如何利用ESP8266制作一個超級太陽能追蹤器

這個項目是通過我們不斷發(fā)展，使用從第一臺跟蹤器計算機(jī)中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)，同時在代碼中結(jié)合了一些新東西制作而成的。

背景

我從小就對太陽能追蹤器很著迷，曾在詹姆斯邦德的電影《拿著金槍的人》中看到過太陽能追蹤器。于是我想，為什么不制作一個我多年來一直夢寐以求的東西呢，除開另外一個不切實際的“死亡射線”。

該項目由兩個（雙）塔建成。就像大多數(shù)雙胞胎一樣，他們有點細(xì)小的偏差，但最后一切都取得了好的結(jié)果。我自己設(shè)計/制造了這些，因為沒有適用于中小型陣列的現(xiàn)成跟蹤器套件。跟蹤一兩個面板是小菜一碟，但如果帆面積超過9平方米的8個面板則是一個完全不同的命題，尤其是在風(fēng)速超過80公里/小時的情況下。

當(dāng)我即將對”雙胞胎“進(jìn)行改造/大修時，出于機(jī)械原因，顯而易見的選擇可能首先是南塔。它是用東西顛倒的機(jī)制建造的。這是一個實驗，它告訴我有充分的理由以“正確的方式”構(gòu)建事物?！半p胞胎”是更小的單元，每個單元只有1.5KW，。兩座塔為位于北塔上的單個雙輸入逆變器供電。每個塔都有自己的電池組、太陽能調(diào)節(jié)器和跟蹤計算機(jī)。然而，它們都來自位于南塔的同一個DC面板。這兩個都是24V系統(tǒng)，而不是像東塔那樣的12V。

而之所以途中需要更換改造的原因，相信在下圖你也能夠顯而易見的看出來：

改進(jìn)的同時我還希望該裝置更緊湊，最好放在一個盒子里，這樣我就可以安裝在跟蹤器框架的背面，與第一個裝置中的傳感器大致相同。當(dāng)然，我決心把OTA搞好，這樣我就不必帶著筆記本電腦爬上電源階梯來更改程序。

更大的CPU

是時候帶上Mega和ESP8266了。Mega芯片的優(yōu)點在于它有4個串行端口，這是芯片中串行通信最適合不過的。所以我可以連接GPS和逆變器以及藍(lán)牙適配器，并且仍然有診斷端口的空間。與此同時，它還擁有更多的內(nèi)存/代碼空間。

取代物聯(lián)網(wǎng)的GUI

是的，我們這次不把液晶面板放在設(shè)備上。

編碼

我們棄用了80%的GUI原始代碼。因此，我們可以獲得一個堆內(nèi)存空間，從而再刪除它，此外還使用了更多的裝載量來運(yùn)行Web服務(wù)器。

這是一個方便的版本，易于拔出，并且I2C代碼實際上可以留在原處，因此我可以隨時將其重新插入以進(jìn)行基準(zhǔn)測試。

我使用TinyGPS作為GPSNEMA流的解析器。這從u-blox提供的大量數(shù)據(jù)中挑選出了跟蹤器所需的3位信息。GPS鎖定部分似乎非常重要，它確定數(shù)據(jù)是否有效。

作為ArduinoIoT的新手，寫網(wǎng)頁發(fā)生的第一件事就是我的可變內(nèi)存用完了。經(jīng)過一番閱讀后，事實證明“F（）”宏是一個方便的工具包，這將字符串塞回它們可能屬于的“代碼段”中。

我必須為網(wǎng)頁設(shè)計道歉，非常習(xí)慣于在一個大量空閑運(yùn)行的龐然大物上使用ASP來生成我的頁面（我是一個老派的純HTML粉絲）。在Arduino領(lǐng)域，可憐的舊CPU正在尖叫著生成一個基本頁面。更好的方法是使用javascript將負(fù)載卸載到Web瀏覽器，因為主機(jī)CPU很可能打包至少10倍于Mega的計算機(jī)功率。也就是說，我的頁面與99.9%的設(shè)備/瀏覽器兼容，因為它是純HTML并且不需要生成其他在線服務(wù)。非常適合獨立應(yīng)用。

該網(wǎng)站也是第一個切入點，因為我仍在研究在Arduino領(lǐng)域適合我的方法。因此，有很多代碼示例Frankensteined以及我的一點點展示。

