(Đồ án hcmute) đồng hồ đo điện thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH GVHD: Nguyễn Trường Duy SVTT1: Trần Văn Tuấn MSSV: 13141416 SVTT2: Phạm Vũ Quốc Thắng MSSV: 12141659 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 70/2017 an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Trần Văn Tuấn Phạm Vũ Quốc Thắng Điện Tử Công Nghiệp - Y Sinh Đại học quy 2013 MSSV: 13141416 MSSV: 12141659 Mã ngành: 52510302D Mã hệ: Lớp: 13141DT1C I TÊN ĐỀ TÀI: ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  KIT chân STM32F103C8T6  Module Wifi ESP8266 v1  IC đo điện tiêu thụ ADE7753 Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Thu thập liệu loại đồng hồ điện tử  NỘI DUNG 2: Tìm hiểu IC chức ADE7753, module ESP8266 v1, vi điều khiển STM32F103C8T6, LCD 16x2  NỘI DUNG 3: Thiết kế khối phần cứng  NỘI DUNG 4: Lập trình cho vi điều khiển  NỘI DUNG 5: Thi cơng mơ hình  NỘI DUNG 6: Thiết kế Website  NỘI DUNG 7: Kiểm thử hoạt động điều chỉnh trang web  NỘI DUNG 7: Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 31/03/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2017 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Trường Duy CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ThS.Nguyễn Trường Duy BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an ii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Văn Tuấn Lớp: 13141DT1C MSSV: 13141416 Họ tên sinh viên 2: Phạm Vũ Quốc Thắng Lớp: 13141DT1C MSSV: 12141659 Tên đề tài: ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH Xác nhận GVHD Tuần/ngày Nội dung ( 20/3-26/3 ) ( 27/3 – 2/4 ) ( 3/4 – 9/4 ) ( 10/4 – 16/4) ( 17/4 – 23/4 ) ( 24/4 – 30/4 ) ( 1/5 – 7/5 ) ( 8/5 – 14/5 ) ( 15/5 – 21/5 ) 10 ( 22/5 – 28/5) Nghiên cứu sơ lược đồng hồ đo điện, chọn hướng nghiên cứu Phác họa sơ đồ khối bản, viết đề cương chi tiết Nghiên cứu tài liệu linh kiện, module cần dùng Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch, mạch PCB cho khối In mạch thi công Viết chương trình cho vi điều khiển Lắp ráp khối vào mơ hình Kiểm thử hoạt động mơ hình Thiết kế Website, Kiểm tra hoạt động Website Cân chỉnh đồng hồ đo để giảm sai số Viết sách luận văn GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ThS.Nguyễn Trường Duy BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Phạm Vũ Quốc Thắng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an Trần Văn Tuấn iv LỜI CẢM ƠN Chúng xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Trường Duy giáo viên hướng dẫn giúp đỡ bảo suốt trình chúng tơi thực đồ án tốt nghiệp Chúng xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô môn truyền đạt kiến thức tạo điều kiện cho thực đồ án cách tốt Người thực đề tài Phạm Vũ Quốc Thắng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an Trần Văn Tuấn v MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp iii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ xii Liệt kê từ viết tắt ………………………………………………………………………………………… xii Tóm tắt xiv Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp đo điện công tơ điện tử 2.2 Giới thiệu phần cứng 2.2.1 ADE7753 2.2.2 Vi xử lý STM32F103C8T6 13 2.2.3 LCD 16x2 18 2.2.4 ESP8266 v1 20 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 25 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an vi 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Tính toán thiết kế hệ thống 25 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 25 3.2.2 Tính tốn thiết kế cho khối 26 3.2.3 Sơ đồ khối toàn mạch 34 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 36 4.1 Giới thiệu 36 4.2 Thi công phần cứng 36 4.2.1 Thi công board mạch 36 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 40 4.2.3 4.3 Đóng gói phần cứng 41 Lập trình phần mềm 42 4.3.1 Khối vi xử lý STM32F1 42 4.3.2 Khối truyền liệu - ESP8266 51 4.4 Thi công giao diện web quản lý sở liệu 59 4.4.1 Tạo giao diện Web 59 4.4.2 Web server – Giao diện quản lý sở liệu 65 4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 70 4.5.1 Hướng dẫn sử dụng, thao tác cho phần cứng 70 4.5.2 Quy trình thao tác sử dụng cho phần giao diện web 71 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 73 5.1 Kết học 73 5.1.1 Đọc giá trị cần thiết từ IC ADE7753 73 5.1.2 Sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 73 5.1.3 Module Wifi ESP8266 lập trình 73 5.1.4 Môi trường Web lập trình ngơn ngữ PHP 74 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an vii 5.1.5 Thiết kế hộp Corel 75 5.1.6 Thiết kế mạch Altium 76 5.2 Mơ hình sản phẩm-nhận xét đánh giá 77 5.2.1 Hình ảnh sản phẩm 77 5.2.2 Quá trình thử nghiệm 78 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83 6.1 Kết luận 83 6.2 Hướng phát triển 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 86 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Cấu