(Tiểu luận) đề tài thiết kế công tắc thông minh điều khiển 6 bóng đèn cho trang trại chăn nuôi có cùng công suất pđm = 40w, cos

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ====o0o==== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH Tên đề tài: Thiết kế công tắc thông minh điều khiển bóng đèn cho trang trại chăn ni có cơng suất Pđm = 40W, cos𝝋 = 0,9, Uđm = 220V, f=50Hz Giáo viên hướng dẫn: TS.Phạm Văn Cường Nhóm : 11 Sinh viên : Lớp: EE6050001 Trần Huy Phú 2019600949 Phạm Quốc Tuấn 2019600218 Lưu Minh Tân 2019600129 Nguyễn Tú 2019600462 Lê Quốc Việt 2019601017 Năm 2022 h BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT BỊ ĐIỆN THƠNG MINH Nhóm 11 STT Họ tên MSV Lớp-Khóa Trần Huy Phú 2019600949 Điện 1-K14 Phạm Quốc Tuấn 2019600218 Điện 1-K14 Lưu Minh Tân 2019600129 Điện 1-K14 Nguyễn Tú 2019600462 Điện 1-K14 Lê Quốc Việt 2019601017 Điện 1-K14 Giáo viên hướng dẫn : TS Phạm Văn Cường NỘI DUNG Đề tài: Thiết kế cơng tắc thơng minh điều khiển bóng đèn cho trang trại chăn ni có cơng suất, cơng suất bóng Pđm = 40W, cos𝝋 = 0,9, Uđm = 220V, f=50Hz PHẦN THUYẾT MINH Tổng quan chung thiết bị điện thông minh Thiết kế công tắc thơng minh điều khiển cho bóng đèn - Điều khiển thông qua Wifi - Điều khiển không giới hạn khoảng cách (có mạng intenet) Xây dựng mơ hình thực nghiệm Đánh giá kết Ngày giao đề tài: 17/07/2022 Ngày hoàn thành: 04/09/2022 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Phạm Văn Cường h Mục lục Danh mục hình ảnh Lời nói đầu Chương 1: Tổng quan công tắc điện thông minh 1.1 Khái niệm thiết bị thông minh 1.2 Công tắc điện thông minh 1.3 IoT .7 1.3.1 Khái niệm IoT 1.3.2 Cấu trúc IoT 1.4 Giao tiếp giới thực .9 1.4.1 Khái niệm WIFI .9 1.4.2 Khái niệm Internet .10 1.5 Độ an tồn tính bảo mật công tắc điện thông minh .11 1.5.1 Độ an toàn 11 1.5.2 Tính bảo mật .11 Chương 2: Thiết kế công tắc thông minh điều khiển bóng đèn 13 2.1 Ứng dụng Blynk 13 2.2 Sơ đồ khối mơ hình 13 2.3 Nguyên lí hoạt động mơ hình 14 2.4 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển 15 2.4.1 Lựa chọn thiết bị có mơ hình 15 2.4.2 Lưu đồ thuật toán 17 2.4.3 Chương trình nạp vào nodeMCU .18 2.4.4 Cài đặt tạo giao diện app Blynk 20 Chương 3: Mơ hình thực nghiệm 28 3.1 Giới thiệu mơ hình 28 3.2 Vận hành mơ hình 29 h 3.2.1 Khi mơ hình chưa hoạt động 29 3.2.2 Khi mơ hình hoạt động .31 Kết luận .33 Tài liệu tham khảo .34 h Danh mục hình ảnh Hình 1: Cơng tắc thơng minh Hình 2: IoTs .7 Hình 3: Cấu trúc IoT Hình 4: Wifi .9 Hình 5:Internet .10 Hình 6: Địa IP 11 Hình 1: Các tảng Blynk 13 Hình 2: Sơ đồ khối 14 Hình 3: Module relay kênh 5V-220V 10A 15 Hình 4: Module NodeMCU ESP8266 15 Hình 5: Bóng đèn 15 Hình 6: Công tắc 15 Hình 7: Module NodeMCU ESP8266 CP2102 .16 Hình 8: Lưu đồ thuật tốn .17 Hình 9: App Blynk 21 Hình 10: Nhập email mật 22 Hình 11: Thêm dự án .23 Hình 12: Đặt tên dự án 24 Hình 13: Set up giao diện điều khiển 25 Hình 14: Cài đặt