#DAYU200体验官#MPPT光伏发电项目 DAYU200、Hi3861、华为云IotDA 原创 精华
丨张明亮丨
发布于 2022-7-4 09:32
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一、项目介绍
能源危机日益严重，发展新能源势在必行。光伏发电就是不错的选择，但是光电转换效率一直是困扰行业发展的一大难题。本项目通过MPPT全称“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking）实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出电力。 下图使用300W的光伏太阳能板为4串12V的磷酸铁锂电池进行充电。基本功能已经实现，项目中设备代码、应用端代码、原理图等将全部开源，PCB电路还在调试中。
系统分为三个部分:
视频演示地址：https://ost.51cto.com/show/14366
应用端：
OpenHarmony应用端：使用润和DAYU200开发板，基于ArkUI/eTS开发框架，实现光伏发电控制器应用端，可实时监控光伏控制器设备状态。并将设备数据同步到华为云IotDA，可实现广域网设备状态检测和控制。
HarmonyOS应用端：使用HarmonyOS原子化服务能力，应用免安装。支持NFC碰一碰配网（NAN+SoftAP），配网成功拉起设备控制页面。设备控制模块同OpenHarmony应用端。同时提供服务卡片，可将重要的设备信息添加到桌面，方便随时随地进行查看。
设备端：
设备端为太阳能充放电控制器，输入端接太阳能光伏板，输出端接锂电池等储能设备。主控芯片采用Hi3861，核心算法采用MPPT“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking），可显著提升太阳能光伏板的发电效率。原理图如下：
云端：
云端接入华为云IotDA，负责设备数据采集，下发命令给设备。
二、项目目录
项目gitee地址：https://gitee.com/liangzili/oh-solar-control
├─1.OpenHarmony_Firmware // 设备端代码
├─2.OpenHarmony_APP // dayu200 应用端代码
├─3.HarmonyOS_APP // 鸿蒙手机 应用端代码
├─4.Schematic_PCB // 原理图
└─HuaweiYunCloud // 华为云模型文件
三、设备端代码
设备端实现的功能：
1.NFC一键配网
-
获取设备端输入输出电流电压。
原理图中，在太阳能输入端，锂电池端接分压电阻。分别接入ADS1115的AIN0和AIN3接口。
1.OpenHarmony_Firmware\OH_SolarControl\ADS1X15文件夹下移植了ADS1X15 Arduino端驱动代码到OpenHarmony。电流检测使用ACS712模块，接入ADS1115的AIN1和AIN2接口，ADS1115通过I2C模块与Hi3861通讯。接入主要代码如下：#include "ADS1X15.h" hi_gpio_init(); //GPIO模块初始化 // 端口复用I2C hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_13, HI_IO_FUNC_GPIO_13_I2C0_SDA); hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_14, HI_IO_FUNC_GPIO_14_I2C0_SCL); // ADS1X15初始化 ADS1X15_begin(); // 采集电压: int SamplingCount = 4; //采样数 for(int i = 0; i<SamplingCount; i++){ // 电压传感器平均采样计数 (推荐: 3) //TODO：增加ADS1115检测 operatingData->involtage = operatingData->involtage + ADS1X15_computeVolts(ADS1X15_readADC_SingleEnded(3)); // operatingData->outvoltage = operatingData->outvoltage + ADS1X15_computeVolts(ADS1X15_readADC_SingleEnded(1)); // operatingData->incurrent = operatingData->incurrent + ADS1X15_computeVolts(ADS1X15_readADC_SingleEnded(2)); // operatingData->outcurrent = operatingData->outcurrent + ADS1X15_computeVolts(ADS1X15_readADC_SingleEnded(0)); // } operatingData->involtage = operatingData->involtage/SamplingCount*40.2857; //分压系数 operatingData->outvoltage = operatingData->outvoltage/SamplingCount*25; //分压系数 // 采集电流: operatingData->incurrent = operatingData->incurrent/SamplingCount; // operatingData->incurrent = (operatingData->incurrent-2.45)/0.066; // ACS712供电:4.96V,无电流时,电压为VCC/2.灵敏度0.066A/V operatingData->outcurrent = operatingData->outcurrent/SamplingCount; // operatingData->outcurrent = (operatingData->outcurrent-2.45)/0.066; // （检测电流v - 电流传感器中点2.525v)*-1 / 电流传感器灵敏度0.066A/V = 得到当前电流输入值。输出功率(电池或充电电压) -
温度控制
当系统温度过高时，自动关闭系统。使用NTC100K的温度传感器，由于Hi3861系统资源比较有限，所以使用二分查表法计算温度值，关键代码如下：
