Đang tải... (xem toàn văn)
Giải pháp điều khiển quản lý giám sát hệ thống, thiết bị và năng lượng từ xa áp dụng công nghệ 4.0Thiết kế, xây dựng và phát triển Hệ thống quản lý tương thích trong nhiều ứng dụng khác nhau cụ thể là Hệ thống quản lý NHIỀU tòa nhà áp dụng các công nghệ mới. Thiết kế các phần cứng phục vụ cho quá trình điều khiển và giám sát: Thiết kế phần mềm quản lý Hệ thông nói trên trên máy tính và điện thoại thông minh.Hệ thống Quản lý tòa nhà điều khiển được tất cả các thiết bị điện trong các tòa nhà. Hệ thống thu thập và giám sát năng lượng điện hoạt động ổn định. Phát hiện, cảnh báo lên hệ thống điều chính các sự cố trong các tòa nhà. Hệ thống dễ dàng sửa chửa, bảo trì từ phần cứng đến phần mềm. Dễ dàng nâng cấp và thay mới các thiết bị điều khiển.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TỊA NHÀ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ 4.0 SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Quốc Bình MSSV: 17014041 Lớp DHDKTD13ATT : GVHD: ThS NGUYỄN ĐỨC TOÀN TP HCM, NGÀY THÁNG NĂM 2021 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài Nguyễn Quốc Binh, MSSV: 17014041 Tên đề tài Giải pháp điều khiển - quản lý - giám sát hệ thống, thiết bị lượng từ xa áp dụng công nghệ 4.0 Nhiệm vụ Trình bày tóm tắt nội dung thực hiện, số liệu ban đầu khóa luận (nếu có) - Thiết kế, xây dựng phát triển Hệ thống quản lý tương thích nhiều ứng dụng khác cụ thể Hệ thống quản lý NHIỀU tòa nhà áp dụng công nghệ - Thiết kế phần cứng phục vụ cho trình điều khiển giám sát: o Module lighting: module nhận lệnh để điều khiển thiết bị điện tòa nhà o Module gateway: module nhận lệnh để điều khiển thiết bị điện thông qua board mở rộng; Thu thập lượng từ thiết bị đo công nghiệp; Giao tiếp truyền thông điều khiển công nghiệp (PLC) với Hệ thống quản lý, o Module sensor: thu thập liệu từ môi trường: nhiệt độ, độ ẩm, báo cháy, o Module Smart Staion: module hoạt động cách độc lập với Hệ thống quản lý có khả quản lý module nói có cố đường truyền, điện, GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn I KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP - SVTH: Nguyễn Quốc Bình Thiết kế phần mềm quản lý Hệ thơng nói trên máy tính điện thoại thơng minh Kết dự kiến Sinh viên ghi tóm tắt kết dự kiến sẽ đạt được - Hệ thống Quản lý tòa nhà điều khiển tất thiết bị điện tòa nhà - Hệ thống thu thập giám sát lượng điện hoạt động ổn định - Phát hiện, cảnh báo lên hệ thống điều cố tịa nhà - Hệ thống dễ dàng sửa chửa, bảo trì từ phần cứng đến phần mềm - Dễ dàng nâng cấp thay thiết bị điều khiển Tp HCM, ngày 13 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên Ths.Nguyễn Đức Tồn Nguyễn Quốc Bình Trưởng mơn GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn II KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình LỜI TRI ÂN Xin trân trọng cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Đức Tồn tận tình bảo giúp đỡ em suốt thời gian vừa qua Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô khoa Công Nghệ Điện Trường Đại ho ̣c Cơng Nghiệp TPHCM ln nhiệt tình dạy dỗ tạo điều kiện cho chúng em ho ̣c tập nghiên cứu suốt năm ho ̣c tập trường Để hồn thành khóa luận này, em xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy cô Khoa Công nghệ Điện, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM tạo hội cho nhóm em học tập, rèn luyện tích lũy kiến thức, kỹ để thực khóa luận Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến Giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Đức