Nabito [Open Socket V2]: Интелигентен измервателен уред за зареждане на EV: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Това е второто ръководство за изграждане на Nabito [отворен сокет), първата версия може да бъде намерена на: Nabito [отворен сокет] v1

Изброявам причините за създаването на този проект в тази публикация в блога: електромобилите са безсмислени за хората от апартамента

Какво е?

Nabito - отвореният контакт е IoT интелигентен измервателен уред с измерване на електроенергия, включване/изключване на превключване на висока ампераж, NFC сензор, оторизация на потребителя, възможности за фактуриране и управление на потребителя.

Проектът се състои от две части: 1. контролна кутия (IoT устройство) 2. интерфейс/бекенд на уеб приложение, и двете с напълно отворен код.

1. Контролната кутия се състои от лесно достъпни за онлайн части и е проектирана да бъде интелигентно и все пак евтино решение за електрически контакти за обществени и частни паркинги за бавно зареждане на електрически превозни средства. Работи на Raspberry Pi Zero W и Arduino Nano.

2. Уеб приложението работи на Ruby on Rails и е достъпно като отворен код на Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Връзката между кутията и уеб приложението се осъществява чрез протокол MQTT.

Целта на проекта е да се разработи мрежа за зареждане с отворен код, която всеки би могъл да приеме и внедри или разшири.

Контролната кутия се състои от лесни за достъп онлайн части и е проектирана да бъде интелигентно и все пак евтино решение за електрически контакти за обществени и частни паркинги за бавно зареждане на електрически превозни средства.

Работи на едноплатен компютър Raspberry Pi Zero W (SCB). Общата цена на контролната кутия е около 60 евро.

Nabito - отвореният контакт в момента е предназначен за зареждане на обикновени контакти, в континентална Европа това е 230V и 10 -13A, т.е. 2.9kW непрекъснато. Но концепцията се прилага за всеки гнездо, Евро, САЩ или Великобритания или всяка друга, бъдещите версии на проекта ще обхващат и 2 и 3 фазови инсталации.

Спецификации:

• Еднофазно напрежение: 230 V
• ACMax. ток: 13 А.
• Мощност: 2.9 kW
• Размери: 240x200x90 мм
• Интерфейс: RJ45 LAN връзка или WIFI
• IP съответствие: IP55

Следното ръководство за изграждане не е пълно, липсват някои електрически схеми, някои стъпки за сглобяване и т.н.), Исках да го изкарам възможно най -скоро, ще работя за постепенното му подобряване, така че моля, ако това ръководство за изграждане не покрийте всичко, което трябва да знаете, или ако имате въпроси, изпратете ми имейл. Благодаря за разбирането.

Стъпка 1: Какво прави?

Проектът се състои от две части, физическата контролна кутия, която е нещо на IoT (от страна на клиента) и има уеб приложение, което го контролира (от страна на сървъра). Комбинирани функции:

1. Включване/изключване С мрежово реле и контактор той може да включва/изключва контакта на контакта въз основа на взаимодействието с потребителя.

2. Измерване на енергия

Контролната кутия измерва променлив ток и регистрира консумацията на енергия. Стандартна функция за измерване. Измерването на енергия се извършва на потребител. Понастоящем има само мониторинг на променлив ток, на този етап няма мониторинг на напрежението.

3. Удостоверяване на потребителя

Трябва да създадете потребителски акаунти за потребителите, които ще използват сокета/ите. Потребителят разрешава, като прочете QR кода или използва NFC таг. Уеб потребителският интерфейс позволява на потребителите да се регистрират, да влязат и да използват контролната кутия или NFC етикетът директно включва/изключва кутията. Администраторът може да одобрява, да не одобрява потребители.

4. Фактуриране

Въз основа на конфигурацията на гнездото на администратора и цената за 1kWh се създават сметки за отделни потребители въз основа на тяхната консумация на енергия. Месечните сметки ще бъдат създадени по -късно за удобство на администратора.

