Nabito [Open Socket V2]: интеллектуальный счетчик для зарядки электромобилей: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Это второе руководство по сборке для Nabito [открытый сокет), первую версию можно найти по адресу: Nabito [открытый сокет] v1

Я перечисляю причины создания этого проекта в этом сообщении в блоге: электромобили бессмысленны для квартирных людей.

Что это?

Nabito - открытая розетка - это интеллектуальный счетчик IoT с измерением электроэнергии, включением / выключением высокой силы тока, датчиком NFC, авторизацией пользователей, возможностями выставления счетов и управлением пользователями.

Проект состоит из двух частей: 1. Блок управления (IoT-устройство) 2. Интерфейс / бэкэнд веб-приложения, оба полностью с открытым исходным кодом.

1. Блок управления состоит из частей, которые легко получить в режиме онлайн, и разработан как интеллектуальная и в то же время недорогая электрическая розетка для общественных и частных парковок для медленной зарядки электромобилей. Он работает на Raspberry Pi Zero W и Arduino Nano.

2. Веб-приложение работает на Ruby on Rails и доступно в виде открытого исходного кода на Github: https://github.com/sysdist/nabito-server. Соединение между устройством и веб-приложением осуществляется через протокол MQTT.

Целью проекта является разработка сети зарядки с открытым исходным кодом, которую каждый мог бы принять, внедрить или расширить.

Блок управления состоит из деталей, которые легко получить в режиме онлайн, и разработан как интеллектуальная и в то же время недорогая электрическая розетка для общественных и частных парковок для медленной зарядки электромобилей.

Он работает на одноплатном компьютере (SCB) Raspberry Pi Zero W. Общая стоимость блока управления составляет около 60 евро.

Nabito - открытая розетка в настоящее время предназначена для зарядки от обычных розеток, в континентальной Европе это 230 В и 10 -13 А, т.е. примерно. 2,9 кВт непрерывно. Но эта концепция применима к любой розетке, евро, США, Великобритании или любой другой, будущие версии проекта будут охватывать также 2-х и 3-х фазные установки.

Технические характеристики:

• Однофазное напряжение: 230 В
• ACMax. ток: 13 А
• Мощность: 2,9 кВт
• Размер: 240x200x90 мм
• Интерфейс: подключение к локальной сети RJ45 или Wi-Fi
• Соответствие IP: IP55

Следующее руководство по сборке не является полным, в нем отсутствуют некоторые схемы подключения, некоторые этапы сборки и т. Д.), Я хотел выпустить его как можно скорее, буду работать над его улучшением постепенно, поэтому, пожалуйста, если это руководство по сборке не охватите все, что вам нужно знать, или, если у вас есть какие-либо вопросы, отправьте мне письмо. Спасибо за понимание.

Шаг 1. Что он делает?

Проект состоит из двух частей: физического блока управления, который представляет собой IoT (на стороне клиента), и веб-приложения, которое управляет им (на стороне сервера).

1. Включение / выключение С помощью сетевого реле и контактора он может включать / выключать розетку в зависимости от взаимодействия с пользователем.

2. Учет энергии

Блок управления измеряет переменный ток и регистрирует потребление энергии. Стандартная функция дозирования. Учет энергии производится по каждому пользователю. В настоящее время существует только мониторинг переменного тока, мониторинг напряжения на данный момент отсутствует.

3. Аутентификация пользователя.

Вам необходимо создать учетные записи для пользователей, которые будут использовать сокеты. Пользователь авторизуется, считывая QR-код или используя тег NFC. Веб-интерфейс пользователя позволяет пользователям регистрироваться, входить в систему и использовать блок управления, либо тег NFC включает / выключает блок напрямую. Администратор может одобрять, не одобрять пользователей.

4. Биллинг

На основе конфигурации розетки администратора и цены за 1 кВтч счета создаются для отдельных пользователей в зависимости от их потребления энергии. Ежемесячные счета будут создаваться позже для удобства администратора.