cho nút ấn 26 Hình 15: Giao diện sau cài đặt 27 Hình 1: Mặt trước mơ hình .28 Hình 2: Mặt sau mơ hình .29 Hình 3: Mơ hình chưa nhấn công tắc 29 Hình 4: Cơng tắc app chưa bật 30 Hình 5: Cơng tắc app bật lên 31 h Hình 6: Đèn bật 32 h Lời nói đầu Trong năm gần đây, IoT khái niệm quen thuộc, câu "cửa miệng" hội thảo khoa học công nghệ Việc ứng dụng IoT vào mặt đời sống trở nên vô cấp bách cần thiết Theo xu hướng nhóm em định chọn Đề tài: Thiết kế cơng tắc thơng minh điều khiển bóng đèn cho trang trại chăn ni có cơng Pđm=40W, cos𝝋 = 0,9, Uđm = 220V, f=50Hz Với mục đích có kiến thức tảng mơn học, làm cho dự án lớn sau nhà thông minh, hay điều khiển công nghiệp sử dụng IOTs, Ngoài việc hoàn thành báo cáo với cơng việc cịn có ý nghĩa sâu sắc sinh viên thực Một lần sinh viên thực hành kiến thức học từ ghế nhà trường giúp hình thành sản phẩm công nghiệp, sử dụng, cầm tay lắp cảm biến mà từ trước nằm trang giấy Trong q trình tiến hành khơng thể khơng gặp khó khăn vấp phải, Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm thực tế thời gian thực nên việc giải đề tài tránh khỏi thiếu sót Do mong bảo thêm thầy h Chương 1: Tổng quan công tắc điện thông minh 1.1 Khái niệm thiết bị thông minh Thiết bị điện thông minh cho phép kết nối thiết bị nhà với để tạo thành mạng lưới thuận tiện cho việc giám sát, điều khiển từ xa có khả tự động xử lý thông báo đến cho người dùng Đem lại an toàn, tiện nghi tiết kiệm 1.2 Công tắc điện thông minh Công tắc thông minh loại cơng tắc giúp người dùng đóng/mở thiết bị điện như: Bóng đèn, quạt, thơng qua thao tác đơn giản chạm vào phím cảm ứng điều khiển từ xa điện thoại hay máy tính bảng Cơng tắc điện thông minh thiết bị điện thông minh cho phép người sử dụng điều khiển, giám sát hoạt động đối tượng cần điều khiển cách trực tiếp gián tiếp thơng qua wifi, bluetooth,… Hình Hình1.1.1 1:Cơng Cơngtắc tắcthơng thơngminh minh sNgun lí hoạt động Cơng tắc điện có nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản: Khi đóng cơng tắc: cực động tiếp xúc với cực tĩnh làm kín mạch cho dịng điện chạy qua thiết bị hoạt động, gửi tín hiệu điến vi điều khiển Khi cắt cơng tắc: cực động tách khỏi cực tĩnh làm hở mạch làm ngắt điện h khỏi thiết bị, gửi tín hiệu đến vi điều khiển Thiết lập nút ấn online app để điều khiển thiết bị thông qua việc giao tiếp đồng liệu vi điều khiển Ngoài ra, bạn khỏi nhà điều khiển thiết bị nhà được, đặc điểm mà nhiều người yêu thích tin dùng Ưu điểm: - An tồn, chống rị rỉ điện Cơng tắc thơng minh thiết kế mặt kính cường lực bao phủ hồn tồn cách điện giúp hạn chế tối đa trường hợp chập cháy, rị rỉ điện, đảm bảo an tồn tuyệt đối cho người sử dụng Trong trường hợp có cố điện, bạn hồn tồn dùng điều khiển từ xa để ngắt điện mà không cần dùng tay bấm/gạt trực tiếp công tắc truyền thống - Điều khiển lúc, nơi Với tính điều khiển từ xa, bạn không cần di chuyển đến tận nơi có ổ cắm nhiều lần để bật/tắt thiết bị