Monitoreo del panel solar usando fotones de partículas: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

El objetivo del proyecto es mejorar la eficiencia de los paneles solares. El proyecto está diseñado para supervisar la generación de energía solar fotovoltaica para mejorar el rendimiento, monitoreo y mantenimiento de la planta solar.

En este proyecto, el fotón de partículas se interconecta con el pin de salida de voltaje del panel solar, el sensor de temperatura LM-35 y el sensor LDR para monitorear la salida de energía, la temperatura y la intensidad de la luz incidente, respectivamente. Una pantalla LCD de caracteres también está interconectada con el fotón de partículas para la visualización en tiempo real de los parámetros medidos. El Photon no solo muestra los parámetros medidos en la pantalla LCD, sino que también envía los valores medidos al servidor en la nube para ver los datos en tiempo real.

Paso 1: Componente requerido

• Fotón de partículas $ 20
• Pantalla LCD 16x2 $ 3
• Placa solar $ 4
• Sensor de temperatura LM-35 $ 2
• LDR $ 1
• Protoboard $ 4
• Cables de puente $ 3

El costo total del hardware ronda los $ 40 dólares.

Paso 2: hardware

1. Fotón de partículas

Photon es una placa de IoT popular disponible en la plataforma Particle. La placa alberga el microcontrolador ARM Cortex M3 STM32F205 120Mhz y tiene 1 MB de memoria flash, 128 Kb de RAM y 18 pines de salida de entrada de propósito general (GPIO) de señal mixta con periféricos avanzados. El módulo tiene un chip Wi-Fi Cypress BCM43362 integrado para conectividad Wi-Fi y una banda única de 2,4 GHz IEEE 802.11b / g / n para Bluetooth. La placa viene equipada con 2 SPI, una I2S, una I2C, una CAN y una interfaz USB.

Cabe señalar que 3V3 es una salida filtrada utilizada para sensores analógicos. Este pin es la salida del regulador integrado y está conectado internamente al VDD del módulo Wi-Fi. Al alimentar el Photon a través de VIN o el puerto USB, este pin generará un voltaje de 3.3VDC. Este pin también se puede utilizar para alimentar el Photon directamente (entrada máxima de 3,3 V CC). Cuando se usa como salida, la carga máxima en 3V3 es 100mA. Las señales PWM tienen una resolución de 8 bits y se ejecutan en una frecuencia de 500 Hz.

2. LCD de 16 x 2 caracteres

La pantalla LCD de 16X2 se utiliza para mostrar los valores de los parámetros medidos. Se conecta al Particle Photon conectando sus pines de datos D4 a D7 a los pines D0 a D3 del tablero de partículas. Los pines E y RS de la pantalla LCD están conectados a los pines D5 y D6 del tablero de partículas, respectivamente. El pin R / W de la pantalla LCD está conectado a tierra.

3. Sensor LDR (fotorresistor)

LDR o resistencia dependiente de la luz también se conoce como fotorresistencia, fotocélula, fotoconductor. Es un tipo de resistencia cuya resistencia varía según la cantidad de luz que incide sobre su superficie. Cuando la luz incide sobre la resistencia, la resistencia cambia. Estas resistencias se utilizan a menudo en muchos circuitos donde se requiere detectar la presencia de luz. Estas resistencias tienen una variedad de funciones y resistencias. Por ejemplo, cuando el LDR está en la oscuridad, puede usarse para ENCENDER una luz o para APAGAR una luz cuando está en la luz. Una resistencia típica dependiente de la luz tiene una resistencia en la oscuridad de 1MOhm y en el brillo una resistencia de un par de KOhm.

Principio de funcionamiento de LDR

Esta resistencia funciona según el principio de fotoconductividad. No es más que, cuando la luz incide sobre su superficie, la conductividad del material se reduce y también los electrones en la banda de valencia del dispositivo se excitan a la banda de conducción. Estos fotones en la luz incidente deben tener una energía mayor que la banda prohibida del material semiconductor, esto hace que los electrones salten de la banda de valencia a la conducción, estos dispositivos dependen de la luz, cuando la luz incide sobre el LDR la resistencia disminuye, y aumenta en la oscuridad. Cuando un LDR se mantiene en el lugar oscuro, su resistencia es alta y, cuando el LDR se mantiene en la luz, su resistencia disminuirá. El sensor LDR se utiliza para medir la intensidad de la luz incidente. La intensidad de la luz se expresa en Lux. El sensor está conectado al pin A2 de Particle Photon. El sensor está conectado en un circuito divisor de potencial. El LDR proporciona un voltaje analógico que se convierte en lectura digital mediante el ADC incorporado.

