Nabito [Open Socket V2]: Đồng hồ thông minh để sạc EV: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Đây là hướng dẫn xây dựng thứ hai cho Nabito [open socket), phiên bản đầu tiên có thể được tìm thấy tại: Nabito [open socket] v1

Tôi liệt kê các lý do tạo ra dự án này trong bài đăng trên blog này: Xe điện là vô nghĩa đối với những người ở chung cư

Nó là gì?

Nabito - ổ cắm mở là đồng hồ thông minh IoT với đo điện, bật / tắt cường độ dòng điện cao, cảm biến NFC, ủy quyền người dùng, khả năng thanh toán và quản lý người dùng.

Dự án bao gồm hai phần: 1. hộp điều khiển (thiết bị IoT) 2. giao diện người dùng / phụ trợ của ứng dụng web, cả hai đều hoàn toàn là mã nguồn mở.

1. Hộp điều khiển bao gồm các bộ phận dễ lấy và được thiết kế để trở thành một giải pháp ổ cắm điện thông minh và rẻ tiền cho các bãi đậu xe công cộng và tư nhân để sạc chậm xe điện. Nó chạy trên Raspberry Pi Zero W và Arduino Nano.

2. Ứng dụng web chạy trên Ruby on Rails và có sẵn dưới dạng mã nguồn mở trên Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Kết nối giữa hộp và ứng dụng web được thực hiện thông qua giao thức MQTT.

Mục tiêu của dự án là phát triển một mạng lưới sạc mã nguồn mở mà bất kỳ ai cũng có thể áp dụng và triển khai hoặc mở rộng.

Hộp điều khiển bao gồm các bộ phận dễ lấy và được thiết kế để trở thành một giải pháp ổ cắm điện thông minh và rẻ tiền cho các bãi đậu xe công cộng và tư nhân để sạc chậm xe điện.

Nó chạy trên máy tính bảng đơn Raspberry Pi Zero W (SCB). Tổng chi phí của hộp điều khiển là khoảng € 60.

Nabito - ổ cắm mở hiện được thiết kế để sạc trên các ổ cắm thông thường, ở lục địa Châu Âu, nó là 230V và 10 -13A, tức là cca. 2,9kW liên tục. Nhưng khái niệm áp dụng cho bất kỳ ổ cắm nào, Euro, Hoa Kỳ hoặc Vương quốc Anh hoặc bất kỳ nơi nào khác, các phiên bản trong tương lai của dự án cũng sẽ bao gồm cài đặt 2 và 3 giai đoạn.

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp một pha: 230 V
• ACMax. hiện tại: 13 A
• Công suất: 2,9 kW
• Kích thước: 240x200x90mm
• Giao diện: Kết nối mạng LAN RJ45 hoặc WIFI
• Tuân thủ IP: IP55

Hướng dẫn xây dựng sau đây chưa hoàn chỉnh, còn thiếu một số sơ đồ đi dây, một số bước lắp ráp, v.v.), tôi muốn đưa nó ra đó càng sớm càng tốt, sẽ làm việc để cải thiện nó dần dần, vì vậy xin vui lòng, nếu hướng dẫn xây dựng này không bao gồm mọi thứ bạn cần biết hoặc nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy gửi mail cho tôi. Cảm ơn vì đã hiểu.

Bước 1: Nó làm gì?

Dự án bao gồm hai phần, hộp điều khiển vật lý là một thứ IoT (phía máy khách) và có một ứng dụng Web điều khiển nó (phía máy chủ).

1. Bật / Tắt chuyển mạch Với một rơ le nguồn và một công tắc tơ, nó có thể bật / tắt ổ cắm ổ cắm dựa trên sự tương tác của người dùng.

2. Đo năng lượng

Hộp điều khiển đo dòng điện AC và ghi lại việc sử dụng điện năng. Chức năng đo sáng tiêu chuẩn. Việc đo năng lượng được thực hiện trên mỗi người dùng. Hiện tại chỉ có giám sát dòng điện xoay chiều, không có giám sát điện áp tại thời điểm này.

