm
• Interface: conexão RJ45 LAN ou WIFI
• Conformidade de IP: IP55

O guia de construção a seguir não está completo, faltam alguns diagramas de fiação, algumas etapas de montagem, etc.), eu queria divulgá-lo o mais rápido possível. Trabalharei para melhorá-lo gradualmente, então, por favor, se este guia de construção não cubra tudo que você precisa saber ou se você tiver alguma dúvida, envie-me um e-mail. Obrigado pela compreensão.

Etapa 1: o que ele faz?

O projeto consiste em duas partes, a caixa de controle física que é uma coisa IoT (lado do cliente) e há uma aplicação Web que a controla (lado do servidor). Funcionalidades combinadas:

1. Ligar / Desligar Com um relé de rede e um contator, ele pode ligar / desligar a tomada com base na interação do usuário.

2. Medição de energia

A caixa de controle mede a corrente CA e registra o uso de energia. Função de medição padrão. A medição de energia é feita por usuário. Atualmente, há apenas monitoramento de corrente CA, nenhum monitoramento de tensão neste ponto.

3. Autenticação do usuário

Você precisa criar contas de usuário para os usuários que usarão o (s) soquete (s). O usuário autoriza lendo o código QR ou usando uma etiqueta NFC. A interface do usuário da web permite que os usuários se inscrevam, façam login e usem a caixa de controle ou a etiqueta NFC liga / desliga a caixa diretamente. O administrador pode aprovar e reprovar usuários.

4. Faturamento

Com base na configuração do soquete do administrador e no preço por 1 kWh, as contas são criadas para usuários individuais com base no uso de energia. As contas mensais serão criadas posteriormente para conveniência do administrador.

Etapa 2: Pilhas HW e SW

Pilha HW:

• Raspberry Pi Zero, 1pcs, € 11,32,
• dissipador de calor, 1 unidade, € 1,2,
• Sensor NFC, 1pcs, € 3,93
• cartão micro SD de 16 GB, 1pcs, € 9,4,
• Arduino Nano, 1pcs, € 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- Current-Transformer-New / 32768354127.html
• carregador de celular, 1 unidade, € 5, o preço é aproximado, usei um dos meus carregadores antigos que veio com um telefone
• Contator CA doméstico 25A NO, 1pcs, € 4,79,
• Relé de rede, 1pcs, € 0,84,
• caixa de junção de plástico (S-box), 1 unidade, € 5,
• Fios de junção Dupont para baixas tensões, 1pcs, € 2,29,
• Soquete IP54 230V Euro, 1pcs, € 2 comprado em uma loja de ferragens local
• peças pequenas: jack fêmea de 3,5 mm, capacitor de 10uF, 2 resistores de 10kOhm, diodos LED, cabos, 1pcs, € 3, comprados em uma loja de eletrônicos local
• Bloco terminal Wago de 2 condutores, 3 unidades, € 2, comprado em uma loja de eletrônicos local
• Bloco terminal Wago de 5 condutores, 2 unidades, € 2, comprado em uma loja de eletrônicos local
• Cabo USB mini para micro (Arduino-> RPi), 1pcs, € 1,8, comprado em uma loja de informática local

Custo total de HW: € 60,59 ($ 70,40)

Pilha SW:

• Pilha da caixa de controle:

  • Raspbian Linux (baseado no Ubuntu), código aberto, $ 0 (toda a glória para Linus Torvalds + 20 mil pessoas que trabalharam no kernel do Linux + o tipo de pessoa por trás da imagem Raspberry Pi e Raspbian Linux)
  • Node-RED, código aberto, $ 0 (gentis pessoas da IBM que estão por trás do desenvolvimento do Node-RED)

• Pilha de aplicativos da web:

  • Aplicativo do servidor Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), código aberto, $ 0
  • Postgres DB, código aberto, $ 0
  • Git, código aberto (mais glória para Linus), $ 0
  • Protocolo MQTT

Custo total da pilha SW: € 0 (* THUMBS_UP *)

Etapa 3: A Caixa de Controle: Configuração de SW

1. Instale RASPBIAN STRETCH LITE (não precisamos da versão para desktop) no Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. configure o Raspbian para usar seu Wifihttp residencial local: //weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Instale o Node-RED no Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Copie o fluxo Nabito Node-RED e implante ithttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Edite o Node-RED settings.js padrão e adicione-o ao functionGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Configure seus corretores Node-RED MQTT para sua instalação de servidor Nabito preferida (ou para
7. Reinicie o Node-RED
8. Verifique a conectividade MQTT no Node-RED

Parte do Arduino:

1. Baixe, compile e envie este esboço para Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Feito!;-)

Etapa 4: Fiação: Cabos de alimentação

Os cabos de alimentação CA fornecem energia para:

• Contator AC
• Relé de rede
• Carregador de celular que alimenta Raspberry Pi e Arduino

A saída do contator CA vai para o soquete de saída. O terra de proteção é conectado da linha de alimentação da fonte ao soquete de saída.

Raspberry Pi controla o relé da rede elétrica e o relé, por sua vez, liga / desliga o contator.

