幾個(gè)月前，我安裝了一個(gè)小型的離網(wǎng)太陽能系統(tǒng)。我總是很好奇看到我的太陽能光伏系統(tǒng)的性能，而且好消息是我正在使用的充電控制器具有自己的本地顯示器以進(jìn)行監(jiān)控。但是，我嚴(yán)重缺少遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。因此，我決定制作自己的監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須同時(shí)具有本地和遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)施。

為什么我們需要監(jiān)控？

1.它提供有關(guān)各種太陽能參數(shù)，提取的能量，故障檢測(cè)，太陽能發(fā)電廠的歷史分析以及相關(guān)的能量損失的清晰信息。

2.您可以輕松地衡量您的太陽能產(chǎn)量以及每月電費(fèi)的節(jié)省。

3.您可以從智能手機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤太陽能光伏系統(tǒng)的所有重要參數(shù)。

在本文中，我將向您展示我使用ESP32開發(fā)板和ACS723電流傳感器制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的太陽能監(jiān)控系統(tǒng)。

規(guī)格：

1.輸入電壓-0- 24V（可以擴(kuò)展到50V）

2.輸入電流：0 -15A

3.太陽能電池板額定值-250W（12V）/ 500W（24V）

視頻展示：

組件清單：

1. ESP32開發(fā)板-30針（Banggood / Aliexpress）

2. ACS723傳感器（LCSC）

3. OLED顯示屏（亞馬遜/ Banggood）

4.電阻器（亞馬遜/ Banggood）

5.陶瓷電容器（亞馬遜/ Banggood）

6. XL7015降壓轉(zhuǎn)換器模塊（Amazon）

7.溫度傳感器（亞馬遜/ Banggood）

8.螺絲端子3P- 3.5mm間距（LCSC）

9.螺絲端子2P-9.52mm間距（LCSC）

10.排針（Amazon / Banggood）

11.跳線MF（Amazon）

12. PCB

13.助焊劑（Banggood）

14.錫膏（Banggood）

補(bǔ)充工具：

1.烙鐵（亞馬遜/ Banggood）

2.少年（亞馬遜/ Banggood）

3.剝線鉗（Amazon / Banggood）

4. 3D打印機(jī)（Amazon / Banggood）

步驟1：如何運(yùn)作？

太陽能電池板的電壓和電流分別由電壓和電流傳感器感測(cè)。此處，使用分壓器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量太陽能電池板電壓，使用AC723霍爾效應(yīng)電流傳感器測(cè)量太陽能電池板電流。同樣，DS18B20溫度傳感器可感測(cè)環(huán)境溫度。

來自所有傳感器的原始傳感器數(shù)據(jù)由ESP32板處理，并執(zhí)行所有必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算來計(jì)算功率，能量。然后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到OLED顯示器以進(jìn)行本地監(jiān)視，還發(fā)送到云以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。遠(yuǎn)程監(jiān)控是通過安裝在智能手機(jī)上的Blynk應(yīng)用程序完成的。

步驟2：測(cè)量電壓

太陽能電池板電壓由分壓器網(wǎng)絡(luò)感測(cè)，該分壓器網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)電阻R1 = 47k和R2 = 6.8k組成。R1和R2的輸出連接到ESP32模擬引腳GPIO引腳34。使用陶瓷電容器C1平滑分壓器的輸出。

電壓測(cè)量

ESP32的模擬輸入可用于測(cè)量0至3.3V之間的DC電壓。我考慮過的太陽能電池板可以產(chǎn)生24V（開路電壓）。要讀取此電壓，我們必須逐步使用可通過分壓器網(wǎng)絡(luò)完成的電壓。

用于分壓器電路

Vout = R2 /（R1 + R2）x Vin

Vin =（R1 + R2）/ R2 x Vout

AnalogRead（）函數(shù)讀取電壓并將其轉(zhuǎn)換為0到4095之間的數(shù)字

校準(zhǔn) ：

我們將使用Arduino的模擬輸入之一及其AnalogRead（）函數(shù)讀取輸出值。該函數(shù)輸出的值在0到4095之間，每個(gè)增量為3.3 / 4095

