Nabito [Open Socket V2]: Chytrý měřič pro nabíjení EV: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Toto je druhý průvodce sestavením pro Nabito [otevřená zásuvka), první verzi najdete na: Nabito [otevřená zásuvka] v1

V tomto blogovém příspěvku uvádím důvody pro vytvoření tohoto projektu: EV jsou pro lidi v bytě nesmyslná

Co je to?

Nabito - otevřená zásuvka je inteligentní měřič IoT s měřením elektřiny, přepínáním vysokého proudu zapnuto/vypnuto, snímačem NFC, autorizací uživatele, možnostmi fakturace a správou uživatelů.

Projekt se skládá ze dvou částí: 1. ovládací box (zařízení IoT) 2. frontend/backend webové aplikace, obě zcela open-source.

1. Řídicí jednotka se skládá ze snadno dostupných online dílů a je navržena tak, aby byla inteligentním a přitom levným řešením elektrické zásuvky pro veřejná a soukromá parkoviště pro pomalé nabíjení elektrických vozidel. Běží na Raspberry Pi Zero W a Arduino Nano.

2. Webová aplikace běží na Ruby on Rails a je k dispozici jako open source na Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Propojení mezi boxem a webovou aplikací se provádí pomocí protokolu MQTT.

Cílem projektu je vyvinout nabíjecí síť s otevřeným zdrojovým kódem, kterou by mohl každý přijmout a implementovat nebo rozšířit.

Řídicí jednotka se skládá ze snadno dostupných online dílů a je navržena tak, aby byla inteligentním a přesto levným řešením elektrické zásuvky pro veřejná a soukromá parkoviště pro pomalé nabíjení elektrických vozidel.

Běží na jednodeskovém počítači (SCB) Raspberry Pi Zero W. Celkové náklady na ovládací skříňku se pohybují kolem 60 €.

Nabito - otevřená zásuvka je v současné době určena pro nabíjení na běžných zásuvkách, v kontinentální Evropě je to 230V a 10 -13A, tj. Cca. 2,9 kW nepřetržitě. Tento koncept se však vztahuje na jakoukoli zásuvku, euro, USA nebo Velkou Británii nebo jakoukoli jinou, budoucí verze projektu bude pokrývat také 2 a 3fázové instalace.

Brejle:

• Jednofázové napětí: 230 V.
• ACMax. proud: 13 A.
• Výkon: 2,9 kW
• Rozměry: 240 x 200 x 90 mm
• Rozhraní: připojení RJ45 LAN nebo WIFI
• Soulad s IP: IP55

Následující průvodce sestavením není úplný, chybí v něm některá schémata zapojení, některé kroky montáže atd.), Chtěl jsem to tam dostat co nejdříve, bude pracovat na jeho postupném zlepšování, takže prosím, pokud tento průvodce sestavením ne pokryjte vše, co potřebujete vědět, nebo pokud máte nějaké dotazy, pošlete mi e -mail. Děkujeme za pochopení.

Krok 1: Co to dělá?

Projekt se skládá ze dvou částí, fyzického ovládacího boxu, což je věc IoT (na straně klienta), a existuje webová aplikace, která jej ovládá (na straně serveru). Kombinované funkce:

1. Zapínání/vypínání Se síťovým relé a stykačem lze zapnout/vypnout zásuvku na základě interakce uživatele.

2. Měření energie

Řídicí jednotka měří proud střídavého proudu a zaznamenává spotřebu energie. Standardní funkce měření. Měření energie se provádí na uživatele. V současné době existuje pouze monitorování střídavého proudu, v tuto chvíli žádné monitorování napětí.

3. Ověřování uživatelů

Pro uživatele, kteří budou používat soket/y, musíte vytvořit uživatelské účty. Uživatel autorizuje načtením QR kódu nebo pomocí NFC tagu. Webové uživatelské rozhraní umožňuje uživatelům zaregistrovat se, přihlásit se a používat ovládací panel nebo značka NFC box přímo zapíná/vypíná. Správce může uživatele schválit, zamítnout.

4. Fakturace

Na základě konfigurace zásuvky správce a ceny za 1 kWh jsou pro jednotlivé uživatele vytvořeny účty na základě jejich spotřeby energie. Měsíční účty budou vytvořeny později pro pohodlí administrátora.