Đặc biệt với hay qn cơng tắc thông minh giải pháp tối ưu Những lúc xa nhà, bạn cần chạm vào hình điện thoại máy tính bảng dễ dàng tắt thiết bị khơng cần thiết Nhờ mà tiết kiệm điện đồng thời nâng cao tuổi thọ cho thiết bị điện tử nhà Ngồi bạn chia sẻ thiết bị kết nối nhà thành viên gia đình mà không cần kết nối thiết bị nhiều lần Dễ lắp đặt, cài đặt, cấu hình thiết bị, thợ điện người dùng hiểu điện lắp đặt - Khơng cần phát sinh thêm điều khiển trung tâm để chuyển ngôn ngữ truyền thông sang router wifi - Không bị phụ thuộc vào điều khiển trung tâm Khi điều khiển trung tâm hỏng kết nối, công tắc hoạt động độc lập - Không bị tượng thắt nút cổ chai phát sinh lỗi Nhược điểm:Giá thành cao Ứng dụng: h Công tắc thông minh ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, ngành nghề, sử dụng theo mục đích khác Ứng dụng cơng tắc thơng minh biệt thự, nhà ở, khu dân cư: Dùng làm công tắc cho hệ thống đèn chiếu sáng cổng nhà, sân vườn, ban công, nơi bạn không tiện dùng tay để bật/tắt điện, hay thao tác số trường hợp xác định khác Ứng dụng nhà hàng, quán rượu, khách sạn: Dùng l [1]àm công tắc cho hệ thống chiếu sáng, hệ thống máy điều hịa, máy nóng lạnh Cho phép bạn kiểm tra giám sát hoạt động thiết bị cách dễ dàng Có thể ngắt hoạt động thiết bị phòng trống hay khu vực cần thiết khác nhờ cảm biến tự động hay điều khiển từ xa Ứng dụng công tắc thông minh nông nghiệp: Dùng để bật tắt máy tưới, máy sục khí hồ cá, soi sáng vườn tược, máy ấp,… cách tự động 1.3 IoT 1.3.1 Khái niệm IoT IoT viết tắt Internet of Things mạng lưới thiết bị kết nối Internet hay Internet kết nối vạn vật Trong tồn vật dụng tích hợp phận điện tử, phần mềm, cảm biến để trở nên thông minh [1] h 21 } }else{ bt1_state=LOW; } if(digitalRead(button2)==HIGH){ if(bt2_state==LOW){ digitalWrite(led2,!digitalRead(led2)); Blynk.virtualWrite(V2,digitalRead(led2)); bt2_state=HIGH; delay(200); } }else{ bt2_state=LOW; } if(digitalRead(button3)==HIGH){ if(bt3_state==LOW){ digitalWrite(led3,!digitalRead(led3)); Blynk.virtualWrite(V3,digitalRead(led3)); bt3_state=HIGH; delay(200); } }else{ bt3_state=LOW; } } 2.4.4 Cài đặt tạo giao diện app Blynk Có thể cài đặt ứng dụng Blynk Andoird IOS Blynk app ứng dụng để bạn xây dựng giao diện điều khiển qua Internet cho Blocky Dot Bạn cần download cài đặt Blynk app, hỗ trợ tảng Android iOS Bước 1: Tải cài đặt ứng dụng Blynk từ Google Play Apple App Store h 22 Hình Hình 2.9: 9: App App Blynk Blynk Bước 2: Tạo tài khoản cá nhân app Blynk web https://sgp1.blynk.cloud/dashboard/register cho riêng bạn sử dụng email cá nhân Ở bước này, có lựa chọn sử dụng server mặc định Blynk sử dụng server Blocky Với server mặc định bạn bị hạn chế số lượng control (widget) thiết kế giao diện bỏ tiền mua Energy để tăng số lượng control lên Tuy nhiên với server Blocky bạn cấp giới hạn lớn gần bạn không cần phải mua thêm để đáp ứng nhu cầ Trong hướng dẫn ưu tiên sử dụng server