4. Sensor de temperatura LM-35

LM35 es un sensor de temperatura IC de precisión con su salida proporcional a la temperatura (en oC). El rango de temperatura de funcionamiento es de -55 ° C a 150 ° C. El voltaje de salida varía en 10 mV en respuesta a cada oC de subida / bajada de la temperatura ambiente, es decir, su factor de escala es de 0,01 V / oC. El sensor tiene tres pines: VCC, salida analógica y tierra. El pin Aout del LM35 está conectado al pin de entrada analógica A0 del fotón de partículas. El VCC y la tierra están conectados a VCC y a tierra comunes.

Características

Calibrado directamente en grados Celsius (Centígrados)

Lineal a factor de escala de 10.0 mV / ° C

• Precisión garantizada de 0,5 ° C (a 25 ° C)
• Clasificado para un rango completo de -55 ° C a 150 ° C
• Opera de 4 a 30 voltios
• Drenaje de corriente de menos de 60 mA
• Bajo autocalentamiento, 0.08 ° C instilar aire
• No linealidad solo 0,25 ° C típica
• Salida de baja impedancia, 0,1 Ω para carga de 1 mA

5. Panel solar

Los paneles solares son dispositivos que convierten la luz en electricidad. Obtuvieron el nombre de paneles "solares" de la palabra "Sol" utilizada por los astrónomos para hacer referencia al sol y la luz del sol. Estos también se denominan paneles fotovoltaicos, donde fotovoltaico significa "luz-electricidad". El fenómeno de convertir la energía solar en energía eléctrica se llama efecto fotovoltaico. Este efecto genera el voltaje y la corriente en la salida en la exposición de la energía solar. En el proyecto se utiliza un panel solar de 3 voltios. Un panel solar consta de varias células solares o diodos fotovoltaicos. Estas células solares son diodos de unión P-N y pueden generar una señal eléctrica en presencia de luz solar. Al exponerse a la luz solar, este panel solar genera una salida de voltaje CC de 3.3 V en sus terminales. Este panel puede tener una potencia de salida máxima de 0,72 vatios y una potencia de salida mínima de 0,6 vatios. Su corriente de carga máxima es de 220 mA y la corriente de carga mínima es de 200 mA. El panel tiene dos terminales: VCC y Tierra. La salida de voltaje se extrae del pin VCC. El pin de salida de voltaje está conectado al pin de entrada analógica A1 del Particle Photon para medir la potencia de salida del panel solar.

Paso 3: software

IDE web de partículas

Para escribir el código del programa para cualquier Photon, el desarrollador debe crear una cuenta en el sitio web de Particle y registrar la placa Photon con su cuenta de usuario. Luego, el código del programa se puede escribir en Web IDE en el sitio web de Particle y se puede transferir a un fotón registrado a través de Internet. Si el tablero de partículas seleccionado, Photon aquí, se enciende y se conecta al servicio en la nube de la partícula, el código se graba en el tablero seleccionado a través del aire a través de la conexión a Internet y el tablero comienza a funcionar de acuerdo con el código transferido. Para controlar la placa a través de Internet, se diseña una página web que utiliza Ajax y Jquery para enviar datos a la placa mediante el método HTTP POST. La página web identifica la placa mediante un ID de dispositivo y se conecta al Servicio en la nube de Particle a través de un token de acceso.

Cómo conectar fotones a Internet

1. Encienda su dispositivo

• Conecte el cable USB a su fuente de alimentación.
• Tan pronto como esté enchufado, el LED RGB de su dispositivo debería comenzar a parpadear en azul. Si su dispositivo no está parpadeando en azul, mantenga presionado el botón SETUP. Si su dispositivo no parpadea en absoluto, o si el LED se está apagando. color naranja, es posible que no esté recibiendo suficiente potencia. Intente cambiar la fuente de alimentación o el cable USB.