/** * @brief AD值对应温度值表(升序表) * NTC温度传感器R25=100K,分压电阻51K,NTC参考电压3.3V,ADC分辨率12位,ADC参考电压4*1.8 * 计算方法参考 NTC计算表.excel */ const uint16_t NTC100K[100] = { 0x220, 0x232, 0x243, 0x255, 0x268, 0x27A, 0x28D, 0x29F, 0x2B2, 0x2C5, // 20~39 ℃ 0x2D8, 0x2EB, 0x2FE, 0x311, 0x324, 0x338, 0x34B, 0x35E, 0x371, 0x384, // 30~39 ℃ 0x397, 0x3AA, 0x3BD, 0x3D0, 0x3E2, 0x3F4, 0x407, 0x419, 0x42B, 0x43C, // 40~49 ℃ 0x44E, 0x45F, 0x470, 0x481, 0x492, 0x4A2, 0x4B2, 0x4C2, 0x4D2, 0x4E1, // 50~59 ℃ 0x4F0, 0x4FF, 0x50E, 0x51C, 0x52A, 0x538, 0x546, 0x553, 0x560, 0x56C, // 60~69 ℃ 0x579, 0x585, 0x591, 0x59D, 0x5A8, 0x5B3, 0x5BE, 0x5C8, 0x5D3, 0x5DD, // 70~79 ℃ 0x5E7, 0x5F0, 0x5FA, 0x603, 0x60C, 0x614, 0x61D, 0x625, 0x62D, 0x635, // 80~89 ℃ 0x63C, 0x644, 0x64B, 0x652, 0x659, 0x65F, 0x666, 0x66C, 0x672, 0x678, // 90~99 ℃ 0x67E, 0x684, 0x689, 0x68E, 0x694, 0x699, 0x69D, 0x6A2, 0x6A7, 0x6AB, // 100~109 ℃ 0x6B0, 0x6B4, 0x6B8, 0x6BC, 0x6C0, 0x6C4, 0x6C8, 0x6CB, 0x6CF, 0x6D2, // 110~119 ℃ }; // 采集温度: 使用Hi3861自带的ADC获取热敏电阻 hi_adc_channel_index channel3 = HI_ADC_CHANNEL_3; // ADC通道编号 hi_u16 *data; // 读取到的数据保存地址 hi_adc_equ_model_sel equ_model = HI_ADC_EQU_MODEL_8; // 平均算法模式：使用8次平均算法模式 hi_adc_cur_bais cur_bais = HI_ADC_CUR_BAIS_DEFAULT; // 模拟电源控制：使用默认识别模式，可修改1.8V/3.3V hi_u16 delay_cnt = 0; // 从配置采样到启动采样的延时时间计数，一次计数是334ns，其值需在0~0xFF0之间 hi_adc_read(channel3, &data, equ_model, cur_bais, delay_cnt); // 从一个ADC通道读一个数据 hi_float voltage = hi_adc_convert_to_voltage(data); // 将ADC读取到的码字转换为电压,(data * 1.8 * 4 / 4096) voltage = 3.3*51/voltage-51; // 实际电压,供电3.3V,分压电阻51KΩ // operatingData->temp = 1/((ln(voltage/100)/3950)+1/298.15)-273.15; // 使用公式计算温度值,不支持ln函数 operatingData->temp = AdcConvertTemp(NTC100K,100,20,data); // 使用二分查表法计算温度值 if (operatingData->temp > 60 ) // 温度超过100℃≈6.6f,80℃≈12.38f { systemState.overTemperture = true; systemState.errCount++; }else { systemState.overTemperture = false; } -
OLED显示
将系统实时运行状态显示出来，相关代码包含在
1.OpenHarmony_Firmware\OH_SolarControl\ssd1306文件夹下InitGpio(); ssd1306_Init(); ssd1306_Fill(Black); ScreenPrint(0, 0,"Hello"); void ScreenPrint(int x,int y,char* message){ ssd1306_SetCursor(x, y); ssd1306_DrawString(message, Font_7x10, White); ssd1306_UpdateScreen(); } -
mqtt接入华为云
四、OpenHarmony应用端代码
-
界面实现
页面使用ets进行编写，主要代码如下：
DeviceInfo() // 设备信息 Devicestate(this.DeviceStateData) // 设备状态 // 电流电压 Flex({ justifyContent: FlexAlign.SpaceBetween,alignItems:ItemAlign.Center }){ Column() { Text(this.InVoltage+' V').fontSize(30) Text('输入电压').fontSize(30) } .width('33%') Column() { Text(this.OutVoltage+' V').fontSize(30) Text('输出电压').fontSize(30) } .width('34%') Column() { Text(this.InCurrent+' A').fontSize(30) Text('输入电流').fontSize(30) } .width('33%') }.align(Alignment.Center).borderRadius(15).backgroundColor(0xE5E5E5).width('90%').height(180).margin({top:10}) -
Http访问
连接华为云IotDA需要使用get、post请求云端数据，发送请求配置代码：