Vin = Vout *（R1 + R2）/ R2; R1 = 47k和R2 = 6.8k

Vin = ADC計(jì)數(shù)*（3.3 / 4095）*（（47 + 6.8）/ 6.8）伏

您可以通過選擇適當(dāng)?shù)碾娮杵鱎1和R2來使用更高電壓的太陽能電池板。

步驟3：測(cè)量電流

對(duì)于電流測(cè)量，我使用了霍爾效應(yīng)電流傳感器ACS 723 -20AUvariant。根據(jù)ACS723傳感器的電流檢測(cè)范圍，還有其他變體。ACS712傳感器讀取電流值并將其轉(zhuǎn)換為相關(guān)的電壓值。將這兩個(gè)測(cè)量值關(guān)聯(lián)起來的值為“靈敏度”。輸出靈敏度可以從數(shù)據(jù)表中獲得。根據(jù)數(shù)據(jù)表，靈敏度為200mV / A

校準(zhǔn)：

模擬讀取值= AnalogRead（Pin）;

ADCVoltage =（3.3 / 4095）*模擬讀取值

以安培計(jì)的電流=（ADCVoltage –失調(diào)電壓）/靈敏度

根據(jù)數(shù)據(jù)表，失調(diào)電壓為0.1 * Vcc（0.5V），靈敏度為200mV / A

注意： ACS723的輸出通過由R4和R5組成的分壓器網(wǎng)絡(luò)降壓。

步驟4：測(cè)量溫度

我已使用外部DS18B20探針測(cè)量環(huán)境溫度。它使用單線協(xié)議與微控制器通信。單線設(shè)備需要在其信號(hào)線上連接一個(gè)上拉電阻，以便電路板正確讀取。在這里，我使用了一個(gè)4.7K電阻（R6）作為上拉電阻。

可以通過3針螺絲端子將其鉤接到PCB上。

要與DS18B20溫度傳感器接口，您需要安裝One Wire庫(kù)和Dallas Temperature庫(kù)。您可以閱讀本文以獲取有關(guān)DS18B20傳感器的更多詳細(xì)信息。

連接如下：

紅線-》 Vcc

黃線-》數(shù)據(jù)

黑線-》 GND

以上所有內(nèi)容在PCB上都有清晰的標(biāo)簽，以免造成混淆。

步驟5：連接OLED顯示器

為了在本地顯示太陽能電池板參數(shù)，我使用了0.96英寸的OLED顯示屏。它的分辨率為128 x 64，并使用I2C總線與ESP32進(jìn)行通信。使用了ESP32中的兩個(gè)引腳SCL（GPIO22），SDA（GPIO21）溝通。

我正在使用Adafruit_SSD1306庫(kù)來顯示參數(shù)。首先，您必須下載Adafruit_SSD1306。然后安裝它。

連接應(yīng)如下所示：

ESP32 --》 OLED

3.3V ---》 VCC

地線-》地線

GPIO21 ----》 SDA

GPIO22 ----》 SCL

步驟6：PCB設(shè)計(jì)

我已經(jīng)使用EasyEDA在線軟件繪制了原理圖，然后為該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了定制PCB。PCB設(shè)計(jì)用于安裝不同的模塊，而不是使用大量的組件。我已經(jīng)從JLCPCB訂購(gòu)了我的PCB，并在7天內(nèi)收到了它。

您可點(diǎn)擊以下載以下附件的Gerber文件（點(diǎn)擊下載）。

步驟7：PCB組裝

對(duì)于焊接，您將需要一個(gè)體面的烙鐵，焊料，鉗口和萬用表。優(yōu)良作法是根據(jù)組件的高度進(jìn)行焊接。首先焊接較小高度的部件。

您可以按照以下步驟焊接組件：

1.將組件腳推入它們的孔中，然后翻轉(zhuǎn)PCB的背面。

2.將烙鐵頭的尖端固定在焊盤和組件支腳的連接處。

3.將焊料送入接頭中，使焊料在引線周圍全程流動(dòng)并覆蓋焊盤。

一旦它四處流淌，將尖端移開。

步驟8：焊接ACS723

在整個(gè)PCB中，高度較小的組件是電流傳感器ACS723，這是此項(xiàng)目中使用的唯一SMT組件。

首先，在所有8個(gè)焊盤上施加助焊劑，然后在角焊盤上施加少量焊料。使用鑷子放置并對(duì)準(zhǔn)二極管芯片。用烙鐵頭觸碰焊盤時(shí)，將芯片固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫允购噶蠈⒁_和焊盤融化在一起。