2. Conecte su Photon a Internet Hay dos formas de usar la aplicación web o la aplicación móvil

una. Usando la aplicación web

• Paso 1 Vaya a setup.particle.io
• Paso 2 Haga clic en configurar un fotón
• Paso 3 Después de hacer clic en SIGUIENTE, debería aparecer un archivo (photonsetup.html)
• Paso 4 Abra el archivo.
• Paso 5 Después de abrir el archivo, conecte su PC al Photon, conectándose a la red denominada PHOTON.
• Paso 6 Configure sus credenciales de Wi-Fi. Nota: Si escribió mal sus credenciales, el Photon parpadeará en azul oscuro o verde. Tienes que pasar por el proceso nuevamente (actualizando la página o haciendo clic en la parte del proceso de reintento)
• Paso 7 Cambie el nombre de su dispositivo. También verá una confirmación si el dispositivo fue reclamado o no.

B. Usando un teléfono inteligente

• Abra la aplicación en su teléfono. Inicie sesión o regístrese para obtener una cuenta con Particle si no tiene una.
• Después de iniciar sesión, presione el icono más y seleccione el dispositivo que desea agregar. Luego, siga las instrucciones en la pantalla para conectar su dispositivo a Wi-Fi.

Si esta es la primera vez que se conecta su Photon, parpadeará en violeta durante unos minutos mientras descarga las actualizaciones. Las actualizaciones pueden tardar entre 6 y 12 minutos en completarse, según su conexión a Internet, y el Photon se reinicia varias veces en el proceso. No reinicie ni desconecte su Photon durante este tiempo. Si lo hace, es posible que deba seguir esta guía para reparar su dispositivo.

Una vez que haya conectado su dispositivo, habrá aprendido esa red. Su dispositivo puede almacenar hasta cinco redes. Para agregar una nueva red después de la configuración inicial, pondría su dispositivo en modo de escucha nuevamente y procedería como se indicó anteriormente. Si cree que su dispositivo tiene demasiadas redes, puede borrar la memoria de su dispositivo de cualquier red Wi-Fi que haya aprendido. Puede hacerlo manteniendo presionado el botón de configuración durante 10 segundos hasta que el LED RGB parpadee en azul rápidamente, lo que indica que se han eliminado todos los perfiles.

Modos

• Cyan, tu Photon está conectado a Internet.
• Magenta, actualmente está cargando una aplicación o actualizando su firmware. Este estado se desencadena por una actualización de firmware o por el código parpadeante de Web IDE o Desktop IDE. Es posible que vea este modo cuando conecte su Photon a la nube por primera vez.
• Verde, está intentando conectarse a Internet.
• Blanco, el módulo Wi-Fi está apagado.

Web IDEParticle Build es un entorno de desarrollo integrado, o IDE, que significa que puede realizar el desarrollo de software en una aplicación fácil de usar, que se ejecuta en su navegador web.

1. Para abrir la compilación, inicie sesión en su cuenta de partículas y luego haga clic en compilar como se muestra en la imagen.
2. Una vez que haya hecho clic, verá una consola como esta.
3. Para crear una nueva aplicación de creación, haga clic en crear nueva aplicación.
4. Para incluir la biblioteca en el programa, vaya a la sección de bibliotecas, busque liquidcrystal y luego seleccione la aplicación en la que desea agregar la biblioteca. En mi caso se trata de monitorización de paneles solares.
5. Para verificar el programa. Haga clic en verificar.
6. Para cargar el código, haga clic en flash pero antes de hacer eso seleccione un dispositivo. Si tiene más de un dispositivo, debe asegurarse de haber seleccionado en cuál de sus dispositivos desea flashear el código. Haga clic en el icono "Dispositivos" en la parte inferior izquierda del panel de navegación, luego, cuando pase el cursor sobre el nombre del dispositivo, aparecerá la estrella a la izquierda. Haga clic en él para configurar el dispositivo que desea actualizar (no será visible si solo tiene un dispositivo). Una vez que haya seleccionado un dispositivo, la estrella asociada con él se volverá amarilla. (Si solo tiene un dispositivo, no es necesario que lo seleccione, puede continuar.

Paso 4: cómo funciona el circuito

En el circuito, se utilizan 6 pines GPIO del módulo para conectar la pantalla LCD de caracteres y tres pines de entrada analógica se utilizan para conectar el sensor de temperatura LM-35, el panel solar y el sensor LDR.

