Nabito [Open Socket V2]: Inteligentný merač nabíjania EV: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Toto je druhý sprievodca stavaním pre Nabito [otvorená zásuvka), prvú verziu nájdete na: Nabito [otvorená zásuvka] v1

V tomto blogovom príspevku uvádzam dôvody vytvorenia tohto projektu: Elektromobily sú pre ľudí v byte zbytočné

Čo je to?

Nabito - otvorená zásuvka je inteligentný merač IoT s meraním elektriny, zapínaním/vypínaním vysokého prúdu, snímačom NFC, autorizáciou používateľa, možnosťami fakturácie a správou používateľov.

Projekt sa skladá z dvoch častí: 1. riadiaci box (zariadenie IoT) 2. frontend/backend webovej aplikácie, obe úplne otvorené.

1. Riadiaci box sa skladá z ľahko dostupných online súčiastok a je navrhnutý tak, aby bol inteligentným a napriek tomu lacným riešením elektrickej zásuvky pre verejné a súkromné parkoviská na pomalé nabíjanie elektrických vozidiel. Beží na Raspberry Pi Zero W a Arduino Nano.

2. Webová aplikácia beží na Ruby on Rails a je k dispozícii ako open source na Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Spojenie medzi boxom a webovou aplikáciou sa vykonáva prostredníctvom protokolu MQTT.

Cieľom projektu je vyvinúť nabíjaciu sieť s otvoreným zdrojovým kódom, ktorú by mohol ktokoľvek prijať, implementovať alebo rozšíriť.

Riadiaca jednotka sa skladá z ľahko dostupných častí online a je navrhnutá tak, aby bola inteligentným a napriek tomu lacným riešením elektrickej zásuvky pre verejné a súkromné parkoviská na pomalé nabíjanie elektrických vozidiel.

Beží na jednodoskovom počítači (SCB) Raspberry Pi Zero W. Celkové náklady na ovládací box sa pohybujú okolo 60 €.

Nabito - otvorená zásuvka je v súčasnej dobe určená na nabíjanie na bežných zásuvkách, v kontinentálnej Európe je to 230V a 10 -13A, t.j. 2,9 kW nepretržite. Tento koncept však platí pre všetky zásuvky, Euro, USA alebo Spojené kráľovstvo alebo akékoľvek iné, budúce verzie projektu budú zahŕňať aj 2 a 3 fázové inštalácie.

Špecifikácie:

• Jednofázové napätie: 230 V.
• ACMax. prúd: 13 A.
• Výkon: 2,9 kW
• Rozmery: 240 x 200 x 90 mm
• Rozhranie: pripojenie RJ45 LAN alebo WIFI
• IP zhoda: IP55

Nasledujúca príručka zostavenia nie je úplná, chýbajú v nej schémy zapojenia, niektoré kroky montáže atď.), Chcel som ju dostať von čo najskôr, bude sa postupne zlepšovať, takže ak tento sprievodca zostavením nie pokryť všetko, čo potrebujete vedieť, alebo ak máte akékoľvek otázky, pošlite mi e -mail. Ďakujeme za pochopenie.

Krok 1: Čo to robí?

Projekt sa skladá z dvoch častí, fyzického ovládacieho boxu, ktorý je vecou IoT (na strane klienta), a existuje webová aplikácia, ktorá ho ovláda (na strane servera). Kombinované funkcie:

1. Zapnutie/vypnutieSieťovým relé a stykačom dokáže zapnúť/vypnúť zásuvku na základe interakcie používateľa.

2. Meranie energie

Riadiaca jednotka meria striedavý prúd a zaznamenáva spotrebu energie. Štandardná funkcia merania. Meranie energie sa vykonáva na používateľa. V súčasnej dobe existuje iba monitorovanie striedavého prúdu, v tejto chvíli žiadne monitorovanie napätia.

3. Autentifikácia užívateľa

Musíte vytvoriť používateľské účty pre používateľov, ktorí budú používať sokety/s. Užívateľ autorizuje prečítaním QR kódu alebo použitím NFC tagu. Webové používateľské rozhranie umožňuje používateľom zaregistrovať sa, prihlásiť sa a používať ovládací panel alebo značka NFC box priamo zapína/vypína. Správca môže používateľov schvaľovať a zamietať.

4. Fakturácia

Na základe konfigurácie administrátorskej zásuvky a ceny za 1 kWh sa pre jednotlivých používateľov vytvoria účty podľa spotreby energie. Mesačné účty budú pre pohodlie administrátora vytvorené neskôr.