確保PCB和ACS723 IC上的點(diǎn)符號(hào)匹配在一起。點(diǎn)符號(hào)代表-1號(hào)插針。

現(xiàn)在，將焊料涂到所有的焊盤上，就可以完成了。如果在焊接過程中弄糟，則可以使用拆焊芯除去多余的焊料。

步驟9：3D打印的外殼

為了使產(chǎn)品具有良好的商業(yè)外觀，我使用Autodesk Fusion 360設(shè)計(jì)了一個(gè)用于該項(xiàng)目的外殼。所有組件的尺寸和PCB安裝孔均通過游標(biāo)卡尺測(cè)量，然后在設(shè)計(jì)時(shí)考慮相同因素。

外殼分為兩部分：1.主體2.頂蓋

主體的基本設(shè)計(jì)是保留PCB板。頂蓋將蓋住主體開口并安裝OLED顯示器。

我使用Creality CR-10打印機(jī)和1.75毫米綠色PLA燈絲打印部件。我花了大約6個(gè)小時(shí)來打印主體，大約花了2個(gè)小時(shí)來打印頂蓋。

我的設(shè)置是：

列印速度：60毫米/秒

層高：0.2mm（0.3也可以）

填充密度：20％

擠出機(jī)溫度：200攝氏度

床溫：60攝氏度

從Thingiverse下載STL文件

步驟10：組裝3D打印外殼

可以將PCB安裝在3D打印外殼的4個(gè)支架上。您可以使用4 x M3螺釘直接固定PCB，也可以安裝帶螺紋的散熱插件以提高可靠性。在這里，我在每個(gè)支架上都使用了熱插入件。

將PCB安裝到主體上之后，我們可以移動(dòng)安裝OLED顯示器。可以使用熱膠或強(qiáng)力膠帶將OLED顯示器安裝在頂蓋的背面。

將跳線從OLED顯示器連接到PCB OLED端口。PCB上的插頭引腳已明確標(biāo)記。

將溫度傳感器電纜插入機(jī)箱右側(cè)的孔中。然后將電線連接到螺絲端子。

現(xiàn)在，使用4 x M3螺釘關(guān)閉頂蓋。

為了使外殼更具吸引力，我在頂蓋上貼了一個(gè)Instructables標(biāo)簽。

步驟11：軟件和庫(kù)

要將ESP32板與Arduino庫(kù)一起使用，您必須將Arduino IDE與ESP32板一起使用。如果您還沒有這樣做，可以通過遵循Sparkfun的本教程，輕松地將ESP32開發(fā)板支持安裝到Arduino IDE 。

安裝庫(kù)：

在上傳代碼之前，請(qǐng)安裝以下庫(kù)：

1. ESP32

2.布林克

3. Adafruit_SSD1306

4.一根線

5.達(dá)拉斯溫度

如何安裝庫(kù)？

您可以閱讀Sparkfun的本教程來安裝Arduino庫(kù)。

第12步：與Blynk應(yīng)用交互

Blynk是最流行的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，用于將任何硬件連接到云，設(shè)計(jì)用于控制它們的應(yīng)用程序以及大規(guī)模管理已部署的產(chǎn)品。借助Blynk庫(kù)，您可以將400多種硬件模型（包括ESP8266，ESP32，NodeMCU和Arduino）連接到Blynk Cloud。

步驟1：

下載Blynk應(yīng)用

1.對(duì)于Android

2.對(duì)于iPhone

第2步：

獲取身份驗(yàn)證令牌為了連接Blynk應(yīng)用程序和您的硬件，您需要身份驗(yàn)證令牌。

1.在Blynk應(yīng)用程序中創(chuàng)建一個(gè)新帳戶。

2.按頂部菜單欄上的QR圖標(biāo)。通過掃描上面顯示的QR碼，為該項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)副本。一旦成功檢測(cè)到，整個(gè)項(xiàng)目將立即在您的手機(jī)上。我已經(jīng)制作了Sol Weather Station應(yīng)用程序。歡迎您嘗試一下！

要開始使用它：

1.下載Blynk應(yīng)用：http ：//j.mp/blynk_Android或http://j.mp/blynk_Android

2.觸摸QR碼圖標(biāo)，然后將相機(jī)指向下面的代碼，請(qǐng)盡情享受我的應(yīng)用程序！

3.創(chuàng)建項(xiàng)目后，我們將通過電子郵件向您發(fā)送身份驗(yàn)證令牌。

4.檢查您的電子郵件收件箱，然后找到“身份驗(yàn)證令牌”。

步驟3：

為Wemos開發(fā)板準(zhǔn)備Arduino IDE要將Arduino代碼上傳到Wemos開發(fā)板，您必須遵循以下Instructables

步驟4：

安裝完上述庫(kù)后，粘貼下面給出的Arduino代碼。

輸入步驟1中的身份驗(yàn)證碼，ssid和路由器密碼。

然后上傳代碼。

// ================================================ ===================================== //

