DIY aurinkokääntäjän ohjausboksi

Mitä tämä tekee?

Tämä projekti on aurinkopaneelien kääntäjän ohjausboksi. Mekaniikka ja moottori liikuttavat paneeleita, mutta tämä boksi tuo mukaan asentotiedon, moottorin ohjauksen, rajat ja Home Assistant -näkymän.

Komponentit

Tämä lista on ohjausboksia varten. Paneelien teline, moottori ja mekaniikka voivat olla jokaisella erilaiset.

Kytkennät

D1 Mini → AS5600

AS5600 käyttää I2C-väylää. D1 Minillä tässä käytetään D1 ja D2 pinnejä.

D1 Mini → transistorit → releohjaus

GPIO ohjaa NPN-transistoria, joka vetää releen tai ohjaustulon maihin. Sama kytkentä tehdään kahdesti: yksi aamu-suuntaan ja yksi ilta-suuntaan.

Virtapuoli

12/24 V akku tai virtalähde
  ├─ sulake
  ├─ moottori / releiden tehopuoli
  └─ LM stepdown → 5 V → D1 Mini

GND pitää olla yhteinen:
akku/virtalähde GND → ohjaus GND → D1 Mini GND

DIY-releohjaus transistorilla

Videolla alkuperäinen valmis relekortti hajosi koteloon asentaessa, joten moottorin ohjaus tehtiin lopulta itse releillä, NPN-transistoreilla ja vastuksilla. Tämä osio dokumentoi sen perusidean, jotta sama kytkentä löytyy myös ohjesivulta eikä pelkästään videolta.

Yhden releen kytkentä

Tee tämä kytkentä yhdelle suunnalle. Jos tarvitset moottorille eteen/taakse-ohjauksen, tee sama kytkentä kahdesti: toinen D5-pinnille ja toinen D6-pinnille.

ASCII-kaavio

D1 Mini GPIO
   │
   ├── 1 kΩ ── B   NPN-transistori
   │          C ───────── releen kelan miinus
   │          E ───────── GND
   │
   └── 10 kΩ ───── GND


+12 V ───────────── releen kelan plus

Diodi 1N4007 relekelan yli:
raidallinen pää +12 V puolelle
toinen pää transistorin collector / kelan miinuspuolelle

Kahden suunnan ohjaus

Aurinkokääntäjässä moottorille tarvitaan kaksi suuntaa. Käytännössä sama rele-/transistorikytkentä tehdään kahdesti.

Releen koskettimet

Releen kelapuoli ja kosketinpuoli ovat eri asioita. Transistori ohjaa releen kelaa. Releen koskettimilla ohjataan moottorin virtapuolta tai suunnanvaihtoa.

Jos käytät moottorin suunnanvaihtoon kahta relettä, varmista koodissa ja johdotuksessa, etteivät molemmat suunnat voi olla yhtä aikaa päällä. ESPHome-koodissa tämä tehdään interlock-asetuksella.

ESPHome-koodi

Alla oleva koodi on toimiva pohja D1 Minille. Siinä on AS5600, manuaalinapit, automaattiseuranta, softarajat, puolen yön palautus aamuasentoon ja STOP.

esphome:
  name: aurinkokaantaja-as5600
  friendly_name: Aurinkokääntäjä AS5600
  on_boot:
    priority: 800
    then:
      - script.execute: aurinkokaantaja_stop

esp8266:
  board: d1_mini

logger:

api:
  encryption:
    key: !secret api_encryption_key

ota:
  platform: esphome
  password: !secret ota_password

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

  ap:
    ssid: "aurinkokaantaja_fallback_ssid"
    password: !secret fallback_password

captive_portal:

time:
  - platform: sntp
    id: esp_aika
    timezone: Europe/Helsinki
    on_time:
      - seconds: 0
        minutes: 0
        hours: 0
        then:
          - script.execute: palauta_aamuun

i2c:
  sda: D2
  scl: D1
  scan: true
  frequency: 100kHz

as5600:
  id: paneelin_as5600
  direction: clockwise

globals:
  - id: kulma_min
    type: float
    restore_value: true
    initial_value: "145.0"

  - id: kulma_max
    type: float
    restore_value: true
    initial_value: "218.0"

  - id: aamu_kulma
    type: float
    restore_value: true
    initial_value: "218.0"

  - id: ilta_kulma
    type: float
    restore_value: true
    initial_value: "145.0"

  - id: kuollut_alue
    type: float
    restore_value: true
    initial_value: "2.0"

  - id: seuranta_alku_tunti
    type: int
    restore_value: true
    initial_value: "6"

  - id: seuranta_loppu_tunti
    type: int
    restore_value: true
    initial_value: "22"

sensor:
  - platform: as5600
    as5600_id: paneelin_as5600
    name: "Aurinkokääntäjä kulma"
    id: aurinkokaantaja_kulma
    unit_of_measurement: "°"
    accuracy_decimals: 1
    icon: mdi:rotate-3d-variant
    update_interval: 500ms
    filters:
      - lambda: |-
          return x * as5600::RAW_TO_DEGREES * id(paneelin_as5600).get_range_scale();

    raw_position:
      name: "Aurinkokääntäjä raw position"
      id: aurinkokaantaja_raw

    gain:
      name: "Aurinkokääntäjä AS5600 gain"

    magnitude:
      name: "Aurinkokääntäjä AS5600 magnitude"

    status:
      name: "Aurinkokääntäjä AS5600 status"

