Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter for EV Charging: 10 Steps (with Pictures)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Αυτός είναι ο δεύτερος οδηγός κατασκευής για το Nabito [ανοιχτή πρίζα], η πρώτη έκδοση μπορεί να βρεθεί στη διεύθυνση: Nabito [ανοιχτή πρίζα] v1

Παραθέτω τους λόγους δημιουργίας αυτού του έργου σε αυτήν την ανάρτηση ιστολογίου: Τα ηλεκτρικά οχήματα είναι ανούσια για τους ανθρώπους των διαμερισμάτων

Τι είναι αυτό?

Nabito - η ανοιχτή πρίζα είναι ένας έξυπνος μετρητής IoT με μέτρηση ηλεκτρικής ενέργειας, ενεργοποίηση/απενεργοποίηση υψηλής έντασης, αισθητήρα NFC, εξουσιοδότηση χρήστη, δυνατότητες χρέωσης και διαχείριση χρήστη.

Το έργο αποτελείται από δύο μέρη: 1. πλαίσιο ελέγχου (συσκευή IoT) 2. web app frontend/backend, και τα δύο εντελώς ανοιχτού κώδικα.

1. Το κουτί ελέγχου αποτελείται από εύκολα διαθέσιμα ηλεκτρονικά μέρη και έχει σχεδιαστεί για να είναι μια έξυπνη και ταυτόχρονα φθηνή λύση ηλεκτρικής πρίζας για δημόσιους και ιδιωτικούς χώρους στάθμευσης για αργή φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων. Λειτουργεί με Raspberry Pi Zero W και Arduino Nano.

2. Η εφαρμογή ιστού εκτελείται στο Ruby on Rails και είναι διαθέσιμη ως ανοιχτού κώδικα στο Github: https://github.com/sysdist/nabito-server Η σύνδεση μεταξύ του πλαισίου και της διαδικτυακής εφαρμογής πραγματοποιείται μέσω πρωτοκόλλου MQTT.

Ο στόχος του έργου είναι να αναπτύξει ένα δίκτυο φόρτισης ανοιχτού κώδικα που οποιοσδήποτε θα μπορούσε να υιοθετήσει και να εφαρμόσει ή να επεκτείνει.

Το κιβώτιο ελέγχου αποτελείται από εύκολα διαθέσιμα διαδικτυακά μέρη και έχει σχεδιαστεί για να αποτελεί μια έξυπνη και ταυτόχρονα φθηνή λύση ηλεκτρικής πρίζας για δημόσιους και ιδιωτικούς χώρους στάθμευσης για αργή φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων.

Λειτουργεί με Raspberry Pi Zero W single-board computer (SCB). Το συνολικό κόστος του κουτιού ελέγχου είναι περίπου 60 €.

Nabito - η ανοιχτή πρίζα έχει σχεδιαστεί για φόρτιση σε συνηθισμένες πρίζες, στην ηπειρωτική Ευρώπη είναι 230V και 10 -13A, δηλαδή cca. 2,9kW συνεχής. Αλλά η ιδέα ισχύει για οποιαδήποτε πρίζα, ευρώ, ΗΠΑ ή Ηνωμένο Βασίλειο ή οποιαδήποτε άλλη, οι μελλοντικές εκδόσεις του έργου θα καλύψουν επίσης εγκαταστάσεις 2 και 3 φάσεων.

Διόπτρα:

• Μονής φάσης Τάση: 230 V
• ACMax. ρεύμα: 13 A
• Ισχύς: 2,9 kW
• Διαστάσεις: 240x200x90mm
• Διεπαφή: Σύνδεση LAN RJ45 ή WIFI
• Συμμόρφωση IP: IP55

Ο παρακάτω οδηγός κατασκευής δεν είναι πλήρης, του λείπουν κάποια διαγράμματα καλωδίωσης, κάποια βήματα συναρμολόγησης κ.λπ.), ήθελα να το βγάλω το συντομότερο δυνατό, θα δουλέψει για τη σταδιακή βελτίωσή του, οπότε παρακαλώ, αν αυτός ο οδηγός κατασκευής δεν καλύψτε όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε ή εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, στείλτε μου ένα μήνυμα. Ευχαριστώ για την κατανόηση.