trúc cơng tơ điện tử Hình 2.2 Sơ đồ khối cơng tơ điện tử Hình 2.3 DSP có tích hợp ADC Hình 2.4 ADC có tích hợp DSP Hình 2.5 Tính cơng suất tác dụng Hình 2.6 Xử lý tín hiệu lượng tác dụng Hình 2.7 Tích lũy lượng tác dụng Hình 2.8 Tính tốn dịng điện hiệu dụng Hình 2.9 Tính điện áp hiệu dụng 10 Hình 2.10 Quá trình ghi liệu vào ADE7753 12 Hình 2.11 Quá trình đọc liệu 12 Hình 2.12 Sơ đồ chân STM32F103C8T6 14 Hình 2.13 Sơ đồ khối tổ chức STM32F103C8T6 14 Hình 2.14 Chế độ song công truyền nhận SPI 16 Hình 2.15 Giao tiếp SPI với nhiều thiết bị 16 Hình 2.16 Các chế độ hoạt động SPI 17 Hình 2.17 Sơ đồ khối chức SPI STM32F103C8T6 17 Hình 2.18 Cấu trúc ghi liệu Backup 18 Hình 2.19 Sơ đồ chân LCD 19 Hình 2.20 Sơ đồ khối ESP8266 MCU 20 Hình 2.21 Sơ đồ chân MCU ESP8266 22 Hình 2.22 Sơ đồ chân kit ESP8266 v1 22 Hình 2.23 Các chế độ boot up ESP8266 23 Hình 2.24 Biến dịng ZMCT118 24 Hình 3.1 Sơ đồ khối đồng hồ đo điện 26 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 27 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 27 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển sử dụng KIT chân 28 Hình 3.5 Khối chuyển đổi dòng điện 29 Hình 3.6 Khối chuyển đổi điện áp 30 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối đo điện tiêu thụ 32 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối truyền liệu 33 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 34 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an ix Hình 4.1 Sơ đồ mạch in lớp 37 Hình 4.2 Đây board mạch thực tế 37 Hình 4.3 Mạch in lớp 37 Hình 4.4 Board mạch lớp 38 Hình 4.5 Các vị trí lắp đặt linh kiện mạch 39 Hình 4.6 Sản phẩm sau hàn linh kiện 40 Hình 4.7 Góc nhìn thiết bị từ ngõ vào điện lưới 41 Hình 4.8 Góc nhìn thiết bị từ ngõ điện lưới 41 Hình 4.9 Góc nhìn từ mặt thiết bị 42 Hình 4.10 Lưu đồ chương trình 43 Hình 4.11 Lưu đồ chương trình ngắt timer 44 Hình 4.12 Lưu đồ chương trình đọc ghi liệu vào ghi Backup 47 Hình 4.13 Lưu đồ chương trình đọc liệu ghi ADE7753 48 Hình 4.14 Packet dành cho vi điều khiển ARM 49 Hình 4.15 Lưu đồ giải thuật cho ESP8266 53 Hình 4.16 Các chức biểu tượng Arduino IDE 55 Hình 4.17 Bước thêm đường dẫn thư viên Arduino IDE 56 Hình 4.18 Cài đặt thư viện cho Arduino IDE 56 Hình 4.19 Logo ứng dụng 59 Hình 4.20 Truy cập trang web wix.com 59 Hình 4.21 Đăng kí đăng nhập tài khoản 60 Hình 4.22 Chọn Template 60 Hình 4.23 Các tùy biến wix 61 Hình 4.24 Nhấn Publish để tạo trang web 61 Hình 4.25 Giao diện trang chủ trang web 62 Hình 4.26 Giao diện phần công cụ 63 Hình 4.27 Phần giới thiệu trang web 63 Hình 4.28 Một số phần mở rộng trang web 64 Hình 4.29 Mục liên hệ thông tin cá nhân 64 Hình 4.30 Giao diện tiếng anh trang web 65 Hình 4.31 Sơ đồ giải giải thuật Web Server 66 Hình 4.32 Giao diện quản lý 69 Hình 4.33 Giao diện đăng nhập 69 Hình 4.34 Chức sửa thơng tin khách hàng 70 Hình 4.35 Chức thêm khách hàng 70 Hình 4.36 Chọn ngôn ngữ giao diện web 71 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an x PHỤ LỤC Chương trình ghi liệu vào ghi Backup void Write_backup(void) { f= energy*1000; a= (uint32_t) energy; b= (f- a*1000); PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, a); BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2, b); PWR_BackupAccessCmd(DISABLE); }  Chương trình đọc liệu từ ghi Backup void Read_backup(void) { PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); d= BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1); e= BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2); energy= d+ (float)e/1000; PWR_BackupAccessCmd(DISABLE); }  Chương trình cho ESP8266 #include #include #include #include #include WiFiClientSecure client; const char* host = "qthangpham94.000webhostapp.com"; const int httpsPort = 443; void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("Starting "); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 89 PHỤ LỤC delay(5000); Serial.println("Starting 50%"); delay(10000); Serial.println("Starting 90%"); WiFiManager wifiManager; wifiManager.autoConnect("AutoConnectAP"); Serial.println("WiFi connected"); Serial.print("Connected to "); Serial.println(WiFi.SSID()); // Tell us what network we're connected to Serial.print("IP address:\t"); Serial.println(WiFi.localIP()); } String getValue(String data, char separator, int index) { int found = 0; int strIndex[] = { 0, -1 }; int maxIndex = data.length() - 1; for (int i = 0; i 1) { String in_string = Serial.readString(); String postData = "id=" + getValue(in_string, ':', 0) + "&numpower=" + getValue(in_string, ':', 1); Serial.println(postData); postdata(postData); Serial.println("done"); delay(30000); } delay (500); Serial.println("waiting data "); } }  Chương trình Manage.php Detail BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 92 PHỤ LỤC Tài khoản: Mật khẩu: