Surveillance de panneaux solaires à l'aide de photons de particules : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

L'objectif du projet est d'améliorer l'efficacité des panneaux solaires. Le projet est conçu pour superviser la production d'énergie solaire photovoltaïque afin d'améliorer les performances, la surveillance et la maintenance de la centrale solaire.

Dans ce projet, le photon de particule est interfacé avec la broche de sortie de tension du panneau solaire, le capteur de température LM-35 et le capteur LDR pour surveiller respectivement la puissance de sortie, la température et l'intensité lumineuse incidente. Un écran LCD à caractères est également interfacé au photon de particule pour un affichage en temps réel des paramètres mesurés. Le Photon affiche non seulement les paramètres mesurés sur l'écran LCD, mais envoie également les valeurs mesurées au serveur cloud pour visualiser les données en temps réel.

Étape 1: composant requis

• Photon particulaire 20 $
• ACL 16x2 3 $
• Plaque solaire 4$
• Capteur de température LM-35 $2
• LDR $1
• Planche à pain $4
• Fils de cavalier 3 $

Le coût global du matériel est d'environ 40 dollars.

Étape 2: Matériel

1. Photon de particule

Photon est une carte IoT populaire disponible sur la plate-forme Particle. La carte abrite le microcontrôleur STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 et possède 1 Mo de mémoire flash, 128 Ko de RAM et 18 broches de sortie d'entrée à usage général (GPIO) à signaux mixtes avec des périphériques avancés. Le module intègre une puce Wi-Fi Cypress BCM43362 pour la connectivité Wi-Fi et une bande unique 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n pour Bluetooth. La carte est équipée de 2 SPI, un I2S, un I2C, un CAN et une interface USB.

Il est à noter que 3V3 est une sortie filtrée utilisée pour les capteurs analogiques. Cette broche est la sortie du régulateur embarqué et est connectée en interne au VDD du module Wi-Fi. Lors de l'alimentation du photon via le VIN ou le port USB, cette broche produira une tension de 3,3 VDC. Cette broche peut également être utilisée pour alimenter directement le Photon (entrée max 3.3VDC). Lorsqu'il est utilisé comme sortie, la charge maximale sur 3V3 est de 100mA. Les signaux PWM ont une résolution de 8 bits et fonctionnent sur une fréquence de 500 Hz.

2. Écran LCD 16X2 caractères

L'écran LCD 16X2 permet d'afficher les valeurs des paramètres mesurés. Il est connecté au photon de particules en connectant ses broches de données D4 à D7 aux broches D0 à D3 de la carte de particules. Les broches E et RS de l'écran LCD sont respectivement connectées aux broches D5 et D6 du panneau de particules. La broche R/W de l'écran LCD est mise à la terre.

3. Capteur LDR (photorésistance)

LDR ou résistance dépendante de la lumière est également connue sous le nom de photorésistance, photocellule, photoconducteur. C'est un type de résistance dont la résistance varie en fonction de la quantité de lumière tombant sur sa surface. Lorsque la lumière tombe sur la résistance, la résistance change. Ces résistances sont souvent utilisées dans de nombreux circuits où il est nécessaire de détecter la présence de lumière. Ces résistances ont une variété de fonctions et de résistance. Par exemple, lorsque le LDR est dans l'obscurité, il peut être utilisé pour allumer une lumière ou pour éteindre une lumière lorsqu'il est dans la lumière. Une résistance typique dépendante de la lumière a une résistance dans l'obscurité de 1 MOhm et dans la luminosité une résistance de quelques KOhm.

Principe de fonctionnement de LDR

Cette résistance fonctionne sur le principe de la photoconductivité. Ce n'est rien mais, lorsque la lumière tombe sur sa surface, la conductivité du matériau diminue et les électrons de la bande de valence de l'appareil sont également excités vers la bande de conduction. Ces photons dans la lumière incidente doivent avoir une énergie supérieure à la bande interdite du matériau semi-conducteur. Cela fait sauter les électrons de la bande de valence à la conduction. Ces dispositifs dépendent de la lumière, lorsque la lumière tombe sur le LDR alors la résistance diminue, et augmente dans l'obscurité. Lorsqu'un LDR est maintenu dans un endroit sombre, sa résistance est élevée et, lorsque le LDR est maintenu à la lumière, sa résistance diminue. Le capteur LDR est utilisé pour mesurer l'intensité lumineuse incidente. L'intensité lumineuse est exprimée en Lux. Le capteur est connecté à la broche A2 de Particle Photon. Le capteur est connecté dans un circuit diviseur de potentiel. Le LDR fournit une tension analogique qui est convertie en lecture numérique par l'ADC intégré.