3. Xác thực người dùng

Bạn cần tạo tài khoản người dùng cho những người dùng sẽ sử dụng / s socket. Người dùng cho phép bằng cách đọc mã QR hoặc sử dụng thẻ NFC. Giao diện người dùng web cho phép người dùng đăng ký, đăng nhập và sử dụng hộp điều khiển hoặc thẻ NFC bật / tắt hộp trực tiếp. Admin có thể phê duyệt, từ chối người dùng.

4. Thanh toán

Dựa trên cấu hình ổ cắm của quản trị viên và hóa đơn giá mỗi 1kWh được tạo cho người dùng cá nhân dựa trên mức sử dụng năng lượng của họ. Hóa đơn hàng tháng sẽ được tạo sau để thuận tiện cho quản trị viên.

Bước 2: Ngăn xếp HW và SW

Ngăn xếp HW:

• Raspberry Pi Zero, 1 chiếc, € 11,32,
• tản nhiệt, 1 chiếc, € 1,2,
• Cảm biến NFC, 1 chiếc, 3,93 €
• thẻ micro SD 16GB, 1 chiếc, € 9,4,
• Arduino Nano, 1 chiếc, 1,74 €,
• Cảm biến CT - YHDC 30A SCT013, 1 cái, € 4,28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Hiện tại-Biến áp-Mới / 32768354127.html
• bộ sạc điện thoại di động, 1 chiếc, € 5, giá gần đúng, đã sử dụng một trong những bộ sạc cũ của tôi đi kèm với điện thoại
• Bộ tiếp điểm AC gia dụng 25A NO, 1 cái, € 4,79,
• Rơ le chính, 1 chiếc, € 0,84,
• hộp nối nhựa (hộp chữ S), 1 cái, € 5,
• Dây nối Dupont cho điện áp thấp, 1 chiếc, 2,29 €,
• Ổ cắm IP54 230V Euro, 1 chiếc, € 2 mua tại cửa hàng phần cứng địa phương
• các bộ phận nhỏ: jack 3.5mm cái, tụ điện 10uF, điện trở 2x 10kOhm, điốt LED, cáp, 1 chiếc, € 3, mua tại cửa hàng điện tử địa phương
• Khối thiết bị đầu cuối 2 dây dẫn Wago, 3 chiếc, € 2, mua tại một cửa hàng điện tử địa phương
• Khối thiết bị đầu cuối 5 dây dẫn Wago, 2 chiếc, € 2, mua tại một cửa hàng điện tử địa phương
• Cáp USB mini-to-micro (Arduino-> RPi), 1 chiếc, € 1,8, mua tại cửa hàng máy tính địa phương

Tổng chi phí CTNH: 60,59 € (70,40 USD)

Ngăn xếp SW:

• Ngăn xếp Hộp điều khiển:

  • Raspbian Linux (dựa trên Ubuntu), mã nguồn mở, $ 0 (tất cả vinh quang cho Linus Torvalds + 20k người đã làm việc trên hạt nhân Linux + những người tử tế đằng sau hình ảnh Raspberry Pi và Raspbian Linux)
  • Node-RED, mã nguồn mở, $ 0 (những người tốt bụng từ IBM đứng sau sự phát triển của Node-RED)

• Ngăn xếp ứng dụng web:

  • Ứng dụng Nabito-server:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), mã nguồn mở, $ 0
  • Postgres DB, mã nguồn mở, $ 0
  • Git, mã nguồn mở (vinh quang hơn cho Linus), $ 0
  • Giao thức MQTT

Tổng chi phí ngăn xếp SW: € 0 (* THUMBS_UP *)

Bước 3: Hộp điều khiển: Thiết lập SW

1. Cài đặt RASPBIAN STRETCH LITE (chúng tôi không cần phiên bản dành cho máy tính để bàn) trên Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. định cấu hình Raspbian để sử dụng Wifi tại nhà cục bộ của bạnhttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Cài đặt Node-RED trên Raspbianhttps://nonating.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Sao chép luồng Nabito Node-RED và triển khai ithttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Chỉnh sửa Node-RED settings.js mặc định và thêm nó vào functionGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Định cấu hình nhà môi giới Node-RED MQTT của bạn theo hướng cài đặt máy chủ Nabito ưa thích của bạn (hoặc theo hướng
7. Khởi động lại Node-RED
8. Kiểm tra kết nối MQTT trong Node-RED

