Nabito [Open Socket V2]: เครื่องวัดอัจฉริยะสำหรับการชาร์จ EV: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

นี่คือคู่มือการสร้างที่สองสำหรับ Nabito [open socket) เวอร์ชันแรกสามารถพบได้ที่: Nabito [open socket] v1

ฉันระบุเหตุผลในการสร้างโครงการนี้ในโพสต์บล็อกนี้: EVs นั้นไร้ประโยชน์สำหรับคนในอพาร์ตเมนต์

มันคืออะไร?

Nabito - ซ็อกเก็ตแบบเปิดคือ IoT สมาร์ทมิเตอร์ที่มีการวัดค่าไฟฟ้า เปิด/ปิดสวิตช์แอมแปร์สูง เซ็นเซอร์ NFC การอนุญาตผู้ใช้ ความสามารถในการเรียกเก็บเงิน และการจัดการผู้ใช้

โครงการประกอบด้วยสองส่วน: 1. กล่องควบคุม (อุปกรณ์ IoT) 2. ฟรอนต์เอนด์/แบ็กเอนด์ของเว็บแอป ทั้งโอเพนซอร์สทั้งหมด

1. กล่องควบคุมประกอบด้วยชิ้นส่วนที่หาซื้อได้ง่ายทางออนไลน์ และได้รับการออกแบบให้เป็นเต้ารับไฟฟ้าที่ชาญฉลาดและราคาไม่แพงสำหรับที่จอดรถสาธารณะและส่วนตัวสำหรับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าอย่างช้าๆ ทำงานบน Raspberry Pi Zero W และ Arduino Nano

2. เว็บแอปทำงานบน Ruby on Rails และพร้อมใช้งานเป็นโอเพ่นซอร์สบน Github: https://github.com/sysdist/nabito-server การเชื่อมต่อระหว่างกล่องและเว็บแอปทำได้ผ่านโปรโตคอล MQTT

เป้าหมายของโครงการนี้คือการพัฒนาเครือข่ายการชาร์จแบบโอเพ่นซอร์สที่ทุกคนสามารถนำมาใช้และนำไปใช้หรือขยายได้

กล่องควบคุมประกอบด้วยชิ้นส่วนออนไลน์ที่หาซื้อได้ง่าย และได้รับการออกแบบให้เป็นเต้ารับไฟฟ้าที่ชาญฉลาดและราคาไม่แพงสำหรับที่จอดรถสาธารณะและส่วนตัวสำหรับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าอย่างช้าๆ

มันทำงานบนคอมพิวเตอร์บอร์ดเดียว Raspberry Pi Zero W (SCB) ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของกล่องควบคุมอยู่ที่ประมาณ 60 ยูโร

Nabito - ปลั๊กไฟแบบเปิดได้รับการออกแบบสำหรับการชาร์จบนซ็อกเก็ตทั่วไป ในทวีปยุโรปคือ 230V และ 10 -13A เช่น cca 2.9kW ต่อเนื่อง แต่แนวคิดนี้ใช้กับซ็อกเก็ตใด ๆ ยูโรสหรัฐอเมริกาหรือสหราชอาณาจักรหรืออื่น ๆ โครงการในอนาคตจะครอบคลุมการติดตั้งเฟส 2 และ 3 ด้วย

ข้อมูลจำเพาะ:

• เฟสเดียวแรงดันไฟฟ้า: 230 V
• เอซีแม็กซ์ ปัจจุบัน: 13 A
• กำลังไฟ: 2.9 กิโลวัตต์
• ขนาด: 240x200x90mm
• อินเทอร์เฟซ: การเชื่อมต่อ RJ45 LAN หรือ WIFI
• การปฏิบัติตามข้อกำหนด IP: IP55

คู่มือบิลด์ต่อไปนี้ไม่สมบูรณ์ ไม่มีไดอะแกรมการเดินสายไฟบางขั้นตอนการประกอบ ฯลฯ) ฉันต้องการนำออกโดยเร็วที่สุด จะพยายามปรับปรุงอย่างค่อยเป็นค่อยไป ดังนั้นได้โปรด ถ้าคู่มือการสร้างนี้ไม่ ครอบคลุมทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้หรือหากคุณมีคำถามใด ๆ ส่งอีเมลถึงฉัน ขอบคุณสำหรับความเข้าใจ.