4. LM-35 Capteur de température

Le LM35 est un capteur de température IC de précision dont la sortie est proportionnelle à la température (en oC). La plage de température de fonctionnement est de -55°C à 150°C. La tension de sortie varie de 10 mV en réponse à chaque hausse/baisse d'oC de la température ambiante, c'est-à-dire que son facteur d'échelle est de 0,01 V/oC. Le capteur a trois broches - VCC, Analogout et Ground. La broche Aout du LM35 est connectée à la broche d'entrée analogique A0 du photon de particule. Le VCC et la terre sont connectés au VCC et à la terre communs.

Caractéristiques

Calibré directement en Degré Celsius (Centigrade)

Linéaire à 10,0 mV/°C facteur d'échelle

• Précision de 0,5°C garantie (à 25°C)
• Évalué pour une plage complète de -55°C à 150°C
• Fonctionne de 4 à 30 volts
• Consommation de courant inférieure à 60 mA
• Faible auto-échauffement, 0,08°C d'air insufflé
• Non-linéarité seulement 0,25°C typique
• Sortie à faible impédance, 0,1 pour une charge de 1 mA

5. Panneau solaire

Les panneaux solaires sont des dispositifs qui convertissent la lumière en électricité. Ils tirent le nom de panneaux « solaires » du mot « Sol » utilisé par les astronomes pour désigner le soleil et la lumière du soleil. On les appelle aussi panneaux photovoltaïques où Photovoltaïque signifie « électricité-lumière ». Le phénomène de conversion de l'énergie solaire en énergie électrique est appelé effet photovoltaïque. Cet effet génère la tension et le courant à la sortie lors de l'exposition à l'énergie solaire. Un panneau solaire de 3 volts est utilisé dans le projet. Un panneau solaire est constitué de plusieurs cellules solaires ou diodes photovoltaïques. Ces cellules solaires sont des diodes à jonction P-N et elles peuvent générer un signal électrique en présence de lumière solaire. Lorsqu'il est exposé au soleil, ce panneau solaire génère une tension continue de 3,3 V à ses bornes. Ce panneau peut avoir une puissance de sortie maximale de 0,72 Watt et une puissance de sortie minimale de 0,6 Watt. Son courant de charge maximum est de 220 mA et son courant de charge minimum est de 200 mA. Le panneau a deux bornes - VCC et Ground. La tension de sortie est tirée de la broche VCC. La broche de sortie de tension est connectée à la broche d'entrée analogique A1 du photon à particules pour la mesure de la puissance de sortie du panneau solaire.

Étape 3: Logiciel

IDE Web de particules

Pour écrire le code du programme pour n'importe quel photon, le développeur doit créer un compte sur le site Web de Particle et enregistrer la carte Photon avec son compte utilisateur. Le code du programme peut ensuite être écrit sur Web IDE sur le site Web de la particule et transféré vers un photon enregistré sur Internet. Si la carte de particules sélectionnée, Photon ici, est allumée et connectée au service cloud de la particule, le code est gravé sur la carte sélectionnée par liaison radio via une connexion Internet et la carte commence à fonctionner selon le code transféré. Pour contrôler la carte sur Internet, une page Web est conçue qui utilise Ajax et Jquery pour envoyer des données à la carte à l'aide de la méthode HTTP POST. La page Web identifie la carte par un ID d'appareil et se connecte au service cloud de Particle via un jeton d'accès.

Comment connecter photon avec Internet

1. Alimentez votre appareil

• Branchez le câble USB sur votre source d'alimentation.
• Dès qu'il est branché, la LED RVB de votre appareil doit commencer à clignoter en bleu. Si votre appareil ne clignote pas en bleu, maintenez le bouton SETUP enfoncé. Si votre appareil ne clignote pas du tout, ou si la LED s'éteint couleur orange, il se peut qu'il ne reçoive pas assez de puissance. Essayez de changer votre source d'alimentation ou votre câble USB.