Βήμα 1: Τι κάνει;

Το έργο αποτελείται από δύο μέρη, το φυσικό πλαίσιο ελέγχου που είναι ένα πράγμα IoT (πλευρά πελάτη) και υπάρχει μια εφαρμογή Ιστού που το ελέγχει (πλευρά διακομιστή). Συνδυασμένες λειτουργίες:

1. Διακόπτης ενεργοποίησης/απενεργοποίησηςΜε ένα ρελέ δικτύου και έναν επαφέα μπορεί να ενεργοποιήσει/απενεργοποιήσει την πρίζα με βάση την αλληλεπίδραση του χρήστη.

2. Μετρήσεις ενέργειας

Το πλαίσιο ελέγχου μετρά το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος και καταγράφει τη χρήση ισχύος. Τυπική λειτουργία μέτρησης. Η μέτρηση ενέργειας γίνεται ανά χρήστη. Προς το παρόν υπάρχει μόνο παρακολούθηση ρεύματος AC, δεν υπάρχει παρακολούθηση τάσης σε αυτό το σημείο.

3. Έλεγχος ταυτότητας χρήστη

Πρέπει να δημιουργήσετε λογαριασμούς χρηστών για τους χρήστες που θα χρησιμοποιούν τις υποδοχές. Ο χρήστης εξουσιοδοτεί διαβάζοντας τον κωδικό QR ή χρησιμοποιώντας μια ετικέτα NFC. Η διεπαφή χρήστη ιστού επιτρέπει στους χρήστες να εγγραφούν, να συνδεθούν και να χρησιμοποιήσουν το πλαίσιο ελέγχου ή η ετικέτα NFC ενεργοποιεί/απενεργοποιεί απευθείας το πλαίσιο. Ο διαχειριστής μπορεί να εγκρίνει, να απορρίψει τους χρήστες.

4. Τιμολόγηση

Με βάση τη διαμόρφωση της πρίζας του διαχειριστή και την τιμή ανά 1kWh, δημιουργούνται λογαριασμοί για μεμονωμένους χρήστες με βάση τη χρήση ενέργειας. Οι μηνιαίοι λογαριασμοί θα δημιουργηθούν αργότερα για διευκόλυνση διαχειριστή.

Βήμα 2: Στοίβες HW και SW

Στοίβα HW:

• Raspberry Pi Zero, 1τεμ, 11,32 €,
• ψύκτρα, 1τεμ, 1,2 €,
• Αισθητήρας NFC, 1τεμ, 3,93 €
• κάρτα micro SD 16GB, 1τεμ, 9,4 €,
• Arduino Nano, 1τεμ, 1,74 €,
• Αισθητήρας CT-YHDC 30A SCT013, 1τεμ, 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
• φορτιστής κινητού τηλεφώνου, 1τεμ, 5 €, η τιμή είναι κατά προσέγγιση, χρησιμοποιήθηκε ένας από τους παλιούς μου φορτιστές που συνοδεύει ένα τηλέφωνο
• Οικιακός εναλλάκτης AC 25A NO, 1τεμ, 4,79 €,
• Ρελέ ρεύματος, 1τεμ, 0,84 €,
• πλαστικό κουτί διακλάδωσης (S-box), 1τεμ, 5 €,
• Καλώδια διασταύρωσης Dupont για χαμηλές τάσεις, 1τεμ, 2,29 €,
• IP54 Υποδοχή 230V Ευρώ, 1τεμ, 2 € αγοράστηκε σε τοπικό κατάστημα υλικού
• μικρά εξαρτήματα: θηλυκή υποδοχή 3.5mm, πυκνωτής 10uF, αντιστάσεις 2x 10kOhm, δίοδοι LED, καλώδια, 1τεμ, 3 €, αγορασμένα σε τοπικό κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών
• Τερματικό μπλοκ Wago 2 αγωγών, 3τεμ, 2 €, αγοράστηκε σε τοπικό κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών
• Τερματικό μπλοκ 5 αγωγών Wago, 2 τεμάχια, 2 ευρώ, αγοράστηκε σε τοπικό κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών
• Καλώδιο USB mini-to-micro (Arduino-> RPi), 1τεμ, 1,8 €, αγοράστηκε από κατάστημα τοπικού υπολογιστή

