Nabito [Open Socket V2]: Smart Meter voor EV-opladen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Dit is de tweede bouwhandleiding voor Nabito [open socket), de eerste versie is te vinden op: Nabito [open socket] v1

Ik som de redenen op voor het maken van dit project in deze blogpost: EV's zijn zinloos voor appartementsmensen

Wat is het?

Nabito - de open socket is een IoT slimme meter met elektriciteitsmeting, aan/uit schakelen met hoge stroomsterkte, NFC-sensor, gebruikersautorisatie, factureringsmogelijkheden en gebruikersbeheer.

Het project bestaat uit twee delen: 1. control box (IoT device) 2. web app frontend/backend, beide volledig open source.

1. De schakelkast bestaat uit gemakkelijk online te verkrijgen onderdelen en is ontworpen als een intelligente en toch goedkope oplossing voor het stopcontact voor openbare en particuliere parkeerplaatsen voor het langzaam opladen van elektrische voertuigen. Het draait op Raspberry Pi Zero W en Arduino Nano.

2. De webapp draait op Ruby on Rails en is als open source beschikbaar op Github: https://github.com/sysdist/nabito-server De verbinding tussen de box en de webapp verloopt via het MQTT-protocol.

Het doel van het project is om een open source laadnetwerk te ontwikkelen dat iedereen kan adopteren, implementeren of uitbreiden.

De schakelkast bestaat uit gemakkelijk online te verkrijgen onderdelen en is ontworpen als een intelligente en toch goedkope oplossing voor het stopcontact voor openbare en particuliere parkeerplaatsen voor het langzaam opladen van elektrische voertuigen.

Het draait op Raspberry Pi Zero W single-board computer (SCB). De totale kosten van de schakelkast bedragen ongeveer €60.

Nabito - het open stopcontact is momenteel ontworpen voor opladen op gewone stopcontacten, in continentaal Europa is het 230V en 10-13A, d.w.z. cca. 2,9 kW continu. Maar het concept is van toepassing op elk stopcontact, Euro, VS of VK of andere, toekomstige versies van het project zullen ook 2- en 3-faseninstallaties omvatten.

Specificaties:

• Eenfase Spanning: 230 V
• ACMax. stroom: 13 A
• Vermogen: 2,9 kW
• Maat: 240x200x90mm
• Interface: RJ45 LAN-verbinding of WIFI
• IP-conformiteit: IP55

De volgende bouwhandleiding is niet compleet, er ontbreken enkele bedradingsschema's, enkele montagestappen, enz.), Ik wilde hem zo snel mogelijk naar buiten brengen, zal eraan werken om deze geleidelijk te verbeteren, dus alstublieft, als deze bouwgids dat niet doet dekken alles wat je moet weten of als je vragen hebt, stuur me dan een e-mail. Bedankt voor het begrip.

Stap 1: Wat doet het?

Het project bestaat uit twee delen, de fysieke controlebox die een IoT-ding is (clientzijde) en er is een webtoepassing die deze regelt (serverzijde). Gecombineerde functionaliteiten:

1. Aan/Uit schakelenMet een netrelais en een contactor kan het stopcontact op basis van gebruikersinteractie in- en uitgeschakeld worden.

2. Energiemeting

De schakelkast meet de wisselstroom en registreert het stroomverbruik. Standaard meetfunctie. De energiemeting gebeurt per gebruiker. Momenteel is er alleen AC-stroombewaking, op dit moment geen spanningsbewaking.

3. Gebruikersauthenticatie

U moet gebruikersaccounts maken voor de gebruikers die de socket(s) gaan gebruiken. De gebruiker autoriseert door de QR-code te lezen of een NFC-tag te gebruiken. De webgebruikersinterface stelt gebruikers in staat om zich aan te melden, in te loggen en de controlebox te gebruiken of de NFC-tag schakelt de box direct aan/uit. Beheerder kan gebruikers goedkeuren, afkeuren.

4. Facturering

Op basis van de socketconfiguratie van de beheerder en de prijs per 1kWh worden facturen gemaakt voor individuele gebruikers op basis van hun energieverbruik. Maandelijkse rekeningen worden later gemaakt voor het gemak van de administratie.