Etapa 5: Fiação: Arduino, sensor CT, sensor NFC

Conecte o Arduino com o sensor CT de acordo com o seguinte manual:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Você precisa:

• Arduino (você pode usar qualquer Arduino: Uno, Nano, Mega, o que quiser, desde que tenha um ADC)
• Capacitor de 10uF; resistores de 10kOhm 2x
• Tomada jack fêmea de 3,5 mm
• Sensor CT 30A / 1V
• Sensor PN532 (RFID / NFC)
• PCB pequeno
• pequenos fios para conexões

Soldei o Arduino Nano, o capacitor, os resistores e o conector fêmea ao PCB de acordo com o manual acima do site openenergymonitor.org.

O sensor NFC é conectado ao Arduino Nano por meio de SPI (pinos no Arduino Nano: 10, 11, 12 e 13).

O Arduino é conectado ao Raspberry Pi via micro USB.

Etapa 6: Fiação: Raspberry Pi

Conecte o Arduino ao Raspberry Pi via porta USB, desta forma ele serve como porta serial e fonte de alimentação para o Arduino, deve mapear para / dev / ttyUSB0.

O relé da rede é conectado através dos pinos 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Os LEDs do painel frontal são conectados por meio dos pinos 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Etapa 7: conectando tudo junto

1. Prenda o sensor CT na linha de alimentação saindo do relé de alimentação
2. Conecte a fonte de alimentação para Raspberry Pi
3. Aparafuse a tampa da caixa de junção
4. E você concluiu a fiação / montagem!

Etapa 8: configuração do aplicativo da web

Você precisa de um servidor Linux para executar o aplicativo da web. Você também pode:

• execute o servidor localmente em seu PC / notebook ou servidor Linux local e aponte a caixa de controle [es] para sua instalação local
• crie seu próprio domínio e execute o aplicativo da web como um site
• use https://Nabito.org (é gratuito) para gerenciar suas caixas de controle

O aplicativo Nabito-server é executado em Ruby on Rails e é de código aberto:

Para instalação e configuração do aplicativo da web, consulte o README.md do projeto no Github.

Etapa 9: execução e teste

Para configuração local:

1. Implante o aplicativo do servidor Nabito em seu PC / notebook local
2. Configure o corretor MQTT mosquitto em seu PC (ou qualquer outro corretor MQTT de sua preferência)
3. Conecte a caixa de controle Nabito ao seu WiFi local
4. SSH na caixa e direcioná-lo para usar o corretor MQTT do seu PC
5. iniciar o aplicativo de servidor Rails nabito
6. conecte uma pequena carga elétrica (por exemplo, um abajur) à tomada
7. use o aplicativo da web para iniciar / parar o soquete id 1 para verificar o consumo de energia real e total
8. use uma etiqueta NFC (se tiver) para alternar o soquete
9. verifique o faturamento para o último uso de soquete
10. Após o teste bem-sucedido, comece a criar sua própria rede de carregamento de EV
11. Lucro;-)

Etapa 10: a conclusão, os problemas e o roteiro do produto

Nesta versão da caixa de controle Nabito, fui capaz de desacoplar a caixa de controle e o aplicativo da web, essencialmente criando um projeto de IoT (Internet das Coisas) com a coisa física que faz algo útil e um aplicativo e serviço de back-end que gerencia o coisa física.

O preço da caixa aumentou um pouco em relação à última versão (v1 antes: € 50, v2 agora: € 60), porque adicionei um contator para fins de segurança para atender a amplificadores maiores e também RPi é um pouco mais caro que as placas OrangePi.

MQTT é usado como o protocolo principal para registro de dados e controle da caixa.

Desde a última versão do Nabito, consegui resolver a maioria dos problemas (Wifi, contator, superaquecimento do processador, tomada integrada, etc.). No entanto, a lista de problemas e oportunidades atuais cresce ainda mais:

Problemas:

• Raspberry Pi Zero W é uma placa muito boa, com Wifi e Bluetooth e 2 pinos GPIO, mas ainda assim o processador aquece até 34C em modo inativo, o que pode ser problemático em climas quentes e meses de verão com luz solar direta
• Executar o Linux na caixa de controle é bom para a prototipagem, mas o modelo de produção deste produto provavelmente deve ser executado em uma placa mais enxuta que seja capaz de TLS / SSL (o chip ESP32 parece muito promissor)

Oportunidades:

• crie versões para correntes mais altas (funcionalidade igual, mas use contatores com amperes mais altos e diferentes sensores CT / módulos de monitoramento de energia)
• crie versões para 2 e 3 fases
• integrar o módulo de monitoramento de energia (como o monitor de energia Peacefair PZEM-004T)
• migre para ESP32 para maior eficiência de energia e calor
• integre-se à nuvem AWS IOT e use certificados de cliente para a melhor configuração de segurança (no momento, apenas o usuário / senha MQTT é usado)
• gerenciar certificados e credenciais MQTT do aplicativo da web (atualmente, isso é configurado manualmente através do back-end)
• adicione um pequeno painel LCD para apresentar informações diretamente na caixa de controle do Nabito
• adicionar teclado numérico para fornecer interação do botão com a caixa (possibilidade de pin para maior segurança)
• incluem termômetro adicional para monitorar a temperatura ambiente da caixa

Se você gosta deste projeto ou tem alguma dúvida / comentário, por favor, sinta-se à vontade para entrar em contato comigo em [email protected]

Site de sistemas distribuídos: www.sysdist.com

Você pode me seguir em: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Tenha um bom dia e feliz fazendo! - Stefan