Krok 2: HW a SW komíny

HW zásobník:

• Raspberry Pi Zero, 1ks, 11,32 €,
• chladič, 1 ks, 1,2 EUR,
• Senzor NFC, 1 kus, 3,93 EUR
• karta micro SD 16 GB, 1 kus, 9,4 EUR,
• Arduino Nano, 1ks, 1,74 €,
• CT senzor-YHDC 30A SCT013, 1ks, 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
• nabíječka mobilního telefonu, 1 kus, 5 EUR, cena je přibližná, byla použita jedna z mých starých nabíječek, která byla dodána s telefonem
• Stykač pro domácnost AC 25A NO, 1ks, 4,79 €,
• Síťové relé, 1 ks, 0,84 EUR,
• plastová spojovací skříňka (S-box), 1ks, 5 €,
• Dupont propojovací vodiče pro nízké napětí, 1ks, 2,29 €,
• Euro zásuvka IP54 230 V Euro, 1 ks, 2 EUR zakoupeno v místním železářství
• malé části: 3,5 mm jack samice, 10uF kondenzátor, 2 x 10 kOhm odpory, LED diody, kabely, 1 kus, 3 €, koupeno v místním obchodě s elektronikou
• 2vodičová svorkovnice Wago, 3 kusy, 2 €, zakoupená v místním obchodě s elektronikou
• Svorkovnice Wago s 5 vodiči, 2 ks, 2 EUR, zakoupená v místním obchodě s elektronikou
• USB mini-to-micro kabel (Arduino-> RPi), 1 kus, 1,8 €, zakoupeno v obchodě s místním počítačem

Celkové náklady na HW: 60,59 EUR (70,40 USD)

Zásobník SW:

• Zásobník ovládacího boxu:

  • Raspbian Linux (na bázi Ubuntu), open source, 0 $ (sláva Linusovi Torvaldsovi + 20 000 lidí, kteří pracovali na linuxovém jádře + laskaví lidé za obrazem Raspberry Pi a Raspbian Linux)
  • Node-RED, open source, 0 $ (laskaví lidé z IBM, kteří stojí za vývojem Node-RED)

• Zásobník webových aplikací:

  • Aplikace pro server Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), open source, 0 $
  • Postgres DB, open source, 0 $
  • Git, open source (větší sláva Linusovi), 0 $
  • Protokol MQTT

Celkové náklady na SW stack: 0 € (*THUMBS_UP*)

Krok 3: Ovládací box: Nastavení SW

1. Nainstalujte si RASPBIAN STRETCH LITE (nepotřebujeme verzi pro stolní počítače) na Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. nakonfigurujte Raspbian tak, aby používal váš místní domov Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Nainstalujte Node-RED na Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Zkopírujte tok Nabito Node-RED a nasaďte jej

5. Upravte výchozí nastavení Node-RED settings.js a přidejte jej do funkceGlobalContext: relé: „VYPNUTO“,

   box_status: "OFFLINE"

6. Nakonfigurujte své zprostředkovatele Node-RED MQTT na preferovanou instalaci serveru Nabito (nebo na
7. Restartujte Node-RED
8. Zkontrolujte konektivitu MQTT v Node-RED

Část Arduino:

1. Stáhněte si, zkompilovejte a nahrajte tuto skicu do Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Hotovo!;-)

Krok 4: Zapojení: Síťové kabely

Síťové napájecí kabely dodávají energii:

• AC stykač
• Síťové relé
• Mobilní nabíječka, která napájí Raspberry Pi a Arduino

Výstup z AC stykače jde do zásuvky. Ochranné uzemnění je připojeno ze síťového napájecího vedení do zásuvky.

Raspberry Pi ovládá síťové relé a relé zase zapíná/vypíná stykač.

Krok 5: Zapojení: Arduino, CT senzor, NFC senzor

Připojte Arduino pomocí senzoru CT podle následující příručky:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Potřebuješ:

• Arduino (můžete použít libovolné Arduino: Uno, Nano, Mega, podle toho, co se vám líbí, pokud má ADC)
• 10uF kondenzátor, 2 x 10 kOhm odpory
• Zásuvka jack 3,5 mm
• CT senzor 30A/1V
• Senzor PN532 (RFID/NFC)
• malá DPS
• malé vodiče pro připojení

Na desku plošných spojů jsem připájel Arduino Nano, kondenzátor, odpory a zásuvku podle výše uvedeného manuálu ze stránek openenergymonitor.org.

Senzor NFC je připojen k Arduino Nano přes SPI (piny na Arduino Nano: 10, 11, 12 a 13).

Arduino je k Raspberry Pi připojeno přes micro USB.

Krok 6: Zapojení: Raspberry Pi

Připojte Arduino k Raspberry Pi přes USB port, tímto způsobem slouží jako sériový port a napájecí zdroj pro Arduino, mělo by mapovat na /dev /ttyUSB0.