Συνολικό κόστος HW: 60,59 € (70,40 $)

SW στοίβα:

• Στοίβα κουτιού ελέγχου:

  • Raspbian Linux (με βάση το Ubuntu), ανοιχτού κώδικα, 0 $ (όλη η δόξα στον Linus Torvalds + 20 χιλιάδες άτομα που εργάστηκαν στον πυρήνα Linux + οι ευγενικοί άνθρωποι πίσω από την εικόνα Raspberry Pi και Raspbian Linux)
  • Node-RED, ανοιχτού κώδικα, 0 $ (ευγενικοί άνθρωποι από την IBM που βρίσκονται πίσω από την ανάπτυξη του Node-RED)

• Στοίβα εφαρμογών Ιστού:

  • Εφαρμογή διακομιστή Nabito:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), ανοιχτού κώδικα, 0 $
  • Postgres DB, ανοιχτού κώδικα, 0 $
  • Git, ανοιχτού κώδικα (περισσότερη δόξα στον Linus), 0 $
  • Πρωτόκολλο MQTT

Συνολικό κόστος στοίβας SW: 0 € (*THUMBS_UP*)

Βήμα 3: Το πλαίσιο ελέγχου: SW Setup

1. Εγκαταστήστε το RASPBIAN STRETCH LITE (δεν χρειαζόμαστε την έκδοση επιφάνειας εργασίας) στο Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. διαμορφώστε το Raspbian για χρήση του τοπικού σας Wifihttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Εγκαταστήστε το Node-RED στο Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Αντιγράψτε τη ροή Nabito Node-RED και αναπτύξτε την

5. Επεξεργαστείτε τις προεπιλεγμένες ρυθμίσεις Node-RED.js και προσθέστε το στη λειτουργίαGlobalContext: ρελέ: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Διαμορφώστε τους μεσίτες Node-RED MQTT προς την προτιμώμενη εγκατάσταση διακομιστή Nabito (ή προς
7. Επανεκκίνηση του κόμβου-RED
8. Ελέγξτε τη συνδεσιμότητα MQTT στο Node-RED

Μέρος Arduino:

1. Κατεβάστε, μεταγλωττίστε και ανεβάστε αυτό το σκίτσο στο Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Εγινε!;-)

Βήμα 4: Καλωδίωση: Καλώδια ρεύματος

Τα καλώδια ρεύματος τροφοδοτούν ρεύμα στους:

• Επαφής AC
• Ρελέ ρεύματος
• Φορτιστής κινητού που τροφοδοτεί Raspberry Pi και Arduino

Η έξοδος από τον επαφή AC πηγαίνει στην πρίζα. Η προστατευτική γείωση είναι συνδεδεμένη από την πρίζα στην πρίζα.

Το Raspberry Pi ελέγχει το ρελέ δικτύου και το ρελέ με τη σειρά του ενεργοποιεί/απενεργοποιεί τον επαφέα.

Βήμα 5: Καλωδίωση: Arduino, αισθητήρας CT, αισθητήρας NFC

Συνδέστε το Arduino με τον αισθητήρα CT σύμφωνα με το ακόλουθο εγχειρίδιο:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Χρειάζεσαι:

• Arduino (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε Arduino: Uno, Nano, Mega, όποιο σας αρέσει, αρκεί να έχει ADC)
• 10uF πυκνωτής 2x 10kOhm αντιστάσεις
• Υποδοχή θηλυκής υποδοχής 3,5 mm
• Αισθητήρας CT 30A/1V
• Αισθητήρας PN532 (RFID/NFC)
• μικρό PCB
• μικρά καλώδια για συνδέσεις

Συγκόλλησα το Arduino Nano, τον πυκνωτή, τις αντιστάσεις και τη θηλυκή υποδοχή στο PCB σύμφωνα με το παραπάνω εγχειρίδιο από τον ιστότοπο openenergymonitor.org.