ขั้นตอนที่ 1: มันทำอะไร?

โปรเจ็กต์นี้ประกอบด้วยสองส่วน คือ กล่องควบคุมทางกายภาพซึ่งเป็นสิ่ง IoT (ฝั่งไคลเอ็นต์) และมีเว็บแอปพลิเคชันที่ควบคุม (ฝั่งเซิร์ฟเวอร์) ฟังก์ชันที่รวมกัน:

1. สวิตช์เปิด/ปิดด้วยรีเลย์หลักและคอนแทคเตอร์ สวิตช์เปิด/ปิดเต้ารับขึ้นอยู่กับการโต้ตอบของผู้ใช้

2. การวัดพลังงาน

กล่องควบคุมวัดกระแสไฟ AC และบันทึกการใช้พลังงาน ฟังก์ชั่นการวัดแสงมาตรฐาน การวัดพลังงานจะทำต่อผู้ใช้แต่ละคน ขณะนี้มีเพียงการตรวจสอบกระแสไฟ AC เท่านั้น ไม่มีการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า ณ จุดนี้

3. การตรวจสอบผู้ใช้

คุณต้องสร้างบัญชีผู้ใช้สำหรับผู้ใช้ที่จะใช้ซ็อกเก็ต ผู้ใช้อนุญาตโดยการอ่านรหัส QR หรือใช้แท็ก NFC อินเทอร์เฟซผู้ใช้บนเว็บทำให้ผู้ใช้สามารถลงทะเบียน เข้าสู่ระบบ และใช้กล่องควบคุม หรือแท็ก NFC จะเปิด/ปิดกล่องโดยตรง ผู้ดูแลระบบสามารถอนุมัติ ไม่อนุมัติผู้ใช้

4. การเรียกเก็บเงิน

ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าซ็อกเก็ตของผู้ดูแลระบบและราคาต่อบิล 1kWh ถูกสร้างขึ้นสำหรับผู้ใช้แต่ละรายตามการใช้พลังงาน บิลรายเดือนจะถูกสร้างขึ้นในภายหลังเพื่อความสะดวกของผู้ดูแลระบบ

ขั้นตอนที่ 2: กอง HW และ SW

กอง HW:

• Raspberry Pi Zero, 1 ชิ้น, €11.32,
• ฮีตซิงก์ 1 ชิ้น €1.2
• เซ็นเซอร์ NFC 1 ชิ้น €3.93
• การ์ด micro SD 16GB, 1 ชิ้น, €9.4,
• Arduino Nano, 1 ชิ้น, €1.74,
• เซ็นเซอร์ CT - YHDC 30A SCT013, 1 ชิ้น, €4.28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- ปัจจุบัน-Transformer-ใหม่/32768354127.html
• ที่ชาร์จมือถือ 1 ชิ้น 5 ยูโร ราคาโดยประมาณ ใช้ที่ชาร์จเก่าที่มาพร้อมกับโทรศัพท์
• คอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ 25A NO, 1 ชิ้น, €4.79,
• รีเลย์หลัก 1 ชิ้น €0.84
• กล่องแยกพลาสติก (S-box), 1 ชิ้น, €5,
• สายไฟต่อดูปองท์สำหรับแรงดันไฟต่ำ 1 ชิ้น €2.29
• IP54 230V ซ็อกเก็ตยูโร 1 ชิ้น ซื้อ 2 ยูโรที่ร้านฮาร์ดแวร์ในพื้นที่
• ชิ้นส่วนขนาดเล็ก: แจ็ค 3.5 มม. ตัวเมีย, ตัวเก็บประจุ 10uF, ตัวต้านทาน 2x 10kOhm, ไดโอด LED, สายเคเบิล, 1 ชิ้น, €3, ซื้อที่ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในพื้นที่
• เทอร์มินัลบล็อก Wago 2 ตัวนำ 3 ชิ้น ราคา 2 ยูโร ซื้อจากร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในพื้นที่
• เทอร์มินัลบล็อก Wago 5-conductor 2 ชิ้น ราคา €2 ซื้อที่ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในพื้นที่
• สาย USB mini-to-micro (Arduino->RPi) 1 ชิ้น ราคา 1.8 ยูโร ซื้อจากร้านคอมพิวเตอร์ในพื้นที่

