MPPT光伏发电项目 DAYU200、Hi3861、华为云IotDA

https://ost.51cto.com

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。

MPPT光伏发电项目 DAYU200、Hi3861、华为云IotDA

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：

MPPT光伏发电项目 DAYU200、Hi3861、华为云IotDA

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。

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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：

NFC一键配网。
获取设备端输入输出电流电压。

MPPT光伏发电项目 DAYU200、Hi3861、华为云IotDA

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)

3.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;
}

4.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();
}

5.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})

2.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
    }
}

3.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。

MPPT光伏发电项目 DAYU200、Hi3861、华为云IotDA

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