(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thi công hệ thống thu nhập dữ liệu và giám sát điện năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG NGHIÊN CỨU, THI CÔNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG GVHD: TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: NGUYỄN TRUNG NGHĨA MSSV: 16141207 SVTH: NGUYỄN VŨ HOÀNG ANH PHI MSSV: 16141226 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2020 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THI CÔNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG GVHD: GVC.Ths Trương Ngọc Anh SVTH: 1- Nguyễn Trung Nghĩa – 16141207 2- Nguyễn Vũ Hồng Anh Phi – 16141226 Tp Hồ Chí Minh - 07/2020 I an TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 13 tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên nghành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thơng Đại học quy 2015 MSSV: 16141207 MSSV: 16141226 Mã ngành: 141 Mã hệ : 14 Lớp : 16141DT NGHIÊN CỨU – THI CÔNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG II NHIỆM VỤ: Các số liệu ban đầu: - Tài liệu nghiên cứu module ESP8266 NodeMCU v1.0 ngơn ngữ lập trình - Tài liệu nghiên cứu module đo điện AC PZEM-004T v30 - Tài liệu nghiên cứu Amazon Web Services - Tài liệu nghiên cứu ngôn ngữ lập trình thiết kế giao diện web HTML, CSS, JavaScript, PHP phần mềm mô website – XAMPP Nội dung thực hiện: - Kết nối phần cứng, kiểm tra hoạt động - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU v1.0 đo điện - Lập trình thiết kế giao diện web - Thiết lập, cài đặt Cloud Server để phân vùng lưu trữ liệu trang web - Thi công mạch - Thiêt kế thi công mô hình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 23/03/2020 10/07/2020 GVC.Ths Trương Ngọc Anh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i an TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 13 tháng năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Trung Nghĩa Lớp: 16141DT2 MSSV: 16141207 Họ tên sinh viên: Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi Lớp: 16141DT2 MSSV: 16141226 Tên đề tài: Nghiên cứu, thi công hệ thống thu thập liệu giám sát điện Tuần/ngày Tuần (8/3 – 14/3) Tuần (15/3 – 21/3) Tuần (22/3 – 28/3) Tuần Nội dung cần thực Xác nhận GVHD Gặp GV môn để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, nhận giấy giới thiệu làm đồ án Gặp GVHD để chọn đề tài GVHD tiến hành xét duyệt đề tài viết đề cương nộp lại - Phác thảo đồ án - Phân chia cơng việc - Tìm hiểu module đo điện PZEM004T (29/3 – 4/4) - Tìm hiểu cách thức giao tiếp module ESP8266 Tuần (5/4 – 11/4) - Tìm hiểu phương thức gửi liệu từ module wifi ESP8266 lên sever - Tìm hiểu chức Realtime module ESP8266 Tuần - Xây dựng sơ đồ khối, giải thích chức cho khối (12/4 – 18/4) - Tính tốn chọn lựa chọn linh kiện cho khối Tuần - Vẽ sơ đồ nguyên lý, giải thích hoạt động mạch (19/4 – 25/4) ii an - Thiết kế sơ đồ xếp linh kiện, module - Thiết kế phần cứng Tuần (26/4 – 2/5) - Lập trình cho module ESP8266 thu nhận liệu từ module đo điện - Chạy mô Tuần (3/5 – 9/5) Tuần 10 (10/5 – 16/5) Tuần 11 (17/5 – 23/5) Tuần 12 (24/5 – 30/5) Tuần 13 (31/5 – 6/6) Tuần 14 (7/6 –13/6) Tuần 15 (14/6 – 20/6) Tuần 16 (21/6 – 27/6) - Nghiên cứu, tìm hiểu bước đưa liệu từ ESP8266 lên hệ quản trị sở liệu - Tìm hiểu cách thức tạo nên website - Tìm hiểu phần tử tạo nên website - Báo cáo tiến độ - Lên ý tưởng, thiết kế website - Tìm hiểu Php MySQL - Tìm hiểu Javascript - Khởi tạo sở liệu - Đưa liệu từ ESP8266 lên hệ quản trị sở liệu - Hoàn thành website - Hoàn thành đưa liệu phần cứng lên website - Tiến hành làm mô hình hệ thống - Thi cơng phần cứng, hồn thiện mơ hình - Chạy thử nghiệm, kiểm tra hoạt động cân chỉnh hệ thống - Viết báo cáo Hoàn thiện ĐATN gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo -Nộp ĐATN vào ngày 03/07/2020 Tuần 17 (28/6 – 4/7) -Làm slide -Chuẩn bị cho ngày bảo vệ -In giấy tờ, phiếu điểm để bảo vệ iii an Tuần 18 (5/7– 11/7) Bảo vệ ĐATN Khoa dự kiến từ ngày 10 đến ngày 20/07/2020 GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv an LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi v an LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trương Ngọc Anh _ Giảng viên môn Vi Xử Lý, người Thầy đồng nhóm suốt q trình thực đồ án tốt nghiệp Thầy ln nhiệt tình, giúp đỡ nhóm lúc khó khăn nhất, nhờ chúng tơi học hỏi nhiều điều, có nhiều kinh nghiệm để vững bước tiến tới công việc tương lại Chúng xin gửi lời chúc sức khỏe may mắn đến Thầy Trương Ngọc Anh, mong thầy giữ gìn sức khỏe giữ vững tinh thần yêu nghề Xin chân thành cảm ơn đến tác giả tài liệu hướng dẫn, tài liệu tham khảo, video internet đóng góp, chia sẻ cho kiến thức quý báu để chúng tơi học hỏi q trình làm đồ án Xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử, giảng viên trường DHSPKT Tp.HCM dạy cho sinh viên kiến thức tảng, lấy làm sở để làm đồ án tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn thân thiết đến người bạn hữu, sinh viên trường DHSPKT Tp.HCM đồng hành, chia