Стъпка 2: Стекове HW и SW

HW стек:

• Raspberry Pi Zero, 1бр, 11,32 €,
• радиатор, 1бр, 1,2 евро,
• NFC сензор, 1бр, 3,93 €
• micro SD карта 16GB, 1бр, 9.4 €,
• Arduino Nano, 1бр, 1,74 €,
• CT сензор-YHDC 30A SCT013, 1бр, 4,28 €, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Ток-Трансформатор-Нов/32768354127.html
• зарядно за мобилни телефони, 1бр, 5 €, цената е приблизителна, използвах едно от старите ми зарядни устройства, които идват с телефон
• Домакински AC контактор 25A NO, 1бр, 4,79 €,
• Мрежово реле, 1бр., 0,84 €,
• пластмасова разпределителна кутия (S-кутия), 1бр, 5 евро,
• Дъпон съединителни проводници за ниско напрежение, 1бр, 2,29 €,
• IP54 230V Евро гнездо, 1бр, 2 евро, закупени в местен магазин за хардуер
• малки части: 3,5 мм жак женски, 10uF кондензатор, 2x 10kOhm резистори, LED диоди, кабели, 1бр, 3 евро, купени в местен магазин за електроника
• Терминален блок Wago с 2 проводника, 3 броя, 2 евро, закупен в местен магазин за електроника
• Клемен блок блок Wago с 5 проводника, 2 бр., 2 евро, закупен в местен магазин за електроника
• USB мини-към-микро кабел (Arduino-> RPi), 1бр, 1,8 €, закупен в магазин на местен компютър

Общи разходи за HW: € 60,59 ($ 70,40)

SW стек:

• Купчина контролна кутия:

  • Raspbian Linux (базиран на Ubuntu), с отворен код, $ 0 (слава на Линус Торвалдс + 20 000 души, които са работили по ядрото на Linux + добрите хора зад образа на Raspberry Pi и Raspbian Linux)
  • Node-RED, с отворен код, $ 0 (добри хора от IBM, които стоят зад разработката на Node-RED)

• Стек от уеб приложения:

  • Приложение Nabito-сървър:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), с отворен код, $ 0
  • Postgres DB, с отворен код, $ 0
  • Git, с отворен код (повече слава за Линус), $ 0
  • MQTT протокол

Обща цена на стека на SW: € 0 (*THUMBS_UP*)

Стъпка 3: Контролната кутия: Настройка на SW

1. Инсталирайте RASPBIAN STRETCH LITE (нямаме нужда от настолната версия) на Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. конфигурирайте Raspbian да използва локалната ви домашна Wi-Fi
3. Инсталирайте Node-RED на Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Копирайте потока от Nabito Node-RED и разгърнете ithttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Редактирайте Node-RED settings.js по подразбиране и го добавете към функцията GlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: „ОФЛАЙН“

6. Конфигурирайте вашите Node-RED MQTT брокери към предпочитаната от вас инсталация на Nabito-сървър (или към
7. Рестартирайте Node-RED
8. Проверете свързаността на MQTT в Node-RED

Част от Arduino:

1. Изтеглете, компилирайте и качете тази скица в Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Свършен!;-)

Стъпка 4: Окабеляване: Мрежови кабели

Захранващият кабел за променлив ток захранва:

• AC контактор
• Реле за захранване
• Мобилно зарядно устройство, което захранва Raspberry Pi и Arduino

Изходът от контактора за променлив ток отива към контакта. Защитното заземяване е свързано от захранващата линия на източника към контакта.

Raspberry Pi контролира мрежовото реле и релето от своя страна включва/изключва контактора.

Стъпка 5: Окабеляване: Arduino, CT сензор, NFC сензор

Свържете Arduino с CT сензора съгласно следното ръководство:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Имате нужда от:

• Arduino (можете да използвате всеки Arduino: Uno, Nano, Mega, който искате, стига да има ADC)
• 10uF кондензатор 2x 10kOhm резистори
• 3,5 мм гнездо за женски жак
• CT сензор 30A/1V
• PN532 сензор (RFID/NFC)
• малка печатна платка
• малки проводници за свързване

Запоявах Arduino Nano, кондензатора, резисторите и женския жак към печатната платка съгласно горното ръководство от сайта openenergymonitor.org.

NFC сензорът е свързан към Arduino Nano чрез SPI (щифтове на Arduino Nano: 10, 11, 12 и 13).

Arduino е свързан към Raspberry Pi чрез микро USB.

Стъпка 6: Окабеляване: Raspberry Pi

Свържете Arduino към Raspberry Pi през USB порта, по този начин той служи като сериен порт и захранване за Arduino, той трябва да съответства на /dev /ttyUSB0.