// //

//太陽能電池板能量監(jiān)控V1.0固件//

// //

//由Debasish Dutta開發(fā)，最新更新：06.05.2021 //

// //

// ================================================ ===================================== //

#include 《Adafruit_GFX.h》

#include 《Adafruit_SSD1306.h》

#include 《DallasTemperature.h》

#include 《OneWire.h》

#include“ Wire.h”

#include 《WiFi.h》

#define BLYNK_PRINT串行

#include 《BlynkSimpleEsp32.h》

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED顯示寬度（以像素為單位）

#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED顯示高度（以像素為單位）

#define INPUT_VOLTAGE_SENSE_PIN 34

＃定義INPUT_CURRENT_SENSE_PIN 35

＃定義TEMP_SENSE_PIN 4

＃定義VOLTAGE_SCALE 7.911 // R1 + R2 / R2 //（47K + 6.8K）/ 6.8K

＃定義CURRENT_SCALE 1.5 // R4 + R5 / R5 //（1K + 2K）/ 2K

雙倍mVperAmp = 200; //傳感器的靈敏度// //對(duì)于100A模塊使用100，對(duì)于30A模塊使用66

雙ACSoffset = 514；//理想情況下應(yīng)為（0.1 x Vcc）//測(cè)量值為514mV

無符號(hào)長(zhǎng)last_time = 0;

無符號(hào)長(zhǎng)current_time = 0;

浮動(dòng)功率= 0; //瓦特功率

浮動(dòng)能量= 0; //瓦特小時(shí)的能值

浮點(diǎn)溫度tempC = 0; // Celcius的溫度

// float tempF = 0; 溫度（單位：F）

浮動(dòng)保存= 0; // 節(jié)約成本

WiFiClient客戶端；

//聲明連接到I2C的SSD1306顯示器（SDA，SCL引腳）

Adafruit_SSD1306顯示（SCREEN_WIDTH，SCREEN_HEIGHT，＆Wire，-1）;

// DS18B20連接到的GPIO

const int oneWireBus = 2;

//設(shè)置一個(gè)OneWire實(shí)例以與任何OneWire設(shè)備進(jìn)行通信

OneWire oneWire（TEMP_SENSE_PIN）;

達(dá)拉斯溫度傳感器（＆oneWire）;

// =========================用于wifi服務(wù)器設(shè)置的變量=================== ===========

//您的WiFi憑據(jù)。

//將開放網(wǎng)絡(luò)的密碼設(shè)置為“”。

char ssid ［］ =“ XXXX”; // WiFi路由器ssid

char pass ［］ =“ XXXX”; // WiFi路由器密碼

//從Blynk收到的郵件中復(fù)制

char auth ［］ =“ XXXX”;

// =========================設(shè)置功能====================== ==========================

void setup（）{

Serial.begin（115200）;

Blynk.begin（auth，ssid，pass）;

sensor.begin（）;

如果（！display.begin（SSD1306_SWITCHCAPVCC，0x3C））{

Serial.println（F（“ SSD1306分配失敗”））;

為了 （;;）;

}

display.clearDisplay（）;

display.setTextColor（WHITE）;

display.display（）;

延遲（500）;

}

// ========================循環(huán)功能===================== ==========================

無效循環(huán)（）

{

//讀取電壓和電流

浮動(dòng)電壓= abs（return_voltage_value（INPUT_VOLTAGE_SENSE_PIN））;

浮動(dòng)電流= abs（return_current_value（INPUT_CURRENT_SENSE_PIN））;

//從DS18B20讀取溫度

sensor.requestTemperatures（）; //獲取溫度

tempC = sensor.getTempCByIndex（0）;

// tempF = sensor.getTempFByIndex（0）;

//計(jì)算功率和能量

功率=電流*電壓; //以瓦為單位計(jì)算功率

last_time = current_time;

current_time = millis（）;

能量=能量+功率*（（（current_time -last_time）/3600000.0）; //以瓦特小時(shí)為單位計(jì)算功率// 1小時(shí)= 60分鐘x 60秒x 1000毫秒

節(jié)省= 6.5 *（能量/ 1000）; // 6.5是每千瓦時(shí)的成本//僅用作示例

// ================在串行監(jiān)視器上顯示數(shù)據(jù)========================== ======================