Tồn tận tình dẫn, theo dõi đưa lời khuyên bổ ích giúp em giải vấn đề gặp phải trình nghiên cứu hoàn thành đề tài cách tốt Trong q trình làm khóa luận tốt nghiệp, nhóm em cảm thấy thân học tập trải nghiệm nhiều điều vơ hữu ích Từ để nhóm học hỏi rút kinh nghiệm cho q trình làm việc sau Khóa luận nhóm em tất nhiên khơng thể tránh hạn chế, thiếu sót Em mong nhận góp ý, dạy thêm từ Q Thầy giúp khóa luận hồn thiện Ć i cùng, em xin chúc Quý Thầ y Cô thật nhiều sức khỏe đa ̣t đươc̣ nhiề u thành công công viê ̣c GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn III KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh Viên chịu khó tìm hiểu, ham học hỏi có tính cầu tiến cao q trình làm khóa luận Sinh viên đạt mục tiêu đặt khóa luận Đề tài mang tính ứng dụng cao áp dụng vào thực tế Đồng ý cho bảo vệ đề tài trước hội đồng -Phần đánh giá: (thang điểm 10) Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: 10.0 Điểm số: 10.0………………………… Điểm chữ: Mười điểm……………………… TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 09 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên) ThS.Nguyễn Đức Toàn GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn IV KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 Giáo viên phản biện (Ký ghi họ tên) GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn V KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP I LỜI TRI ÂN III NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN IV NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN V MỤC LỤC VI DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH IX DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XIV DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ XV CHƯƠNG 1: Tổng quan đề tài 1.1 Bối cảnh cách mạng công nghệ 4.0 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.3 Lý chọn đề tài 1.3.1 Ưu điểm việc sử dụng công nghệ cao việc quản lý 1.3.2 Những đề tài 1.4 Nội dung thực 1.5 Giới thiệu sản phẩm, dịch vụ có sẵn thị trường CHƯƠNG 2: Linh kiện sử dụng đề tài 2.1 Giới thiệu PLC 2.1.1 Ưu điểm PLC 2.1.2 Nhược điểm PLC (trong đề tài) 2.2 Các board, vi xử lý sử dụng 2.2.1 Raspberry Pi 2.2.2 Esp32 2.2.3 Esp8266 – 12E/12F 2.2.4 Atmega328AU 2.3 Các linh kiện – thiết bị khác 10 GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn VI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình 2.3.1 Thiết bị đo 10 2.3.2 Hệ thống HVAC 10 2.3.3 Nguồn xung tổ ong 11 2.3.4 Các linh kiện khác 11 CHƯƠNG 3: Truyền thông liệu 12 3.1 Đường truyền liệu 12 3.1.1 WiFi 12 3.1.2 LoRa 12 3.2 Giao thức truyền thông 13 3.2.1 MQTT 13 3.2.2 Web socket 13 3.2.3 Modbus RTU 14 CHƯƠNG 4: Phần mềm 16 4.1 Các phần mềm – ngôn ngữ lập trình 16 4.1.1 Arduino IDE 16 4.1.2 Python 19 4.1.3 Ngôn ngữ lập trình web 21 4.1.4 Kodular – Lập trình ứng dụng android 25 4.1.5 Raspberry Pi 27 4.2 Phần mềm thiết kế mạch in Altium 28 4.3 Phần mềm thiết kế mơ hình 3D TinterCad 29 CHƯƠNG 5: Quản trị hệ thống 34 5.1 Cơ sở liệu 34 5.1.1 Tầm quan trọng 34 5.1.2 Google Firebase services 35 5.2 Bảo mật hệ thống 37 5.2.1 Tại cần phải bảo mật hệ thống? 