Stap 2: HW- en SW-stacks

HW-stack:

• Raspberry Pi Zero, 1st, € 11,32,
• koellichaam, 1 stks, € 1.2,
• NFC-sensor, 1 stuks, €3.93
• micro SD-kaart 16GB, 1st, €9,4,
• Arduino Nano, 1st, €1,74,
• CT-sensor - YHDC 30A SCT013, 1 stuks, € 4,28, https://www.aliexpress.com/item/KSOL-YHDC-30A-SCT013-0-100A-Non-invasieve-AC-New-Sensor-Split-Core- Stroom-transformator-Nieuw/32768354127.html
• mobiele telefoon oplader, 1st, €5, prijs is bij benadering, gebruikte een van mijn oude opladers die bij een telefoon werd geleverd
• Huishoudelijke AC contactor 25A GEEN, 1 stks, €4.79,
• Netrelais, 1 stuks, € 0,84,
• kunststof aansluitdoos (S-box), 1st, €5,
• Dupont aansluitdraden voor lage spanningen, 1 stuks, € 2,29,
• IP54 230V Euro-stopcontact, 1st, €2 gekocht bij een plaatselijke ijzerhandel
• kleine onderdelen: 3,5 mm jack female, 10uF condensator, 2x 10kOhm weerstanden, LED diodes, kabels, 1st, €3, gekocht bij een plaatselijke elektronicawinkel
• Wago 2-draads aansluitblok, 3st, €2, gekocht bij een plaatselijke elektronicawinkel
• Wago 5-draads aansluitblok, 2 stuks, € 2, gekocht bij een plaatselijke elektronicawinkel
• USB mini-naar-microkabel (Arduino->RPi), 1st, € 1,8, gekocht bij een plaatselijke computerwinkel

Totale HW-kosten: € 60,59 ($ 70,40)

SW-stack:

• Control Box-stapel:

  • Raspbian Linux (op Ubuntu gebaseerd), open source, $ 0 (alle eer aan Linus Torvalds + 20k mensen die aan de Linux-kernel werkten + de aardige mensen achter Raspberry Pi en Raspbian Linux-afbeelding)
  • Node-RED, open source, $0 (aardige mensen van IBM die achter de ontwikkeling van Node-RED staan)

• Web-app-stack:

  • Nabito-server-app:
  • Ruby on Rails (RVM, Ruby, Gems), open source, $ 0
  • Postgres DB, open source, $ 0
  • Git, open source (meer glorie voor Linus), $ 0
  • MQTT-protocol

Totale SW-stackkosten: € 0 (*THUMBS_UP*)

Stap 3: De schakelkast: SW-instelling

1. Installeer RASPBIAN STRETCH LITE (we hebben de desktopversie niet nodig) op Raspberry Pi Zero Whttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
2. configureer Raspbian om uw lokale wifi thuis te gebruikenhttps://weworkweplay.com/play/automatically-connect-a-raspberry-pi-to-a-wifi-network/
3. Installeer Node-RED op Raspbianhttps://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi
4. Kopieer de Nabito Node-RED-stroom en implementeer dezehttps://github.com/sysdist/nabito-client-node-red

5. Bewerk standaard Node-RED settings.js en voeg dit toe aan de functionGlobalContext: relay: "OFF",

   box_status: "OFFLINE"

6. Configureer uw Node-RED MQTT-makelaars naar uw favoriete Nabito-serverinstallatie (of naar
7. Herstart Node-RED
8. Controleer de MQTT-connectiviteit in Node-RED

Arduino-onderdeel:

1. Download, compileer en upload deze schets naar Arduino Nanohttps://github.com/sysdist/nabito-arduino-nano.git
2. Gedaan!;-)

Stap 4: Bedrading: netsnoeren

De AC-netkabels leveren stroom aan de:

• AC-schakelaar
• Netrelais
• Mobiele oplader die Raspberry Pi en Arduino van stroom voorziet

De uitgang van de AC-schakelaar gaat naar het stopcontact. Beschermende aarde is aangesloten van de bronnetleiding naar het stopcontact.

Raspberry Pi bestuurt het netrelais en het relais schakelt op zijn beurt de contactor aan/uit.

Stap 5: Bedrading: Arduino, CT-sensor, NFC-sensor

Bedraad de Arduino met de CT-sensor volgens de volgende handleiding:

learn.openenergymonitor.org/electricity-mo…

Jij hebt nodig:

• Arduino (je kunt elke Arduino gebruiken: Uno, Nano, Mega, wat je maar wilt, zolang het maar een ADC heeft)
• 10uF condensator2x 10kOhm weerstanden
• 3,5 mm vrouwelijke jack-aansluiting
• CT-sensor 30A/1V
• PN532-sensor (RFID/NFC)
• kleine PCB
• kleine draden voor verbindingen

Ik heb de Arduino Nano, de condensator, de weerstanden en de vrouwelijke jack op de PCB gesoldeerd volgens de bovenstaande handleiding van de openenergymonitor.org-site.

De NFC-sensor is via SPI verbonden met de Arduino Nano (pinnen op Arduino Nano: 10, 11, 12 en 13).

De Arduino is via de micro-USB verbonden met de Raspberry Pi.

Stap 6: Bedrading: Raspberry Pi

Verbind Arduino met de Raspberry Pi via de USB-poort, op deze manier dient het als een seriële poort en een voeding voor de Arduino, het zou moeten worden toegewezen aan /dev/ttyUSB0.