Захранващото реле е свързано чрез щифтове 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Светодиодите на предния панел са свързани чрез щифтове 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Стъпка 7: Свържете всичко заедно

1. Затегнете CT сензора на захранващата линия, излизаща от мрежовото реле
2. Свържете източник на захранване за Raspberry Pi
3. Завийте капака на разпределителната кутия
4. И сте готови с окабеляването/сглобяването!

Стъпка 8: Настройка на уеб приложение

Имате нужда от Linux сървър, за да стартирате уеб приложението. Можете или:

• стартирайте сървъра локално на вашия компютър/преносим компютър или вашия локален Linux сървър и насочете контролната кутия към вашата локална инсталация
• създайте свой собствен домейн и стартирайте уеб приложението като уебсайт
• използвайте https://Nabito.org (безплатно), за да управлявате контролните си кутии

Приложението Nabito-server работи на Ruby on Rails и е с отворен код:

За инсталиране и настройка на уеб приложение вижте README.md на проекта в Github.

Стъпка 9: Бягане и тестване

За локална настройка:

1. Разгърнете приложението Nabito-server на вашия локален компютър/преносим компютър
2. Конфигурирайте MQTT брокер Mosquitto на вашия компютър (или всеки друг MQTT брокер по ваше предпочитание)
3. Свържете контролната кутия Nabito към вашия локален WiFi
4. SSH в кутията и го насочете да използва MQTT брокера на вашия компютър
5. стартирайте приложението rab nabito-server
6. свържете малък електрически товар (например настолна лампа) към контакта
7. използвайте уеб приложението, за да стартирате/спрете гнездото id 1, за да проверите действителното и общото потребление на енергия
8. използвайте NFC маркер (ако имате такъв), за да превключите гнездото
9. проверете фактурирането за последното използване на контакта
10. След успешно тестване, започнете да създавате своя собствена мрежа за зареждане на EV
11. Печалба;-)

Стъпка 10: Заключение, проблеми и пътна карта на продукта

В тази версия на контролната кутия на Nabito успях да отделя контролната кутия и уеб приложението, като по същество създадох проект на IoT (Интернет на нещата), както с физическото нещо, което прави нещо полезно, така и с back-end приложение и услуга, която управлява физическо нещо.

Цената на кутията се е увеличила малко от последната версия (v1 преди: € 50, v2 сега: € 60), защото добавих контактор за целите на безопасността, за да обслужва по -високи усилватели, а също и RPi е малко по -скъп от OrangePi платки.

MQTT се използва като основен протокол за регистриране на данни и контрол на кутията.

От последната версия на Nabito успях да разреша повечето от проблемите (Wifi, контактор, прегряване на процесора, интегриран изход и т.н.). Списъкът на текущите проблеми и възможности обаче нараства допълнително:

Проблеми:

• Raspberry Pi Zero W е много хубава платка, с Wifi и Bluetooth и 2 GPIO щифта, но въпреки това процесорът загрява до 34C при празен ход, което може да бъде проблематично в топъл климат и летни месеци с пряка слънчева светлина
• Работата с Linux в контролната кутия е добра за прототипиране, но производственият модел на този продукт вероятно трябва да работи на по -чиста дъска, която е способна на TLS/SSL (чипът ESP32 изглежда много обещаващ)

Възможности:

• създаване на версии за по -високи токове (функционалността е същата, но използвайте контактори с по -високи ампери и различни CT сензори/модули за мониторинг на енергията)
• създаване на версии за 2 и 3 фази
• интегрирайте модул за енергиен монитор (като енергиен монитор Peacefair PZEM-004T)
• мигрирайте към ESP32 за повишена мощност и топлинна ефективност
• интегрирайте се в облака на AWS IOT и използвайте клиентски сертификати за най -добра настройка на сигурността (в момента се използва само потребител/парола на MQTT)
• управление на сертификати и идентификационни данни за MQTT от уеб приложението (понастоящем това е ръчно конфигурирано чрез back-end)
• добавете малък LCD панел за представяне на информация директно в контролната кутия на Nabito
• добавете numpad, за да осигурите взаимодействие с бутоните с кутията (възможност за закрепване за повишена сигурност)
• включва допълнителен термометър за наблюдение на околната температура на кутията

Ако харесвате този проект или имате въпроси/коментари, не се колебайте да се свържете с мен на [email protected]

Системно разпространен уебсайт: www.sysdist.com

Можете да ме последвате на: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Приятен ден и щастливо правене!-Стефан