Шаг 2: стеки аппаратного и программного обеспечения

Стек HW:

• Raspberry Pi Zero, 1 шт., 11,32 евро,
• радиатор, 1 шт., 1,2 €,
• Датчик NFC, 1 шт., 3,93 евро
• карта micro SD 16 ГБ, 1 шт., 9,4 евро,
• Arduino Nano, 1 шт., 1,74 евро,
• Датчик КТ - YHDC 30A SCT013, 1 шт., 4,28 евро, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasive-AC-New-Sensor-Split-Core- Current-Transformer-New / 32768354127.html
• зарядное устройство для мобильного телефона, 1 шт., 5 евро, цена ориентировочная, использовала одно из моих старых зарядных устройств, которое было в комплекте с телефоном
• Контактор переменного тока для дома 25A NO, 1 шт., 4,79 €,
• Реле питания, 1 шт., 0,84 евро,
• распределительная коробка пластиковая (S-box), 1шт, 5 €,
• Соединительные провода Dupont для низкого напряжения, 1 шт., € 2,29,
• Розетка IP54 230 В евро, 1 шт., 2 евро, покупка в местном хозяйственном магазине
• мелкие детали: гнездо 3,5 мм, конденсатор 10 мкФ, 2 резистора по 10 кОм, светодиоды, кабели, 1 шт., 3 евро, купленные в местном магазине электроники
• 2-проводная клеммная колодка Wago, 3 шт., 2 евро, куплена в местном магазине электроники
• 5-проводная клеммная колодка Wago, 2 шт., 2 евро, куплена в местном магазине электроники
• Кабель USB mini-to-micro (Arduino-> RPi), 1 шт., 1,8 евро, куплен в местном компьютерном магазине

Общая стоимость оборудования: 60,59 евро (70,40 доллара США)

Стек SW:

• Стек блока управления:

  • Raspbian Linux (на основе Ubuntu), с открытым исходным кодом, 0 долларов (вся слава Линусу Торвальдсу + 20 тысяч человек, которые работали над ядром Linux + добрые люди, создавшие Raspberry Pi и образ Raspbian Linux)
  • Node-RED, открытый исходный код, 0 долларов (добрые люди из IBM, стоящие за разработкой Node-RED)

• Стек веб-приложений:

  • Приложение Nabito-server:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), с открытым исходным кодом, 0 долларов США
  • Postgres DB, открытый исходный код, 0 долл. США
  • Git, с открытым исходным кодом (слава Линусу), 0 долларов
  • Протокол MQTT

Общая стоимость стека SW: 0 евро (* THUMBS_UP *)

Шаг 3: Блок управления: настройка ПО

1. Установите RASPBIAN STRETCH LITE (настольная версия нам не нужна) на Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. настройте Raspbian для использования вашего локального домашнего Wi-Fi
3. Установите Node-RED на Raspbian
4. Скопируйте поток Nabito Node-RED и разверните его

5. Отредактируйте Node-RED settings.js по умолчанию и добавьте это в функцию GlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "НЕ В СЕТИ"

6. Настройте своих брокеров Node-RED MQTT на предпочитаемый вами сервер Nabito (или на
7. Перезапустить Node-RED
8. Проверьте подключение MQTT в Node-RED

Часть Arduino:

1. Загрузите, скомпилируйте и загрузите этот скетч в Arduino Nano
2. Выполнено!;-)

Шаг 4: Электромонтаж: сетевые кабели

Сетевые кабели переменного тока подают питание на:

• Контактор переменного тока
• Сетевое реле
• Мобильное зарядное устройство для Raspberry Pi и Arduino

Выход с контактора переменного тока идет в розетку. Защитное заземление подключается от питающей сети к розетке.

Raspberry Pi управляет сетевым реле, а реле, в свою очередь, включает / выключает контактор.

Шаг 5: Подключение: Arduino, датчик CT, датчик NFC

Подключите Arduino к датчику CT согласно следующему руководству:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Тебе нужно:

• Arduino (вы можете использовать любой Arduino: Uno, Nano, Mega, какой вам нравится, если у него есть АЦП)
• Конденсатор 10 мкФ 2 резистора 10 кОм
• Гнездовой разъем 3,5 мм
• Датчик CT 30A / 1V
• Датчик PN532 (RFID / NFC)
• маленькая печатная плата
• небольшие провода для соединений

Я припаял Arduino Nano, конденсатор, резисторы и гнездо к печатной плате в соответствии с приведенным выше руководством с сайта openenergymonitor.org.

Датчик NFC подключается к Arduino Nano через SPI (контакты на Arduino Nano: 10, 11, 12 и 13).

Arduino подключается к Raspberry Pi через микро-USB.

Шаг 6: Подключение: Raspberry Pi

Подключите Arduino к Raspberry Pi через порт USB, таким образом, он служит последовательным портом и источником питания для Arduino, он должен отображаться в / dev / ttyUSB0.