Krok 2: HW a SW zásobníky

HW zásobník:

• Raspberry Pi Zero, 1ks, 11,32 €,
• chladič, 1 kus, 1,2 €,
• Senzor NFC, 1 kus, 3,93 EUR
• micro SD karta 16 GB, 1 kus, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1 kus, 1,74 EUR,
• CT senzor-YHDC 30A SCT013, 1 kus, 4,28 €, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Nin-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Aktuálny transformátor-nový/32768354127.html
• nabíjačka mobilného telefónu, 1 kus, 5 EUR, cena je približná, použitá bola jedna z mojich starých nabíjačiek, ktoré boli dodané s telefónom
• Stykač AC pre domácnosť 25A NO, 1ks, 4,79 €,
• Sieťové relé, 1 kus, 0,84 EUR,
• plastová spojovacia skrinka (S-box), 1 ks, 5 €,
• Prepojovacie káble Dupont pre nízke napätie, 1 ks, 2,29 €,
• Euro zásuvka IP54 230V Euro, 1 kus, 2 € kúpené v miestnom železiarstve
• malé časti: 3,5 mm jack samica, kondenzátor 10uF, odpory 2x 10 kOhm, LED diódy, káble, 1 kus, 3 €, kúpené v miestnom obchode s elektronikou
• 2vodičová svorkovnica Wago, 3 kusy, 2 €, kúpená v miestnom obchode s elektronikou
• 5vodičová svorkovnica Wago, 2 ks, 2 €, kúpená v miestnom obchode s elektronikou
• USB kábel mini-mikro (Arduino-> RPi), 1 kus, 1,8 €, kúpený v obchode s miestnymi počítačmi

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

Zásobník SW:

• Zásobník ovládacieho boxu:

  • Raspbian Linux (založený na Ubuntu), otvorený zdroj, 0 dolárov (všetka sláva Linusovi Torvaldsovi + 20 000 ľudí, ktorí pracovali na jadre Linuxu + milí ľudia za obrázkom Raspberry Pi a Raspbian Linux)
  • Node-RED, otvorený zdroj, 0 dolárov (milí ľudia z IBM, ktorí stoja za vývojom Node-RED)

• Zásobník webových aplikácií:

  • Aplikácia servera Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), otvorený zdroj, 0 dolárov
  • Postgres DB, otvorený zdroj, 0 dolárov
  • Git, otvorený zdroj (viac slávy Linusovi), 0 dolárov
  • Protokol MQTT

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

Krok 3: Ovládací box: Nastavenie SW

1. Nainštalujte RASPBIAN STRETCH LITE (nepotrebujeme počítačovú verziu) na Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. nakonfigurujte Raspbian tak, aby používal váš miestny domov Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Nainštalujte Node-RED na Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Skopírujte tok Nabito Node-RED a nasaďte ho

5. Upravte predvolené nastavenia Node-RED settings.js a pridajte ich do funkcie globalContext: relé: „VYPNUTÉ“,

   box_status: "OFFLINE"

6. Nakonfigurujte svojich sprostredkovateľov Node-RED MQTT podľa preferovanej inštalácie servera Nabito (alebo smerom k
7. Reštartujte Node-RED
8. Skontrolujte konektivitu MQTT v Node-RED

Arduino časť:

1. Stiahnite si, skompilovajte a nahrajte tento náčrt do Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Hotový!;-)

Krok 4: Zapojenie: Sieťové káble

Sieťové káble striedavého prúdu napájajú:

• AC stýkač
• Sieťové relé
• Mobilná nabíjačka, ktorá napája Raspberry Pi a Arduino

Výstup zo stýkača AC smeruje do zásuvky. Ochranné uzemnenie je zapojené zo sieťovej zásuvky do zásuvky.

Raspberry Pi ovláda sieťové relé a relé zase zapína/vypína stykač.

Krok 5: Zapojenie: Arduino, snímač CT, snímač NFC

Pripojte Arduino k senzoru CT podľa nasledujúceho manuálu:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Potrebuješ:

• Arduino (môžete použiť akékoľvek Arduino: Uno, Nano, Mega, čokoľvek sa vám páči, pokiaľ má ADC)
• 10uF kondenzátor, 2 x 10 kOhm odpory
• 3,5 mm zásuvka typu jack
• CT senzor 30A/1V
• Senzor PN532 (RFID/NFC)
• malá DPS
• malé vodiče na pripojenie

Arduino Nano, kondenzátor, odpory a ženský konektor som spájkoval na PCB podľa vyššie uvedeného manuálu zo stránky openenergymonitor.org.

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

Arduino je k Raspberry Pi pripojené pomocou micro USB.

Krok 6: Zapojenie: Raspberry Pi

Pripojte Arduino k Raspberry Pi cez USB port, týmto spôsobom slúži ako sériový port a napájanie pre Arduino, malo by sa mapovať na /dev /ttyUSB0.

Sieťové relé je pripojené cez piny 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

LED diódy na prednom paneli sú prepojené pomocou pinov 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Krok 7: Zapojenie všetkého dohromady

1. Pripevnite snímač CT na sieťovom vedení vychádzajúcom zo sieťového relé
2. Pripojte zdroj napájania pre Raspberry Pi
3. Zaskrutkujte veko spojovacej skrinky
4. A máte zapojenie/montáž hotové!