Het netrelais wordt aangesloten via pinnen 2 (5V), 6 (GND), 12 (GPIO).

De LED's op het voorpaneel zijn verbonden via pinnen 14 (GND), 16 (GPIO), 18 (GPIO)

Stap 7: Alles samen aansluiten

1. Klem de CT-sensor op de netlijn die uit het netrelais gaat
2. Stroombron aansluiten voor Raspberry Pi
3. Schroef het deksel van de aansluitdoos vast
4. En je bent klaar met bekabelen/monteren!

Stap 8: Web-app instellen

U hebt een linux-server nodig om de web-app uit te voeren. Je kan of:

• voer de server lokaal uit op je pc/notebook of je lokale Linux-server en verwijs de controlebox[es] naar je lokale installatie
• maak je eigen domein en voer de web-app uit als een website
• gebruik https://Nabito.org (het is gratis) om uw controleboxen te beheren

Nabito-server app draait op Ruby on Rails en is open source:https://github.com/sysdist/nabito-server

Raadpleeg voor het installeren en instellen van webapps de README.md van het project op Github.

Stap 9: hardlopen en testen

Voor lokale instellingen:

1. Implementeer de Nabito-server-app op uw lokale pc/notebook
2. Configureer Mosquitto MQTT-makelaar op uw pc (of een andere MQTT-makelaar van uw voorkeur)
3. Verbind de Nabito-bedieningskast met uw lokale wifi
4. SSH in de doos en stuur het om de MQTT-makelaar van uw pc te gebruiken
5. start de rails nabito-server-app
6. sluit een kleine elektrische belasting (bijvoorbeeld een tafellamp) aan op het stopcontact
7. gebruik de web-app om de socket-id 1 te starten/stoppen om het werkelijke en totale energieverbruik te controleren
8. gebruik een NFC-tag (als je die hebt) om de socket te wisselen
9. controleer de facturering voor het laatste socketgebruik
10. Na het succesvol testen, begin je met het creëren van je eigen EV-laadnetwerk
11. Winst;-)

Stap 10: De conclusie, problemen en productroutekaart

In deze versie van de Nabito-besturingskast kon ik de besturingskast en de web-app ontkoppelen, waardoor in wezen een IoT-project (Internet of Things) ontstond met zowel het fysieke ding dat iets nuttigs doet als een back-end-app en -service die de fysiek ding.

De prijs van de doos is iets gestegen ten opzichte van de laatste versie (v1 voorheen: €50, v2 nu: €60), omdat ik voor veiligheidsdoeleinden een contactor heb toegevoegd om hogere versterkers te bedienen en ook is RPi iets duurder dan OrangePi-borden.

MQTT wordt gebruikt als het belangrijkste protocol voor het loggen van gegevens en het besturen van de box.

Sinds de laatste versie van Nabito heb ik de meeste problemen kunnen oplossen (wifi, contactor, oververhitting van de processor, geïntegreerd stopcontact, enz.). De lijst met actuele problemen en kansen groeit echter verder:

Problemen:

• Raspberry Pi Zero W is een heel mooi bord, met wifi en Bluetooth en 2 GPIO-pinnen, maar toch warmt de processor op tot 34C bij inactiviteit, wat problematisch kan zijn in warme klimaten en zomermaanden met direct zonlicht
• Linux draaien in de besturingskast is goed voor prototyping, maar het productiemodel van dit product zou waarschijnlijk op een slanker bord moeten draaien dat in staat is tot TLS/SSL (chip ESP32 ziet er veelbelovend uit)

Mogelijkheden:

• maak versies voor hogere stromen (functionaliteit hetzelfde, maar gebruik magneetschakelaars met hogere ampères en andere CT-sensoren/energiemonitormodules)
• maak versies voor 2 en 3 fasen
• integreer energiemonitormodule (zoals de Peacefair PZEM-004T Energiemonitor)
• migreren naar ESP32 voor meer energie- en warmte-efficiëntie
• integreer in AWS IOT-cloud en gebruik clientcertificaten voor de beste beveiligingsconfiguratie (op dit moment wordt alleen MQTT-gebruiker/wachtwoord gebruikt)
• beheer certificaten en MQTT-inloggegevens vanuit de web-app (momenteel wordt dit handmatig geconfigureerd via back-end)
• voeg een klein LCD-paneel toe om informatie rechtstreeks op de Nabito-bedieningskast te presenteren
• numpad toevoegen om knopinteractie met de box te bieden (pinmogelijkheid voor verhoogde veiligheid)
• inclusief extra thermometer om de omgevingstemperatuur van de doos te controleren

Als je dit project leuk vindt of vragen/opmerkingen hebt, neem dan gerust contact met me op via [email protected]

Systemen gedistribueerde website: www.sysdist.com

Je kunt me volgen op:twitter.com/sysdistfb.com/sysdist

Fijne dag en veel plezier met maken!--Stefan