Ο αισθητήρας NFC συνδέεται με το Arduino Nano μέσω SPI (ακίδες στο Arduino Nano: 10, 11, 12 και 13).

Το Arduino συνδέεται με το Raspberry Pi μέσω του micro USB.

Βήμα 6: Καλωδίωση: Raspberry Pi

Συνδέστε το Arduino στο Raspberry Pi μέσω της θύρας USB, με αυτόν τον τρόπο χρησιμεύει ως σειριακή θύρα και τροφοδοτικό για το Arduino, θα πρέπει να αντιστοιχεί στο /dev /ttyUSB0.

Το ρελέ δικτύου συνδέεται μέσω των ακίδων 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Οι λυχνίες LED του μπροστινού πίνακα συνδέονται μέσω των ακίδων 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Βήμα 7: Καλωδίωση όλων μαζί

1. Σφίξτε τον αισθητήρα CT στη γραμμή δικτύου που βγαίνει από το ρελέ
2. Συνδέστε την πηγή τροφοδοσίας για το Raspberry Pi
3. Βιδώστε το καπάκι του κουτιού διακλάδωσης
4. Και τελειώσατε με την καλωδίωση/συναρμολόγηση!

Βήμα 8: Ρύθμιση εφαρμογών Ιστού

Χρειάζεστε έναν διακομιστή linux για να εκτελέσετε την εφαρμογή ιστού. Μπορείς είτε:

• εκτελέστε τον διακομιστή τοπικά στον υπολογιστή/φορητό υπολογιστή σας ή στον τοπικό διακομιστή Linux και δείξτε το [ες] πλαίσιο ελέγχου στην τοπική σας εγκατάσταση
• δημιουργήστε τον δικό σας τομέα και εκτελέστε την εφαρμογή ιστού ως ιστότοπος
• χρησιμοποιήστε το https://Nabito.org (είναι δωρεάν) για να διαχειριστείτε τα πλαίσια ελέγχου σας

Η εφαρμογή διακομιστή Nabito εκτελείται στο Ruby on Rails και είναι ανοιχτού κώδικα:

Για εγκατάσταση και εγκατάσταση εφαρμογών ιστού, ανατρέξτε στο έργο README.md του έργου στο Github.

Βήμα 9: Εκτέλεση και δοκιμή

Για τοπική ρύθμιση:

1. Αναπτύξτε την εφαρμογή διακομιστή Nabito στον τοπικό υπολογιστή/φορητό υπολογιστή σας
2. Διαμόρφωση μεσίτη mosquitto MQTT στον υπολογιστή σας (ή οποιονδήποτε άλλο μεσίτη MQTT της προτίμησής σας)
3. Συνδέστε το πλαίσιο ελέγχου Nabito στο τοπικό σας WiFi
4. SSH στο κουτί και κατευθύνετέ το να χρησιμοποιήσει τον μεσίτη MQTT του υπολογιστή σας
5. ξεκινήστε την εφαρμογή ράγες nabito-server
6. συνδέστε ένα μικρό ηλεκτρικό φορτίο (π.χ. επιτραπέζιο φωτιστικό) στην πρίζα
7. χρησιμοποιήστε την εφαρμογή ιστού για να ξεκινήσετε/σταματήσετε το αναγνωριστικό υποδοχής 1 για να ελέγξετε την πραγματική και τη συνολική κατανάλωση ενέργειας
8. χρησιμοποιήστε μια ετικέτα NFC (εάν έχετε) για να αλλάξετε την πρίζα
9. ελέγξτε τη χρέωση για την τελευταία χρήση πρίζας
10. Μετά την επιτυχή δοκιμή, ξεκινήστε να δημιουργείτε το δικό σας δίκτυο φόρτισης EV
11. Κέρδος;-)

Βήμα 10: Το συμπέρασμα, τα ζητήματα και ο χάρτης πορείας των προϊόντων

Σε αυτήν την έκδοση του πλαισίου ελέγχου Nabito μπόρεσα να αποσυνδέσω το πλαίσιο ελέγχου και την εφαρμογή Ιστού δημιουργώντας ουσιαστικά ένα έργο IoT (Internet of Things) τόσο με το φυσικό πράγμα που κάνει κάτι χρήσιμο όσο και με μια εφαρμογή και υπηρεσία back-end που διαχειρίζεται το φυσικό πράγμα.