ค่าใช้จ่าย HW ทั้งหมด: €60.59 (70.40 ดอลลาร์)

SW กอง:

• กองกล่องควบคุม:

  • Raspbian Linux (ใช้ Ubuntu), โอเพ่นซอร์ส, $0 (ความรุ่งโรจน์ทั้งหมดสำหรับ Linus Torvalds + 20,000 คนที่ทำงานบนเคอร์เนล Linux + คนที่อยู่เบื้องหลังภาพ Raspberry Pi และ Raspbian Linux)
  • Node-RED, โอเพ่นซอร์ส, $0 (คนใจดีจาก IBM ที่อยู่เบื้องหลังการพัฒนา Node-RED)

• สแต็คเว็บแอป:

  • แอปเซิร์ฟเวอร์ Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), โอเพ่นซอร์ส, $0
  • Postgres DB โอเพ่นซอร์ส $0
  • Git, โอเพ่นซอร์ส (ความรุ่งโรจน์มากขึ้นสำหรับ Linus), $0
  • โปรโตคอล MQTT

ค่าสแต็ค SW ทั้งหมด: €0 (*THUMBS_UP*)

ขั้นตอนที่ 3: กล่องควบคุม: SW Setup

1. ติดตั้ง RASPBIAN STRETCH LITE (เราไม่ต้องการเวอร์ชันเดสก์ท็อป) บน Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. กำหนดค่า Raspbian เพื่อใช้ Wifi ในบ้านของคุณhttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. ติดตั้ง Node-RED บน Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. คัดลอกโฟลว์ Nabito Node-RED และปรับใช้

5. แก้ไขค่าเริ่มต้น Node-RED settings.js และเพิ่มลงใน functionGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "ออฟไลน์"

6. กำหนดค่าโบรกเกอร์ Node-RED MQTT ของคุณสำหรับการติดตั้งเซิร์ฟเวอร์ Nabito ที่คุณต้องการ (หรือต่อ
7. รีสตาร์ทโหนด-RED
8. ตรวจสอบการเชื่อมต่อ MQTT ใน Node-RED

ส่วน Arduino:

1. ดาวน์โหลด รวบรวม และอัปโหลดภาพสเก็ตช์นี้ไปยัง Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. เสร็จแล้ว!;-)

ขั้นตอนที่ 4: การเดินสายไฟ: สายไฟหลัก

สายไฟหลัก AC จ่ายไฟให้กับ:

• คอนแทคเตอร์
• รีเลย์หลัก
• ที่ชาร์จมือถือที่ขับเคลื่อน Raspberry Pi และ Arduino

เอาต์พุตจากคอนแทคเตอร์กระแสสลับไปที่เต้ารับ ต่อสายดินป้องกันจากสายไฟหลักไปยังเต้ารับ

Raspberry Pi ควบคุมรีเลย์หลักและรีเลย์ในการเปิด/ปิดคอนแทคเตอร์

ขั้นตอนที่ 5: การเดินสายไฟ: Arduino, CT Sensor, NFC Sensor

ต่อ Arduino กับเซ็นเซอร์ CT ตามคู่มือต่อไปนี้:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

คุณต้องการ:

• Arduino (คุณสามารถใช้ Arduino ใดก็ได้: Uno, Nano, Mega แล้วแต่คุณชอบตราบใดที่มี ADC)
• ตัวเก็บประจุ 10uFตัวต้านทาน 2x 10kOhm
• เต้ารับแจ็คตัวเมีย 3.5 มม.
• เซ็นเซอร์ CT 30A/1V
• เซ็นเซอร์ PN532 (RFID/NFC)
• PCB ขนาดเล็ก
• สายไฟขนาดเล็กสำหรับเชื่อมต่อ