2. Connectez votre Photon à InternetIl existe deux manières d'utiliser une application Web ou une application mobile

une. Utilisation de l'application Web

• Étape 1 Accédez à setup.particle.io
• Étape 2 Cliquez sur configurer un photon
• Étape 3 Après avoir cliqué sur SUIVANT, un fichier (photonsetup.html) devrait vous être présenté.
• Étape 4 Ouvrez le fichier.
• Étape 5 Après avoir ouvert le fichier, connectez votre PC au Photon, en vous connectant au réseau nommé PHOTON.
• Étape 6 Configurez vos informations d'identification Wi-Fi. Remarque: si vous avez mal saisi vos informations d'identification, le Photon clignotera en bleu foncé ou en vert. Vous devez recommencer le processus (en actualisant la page ou en cliquant sur la partie du processus de nouvelle tentative)
• Étape 7 Renommez votre appareil. Vous verrez également une confirmation si l'appareil a été réclamé ou non.

b. Utiliser un smartphone

• Ouvrez l'application sur votre téléphone. Connectez-vous ou créez un compte avec Particle si vous n'en avez pas.
• Après la connexion, appuyez sur l'icône plus et sélectionnez l'appareil que vous souhaitez ajouter. Suivez ensuite les instructions à l'écran pour connecter votre appareil au Wi-Fi.

S'il s'agit de la première connexion de votre Photon, il clignotera en violet pendant quelques minutes pendant qu'il télécharge les mises à jour. Cela peut prendre 6 à 12 minutes pour que les mises à jour se terminent, en fonction de votre connexion Internet, le Photon redémarrant plusieurs fois au cours du processus. Ne redémarrez pas et ne débranchez pas votre Photon pendant ce temps. Si vous le faites, vous devrez peut-être suivre ce guide pour réparer votre appareil.

Une fois que vous avez connecté votre appareil, il a appris ce réseau. Votre appareil peut stocker jusqu'à cinq réseaux. Pour ajouter un nouveau réseau après votre configuration initiale, vous devez remettre votre appareil en mode d'écoute et procéder comme ci-dessus. Si vous pensez que votre appareil contient trop de réseaux, vous pouvez effacer la mémoire de votre appareil de tous les réseaux Wi-Fi qu'il a appris. Pour ce faire, maintenez le bouton de configuration enfoncé pendant 10 secondes jusqu'à ce que la LED RVB clignote rapidement en bleu, signalant que tous les profils ont été supprimés.

Modes

• Cyan, votre Photon est connecté à Internet.
• Magenta, il charge actuellement une application ou met à jour son firmware. Cet état est déclenché par une mise à jour du micrologiciel ou par le code clignotant du Web IDE ou du Desktop IDE. Vous pouvez voir ce mode lorsque vous connectez votre Photon au cloud pour la première fois.
• Vert, il essaie de se connecter à Internet.
• Blanc, le module Wi-Fi est éteint.

Web IDEParticle Build est un environnement de développement intégré, ou IDE, qui signifie que vous pouvez faire du développement logiciel dans une application facile à utiliser, qui s'exécute justement dans votre navigateur Web.

1. Pour ouvrir la construction, connectez-vous à votre compte de particules, puis cliquez sur construire comme indiqué dans l'image.
2. Une fois que vous avez cliqué, vous verrez une console comme celle-ci.
3. Pour créer une nouvelle application de création, cliquez sur créer une nouvelle application.
4. Pour inclure la bibliothèque dans le programme, accédez à la section bibliothèques, recherchez cristal liquide. Sélectionnez ensuite une application dans laquelle vous souhaitez ajouter une bibliothèque. Dans mon cas, il s'agit de la surveillance du panneau solaire.
5. Pour vérifier le programme. Cliquez sur vérifier.
6. Pour télécharger le code, cliquez sur flash mais avant cela, sélectionnez un appareil. Si vous avez plusieurs appareils, vous devez vous assurer que vous avez sélectionné sur lequel de vos appareils flasher le code. Cliquez sur l'icône « Appareils » en bas à gauche du volet de navigation, puis lorsque vous survolez le nom de l'appareil, l'étoile apparaîtra sur la gauche. Cliquez dessus pour définir l'appareil que vous souhaitez mettre à jour (il ne sera pas visible si vous n'avez qu'un seul appareil). Une fois que vous avez sélectionné un appareil, l'étoile qui lui est associée devient jaune. (Si vous n'avez qu'un seul appareil, il n'est pas nécessaire de le sélectionner, vous pouvez continuer.

Étape 4: Comment fonctionne le circuit

Dans le circuit, 6 broches GPIO du module sont utilisées pour interfacer l'écran LCD à caractères et trois broches d'entrée analogique sont utilisées pour interfacer le capteur de température LM-35, le panneau solaire et le capteur LDR.