Phần Arduino:

1. Tải xuống, biên dịch và tải bản phác thảo này lên Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Xong!;-)

Bước 4: Đấu dây: Cáp chính

Cáp nguồn AC cung cấp điện cho:

• Công tắc tơ AC
• Rơ le chính
• Bộ sạc di động cung cấp năng lượng cho Raspberry Pi và Arduino

Đầu ra từ công tắc tơ AC đi đến ổ cắm. Nối đất bảo vệ được nối từ đường dây nguồn đến ổ cắm ổ cắm.

Raspberry Pi điều khiển rơ le nguồn và rơ le lần lượt bật / tắt công tắc tơ.

Bước 5: Đấu dây: Arduino, Cảm biến CT, Cảm biến NFC

Nối Arduino với cảm biến CT theo hướng dẫn sau:

learn.openenergymonitor.org/ Electricality-mo…

Bạn cần:

• Arduino (bạn có thể sử dụng bất kỳ Arduino nào: Uno, Nano, Mega, tùy bạn thích, miễn là nó có ADC)
• Tụ điện 10uF2x điện trở 10kOhm
• Giắc cắm 3.5mm cái
• Cảm biến CT 30A / 1V
• Cảm biến PN532 (RFID / NFC)
• PCB nhỏ
• dây nhỏ để kết nối

Tôi đã hàn Arduino Nano, tụ điện, điện trở và giắc cắm cái vào PCB theo hướng dẫn trên từ trang openenergymonitor.org.

Cảm biến NFC được kết nối với Arduino Nano thông qua SPI (các chân trên Arduino Nano: 10, 11, 12 và 13).

Arduino được kết nối với Raspberry Pi thông qua micro USB.

Bước 6: Kết nối: Raspberry Pi

Kết nối Arduino với Raspberry Pi qua cổng USB, theo cách này, nó hoạt động như một cổng nối tiếp và nguồn cung cấp năng lượng cho Arduino, nó sẽ ánh xạ tới / dev / ttyUSB0.

Rơ le nguồn được kết nối thông qua các chân 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Các đèn LED ở mặt trước được kết nối thông qua các chân 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Bước 7: Kết nối mọi thứ lại với nhau

1. Kẹp cảm biến CT trên đường dây chính đi ra khỏi rơ le nguồn điện
2. Kết nối nguồn điện cho Raspberry Pi
3. Bắt vít trong nắp hộp nối
4. Và bạn đã hoàn thành việc nối dây / lắp ráp!

Bước 8: Thiết lập ứng dụng web

Bạn cần một máy chủ linux để chạy ứng dụng web. Bạn có thể:

• chạy cục bộ máy chủ trên PC / máy tính xách tay hoặc máy chủ Linux cục bộ của bạn và trỏ [các] hộp điều khiển đến cài đặt cục bộ của bạn
• tạo miền của riêng bạn và chạy ứng dụng web dưới dạng một trang web
• sử dụng https://Nabito.org (miễn phí) để quản lý các hộp điều khiển của bạn

Ứng dụng Nabito-server chạy trên Ruby on Rails và là mã nguồn mở:

Để cài đặt và thiết lập ứng dụng web, hãy tham khảo README.md của dự án trên Github.