37 5.2.2 Bảo mật SSL /TLS 37 5.2.3 Quyền riêng tư bảo mật dịch vụ Firebase 38 GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn VII KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình 5.3 Kiến trúc hệ thống 39 5.3.1 Ưu điểm serverless 39 5.3.2 Cấu trúc hệ thống IOT 39 CHƯƠNG 6: Thi Công 41 6.1 Tạo tài khoản Google Firebase 41 6.2 Thiết kế thi công thiết bị phần cứng 46 6.2.1 Một số nguyên tắt thiết kế phần cứng 46 6.2.2 Module iRTU WiFi – Module Touch iRTU WiFi 46 6.2.3 Module IOT Gateway 51 6.2.4 Module Sensor 60 6.2.5 Module SmartStation 63 6.3 Thiết kế phần mềm điều khiển, giám sát 68 6.3.1 Tầm quan trọng điều khiển giám sát từ xa 68 6.3.2 Các giải pháp để điều khiển, sám sát thu thập liệu từ xa 68 6.3.3 Thiết kế phần mềm cho máy tính 68 6.3.4 Thiết kế phần mềm cho điện thoại thông minh 75 6.4 Lắp ráp mơ hình 88 CHƯƠNG 7: Kết luận 90 7.1 Những làm 90 7.1.1 Thiết bị phần cứng 90 7.1.2 Phần mềm 90 7.1.3 Mơ hình 91 7.1.4 Giải pháp quản lý sử dụng công nghệ 4.0 92 7.2 Những hạn chế 92 7.3 Hướng phát triển 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC CODE CHƯƠNG TRÌNH 95 GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn VIII KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Quốc Bình DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1: Smart City Hình 2: Các cơng nghệ tiện ích đồ án Hình 3: Các cơng nghệ cơng nghiệp 4.0 Hình 4: Thương hiệu Smarthome Lumi Hình 5: Raspberry pi image Hình 6: EM115-MOD CT 10 Hình 7: Module tản nhiệt, làm lạnh khơng khí 10 Hình 8: Nguồn xung tổ ong 12V 20A 11 Hình 9: Nguồn xung tổ ong 12v-5A 11 Hình 10: WiFi Logo 12 Hình 11: LoRa Technology 12 Hình 12: MQTT Technology 13 Hình 13: Mơ hình websocket 14 Hình 14: Cấu trúc gói tin RS485 15 Hình 15: Giao diện Arduino IDE 16 Hình 16: Cơng cụ Arduino IDE 17 Hình 17: Python Logo 19 Hình 18: Cấu trúc format CSS 23 Hình 19: Các tốn tử Javascript 24 Hình 20: Kodular Webside 26 Hình 21: Đăng nhập Kodular 26 Hình 22: Cấp quyền cho Kodular 27 Hình 23: Chấp nhận điều khoản Kodular 27 Hình 24: Raspberry Pi Model B 28 Hình 25: Altium Logo 28 Hình 26: Module Smart Stasion thiết kế 29 Hình 27: Giao diện trang web tạo mơ hình 3D online 30 GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn IX KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 217 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 218 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Toàn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 219 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 220 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 221 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 222 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 223 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 224 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 225 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 226 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 227 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 228 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Toàn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 229 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 230 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Nguyễn Đức Tồn SVTH: Nguyễn Quốc Bình 231 ... cơng nghệ tiện ích đồ án Đề tài hướng tới giải pháp công nghệ giúp quản lý tòa nhà, hệ thống điện đạt tiện ích sau: - Kết nối thiết bị điện tòa nhà với mạng internet: hệ thống chiếu sáng, hệ thống. .. dụng khác cụ thể Hệ thống quản lý NHIỀU tịa nhà áp dụng cơng nghệ - Thiết kế phần cứng phục vụ cho trình điều khiển giám sát: o Module lighting: module nhận lệnh để điều khiển thiết bị điện tòa. .. giám sát lượng điện hoạt động ổn định - Phát hiện, cảnh báo lên hệ thống điều cố tòa nhà - Hệ thống dễ dàng sửa chửa, bảo trì từ phần cứng đến phần mềm - Dễ dàng nâng cấp thay thiết bị điều khiển