時間的東西有點令人生畏，因為似乎有太多的標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)節(jié)需要結(jié)合在一起。最后，我設(shè)法弄清楚每個部分的方式和原因，并將計算全部放在同一個時區(qū)基礎(chǔ)上，無論傳入的真相來源是什么。跟蹤器通過外部RTC使用基于Internet的GPSNTP。這是矯枉過正，但代碼是這樣編寫的，因此您可以在硬件構(gòu)建中刪除時間源，并且軟件在很大程度上可以接受。一個問題是，一旦你綁定到一個實時源，你就不能作弊，只需將時鐘提前以偏置陣列或補(bǔ)償角度偏移。您實際上必須使用角度偏移，因為時鐘成為絕對變量而不是變量。

無線連接

回到WeMos，無論是作為屏蔽還是通過串行或modbusRTU接口的獨立接口。另一種選擇是外部以太網(wǎng)橋，功率是唯一的問題，因為需要手動繪制大約100mA。請注意，經(jīng)過幾次測量后，arduino以太網(wǎng)防護(hù)罩也變成了一只饑餓的野獸。

從我第一次體驗ESP8266開始，它似乎真的很難生成頁面。不過請注意，我一直在使用錯誤的螺絲刀一端，這個算是您應(yīng)該將處理加載到更好的CPU的示例，或者在和我相同的情況下，只需將螺絲刀保持在正確的方向！

之后我又置辦了一個新的WiFi模塊，它只有一個uart、電平轉(zhuǎn)換器，僅此而已。將它連接到CH340并從我最喜歡的工具之一向其發(fā)送AT命令，這讓我陶醉在哪里以及如何浪費時間。如果您組織起來并且可以一次性吐出所有響應(yīng)，那么這些工作非常出色，對于即時構(gòu)建來說不是那么好，因為在您交換發(fā)送模式時會有很大的發(fā)送開銷。這與Arduino以太網(wǎng)屏蔽不同，無論您發(fā)送多小塊，它似乎都沒有受到影響。因此，根據(jù)經(jīng)驗教訓(xùn)，我將跟蹤器配置頁面的生成時間從10秒縮短到了幾秒。在我侵入已經(jīng)工作的以太網(wǎng)屏蔽版本之前，這也是在概念驗證代碼中完成的。最終結(jié)果是Mega的兩個版本的代碼，

外殼

我決定把除了保險絲以外的所有電子設(shè)備都放在一個有透明蓋子的盒子里，這樣我就可以從下面看到我的LED矩陣。Web界面允許我交換XY軸并翻轉(zhuǎn)+/-，因此我可以將設(shè)備放置在任何地方并且仍然可以正常工作。

透明的亞克力板也被用作安裝所有板的底盤，因為我希望它對光和微波都是透明的。我沒有測試過的一個問題是，如果GPS可以看穿太陽能電池板，但是考慮到外部天線的B計劃。單個底盤層迅速變成了2層，并帶有所有額外的衣架以實現(xiàn)功能蔓延。

以太網(wǎng)屏蔽有點像操作時刻，RJ45連接器靠在外殼邊緣。也許我們需要將插座更換為垂直安裝的插座，或者更換為可以安裝在電子設(shè)備頂層的不同類型的屏蔽罩。最后，我將代碼分成兩個版本，以太網(wǎng)和ESP通過串行接口連接。同一個網(wǎng)站不同的輸出界面。

我以為我的大盒子里會有很多空間，但功能蠕變是一個殺手，電源、RTC、矩陣顯示、GPS和藍(lán)牙模塊。我的一位同事總是建議留出25%的額外機(jī)柜空間，只要你不想多放30%就可以了。

在塔上，到跟蹤器上的N/S和E/W電機(jī)的執(zhí)行器電纜必須重新布線，使用的電纜要少得多，因為它們不需要連接到塔底部的控制箱。當(dāng)我們剛剛用完盒子里的空間時，保險絲將安裝在外部，沒什么大不了的，而且還可以斷開設(shè)備進(jìn)行維修。我將使用一條臨時電源線并將設(shè)備連接到跟蹤器的底部并進(jìn)行老化測試。我不會工作，但不會連接到電機(jī)。我可以監(jiān)控它并確保它在交換之前是100%。

功耗是唯一出現(xiàn)的問題?？偣母哂陬A(yù)期。我實際上認(rèn)為可能存在短路，但對12V的輸入電源進(jìn)行了一些測量并發(fā)現(xiàn)。

總功耗為250mA

全球定位系統(tǒng)60mA

WiFi60mA

LED顯示10-20mA

傳感器20mA

RS-23210mA

剩下的（Mega和H橋）90mA

現(xiàn)在，在24V時，整個電池的電流約為150mA，因此我們的夜間燃燒量將在1.2到2.1AH之間，具體取決于季節(jié)。嗯，我們需要它來適應(yīng)7/9AH電池的20%放電深度。