Una vez que el circuito está ensamblado, está listo para implementarse junto con el panel solar. Mientras el panel solar sigue generando electricidad, se conecta al dispositivo. El dispositivo se alimenta de la red eléctrica que también gestiona el resto del equipo para mejorar el rendimiento. Una vez que el dispositivo está encendido, algunos mensajes iniciales aparecen en su pantalla LCD indicando la intención de la aplicación. La potencia de salida del panel, la temperatura y la intensidad de la luz incidente se miden mediante el pin de salida de voltaje del panel solar, el sensor de temperatura LM-35 y el sensor LDR, respectivamente. El pin de salida de voltaje del panel solar, el sensor de temperatura LM-35 y el sensor LDR están conectados a los pines de entrada analógica A1, A0 y A2 del Particle Photon.

Los parámetros respectivos se miden detectando el voltaje analógico en los pines respectivos. El voltaje analógico detectado en los pines respectivos se convierte en valores digitales utilizando canales ADC incorporados. El Particle Photon tiene canales ADC de 12 bits. Por lo tanto, los valores digitalizados pueden oscilar entre 0 y 4095. Aquí, se supone que el sensor LDR de interfaz de red resistiva con el pin del controlador está calibrado para indicar la intensidad de la luz por proporcionalidad directa.

El LM-35 IC no requiere ninguna calibración o recorte externo para proporcionar precisiones típicas de ± 0,25 ° C a temperatura ambiente y ± 0,75 ° C en un rango de temperatura de -55 ° C a 150 ° C. En condiciones normales, la temperatura medida por el sensor no excederá ni retrocederá el rango operativo del sensor. Al recortar y calibrar a nivel de oblea, se asegura el uso del sensor a menor costo. Debido a la impedancia de salida baja, la salida lineal y la calibración inherente precisa del LM-35, la interconexión del sensor con un circuito de control es fácil. Como el dispositivo LM-35 extrae solo 60 uA del suministro, tiene un autocalentamiento muy bajo de menos de 0.1 ° C en aire en calma. Normalmente, en el rango de temperatura de -55 ° C a 150 ° C, la salida de voltaje del sensor aumenta en 10 mV por grado Celsius. La salida de voltaje del sensor viene dada por las siguientes fórmulas

Vout = 10 mV / ° C * T

donde, Vout = Salida de voltaje del sensor

T = Temperatura en grados Celsius Entonces, T (en ° C) = Vout / 10 mV

T (en ° C) = Vout (en V) * 100

Si se supone que VDD es de 3,3 V, la lectura analógica está relacionada con el voltaje detectado en el rango de 12 bits mediante la siguiente fórmula

Vout = (3.3 / 4095) * Lectura analógica

Entonces, la temperatura en grados Celsius se puede dar mediante las siguientes fórmulas

T (en ° C) = Vout (en V) * 100

T (en ° C) = (3.3 / 4095) * Lectura analógica * 100

Por lo tanto, la temperatura se puede medir directamente detectando la salida de voltaje analógica del sensor. La función analogRead () se usa para leer voltaje analógico en el pin del controlador. La salida de voltaje del panel solar debe ser típicamente de 3 V, lo que puede ser detectado directamente por el fotón de partículas. El fotón de partículas puede detectar directamente voltaje de hasta 3.3 V. Para la digitalización del voltaje analógico detectado, nuevamente se hace referencia internamente al VDD. La lectura de voltaje digitalizada se escala en el rango de 12 bits, es decir, de 0 a 4095.

Vout = (3.3 / 4095) * Lectura analógica

Los datos leídos del sensor se muestran primero en la pantalla LCD y luego se pasan a la nube de partículas a través de una conexión Wi-Fi. El usuario debe iniciar sesión en la cuenta registrada de Particle para ver los valores leídos del sensor. La plataforma permite conectarse a una placa desde la cuenta registrada. El usuario puede monitorear los datos del sensor recibidos en tiempo real y también puede registrar datos.

Paso 5: Conexiones y diagrama de circuito

Fotón ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Habilitar

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Fotón ==> LM-35

A0 ==> Aout

Fotón ==> LDR

A2 ==> Vcc

Fotón ==> Placa solar

A1 ==> Vcc

Paso 6: Resultado