ฉันบัดกรี Arduino Nano, ตัวเก็บประจุ, ตัวต้านทานและแจ็คตัวเมียกับ PCB ตามคู่มือด้านบนจากเว็บไซต์ openenergymonitor.org

เซ็นเซอร์ NFC เชื่อมต่อกับ Arduino Nano ผ่าน SPI (หมุดบน Arduino Nano: 10, 11, 12 และ 13)

Arduino เชื่อมต่อกับ Raspberry Pi ผ่าน micro USB

ขั้นตอนที่ 6: การเดินสายไฟ: Raspberry Pi

เชื่อมต่อ Arduino กับ Raspberry Pi ผ่านพอร์ต USB ด้วยวิธีนี้จะทำหน้าที่เป็นพอร์ตอนุกรมและแหล่งจ่ายไฟสำหรับ Arduino ซึ่งควรจับคู่กับ /dev/ttyUSB0

รีเลย์ไฟหลักเชื่อมต่อผ่านพิน 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO)

ไฟ LED ที่แผงด้านหน้าเชื่อมต่อผ่านพิน 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

ขั้นตอนที่ 7: การเดินสายไฟทุกอย่างเข้าด้วยกัน

1. หนีบเซ็นเซอร์ CT บนสายไฟหลักที่ออกจากรีเลย์หลัก
2. เชื่อมต่อแหล่งพลังงานสำหรับ Raspberry Pi
3. ขันฝากล่องรวมสัญญาณ
4. และคุณเดินสาย/ประกอบเสร็จแล้ว!

ขั้นตอนที่ 8: การตั้งค่าเว็บแอป

คุณต้องมีเซิร์ฟเวอร์ linux เพื่อเรียกใช้เว็บแอป คุณสามารถ:

• เรียกใช้เซิร์ฟเวอร์ภายในเครื่องพีซี/โน้ตบุ๊กหรือเซิร์ฟเวอร์ Linux ในพื้นที่ของคุณ และชี้กล่องควบคุม [es] ไปที่การติดตั้งในเครื่องของคุณ
• สร้างโดเมนของคุณเองและเรียกใช้เว็บแอปเป็นเว็บไซต์
• ใช้ https://Nabito.org (ฟรี) เพื่อจัดการกล่องควบคุมของคุณ

แอปเซิร์ฟเวอร์ Nabito ทำงานบน Ruby on Rails และเป็นโอเพ่นซอร์ส:https://github.com/sysdist/nabito-server

สำหรับการติดตั้งและตั้งค่าเว็บแอป โปรดดูที่ README.md ของโปรเจ็กต์บน Github

ขั้นตอนที่ 9: เรียกใช้และทดสอบ

สำหรับการตั้งค่าท้องถิ่น:

1. ปรับใช้แอปเซิร์ฟเวอร์ Nabito บนพีซี/โน้ตบุ๊กของคุณ
2. กำหนดค่าโบรกเกอร์ mosquitto MQTT บนพีซีของคุณ (หรือโบรกเกอร์ MQTT อื่น ๆ ตามที่คุณต้องการ)
3. เชื่อมต่อกล่องควบคุม Nabito กับ WiFi ในพื้นที่ของคุณ
4. SSH ลงในกล่องและสั่งให้ใช้นายหน้า MQTT ของพีซีของคุณ
5. เริ่มแอพ rails nabito-server
6. ต่อโหลดไฟฟ้าขนาดเล็ก (เช่น โคมไฟตั้งโต๊ะ) เข้ากับเต้ารับ
7. ใช้เว็บแอปเพื่อเริ่ม/หยุด socket id 1 เพื่อตรวจสอบปริมาณการใช้พลังงานจริงและทั้งหมด
8. ใช้แท็ก NFC (ถ้ามี) เพื่อสลับซ็อกเก็ต
9. ตรวจสอบการเรียกเก็บเงินสำหรับการใช้ซ็อกเก็ตล่าสุด
10. หลังจากทดสอบสำเร็จ ให้เริ่มสร้างเครือข่ายการชาร์จ EV ของคุณเอง
11. กำไร;-)