Une fois le circuit assemblé, il est prêt à être déployé avec le panneau solaire. Alors que le panneau solaire continue de produire de l'électricité, il est attaché à l'appareil. L'appareil est alimenté par l'alimentation secteur qui gère également les autres équipements d'amélioration des performances. Une fois l'appareil allumé, certains messages initiaux s'affichent sur son écran LCD indiquant l'intention de l'application. La puissance de sortie du panneau, la température et l'intensité lumineuse incidente sont mesurées par la broche de sortie de tension du panneau solaire, le capteur de température LM-35 et le capteur LDR respectivement. La broche de sortie de tension du panneau solaire, le capteur de température LM-35 et le capteur LDR sont connectés aux broches d'entrée analogique A1, A0 et A2 du photon à particules.

Les paramètres respectifs sont mesurés en détectant la tension analogique sur les broches respectives. La tension analogique détectée sur les broches respectives est convertie en valeurs numériques à l'aide de canaux ADC intégrés. Le photon de particules possède des canaux ADC 12 bits. Ainsi, les valeurs numérisées peuvent aller de 0 à 4095. Ici, on suppose que le réseau résistif interfaçant le capteur LDR avec la broche du contrôleur est calibré pour indiquer l'intensité lumineuse par proportionnalité directe.

Le LM-35 IC ne nécessite aucun étalonnage ou ajustement externe pour fournir des précisions typiques de ±0,25 °C à température ambiante et de ±0,75 °C sur une plage de températures de -55 °C à 150 °C. Dans des conditions normales, la température mesurée par le capteur ne dépassera pas ou ne reculera pas la plage de fonctionnement du capteur. Par détourage et calibrage au niveau de la plaquette, l'utilisation de capteur à moindre coût est ainsi assurée. En raison de la faible impédance de sortie, de la sortie linéaire et de l'étalonnage inhérent précis du LM-35, l'interfaçage du capteur avec un circuit de commande est facile. Comme l'appareil LM-35 ne prélève que 60 uA de l'alimentation, il présente un auto-échauffement très faible inférieur à 0,1 °C en air calme. Typiquement dans la plage de température de -55 °C à 150 °C, la tension de sortie du capteur augmente de 10 mV par degré Celsius. La tension de sortie du capteur est donnée par les formules suivantes

Vout = 10 mV/°C*T

où, Vout = Tension de sortie du capteur

T = Température en degré Celsius Donc, T (en °C) = Vout/10 mV

T (en °C) = Vout(en V)*100

Si VDD est supposé être de 3,3 V, la lecture analogique est liée à la tension détectée sur une plage de 12 bits par la formule suivante

Vout = (3,3/4095)*Lecture analogique

Ainsi, la température en degrés Celsius peut être donnée par les formules suivantes

T (en °C) = Vout(en V)*100

T (en °C) = (3,3/4095)*Lecture analogique *100

Ainsi, la température peut être mesurée directement en détectant la sortie de tension analogique du capteur. La fonction analogRead() est utilisée pour lire la tension analogique sur la broche du contrôleur. La tension de sortie du panneau solaire doit être généralement de 3 V, ce qui peut être directement détecté par le photon particulaire. Le photon de particule peut détecter directement une tension jusqu'à 3,3 V. Pour la numérisation de la tension analogique détectée, elle est à nouveau référencée en interne sur le VDD. La lecture de tension numérisée est mise à l'échelle sur la plage de 12 bits, c'est-à-dire de 0 à 4095. Donc

Vout = (3,3/4095)*Lecture analogique

Les données du capteur lues sont d'abord affichées sur l'écran LCD, puis transmises au Particle Cloud via une connexion Wi-Fi. L'utilisateur doit se connecter au compte enregistré de la particule afin de visualiser les valeurs de capteur lues. La plateforme permet de se connecter à un tableau à partir du compte enregistré. L'utilisateur peut surveiller les données de capteur reçues en temps réel et peut également enregistrer les données.

Étape 5: Connexions et schéma de circuit

Photon ==> LCD

D6 ==> RS

D5 ==> Activer

D3 ==> DB4

D2 ==> DB5

D1 ==> DB6

D0 ==> DB7

Photon ==> LM-35

A0 ==> Aout

Photon ==> LDR

A2 ==> Vcc

Photon ==> Plaque solaire

A1 ==> Vcc

Étape 6: Résultat