Bước 9: Chạy và thử nghiệm

Để thiết lập cục bộ:

1. Triển khai ứng dụng Nabito-server trên PC / notebook cục bộ của bạn
2. Định cấu hình nhà môi giới MQTT mosquitto trên PC của bạn (hoặc bất kỳ nhà môi giới MQTT nào khác theo sở thích của bạn)
3. Kết nối hộp điều khiển Nabito với WiFi cục bộ của bạn
4. SSH vào hộp và hướng nó đến sử dụng nhà môi giới MQTT trên PC của bạn
5. khởi động ứng dụng nabito-server rails
6. kết nối một tải điện nhỏ (ví dụ: đèn bàn) với ổ cắm ổ cắm
7. sử dụng ứng dụng web để khởi động / dừng id ổ cắm 1 để kiểm tra mức tiêu thụ năng lượng thực tế và tổng
8. sử dụng thẻ NFC (nếu bạn có) để chuyển đổi ổ cắm
9. kiểm tra thanh toán cho lần sử dụng ổ cắm cuối cùng
10. Sau khi thử nghiệm thành công, hãy bắt đầu tạo mạng sạc EV của riêng bạn
11. Lợi nhuận;-)

Bước 10: Kết luận, Vấn đề và Lộ trình Sản phẩm

Trong phiên bản này của hộp điều khiển Nabito, tôi đã có thể tách hộp điều khiển và ứng dụng web về cơ bản tạo ra một dự án IoT (Internet of Things) với cả vật lý hoạt động hữu ích và ứng dụng và dịch vụ back-end quản lý vật chất.

Giá của hộp tăng một chút so với phiên bản trước (v1 trước đây: € 50, v2 bây giờ: € 60), vì tôi đã thêm một công tắc tơ cho mục đích an toàn để phục vụ amps cao hơn và RPi cũng đắt hơn một chút so với các bảng OrangePi.

MQTT được sử dụng làm giao thức chính để ghi dữ liệu và điều khiển hộp.

Kể từ phiên bản cuối cùng của Nabito, tôi đã có thể giải quyết hầu hết các vấn đề (Wifi, công tắc tơ, bộ xử lý quá nhiệt, ổ cắm ổ cắm tích hợp, v.v.). Tuy nhiên, danh sách các vấn đề hiện tại và các cơ hội còn phát triển thêm:

Vấn đề:

• Raspberry Pi Zero W là một bo mạch rất đẹp, có Wifi và Bluetooth và 2 chân GPIO, nhưng bộ xử lý vẫn nóng lên đến 34C khi chạy không tải, điều này có thể gặp vấn đề trong điều kiện khí hậu ấm áp và những tháng mùa hè có ánh nắng trực tiếp.
• Chạy Linux trong hộp điều khiển rất tốt cho việc tạo mẫu, nhưng mô hình sản xuất của sản phẩm này có lẽ nên chạy trên bảng mạch gọn gàng hơn có khả năng TLS / SSL (chip ESP32 trông rất hứa hẹn)

Những cơ hội:

• tạo các phiên bản cho dòng điện cao hơn (chức năng giống nhau, nhưng sử dụng bộ tiếp xúc với ampe cao hơn và cảm biến CT / mô-đun giám sát năng lượng khác nhau)
• tạo phiên bản cho 2 và 3 giai đoạn
• tích hợp mô-đun giám sát năng lượng (như màn hình Năng lượng Peacefair PZEM-004T)
• chuyển sang ESP32 để tăng hiệu quả sử dụng điện và nhiệt
• tích hợp vào đám mây AWS IOT và sử dụng chứng chỉ ứng dụng khách để thiết lập bảo mật tốt nhất (hiện tại chỉ người dùng / mật khẩu MQTT được sử dụng)
• quản lý chứng chỉ và thông tin đăng nhập MQTT từ ứng dụng web (hiện tại điều này được định cấu hình thủ công thông qua back-end)
• thêm bảng điều khiển LCD nhỏ để hiển thị thông tin trực tiếp trên hộp điều khiển Nabito
• thêm numpad để cung cấp sự tương tác của nút với hộp (khả năng ghim để tăng cường bảo mật)
• bao gồm nhiệt kế bổ sung để theo dõi nhiệt độ môi trường xung quanh hộp

Nếu bạn thích dự án này hoặc có bất kỳ câu hỏi / nhận xét nào, vui lòng liên hệ với tôi tại [email protected]

Hệ thống phân phối website: www.sysdist.com

Bạn có thể theo dõi tôi tại: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Chúc một ngày tốt lành và làm việc vui vẻ! - Stefan