/ * Serial.print（“ Voltage：”）;

Serial.println（電壓）;

Serial.print（“ Current：”）;

Serial.println（當(dāng)前）;

Serial.print（“ Power：”）;

Serial.println（power）;

Serial.print（“ Energy：”）;

Serial.println（energy）;

Serial.print（“ Temp：”）;

Serial.println（tempC）;

Serial.println（電壓）;

延遲（1000）;

* /

// ================ OLED顯示器上的顯示數(shù)據(jù)========================== ======================

//顯示太陽能電池板電壓

display.setTextSize（1）;

display.clearDisplay（）;

display.setCursor（10，10）;

display.print（電壓，1）;

display.print（“ V”）;

//顯示太陽能電池板電流

display.setCursor（70，10）;

如果（當(dāng)前》 0 &&當(dāng)前《1）

{

display.print（current * 1000，0）;

display.print（“ mA”）;

}

別的

{

display.print（current，2）;

display.print（“ A”）;

}

//以瓦為單位顯示太陽能電池板的功率

display.setTextSize（2）;

display.setCursor（10，25）;

display.print（power）;

display.print（“ W”）;

//顯示太陽能電池板產(chǎn)生的能量

display.setCursor（10，45）;

如果（能量》 = 1000）

{

display.print（energy / 1000，3）;

display.print（“ kWh”）;

}

別的

{

display.print（energy，1）;

display.print（“ Wh”）;

}

display.display（）;

display.clearDisplay（）;

// =================在Blynk應(yīng)用程序上顯示數(shù)據(jù)========================== ======================

Blynk.run（）;

Blynk.virtualWrite（0，voltage）; //虛擬引腳0

Blynk.virtualWrite（1，current）; //虛擬針腳1

Blynk.virtualWrite（2，power）; //虛擬引腳2

Blynk.virtualWrite（3，energy / 1000）; //虛擬引腳3

Blynk.virtualWrite（4，tempC）; //虛擬針腳4

Blynk.virtualWrite（5，Saving）; //虛擬針腳4

// delay（1000）;

}

// =========================計(jì)算太陽能電池板電壓的功能================== ==================

雙return_voltage_value（int pin_no）

{

雙tmp = 0;

雙ADCVoltage = 0;

double inputVoltage = 0;

平均雙倍= 0;

對(duì)于（int i = 0; i 《100; i ++）

{

tmp = tmp + AnalogRead（pin_no）;

}

平均= tmp / 100;

ADCVoltage =（（平均* 3.3）/（4095））+ 0.184; // 0.184通過加熱進(jìn)行偏移調(diào)整，然后嘗試

inputVoltage = ADCVoltage * VOLTAGE_SCALE;

返回inputVoltage;

}

// =========================計(jì)算太陽能電池板電流的功能================= ==================

double return_current_value（int pin_no）

{

雙tmp = 0;

平均雙倍= 0;

雙ADCVoltage = 0;

雙安培= 0;

對(duì)于（int z = 0; z 《150; z ++）

{

tmp = tmp + AnalogRead（pin_no）;

}

平均= tmp / 150;

ADCVoltage =（（平均* 3331）/ 4095）; //獲得mV

安培=（（（ADCVoltage * CURRENT_SCALE-ACSoffset）/ mVperAmp）; // 1.5是分壓器的縮放比例

返回安培;

} 《br》

步驟13：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)在，我們的設(shè)備已準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。連接應(yīng)如下所示：

1.將負(fù)載的負(fù)極端子連接到輸出螺絲端子的負(fù)極端子，然后將正極端子連接到輸出正極端子。在這里，我已將out端子連接到我的充電控制器太陽能輸入端子。

2.將太陽能電池板的負(fù)極端子連接到輸入螺絲端子的負(fù)極端子，將正極連接到輸入正極端子。

輸入和輸出螺釘端子可用于26-10AWG的線徑。

您可以參考上面的接線圖以獲得更好的理解。

注意：請(qǐng)確保您連接到正確的極性，否則您會(huì)看到魔煙。該電路沒有反極性保護(hù)。

完成所有連接后，您將在OLED顯示屏上看到太陽能電池板參數(shù)。您可以通過打開Blynk應(yīng)用程序從智能手機(jī)進(jìn)行檢查。

至此，我們的項(xiàng)目就設(shè)計(jì)完成了，歡迎大家動(dòng)手實(shí)踐互動(dòng)。
責(zé)任編輯:pj