Giám sát điện năng sử dụng và điều khiển thiết bị tránh quá tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRÁNH QUÁ TẢI Ngành: Kỹ thuật điện tử truyền thông Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Hải Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phạm Thái Sơn 1711010044 17DDT Nguyễn Duy Bình 1511010146 17DDT Nguyễn Ngọc Huy 1711010102 17DDT TP Hồ Chí Minh, tháng 09/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRÁNH QUÁ TẢI Ngành: Kỹ thuật điện tử truyền thông Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Hải Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phạm Thái Sơn 1711010044 17DDT Nguyễn Duy Bình 1511010146 17DDT Nguyễn Ngọc Huy 1711010102 17DDT TP Hồ Chí Minh, tháng 09/2021 LỜI CẢM ƠN Báo cáo tốt nghiệp chuyên ngành Điện Tử Viễn Thông với đề tài “Giám sát điện sử dụng điều khiển thiết bị tránh tải” kết q trình cố gắng khơng ngừng tập thể nhóm giúp đỡ, động viên khích lệ q Thầy/cơ giáo, bạn bè người thân Qua trang viết tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy/Cô trường Đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh, Q Thầy/Cơ Viện Kỹ thuật HUTECH giảng dạy, truyền đạt kiến thức hữu ích kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt năm qua Chúng em xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy Nguyễn Trọng Hải trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho ý tưởng đồ án Trong trình thực đồ án, hướng dẫn tận tình Thầy Nguyễn Trọng Hải, chúng em thu nhiều kiến thức quý báu, giúp tác giả nhiều trình học làm việc tương lai Tuy nhiên kiến thức chun mơn cịn hạn chế thân cịn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận góp ý, bảo thêm Quý Thầy/Cô trường Đại học Công Nghệ - HUTECH để báo cáo hoàn thiện ii MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG xi LỜI MỞ ĐẦU .1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Ý nghĩa khoa học đề tài nhiệm vụ .5 1.3 Ý tưởng từ bắt đầu dự án phạm vi thực đề tài TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Hệ thống giám sát điện tiêu thụ gì? 2.2 Mục đích nghiên cứu đề tài từ tham khảo liệu sản phẩm 2.3 Hệ thống giám sát điện tiêu thụ hiệu gồm phận 2.4 Tổng hợp giải pháp đề tài ứng dụng khía cạnh kỹ thuật kinh tế xã hội môi trường .8 2.5 Nhiệm vụ nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 10 iii 3.1 Vấn đề khó khăn thực đề tài .10 3.2 Kết việc phát triển nghiên cứu từ vấn đề đề xuất giải pháp10 3.3 Những ưu, nhược điểm trình thử nghiệm phương án thiết kế11 3.4 Phương pháp nghiên cứu 11 3.5 Phương pháp thiết kế 12 3.6 Tổng quan Module Sim 800L .12 3.6.1 Giới thiệu Module Sim 800L .12 3.6.2 Thông số kỹ thuật 12 3.6.3 Chức chân module sim 800L 13 3.6.4 Nguyên lý vận hành .13 3.7 Tổng quan cảm biến ACS712 .14 3.7.1 Giới thiệu cảm biến ACS712 .14 3.7.2 Thông số kỹ thuật 14 3.7.3 Cách sử dụng cảm biến ACS712 15 3.8 Tổng quan LCD 1602 16 3.8.1 Giới thiệu LCD 1602 16 3.8.2 Thông số kỹ thuật 16 3.8.3 Sơ đồ chân chức chân LCD1602 17 3.9 Tổng quan Module mạch chuyển đổi I2C 18 3.9.1 Giới thiệu Module mạch chuyển đổi I2C .18 3.9.2 Thông số kỹ thuật 19 3.10 Tổng quan Module Bluetooth HC 05 20 3.10.1 Giới thiệu Module Bluetooth HC 05 20 iv 3.10.2 Thông số kỹ thuật .21 3.10.3 Chức chân Module Bluetooth HC-05 .21 3.10.3 Cơ chế hoạt động 22 3.11 Tổng quan IC thời gian thực ds1307 23 3.11.1 Giới thiệu IC thời gian thực ds1307 23 3.11.2 Thông số kỹ thuật .24 3.11.3 Cấu tạo ds1307 24 3.11.4 Cơ chế hoạt động chức DS1307 25 3.12 Tổng quan Module Micro SD Card 25 3.12.1 Giới thiệu Module Micro SD Card 25 3.12.2 Thông số kỹ thuật .26 3.13 Tổng quan Arduino nano 26 3.13.1 Giới thiệu Arduino Nano Error! Bookmark not defined 3.13.2 Thông số kỹ thuật .27 3.13.3 Chức chân Arduino Nano 29 QUY TRÌNH THIẾT KẾ .31 4.1 Giao thức truyền 31 4.1.1 Tổng quan giao tiếp UART 31 a) Giới thiệu giao tiếp UART 31 b) Cách thức hoạt động giao tiếp UART 32 4.1.2 Tổng quan giao thức I2C 35 a) Giới thiệu giao thức I2C 35 b) Giao thức truyền liệu I2C 36 v 4.2 Tổng quan tin nhắn SMS 38 4.3 Tổng quan công nghệ Bluetooth 39 4.3.1 Khái niệm công nghệ Bluetooth 39 4.3.2 Các đặc điểm Bluetooth .40 4.4 Tông quan App diều khiển thiết bị bluetooth .41 4.5 Ý tưởng mơ hình 42 4.6 Thiết kế hệ thống 45 4.