Η τιμή του κουτιού αυξήθηκε λίγο από την προηγούμενη έκδοση (v1 πριν: 50 €, v2 τώρα: 60 €), επειδή πρόσθεσα έναν επαφέα για λόγους ασφαλείας για να εξυπηρετεί υψηλότερους ενισχυτές και επίσης το RPi είναι λίγο πιο ακριβό από τις πλακέτες OrangePi Το

Το MQTT χρησιμοποιείται ως το κύριο πρωτόκολλο για την καταγραφή δεδομένων και τον έλεγχο του πλαισίου.

Από την τελευταία έκδοση του Nabito, μπόρεσα να λύσω τα περισσότερα προβλήματα (Wifi, επαφή, υπερθέρμανση επεξεργαστή, ενσωματωμένη πρίζα κλπ.). Ωστόσο, η λίστα με τα τρέχοντα ζητήματα και ευκαιρίες αυξάνεται περαιτέρω:

Θέματα:

• Το Raspberry Pi Zero W είναι ένας πολύ ωραίος πίνακας, με Wi -Fi και Bluetooth και 2 ακίδες GPIO, αλλά ο επεξεργαστής θερμαίνεται μέχρι 34C όταν λειτουργεί στο ρελαντί, κάτι που θα μπορούσε να είναι προβληματικό σε ζεστά κλίματα και καλοκαιρινούς μήνες με άμεσο ηλιακό φως
• Η εκτέλεση Linux στο πλαίσιο ελέγχου είναι καλή για την πρωτοτυπία, αλλά το μοντέλο παραγωγής αυτού του προϊόντος θα πρέπει πιθανότατα να λειτουργεί σε μια πιο λεπτή σανίδα που είναι ικανή για TLS/SSL (το τσιπ ESP32 φαίνεται πολλά υποσχόμενο)

Ευκαιρίες:

• δημιουργία εκδόσεων για υψηλότερα ρεύματα (η ίδια λειτουργικότητα, αλλά χρήση επαφών με υψηλότερους ενισχυτές και διαφορετικούς αισθητήρες CT/μονάδες παρακολούθησης ενέργειας)
• δημιουργήστε εκδόσεις για 2 και 3 φάσεις
• ενσωματώστε μονάδα παρακολούθησης ενέργειας (όπως το Peacefair PZEM-004T Energy monitor)
• μετακινηθείτε στο ESP32 για αυξημένη απόδοση ισχύος και θερμότητας
• ενσωμάτωση στο cloud AWS IOT και χρήση πιστοποιητικών πελατών για τη βέλτιστη ρύθμιση ασφαλείας (αυτή τη στιγμή χρησιμοποιείται μόνο χρήστης/κωδικός πρόσβασης MQTT)
• διαχείριση πιστοποιητικών και διαπιστευτηρίων MQTT από την εφαρμογή ιστού (αυτήν τη στιγμή αυτό έχει ρυθμιστεί με μη αυτόματο τρόπο μέσω του back-end)
• προσθέστε μια μικρή οθόνη LCD για να παρουσιάσετε πληροφορίες απευθείας στο πλαίσιο ελέγχου Nabito
• προσθέστε numpad για να παρέχετε αλληλεπίδραση κουμπιών με το πλαίσιο (δυνατότητα καρφίτσας για αυξημένη ασφάλεια)
• περιλαμβάνει επιπλέον θερμόμετρο για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος του κουτιού

Εάν σας αρέσει αυτό το έργο ή έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις/σχόλια, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μου στη διεύθυνση [email protected]

Ιστότοπος κατανεμημένων συστημάτων: www.sysdist.com

Μπορείτε να με ακολουθήσετε στη διεύθυνση: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Καλή μέρα και ευτυχισμένη προετοιμασία!-Στέφαν