ขั้นตอนที่ 10: บทสรุป ปัญหา และแผนงานผลิตภัณฑ์

ในกล่องควบคุม Nabito เวอร์ชันนี้ ฉันสามารถแยกกล่องควบคุมและเว็บแอปโดยพื้นฐานแล้วสร้างโปรเจ็กต์ IoT (Internet of Things) กับทั้งสิ่งของที่จับต้องได้ซึ่งทำสิ่งที่มีประโยชน์ และแอปและบริการส่วนหลังที่จัดการ สิ่งทางกายภาพ

ราคาของกล่องเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจากเวอร์ชันที่แล้ว (v1 ก่อน: €50, v2 ตอนนี้: €60) เพราะฉันเพิ่มคอนแทคเตอร์เพื่อความปลอดภัยในการให้บริการแอมป์ที่สูงขึ้นและ RPi ก็แพงกว่าบอร์ด OrangePi เล็กน้อย.

MQTT ใช้เป็นโปรโตคอลหลักสำหรับการบันทึกข้อมูลและการควบคุมกล่อง

ตั้งแต่ Nabito เวอร์ชันล่าสุด ฉันสามารถแก้ไขปัญหาส่วนใหญ่ได้ (Wifi, คอนแทคเตอร์, โปรเซสเซอร์ร้อนเกินไป, เต้ารับในตัว ฯลฯ) อย่างไรก็ตาม รายการปัญหาและโอกาสในปัจจุบันมีมากขึ้น:

ปัญหา:

• Raspberry Pi Zero W เป็นบอร์ดที่ดีมาก มี Wifi และ Bluetooth และ 2 GPIO pins แต่โปรเซสเซอร์ยังคงร้อนได้ถึง 34C เมื่อไม่ทำงานซึ่งอาจเป็นปัญหาในสภาพอากาศที่อบอุ่นและฤดูร้อนที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง
• การรัน Linux ในกล่องควบคุมนั้นดีสำหรับการสร้างต้นแบบ แต่รูปแบบการผลิตของผลิตภัณฑ์นี้น่าจะทำงานบนบอร์ดแบบลีนที่มีความสามารถ TLS/SSL (ชิป ESP32 ดูมีแนวโน้มมาก)

โอกาส:

• สร้างเวอร์ชันสำหรับกระแสที่สูงขึ้น (การทำงานเหมือนกัน แต่ใช้คอนแทคเตอร์ที่มีแอมป์สูงกว่าและเซ็นเซอร์ CT/โมดูลมอนิเตอร์พลังงานที่แตกต่างกัน)
• สร้างเวอร์ชันสำหรับ 2 และ 3 เฟส
• รวมโมดูลการตรวจสอบพลังงาน (เช่นเครื่องวัดพลังงาน Peacefair PZEM-004T)
• ย้ายไปยัง ESP32 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและความร้อน
• ผสานรวมกับ AWS IOT cloud และใช้ใบรับรองไคลเอ็นต์เพื่อการตั้งค่าความปลอดภัยที่ดีที่สุด (ขณะนี้ใช้เฉพาะผู้ใช้/รหัสผ่าน MQTT)
• จัดการใบรับรองและข้อมูลรับรอง MQTT จากเว็บแอป (ขณะนี้มีการกำหนดค่าด้วยตนเองผ่านส่วนหลัง)
• เพิ่มแผง LCD ขนาดเล็กเพื่อนำเสนอข้อมูลโดยตรงบนกล่องควบคุม Nabito
• เพิ่ม numpad เพื่อให้ปุ่มโต้ตอบกับกล่อง (มีความเป็นไปได้ในการปักหมุดเพื่อเพิ่มความปลอดภัย)
• รวมเทอร์โมมิเตอร์เพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิแวดล้อมของกล่อง

หากคุณชอบโครงการนี้หรือมีคำถาม / ความคิดเห็นโปรดติดต่อฉันได้ที่ [email protected]

เว็บไซต์จำหน่ายระบบ: www.sysdist.com

สามารถติดตามผมได้ที่:twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

ขอให้เป็นวันที่ดีและมีความสุขในการทำ!--Stefan