Síťové relé je připojeno přes piny 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

LED diody na předním panelu jsou propojeny piny 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Krok 7: Zapojení všeho dohromady

1. Upněte snímač CT na síťovém vedení vycházejícím ze síťového relé
2. Připojte napájecí zdroj pro Raspberry Pi
3. Zašroubujte víko spojovací skříňky
4. A máte hotovo zapojení/montáž!

Krok 8: Nastavení webové aplikace

Ke spuštění webové aplikace potřebujete linuxový server. Můžeš buď:

• spusťte server místně na vašem PC/notebooku nebo místním serveru Linux a nasměrujte ovládací pole na vaši místní instalaci
• vytvořte si vlastní doménu a spusťte webovou aplikaci jako web
• použijte https://Nabito.org (je zdarma) ke správě vašich ovládacích boxů

Aplikace Nabito-server běží na Ruby on Rails a je open source:

Instalaci a nastavení webové aplikace najdete v projektu README.md na Githubu.

Krok 9: Spuštění a testování

Pro místní nastavení:

1. Nainstalujte si aplikaci Nabito-server na místní PC/notebook
2. Nakonfigurujte brokera MQTT mosquitto na počítači (nebo jiného brokera MQTT podle vašeho výběru)
3. Připojte ovládací box Nabito k místnímu WiFi
4. SSH do krabice a nasměrujte ji na použití brokera MQTT vašeho počítače
5. spusťte aplikaci rails nabito-server
6. připojte malé elektrické zatížení (např. stolní lampu) do zásuvky
7. pomocí webové aplikace spusťte/zastavte zásuvku id 1 a zkontrolujte skutečnou a celkovou spotřebu energie
8. k přepnutí zásuvky použijte značku NFC (pokud ji máte)
9. zkontrolujte fakturaci pro poslední použití zásuvky
10. Po úspěšném testování začněte vytvářet vlastní nabíjecí síť pro elektromobily
11. Zisk;-)

Krok 10: Závěr, problémy a plán produktu

V této verzi ovládacího boxu Nabito se mi podařilo odpojit ovládací box a webovou aplikaci a v podstatě jsem vytvořil projekt IoT (Internet of Things) s fyzickou věcí, která dělá něco užitečného, a back-endovou aplikací a službou, která spravuje fyzická věc.

Cena krabice se od poslední verze trochu zvýšila (v1 dříve: 50 EUR, v2 nyní: 60 EUR), protože jsem přidal stykač pro bezpečnostní účely, aby sloužil vyšším zesilovačům a také RPi je o něco dražší než desky OrangePi.

MQTT se používá jako hlavní protokol pro protokolování dat a ovládání schránky.

Od poslední verze Nabita jsem byl schopen vyřešit většinu problémů (Wifi, stykač, přehřívání procesoru, integrovaná zásuvka atd.). Seznam aktuálních problémů a příležitostí však dále roste:

Problémy:

• Raspberry Pi Zero W je velmi pěkná deska s Wifi a Bluetooth a 2 GPIO piny, ale přesto se procesor zahřívá na 34C při volnoběhu, což by mohlo být problematické v teplém podnebí a letních měsících s přímým slunečním zářením
• Spuštění Linuxu v ovládacím boxu je dobré pro prototypování, ale výrobní model tohoto produktu by pravděpodobně měl běžet na štíhlejší desce, která je schopná TLS/SSL (čip ESP32 vypadá velmi slibně)

Příležitosti:

• vytvářet verze pro vyšší proudy (funkce stejná, ale používat stykače s vyššími ampéry a různými CT senzory/moduly monitoru energie)
• vytvořit verze pro 2 a 3 fáze
• integrovat modul monitoru energie (jako Peacefair PZEM-004T Energy monitor)
• migrujte na ESP32 pro zvýšení energetické a tepelné účinnosti
• integrovat do cloudu AWS IOT a používat klientské certifikáty pro nejlepší nastavení zabezpečení (právě se používá pouze uživatel/heslo MQTT)
• správa certifikátů a pověření MQTT z webové aplikace (v současné době je to ručně konfigurováno prostřednictvím back-endu)
• přidejte malý LCD panel a zobrazujte informace přímo na ovládacím panelu Nabito
• přidáním numpadu zajistíte interakci tlačítka s boxem (možnost pinů pro zvýšení zabezpečení)
• obsahovat další teploměr pro sledování okolní teploty boxu

Pokud se vám tento projekt líbí nebo máte nějaké dotazy/komentáře, neváhejte mě kontaktovat na [email protected]

Distribuované webové stránky systémů: www.sysdist.com

Můžete mě sledovat na: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Přeji hezký den a šťastné tvoření!-Stefane