sẻ kiến thức quý báu, hỗ trợ lẫn suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt xin gửi lời biết ơn đến cha mẹ, bậc phụ huynh sinh viên đỡ đần, nuôi nấng, hỗ trợ chúng tơi khoản kinh phí, ăn, ở, người cho hội, sức khỏe, luôn tạo điều kiện cho học để trưởng thành, nhờ chúng tơi có hội để thực hoàn thành đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii 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 GIỚI THIỆU MODULE ESP8266 NODEMCU V1.0 2.1.1 Sơ đồ chân 2.1.2 Thông số phần cứng 2.1.3 Chuẩn giao tiếp SPI 2.1.4 Một số loại ESP8266 bán thị trường 2.2 Giới thiệu module PZEM-004T 2.3 MODULE hiển thị 2.3.1 Module LCD 20x4 2.3.2 Module chuyển đổi giao tiếp I2C 10 2.4 Khái quát mạng không dây 11 2.4.1 Giới thiệu 11 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động 12 2.4.3 Một số chuẩn WiFi 12 2.5 Webserver sở liệu 14 2.5.1 Phần mêm mô trang web XAMPP 14 2.5.2 Tổng quan webserver ngơn ngữ lập trình trang web 14 2.5.3 Tổng quan hệ quản trị sở liệu MySQL 17 2.5.4 Amazon Web Services 19 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ 22 vii an 3.1 Giới thiệu 22 3.2 Tính tốn thiết kế 22 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 22 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 29 3.2.3 Thiết kế mơ hình thiết bị 31 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 33 4.1 Giới thiệu 33 4.2 Thi công hệ thống 33 4.2.1 Thi công board mạch 33 4.2.2 Sắp xếp linh kiện cho tủ điện 34 4.2.3 Lắp ráp kiểm tra 35 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình 37 4.3.1 Đóng gói điều khiển 37 4.3.2 Thi cơng mơ hình 38 4.4 Lập trình hệ thống 40 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 40 4.4.2 Phần mềm lập trình 41 4.4.3 Cài đặt Amazon EC2 48 4.4.4 Tạo tên miền 57 4.4.5 Thiết lập Cloud Server 61 4.4.6 Đưa liệu lên Cloud Server 67 4.5 Hướng dẫn sử dụng 69 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 71 5.1 Kết đạt 71 5.1.1 Kết phần cứng 72 5.1.2 Kết phần mềm 76 5.2 Nhận xét đánh giá 81 5.2.1 Về phần cứng 81 5.2.2 Về phần mềm 81 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 6.1 KẾT LUẬN 82 6.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 85 viii an PHỤ LỤC // Start the server Serial.println("Server started"); Serial.print(WiFi.localIP()); delay(1000); Serial.println("connecting "); } void loop() { float voltage = pzem.voltage(); if ( !isnan(voltage) ) { Serial.print("Voltage: "); Serial.print(voltage); Serial.println("V"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("U= "); lcd.print(voltage); lcd.print("V"); } else { Serial.println("Error reading voltage"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("U.Error!"); } float current = pzem.current(); if ( !isnan(current) ) { Serial.print("Current: "); Serial.print(current); Serial.println("A"); lcd.print(" I= "); lcd.print(current); lcd.print("A"); } else { Serial.println("Error reading current"); lcd.print("I.Error!"); } float power = pzem.power(); if ( !isnan(power) ) { Serial.print("Power: "); Serial.print(power); Serial.println("W"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("P= "); lcd.print(power); lcd.print("W"); } else { Serial.println("Error reading power"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("P.Error!"); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 86 PHỤ LỤC float energy = pzem.energy(); if ( !isnan(energy) ) { Serial.print("Energy: "); Serial.print(energy, 3); Serial.println("kWh"); lcd.print(" E= "); lcd.print(energy); lcd.print("kWh"); } else { Serial.println("Error reading energy"); lcd.print("E0.Error!"); } float frequency = pzem.frequency(); if ( !isnan(frequency) ) { Serial.print("Frequency: "); Serial.print(frequency, 1); Serial.println("Hz"); } else { Serial.println("Error reading frequency"); } float pf = pzem.pf(); if ( !isnan(pf) ) { Serial.print("PF: "); Serial.println(pf); } else { Serial.println("Error reading power factor"); } Serial.println(); delay(1000); if (client.connect(host, 80)) { Serial.println("connected"); client.print(String("GET https://")+host+("/dataEsp8266/insert.php?voltage=") + voltage + ("¤t=") + current + ("&power=") + power + ("&energy=") + energy + ("&id=1")+ " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + host + "\r\n" + "Connection: close\r\n\r\n"); } else { Serial.println("connection failed"); } delay(9000); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 87 PHỤ LỤC  Chương trình xử lý liệu để đưa lên sở liệu Tên file : insert.php BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 89 PHỤ LỤC  Chương trình trang điều hướng Tên file : index.php  Chương trình trang giám sát tổng quát Tên file : home.php overload { background: #dc3545 !important; } overload-rsp { background: #dc3545 !important; } Giám sát tổng quát BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 90 PHỤ LỤC

Công suất tiêu thụ :

kW.h

Điện áp : V

Dòng điện : A

kW.h BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 91 PHỤ LỤC