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 54 THI CÔNG 55 5.1 Lưu đồ giải thuật 55 5.2 Chương trình .56 5.3 Quá trình chạy thử sản phẩm mơ hình Vật lý .61 5.4 Quy trình hoạt động hệ thống .65 5.5 Quy trình thiết kế app điều khiển thiết bị 67 5.5.1 Thiết kế giao diện 67 5.5.2 Viết chương trình: 67 5.5.3 Đóng gói ứng dụng thành file *.apk: 69 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 70 6.1 Những đóng góp mang tính cải tiến, tính .70 6.2 Những tồn đề tài hướng phát triển đề tài .70 Tài liệu tham khảo 72 PHỤC LỤC 73 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter I2C Inter – Intergrated Circuit ACK Acknowledgement NACK Not Acknowledgement SCL Serial Clock Line SDA Serial Data Line ADC Analog Digital converter GSM Global System for Mobile Communication SMS Short Message Service RTC Read Time Clock I/O Input/Output T/C1 Timer/Counter1 vii DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1: Module Sim 800L vả chi tiết chân 12 Hình 2: Module cảm biến ACS712 .14 Hình 3: Màn hình LCD 1602 16 Hình 4: Module mạch chuyển đổi I2C 19 Hình 5: Module Bluetooth HC - 05 20 Hình 6: Chi tiết cấu tạo bluetooth HC - 05 21 Hình 7: Chi tiết chân bluetooth HC - 05 .22 Hình 8: Module thời gian thực Ds1307 23 Hình 9: Cấu tạo ds1307 24 Hình 10: Module Micro SD Card 26 Hình 11: Module Arduino nano 27 Hình 12: Chức chân Arduino nano .29 Hình Cách thức truyền liệu hai thiết bị 32 Hình 2: Phương thức truyền liệu thiết bị 33 Hình 3: Dữ liệu tập hợp thành gói 33 Hình 4 Bit bắt đầu gói liệu UART 33 Hình 5: Khung liệu gói liệu UART 34 Hình 6: Bit chẵn lẻ gói liệu UART 34 Hình 7: Bit kết thúc gói liệu UART 35 Hình 8: Cách thức truyền giao thức I2C .35 viii Hình 9: Cấu trúc liệu I2C truyền 36 Hình 10: Điều kiện bắt đầu I2C truyền .37 Hình 11 Điều kiện kết thúc I2C truyền .38 Hình 12: Biểu tượng cơng nghệ Bluetooth 39 Hình 13 Các thiết bị hỗ trợ kết nối Bluetooth 40 Hình 14: Cấu trúc để tạo app điều khiển thiết bị 42 Hình 15: Lên kế hoạch làm mơ hình .42 Hình 16: Kích thước mơ hình .43 Hình 17: Cách dây cho mơ hình .44 Hình 18: Mơ hình hồn chỉnh .44 Hình 19: Hệ thống hoàn chỉnh 53 Hình 20: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 54 Hình 1: Mơ hình sau vật lý xây dựng hoàn thiện .61 Hình 2: Hệ thống khởi động thiết lập chương trình cho module 62 Hình 3: Hệ thống khởi động hoàn tất .62 Hình 4: Kết nối bluetooth với thiết bị di động hiển thị trạng thái ứng dụng điều khiển 63 Hình 5: Điều khiển ứng dụng thơng qua bluetooth hiển thị trạng thái tất bật thiết bị di động .63 Hình 6: Trạng thái FAN1 LAMP2 hiển thị lên ứng dụng điều khiển công tắt chạm 64 Hình 7: Dịng điện đẩy lên mức 1.6 Ampe tín hiệu thơng báo q tải gửi đến người dùng 65 ix ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Những đóng góp mang tính cải tiến, tính Kết đạt ĐATN Sau trình nghiên cứu thực nghiệm kiểm tra sản phẩm Hệ thống giám sát lượng điều khiển thiết bị tránh tải bước đầu phát triển đạt kết khả quan hệ thống vận hành ổn định thực yêu cầu cấp thiết từ đầu đặt giám sát, tính toán ghi chép tất số liệu liên quan đến việc sử dụng điện, thực tính cảnh báo an toàn tải đến người dùng, cho phép điều khiển thông qua thiết bị di động đa phương thức bluetooth, tin nhắn SMS Mang lại nhiều lợi ích có tính ghi chép lại thông số điện sở giúp thay đổi thói quen sử dụng điện từ giúp giải phần vấn đề thiếu hụt lượng giảm chi phí sinh hoạt tháng năm, nâng tầm chất lượng sống trở nên đại hơn, trọng vấn đề cảnh báo an toàn điện, góp phần mang điện đến cho nơi cịn khó khăn hoang sơ thiếu thốn sở vật chất 6.2 Những tồn đề tài hướng phát triển đề tài Hệ thống giám sát lượng điều khiển thiết bị tránh tải sản phẩm trình phát triển cải tiến thêm chất lượng tính năng, nên cịn số hạn chế định đề việc sai số nhỏ q trình đo đạc, tính điều khiển hay thơng báo cịn hay khả hoạt động lâu dài chưa thể kiểm định thời gian phát triển sản ngắn phẩm gần thời kỳ khó khăn ảnh hưởng yếu tố tác động bên mà giới gặp khó khăn đại dịch Covid-19 70 Về hướng phát triển sản phẩm tương lai, đội ngũ phát triển phát huy vận dụng tất nguồn lực hướng đến sản phẩm mang lại lợi ích to lớn đảm bảo chất lượng, tính ổn định quy mơ phát triển rộng rãi tính linh hoạt đại trọng vấn đề cảnh báo an toàn đặt lên hàng đầu 71 Tài liệu tham khảo [1] Tài liệu sách ➢ Tác giả: Trần Duy Cường Thông tin số thông tin di động Đại học Công nghệ TpHCM Ấn 2018 tr 106-108 ➢ Tác giả: Nguyễn Thanh Dũng Kỹ thuật chuyển mạch, Đại học Công nghệ TpHCM Ấn 2015 tr 101-113 ➢ Tác giả:Nguyễn Trọng Hải Điện tử thông tin, Đại học Công nghệ TpHCM Ấn 2017 [2] Tài liệu Internet ➢ https://vi.wikipedia.org/wiki/Bluetooth ➢ https://vi.wikipedia.org/wiki/SMS ➢ https://vi.wikipedia.org/wiki/Truy%E1%BB%81n_th%C3%B4ng_n%E1%B B%91i_ti%E1%BA%BFp ➢ https://vi.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C ➢ https://www.alldatasheet.com/ 72 PHỤC LỤC #include const int lamp1 = 7; #include const int lamp2 = 6; #include const int lamp3 = 5; #include unsigned #include {0,0,0,0,0}; #include unsigned char FlagSend= 0; #include "RTClib.h" char incomingByte; char BtnArray[5] String inputString; LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); unsigned int cnt0 = 0; SoftwareSerial mySerial(3,2);//tx,rx unsigned char ledstt = 0; //SoftwareSerial HC05(6,5); unsigned char stt = 0; RTC_DS1307 rtc; unsigned char blu = 10; File myFile; unsigned char cnt1 = 0; const int chipSelect = 10; unsigned char cnt2 = 0; const int sw1 = A0; unsigned int cnt3 = 0; const int sw2 = A1; unsigned int cnt4 = 0; const int sw3 = A2; unsigned char Flagcnt4 = 1; const int sw4 = A3; unsigned char Flagsw1 = 0; const int sw5 = A6; unsigned char Flagsw2 = 0; const int fan1 = 9; unsigned char Flagsw3 = 0; const int fan2 = 8; unsigned char Flagsw4 = 0; 73 = unsigned char Flagsw5 = 0; pinMode(sw1,INPUT_PULLUP); unsigned char Flagfan1 = 0; pinMode(sw2,INPUT_PULLUP); unsigned char Flagfan2 = 0; pinMode(sw3,INPUT_PULLUP); unsigned char Flaglamp1 = 0; pinMode(sw4,INPUT_PULLUP); unsigned char Flaglamp2 = 0; pinMode(sw5,INPUT); unsigned char Flaglamp3 = 0; pinMode(sw5, OUTPUT); unsigned int adcArray[10] = pinMode(fan1, OUTPUT); {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; pinMode(fan2, OUTPUT); unsigned int PArray[5] = {0,0,0,0,0}; pinMode(lamp1, OUTPUT); unsigned char IndexP = 0; pinMode(lamp2, OUTPUT); unsigned char IndexAdc = 0; pinMode(lamp3, OUTPUT); unsigned int adc_value = 0; digitalWrite(fan1,LOW); unsigned char FlagSMS = 0; digitalWrite(fan2,LOW); unsigned char FlagSave = 0; digitalWrite(lamp1,LOW); float Volt = 0; digitalWrite(lamp2,LOW); float Current = 0; digitalWrite(lamp3,LOW); float P = 0; double AVGP = 0; Serial.begin(9600); double TotalPower = 0; //HC05.begin(9600); unsigned char FlagInit = 0; mySerial.begin(9600); void setup() lcd.init(); { lcd.backlight(); pinMode(A7,INPUT); lcd.setCursor(2,0); 74 lcd.print("Initializing!"); OCR1AH=0x00; delay(15000); OCR1AL=0x00; while(!mySerial.available()) OCR1BH=0x00; { OCR1BL=0x00; mySerial.println("AT"); TIMSK1|=(1