Blocky để thoải mái xây dựng ứng dụng theo ý Để Blynk app sử dụng server Blocky tạo account Login, cần thay đổi sang địa server riêng Blocky thay sử dụng server mặc định Nhập vào “blynk.getblocky.com”, port 9443 h 23 Hình Hình 2.10: 10: Nhập Nhập email email và mật mật khẩu h 24 Cũng login tài khoản facebook có mà khơng cần đăng ký tài khoản Blynk App cách nhấn vào lựa chọn Log In with Facebook Bước 3: Tạo project device dùng cho sau Chọn loại device ESP8266, Connection Type WI-FI nhấn nút Create Một mã số bao gồm 32 kí tự cho thiết bị gọi Device auth token gửi đến email Chú ý!!! Bạn cần sử dụng auth token để lập trình Arduino Blocky Node Wifi kết nối đến server Sẽ có project với canvas trống để thêm widget để thể thông tin gửi từ Blocky Dot để điều khiển Có nhiều loại widget phục vụ nhiều h 25 mục đích khác Hình Hình 2.12: 12: Đặt Đặt tên tên dự dự án án Bước 4: Thêm widget vào project cách nhấn vào chỗ trống canvas biểu tượng top menu Chọn loại widget cần thêm kéo thả vào canvas h 26 Hình Hình 2.13: 13: Set Set up up giao giao diện diện điều điều khiển khiển Bước 5: Cấu hình cho widget Mỗi widget có hình Settings riêng Nhấn vào widget canvas để mở hình Settings Trong đó, thơng số PIN quan trọng nhất, tùy thuộc bạn sử dụng PIN Blynk app lập trình tương tự cho Blocky Node Wifi Arduino Sẽ tìm hiểu rõ phần hướng dẫn xây dựng ứng dụng cụ thể h 27 Hình Hình 2.14: 14: Cài Cài đặt đặt cho cho nút nút ấn ấn h 28 Hình 15: Giao diện sau cài đặt Hình 2.15: Giao diện sau cài đặt Sau thiết kế giao diện điều khiển với Widget xong, chuyển từ EDIT mode sang PLAY mode để điều khiển tương tác với dashboard cách nhấn nút Play Khi muốn thay đổi thiết kế canvas settings widget, nhấn vào nút STOP Trong PLAY mode, thấy thông báo chấm đỏ thể Block Node Wifi chưa online Sẽ lập trình Arduino cho Blocky Node Wifi kết nối với Blocky server online Chương 3: Mơ hình thực nghiệm 3.1 Giới thiệu mơ hình Gồm có: module esp 8266 rơle kênh bóng đèn led cảm biến chạm Ghép nối song song bóng đèn lại, cặp đèn ứng với cơng tắc, bố trí sau: h 29 Hình 1: Mặt trước mơ hình Hình 2: Mặt sau mơ hình h 30 3.2 Vận hành mơ hình 3.2.1 Khi mơ hình chưa hoạt động Hình 3: Mơ hình chưa nhấn cơng tắc h 31 Hình 4: Cơng tắc app chưa bật h 32 3.2.2 Khi mô hình hoạt động Hình 5: Cơng tắc app bật lên h 33 Hình 6: Đèn bật h 34 Kết luận  Kết đạt được: Mơ hình cơng tắc thơng minh nhóm dùng để đóng cắt thiết bị từ xa, hay đóng cắt trực tiếp cơng tắc  Nhược điểm cần khắc phục : Chưa tự động update wifi muốn kết nối với wifi khác mà khơng cần nạp lại code Độ bền, tính ổn định tín hiệu tốt, bảo mật tốt  Phần kiến thức học : - Hiểu tổng quát khái niệm, cấu trúc, ứng dụng IoTs, module NodeMCU ESP 8266, - Kỹ làm việc nhóm, xử lí cơng việc - Thao tác lắp ráp, đấu nối, chọn thiết bị thực lập trình h 35 Tài liệu tham khảo [1] N T B Thiện, Lập trình IOT với arduino - ESP 8266 & XBEE, NXB Thanh Niên , 2015 h