export class HttpRequestOptions { method: string extraData: Object header: Object readTimeout: number connectTimeout: number constructor() { this.method = 'POST' this.header = { 'Content-Type': 'application/json' } this.readTimeout = 5000 this.connectTimeout = 5000 } setMethod(method: string) { this.method = method Logger.info(TAG, `setMethod method is ${this.method}`) } setExtraData(extraData: Object) { this.extraData = extraData Logger.info(TAG, `setExtraData extraData is ${JSON.stringify(this.extraData)}`) } setHeader(header: Object) { this.header = header Logger.info(TAG, `setHeader header is ${JSON.stringify(this.header)}`) } } /*********************** 网络数据请求 *********************************/ async request(uri: string, op: Object) { let httpRequest = http.createHttp() Logger.info(TAG, `createHttp uri = ${uri}`) try { let result = await httpRequest.request(uri, op) Logger.info(TAG, `HttpResponse's result is ${JSON.stringify(result.result)}`) Logger.info(TAG, `responseCode is ${result.responseCode} header is ${JSON.stringify(result.header)} cookies is ${JSON.stringify(result.cookies)}}`) return result } catch (err) { Logger.info(TAG, `This err is ${JSON.stringify(err)}`) httpRequest.destroy() return err } } -
华为云API接口
获取IAM用户Token接口，该接口可以用于通过用户名和密ma的方式进行认证来获取IAM用户Token。
async getIAMUserToken(){ let PostHeader = { 'Content-Type': 'application/json' } let PostBody = { "auth": { "identity": { "methods": [ "password" ], "password": { "user": { "name": this.IAMUserName, "password": this.IAMPassword, "domain": { "name": this.IAMDoaminId } } } }, "scope": { "project": { "name": this.region } } } } let requestData = await this.request('https://iam.cn-north-4.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens', { //发起网络数据请求,url/请求头 method: 'POST', extraData: PostBody, // 请求体 header: PostHeader, readTimeout: 5000, connectTimeout: 5000, }) Logger.info(TAG, `getIAMUserToken header is ${JSON.stringify(requestData.header)}`)//响应头.Object类型 Logger.info(TAG, `getIAMUserToken result is ${JSON.stringify(requestData.result)}`)//相应体.string类型 return requestData.header['X-Subject-Token']查询设备影子数据接口，通过调用此接口查询指定设备的设备影子信息，相关代码如下
async showDeviceShadow(){ let PostHeader = { 'Content-Type': 'application/json', 'X-Auth-Token': this.X_Auth_Token } let PostBody = {} let requestData = await this.request('https://iotda.cn-north-4.myhuaweicloud.com/v5/iot/'+this.project_id+'/devices/'+this.device_id+'/shadow', { //发起网络数据请求,url/请求头 method: 'GET', extraData: PostBody, // 请求体 header: PostHeader, readTimeout: 5000, connectTimeout: 5000, }) Logger.info(TAG, `showDeviceShadow header is ${JSON.stringify(requestData.header)}`)//响应头.Object类型 Logger.info(TAG, `showDeviceShadow result is ${JSON.stringify(requestData.result)}`)//相应体.string类型 return JSON.parse(requestData.result).shadow[0].reported.properties }
五、HarmonyOS应用端代码
HarmonyOS应用端可以直接使用DevEco Studio自带的OneHop模板，需要安装DevEco Studio 3.0.0.800 Beta2 for HarmonyOS
这部分的内容我在之前的文章已经写过，这里就不再赘述了，原贴链接 碰一碰实现-开源基础软件社区-51CTO.COM
应用端代码分为两个模块，entry和control，entry模块负责设备配网，control模块负责设备数据采集和设备控制。
entry配网模块
模板中配网默认使用的是NAN配网模式，配网成功率比较差，可以增加SoftAP配网模式，两种模式配网，增加设备配网成功率。首先修改getWifiInfo()函数。
getWifiInfo() {
getApp(this).NetConfig.getWifiList((result) => { // 获取wifi列表
if (result.code == 0 && result.data && result.data.length > 0) { // 如果获取列表成功
this.wifiApInfo = result.data[0]
for (let i = 0;i < result.data.length; i++) {
if (result.data[i].hasDefaultPassword) {
this.wifiApInfo = result.data[i];
break;
}
}
if (Object.keys(this.wifiApInfo).length == 0) {
this.desc = "没有已连上的wifi"
return;
}
if (this.isNAN) {
this.discoverDeviceByNAN()
} else {
this.startSoftAp()
}
} else { // 否则获取列表失败
this.isFail = true
}
});
},
discoverDevice()函数分解为NAN、SoftAP两种方式
/************************ NAN配网 *********************************/
discoverDeviceByNAN() {
this.desc = "开始发现设备"
let scanInfo = {
duration: 5,
lockTime: 60,
sessionId: getApp(this).ConfigParams.sessionId
};
// Step1 discover the device through the NaN broadcast service.
getApp(this).NetConfig.discoveryByNAN(scanInfo, (result) => {
if (result.code == 0) {
this.desc = "NAN发现设备成功"
getApp(this).ConfigParams.deviceInfo = result.data;
this.registerDisconnectCallback(getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.sessionId);
let connectInfo = {
targetDeviceId: getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.productId,
type: 0,
pin: '11111111',
password: getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.sn,
sessionId: getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.sessionId
};
console.info("netconfig connectInfo" + JSON.stringify(connectInfo))
this.connectDevice(connectInfo);
} else {
this.desc = "NAN发现设备失败"
this.startSoftAp()
}
});
},
/************************ SoftAP配网 *********************************/
startSoftAp() {
this.isNAN = false
this.desc = "softAP配网"
this.disconnectDevice()
getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.sessionId = ''
this.discoverDeviceBySoftAp()
},
discoverDeviceBySoftAp() {
if (!this.targetDeviceId) {
this.desc = "apName为空: " + this.targetDeviceId //TODO
return;
}
getApp(this).NetConfig.discoveryBySoftAp((result) => {
console.info("NetConfig# discoveryBySoftAp" + JSON.stringify(result))
if (result.code == 0) {
this.desc = "softAP发现成功"
getApp(this).ConfigParams.deviceInfo = result.data;
getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.sessionId = ''
let connectInfo = {
targetDeviceId: "teamX-Lamp01",
// targetDeviceId: this.targetDeviceId, // 设备ap热点名，从NFC中tag=5的值获取
type: 1,
pin: '11111111',
password: '',
sessionId: ''
};
this.connectDevice(connectInfo);
} else {
this.isFail = true
}
})
},
连接设备也分为两种方式：
connectDevice(connectInfo) {
if (this.isNAN) {
this.desc = "连接设备中(NAN)"
} else {
this.desc = "连接设备中(SoftAp)"
}
console.info("Netconfig connectDevice argument" + JSON.stringify(connectInfo))
// Step2 connect the device.
getApp(this).NetConfig.connectDevice(connectInfo, (result) => {
if (result.code === 0) {
this.desc = "连接设备成功"
this.configDevice();
} else {
console.error("netconfig connectDevice fail" + JSON.stringify(result))
if (this.isNAN) {
this.desc = "连接设备失败(NAN)"
this.startSoftAp()
} else {
this.desc = "连接设备失败(softAp)"
this.isFail = true
this.disconnectDevice();
}
}
});
},
配网函数需要做同样的修改，其他配网方式基本不变。
async configDevice() {
this.desc = "开始配网"
let netConfigInfo = {
ssid: this.wifiApInfo.ssid,
ssidPassword: '',
isDefaultPassword: true,
channel: this.wifiApInfo.channel,
sessionId: getApp(this).ConfigParams.deviceInfo.sessionId,
type: this.isNAN ? 0 : 1,
wifiApId: this.wifiApInfo.wifiApId,
vendorData: '',
timeout: 30,
paramValid: true
};
console.info("netconfig configDevice" + JSON.stringify(netConfigInfo))
// Step4 config the device net.
getApp(this).NetConfig.configDeviceNet('deviceInfo', 'accountInfo', netConfigInfo, (result) => {
if (result.code == 0) {
this.desc = "配网成功"
// Step5 config the device net success, go to the control.
this.goToControl();
} else if (this.isNAN) {
this.startSoftAp()
} else {
this.desc = "配网失败"
this.isFail = true
this.disconnectDevice();
}
});
},
两种方式配网，配网的成功率会增加很多，这种方式参考了OpenHarmony-SIG/knowledge 智慧家居开发样例。这个仓提供了很多OpenHarmony物联网设备的样例，感兴趣的小伙伴，可以仔细研究下。
control控制模块
新设备的定义在3.HarmonyOS_APP/SolarControl/entry/src/main/java/com/zml/solarcontrol/MainAbility.java。当entry模块配网成功时，会拉起control模块界面并将productName参数一并传递过来。
public class MainAbility extends AceAbility {
private static final String DEFAULT_MODULE = "default";
private static final String LOGIN_MODULE = "login";
private static final String JS_MODULE = DEFAULT_MODULE;
private static String productId;
private String productName = "SOLAR"; // 指定设备名
控制模块下添加一个新的设备SOLAR，其中资源包含在3.HarmonyOS_APP/SolarControl/control/src/main/js/default/common/SOLAR文件夹下，配置文件包含在3.HarmonyOS_APP/SolarControl/control/src/main/resources/rawfile/SOLAR文件夹下。
配置流程如下：
1.产品配置文件
src/main/resources/rawfile/XXXX/XXXX_zh.json
2.UX资源图
src/main/js/default/common/XXXX/XXXX.png
3.如果使用网络图片
src/main/java/com/liangzili/myonehop/DataHandlerAbility.java
//将网络前缀赋值给iconUrl即可
result.put("iconUrl", SampleDeviceDataHandler.EXAMPLE_RESOURCE_DIR + "/" + productName);
4.修改网络设备模式
src/main/java/com/liangzili/myonehop/DataHandlerAbility.java
private static final int DEVICE_DATA_MODE = DEVICE_DATA_MODE_NETWORK_DEVICE;
5.添加XXXX设备的数据处理逻辑
参考NetworkDeviceDataHandler.java中的fanDataModel，模板中已经实现了一个智能电风扇的数据处理逻辑
目前项目基本框架已经实现，还有部分功能在完善中，近期会继续更新文档。
©著作权归作者所有，如需转载，请注明出处，否则将追究法律责任
已于2022-7-5 13:05:30修改
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