Krok 8: Nastavenie webovej aplikácie

Na spustenie webovej aplikácie potrebujete server Linux. Môžete buď:

• spustite server lokálne na počítači/prenosnom počítači alebo lokálnom serveri Linux a nasmerujte ovládacie prvky na miestnu inštaláciu
• vytvorte si vlastnú doménu a spustite webovú aplikáciu ako webovú stránku
• na správu svojich ovládacích boxov použite https://Nabito.org (je zadarmo)

Aplikácia servera Nabito beží na Ruby on Rails a je otvoreným zdrojom:

Inštaláciu a nastavenie webovej aplikácie nájdete v projekte README.md na Github.

Krok 9: Beh a testovanie

Pre miestne nastavenie:

1. Nainštalujte aplikáciu Nabito-server na miestny počítač/notebook
2. Nakonfigurujte si brokera MQTT mosquitto na počítači (alebo iného brokera MQTT podľa vlastného výberu)
3. Pripojte ovládací box Nabito k miestnemu WiFi
4. SSH do poľa a nasmerujte ho na použitie brokera MQTT vášho počítača
5. spustite aplikáciu rails nabito-server
6. zapojte malé elektrické napätie (napr. stolnú lampu) do zásuvky
7. pomocou webovej aplikácie spustite/zastavte zásuvku id 1 a skontrolujte skutočnú a celkovú spotrebu energie
8. na prepnutie zásuvky použite značku NFC (ak ju máte)
9. skontrolujte fakturáciu za posledné použitie zásuvky
10. Po úspešnom testovaní začnite vytvárať vlastnú nabíjaciu sieť pre elektromobily
11. Zisk;-)

Krok 10: Záver, problémy a plán produktu

V tejto verzii ovládacieho boxu Nabito sa mi podarilo oddeliť riadiaci box od webovej aplikácie a v podstate vytvoriť projekt IoT (Internet of Things) s fyzickou vecou, ktorá robí niečo užitočné, a back-endovou aplikáciou a službou, ktorá spravuje fyzická vec.

Cena krabice sa od minulej verzie trochu zvýšila (v1 predtým: 50 €, v2 teraz: 60 €), pretože som z bezpečnostných dôvodov pridal stýkač, aby slúžil vyšším prúdom a tiež RPi je o niečo drahší ako dosky OrangePi.

MQTT sa používa ako hlavný protokol na protokolovanie údajov a ovládanie schránky.

Od poslednej verzie Nabita som bol schopný vyriešiť väčšinu problémov (Wifi, stýkač, prehriatie procesora, integrovaná zásuvka atď.). Zoznam aktuálnych problémov a príležitostí sa však ďalej rozrastá:

Problémy:

• Raspberry Pi Zero W je veľmi pekná doska s Wifi a Bluetooth a 2 GPIO pinmi, ale procesor sa pri voľnobehu zahrieva na 34 ° C, čo môže byť problematické v teplom podnebí a letných mesiacoch s priamym slnečným žiarením
• Spustenie Linuxu v riadiacom boxe je dobré na prototypovanie, ale výrobný model tohto produktu by mal pravdepodobne bežať na štíhlejšej doske, ktorá je schopná TLS/SSL (čip ESP32 vyzerá veľmi sľubne)

Príležitosti:

• vytvárať verzie pre vyššie prúdy (funkcia rovnaká, ale používať stýkače s vyšším prúdom a rôznymi CT snímačmi/modulmi monitora energie)
• vytvorte verzie pre 2 a 3 fázy
• integrovať modul monitora energie (ako napríklad monitor energie Peacefair PZEM-004T)
• migrujte na ESP32, aby ste zvýšili energetickú a tepelnú účinnosť
• integrovať do cloudu AWS IOT a používať klientske certifikáty na najlepšie nastavenie zabezpečenia (v súčasnosti sa používa iba používateľ/heslo MQTT)
• správa certifikátov a poverení MQTT z webovej aplikácie (v súčasnosti je to manuálne nakonfigurované prostredníctvom back-endu)
• pridajte malý LCD panel a prezentujte informácie priamo na ovládacom boxe Nabito
• pridať numpad, aby bola interakcia tlačidla s boxom (možnosť pinu pre zvýšenie zabezpečenia)
• zahrňte ďalší teplomer na monitorovanie teploty okolia boxu

Ak sa vám tento projekt páči alebo máte nejaké otázky/pripomienky, neváhajte ma kontaktovať na adrese [email protected]

Distribuovaná webová stránka systémov: www.sysdist.com

Môžete ma sledovať na: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Pekný deň a šťastnú výrobu!-Stefan