Сетевое реле подключается через контакты 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

Светодиоды на передней панели подключаются через контакты 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO).

Шаг 7: соединяем все вместе

1. Зажмите датчик CT на линии питания, выходящей из сетевого реле.
2. Подключите источник питания для Raspberry Pi
3. Закрутите крышку распределительной коробки.
4. И все готово, разводка / сборка!

Шаг 8: Настройка веб-приложения

Для запуска веб-приложения вам понадобится Linux-сервер. Вы также можете:

• запустите сервер локально на своем ПК / ноутбуке или локальном сервере Linux и укажите блоком управления (а) вашу локальную установку
• создайте свой собственный домен и запустите веб-приложение как веб-сайт
• используйте https://Nabito.org (это бесплатно) для управления блоками управления

Приложение Nabito-server работает на Ruby on Rails и имеет открытый исходный код:

Для установки и настройки веб-приложения обратитесь к проекту README.md на Github.

Шаг 9: Запуск и тестирование

Для локальной настройки:

1. Разверните приложение Nabito-server на локальном ПК / ноутбуке
2. Настройте MQTT-брокера mosquitto на своем ПК (или любом другом MQTT-брокере по вашему выбору)
3. Подключите блок управления Nabito к локальной сети Wi-Fi
4. SSH в поле и направьте его на использование брокера MQTT вашего ПК.
5. запустить приложение rails nabito-server
6. подключите небольшую электрическую нагрузку (например, настольную лампу) к розетке
7. используйте веб-приложение для запуска / остановки сокета с идентификатором 1, чтобы проверить фактическое и общее потребление энергии
8. используйте тег NFC (если он у вас есть) для переключения сокета
9. проверьте биллинг для последнего использования сокета
10. После успешного тестирования начните создавать собственную сеть зарядки электромобилей.
11. Выгода;-)

Шаг 10: Заключение, проблемы и дорожная карта продукта

В этой версии блока управления Nabito я смог разделить блок управления и веб-приложение, по сути создав проект IoT (Интернет вещей) как с физической вещью, которая делает что-то полезное, так и с серверным приложением и службой, которые управляют физическая вещь.

Цена на коробку немного увеличилась по сравнению с последней версией (v1 раньше: 50 евро, v2 сейчас: 60 евро), потому что я добавил контактор в целях безопасности, чтобы обслуживать более высокие усилители, а также RPi немного дороже, чем платы OrangePi.

MQTT используется в качестве основного протокола для регистрации данных и управления боксом.

Начиная с последней версии Nabito, мне удалось решить большинство проблем (Wi-Fi, контактор, перегрев процессора, встроенная розетка и т. Д.). Однако список текущих проблем и возможностей продолжает расти:

Проблемы:

• Raspberry Pi Zero W - очень хорошая плата с Wi-Fi и Bluetooth и 2 контактами GPIO, но все же процессор нагревается до 34 ° C на холостом ходу, что может быть проблематичным в теплом климате и в летние месяцы с прямыми солнечными лучами.
• Запуск Linux в блоке управления хорош для прототипирования, но производственная модель этого продукта, вероятно, должна работать на более компактной плате, которая поддерживает TLS / SSL (чип ESP32 выглядит очень многообещающим)

Возможности:

• создавать версии для более высоких токов (функциональность такая же, но использовать контакторы с более высоким током и разные датчики CT / модули мониторинга энергии)
• создать версии для 2-х и 3-х фаз
• интегрировать модуль монитора энергии (например, монитор энергии Peacefair PZEM-004T)
• перейти на ESP32 для повышения энерго- и тепловой эффективности
• интегрироваться в облако AWS IOT и использовать клиентские сертификаты для лучшей настройки безопасности (сейчас используется только пользователь / пароль MQTT)
• управлять сертификатами и учетными данными MQTT из веб-приложения (в настоящее время это настраивается вручную через серверную часть)
• добавить небольшую ЖК-панель для отображения информации прямо на блоке управления Nabito
• добавить цифровую клавиатуру, чтобы обеспечить взаимодействие кнопок с полем (возможность закрепления для повышения безопасности)
• включить дополнительный термометр для контроля температуры окружающей среды в коробке

Если вам понравился этот проект или у вас есть какие-либо вопросы / комментарии, пожалуйста, свяжитесь со мной по [email protected]

Веб-сайт распределенных систем: www.sysdist.com

Вы можете подписаться на меня по адресу: twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Хорошего дня и счастливого творчества! - Стефан