  - platform: wifi_signal
    name: "Aurinkokääntäjä WiFi signaali"
    update_interval: 30s

  - platform: template
    name: "Aurinkokääntäjä tavoitekulma"
    id: aurinkokaantaja_tavoitekulma
    unit_of_measurement: "°"
    accuracy_decimals: 1
    update_interval: 30s
    lambda: |-
      auto now = id(esp_aika).now();
      if (!now.is_valid()) return {};
      int minuutit = now.hour * 60 + now.minute;
      int alku = id(seuranta_alku_tunti) * 60;
      int loppu = id(seuranta_loppu_tunti) * 60;
      if (minuutit < alku) return id(aamu_kulma);
      if (minuutit >= loppu) return id(ilta_kulma);
      float etenema = float(minuutit - alku) / float(loppu - alku);
      float tavoite = id(aamu_kulma) + (id(ilta_kulma) - id(aamu_kulma)) * etenema;
      if (tavoite < id(kulma_min)) tavoite = id(kulma_min);
      if (tavoite > id(kulma_max)) tavoite = id(kulma_max);
      return tavoite;

switch:
  - platform: gpio
    name: "Aurinkokääntäjä K1 rele"
    id: aurinkokaantaja_k1
    pin:
      number: D5
      mode: OUTPUT
      inverted: false
    restore_mode: ALWAYS_OFF
    internal: true
    interlock:
      - aurinkokaantaja_k2
    interlock_wait_time: 1000ms

  - platform: gpio
    name: "Aurinkokääntäjä K2 rele"
    id: aurinkokaantaja_k2
    pin:
      number: D6
      mode: OUTPUT
      inverted: false
    restore_mode: ALWAYS_OFF
    internal: true
    interlock:
      - aurinkokaantaja_k1
    interlock_wait_time: 1000ms

  - platform: template
    name: "Aurinkokääntäjä automaattiseuranta"
    id: automaattiseuranta
    optimistic: true
    restore_mode: RESTORE_DEFAULT_ON
    icon: mdi:solar-power-variant

script:
  - id: aurinkokaantaja_stop
    mode: restart
    then:
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k1
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k2

  - id: aja_kulmaa_isommaksi_1s
    mode: restart
    then:
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k2
      - delay: 1000ms
      - switch.turn_on: aurinkokaantaja_k1
      - delay: 1s
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k1

  - id: aja_kulmaa_pienemmaksi_1s
    mode: restart
    then:
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k1
      - delay: 1000ms
      - switch.turn_on: aurinkokaantaja_k2
      - delay: 1s
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k2

  - id: palauta_aamuun
    mode: restart
    then:
      - switch.turn_off: aurinkokaantaja_k2
      - delay: 1000ms
      - switch.turn_on: aurinkokaantaja_k1
      - wait_until:
          condition:
            lambda: |-
              if (!id(aurinkokaantaja_kulma).has_state()) return true;
              return id(aurinkokaantaja_kulma).state >= (id(aamu_kulma) - id(kuollut_alue));
          timeout: 120s
      - script.execute: aurinkokaantaja_stop

button:
  - platform: template
    name: "Aurinkokääntäjä kulma isommaksi 1s"
    icon: mdi:arrow-right-bold
    on_press:
      - script.execute: aja_kulmaa_isommaksi_1s

  - platform: template
    name: "Aurinkokääntäjä kulma pienemmäksi 1s"
    icon: mdi:arrow-left-bold
    on_press:
      - script.execute: aja_kulmaa_pienemmaksi_1s

  - platform: template
    name: "Aurinkokääntäjä STOP"
    icon: mdi:stop-circle
    on_press:
      - script.execute: aurinkokaantaja_stop

  - platform: template
    name: "Aurinkokääntäjä palauta aamuun nyt"
    icon: mdi:weather-sunset-up
    on_press:
      - script.execute: palauta_aamuun

Testaus ja käyttöönotto

Hyvä testijärjestys ulkona

1. Virrat päälle
2. Tarkista WiFi ja AS5600-kulma
3. Aja 1 s toiseen suuntaan
4. Aja 1 s toiseen suuntaan
5. Testaa STOP
6. Testaa rajakytkimet käsin
7. Aja varovasti ääriasentoihin
8. Kirjaa kulmat koodiin
9. Testaa aamuun palautus manuaalinapilla

Turvallisuus ja käytännön huomiot

Jatkokehitys

Tämä ohje on ensimmäinen toimiva DIY-versio. Seuraava askel on tehdä paketista siistimpi ja helpommin toistettava.

• Siistimpi piirilevy tai perfboard transistoriohjaukselle
• 3D-tulostettavan kotelon STL jakoon
• Erilliset kuvat AS5600- ja relekytkennöistä
• Tuottovertailu: kiinteä asento vastaan kääntyvä paneeli
• Akku + pieni latauspaneeli + PWM-lataussäädin
• WiFi-signaalin parannus ulkotukiasemalla