Giúp thực hiện công việc đo và giám sát, hiển thị và cập nhật lên màn hình thiết bị và trên các nền tảng Mobile app và Web app, giúp cho người sử dụng có thể dễ dàng quan sát cũng như thống kê, kiểm soát được lượng điện đã và đang sử dụng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHỈ SỐ TIÊU THỤ ĐIỆN SINH HOẠT ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ IOT SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỖ ĐÌNH QUỲNH LỚP KHMT ỨNG DỤNG B-K61 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN DUY HUY BỘ MƠN KHOA HỌC MÁY TÍNH HÀ NỘI – 2021 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I.1 Tính cấp thiết .7 I.2 Mục tiêu .7 I.3 Phạm vi I.4 Nội dung .8 I.5 Phương pháp .8 I.6 Khảo sát toán thực tế CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IOT 11 II.1 Định nghĩa .11 II.2 Lịch sử hình thành phát triển IOT 12 II.3 Đặc trưng IoT 14 II.4 Kiến trúc tổng quát ứng dụng IoT 15 II.5 Phần cứng IoT .18 II.5.1 Tổng quan thiết bị phần cứng IoT 19 II.5.2 Các tảng phần cứng phổ biến 21 II.6 Truyền nhận liệu IoT 28 II.7 Ứng dụng IoT 35 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 38 III.1 Phân tích thiết kế hệ thống xử lý .38 III.2 Phân tích thiết kế hệ thống liệu 40 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG .42 IV.1 Xây dựng hệ thống phần cứng .42 IV.1.1 Lựa chọn phần cứng 42 IV.1.2 Kết nối phần cứng 48 IV.2 Xây dựng hệ thống phần mềm công cụ hỗ trợ 50 IV.2.1 Xây dựng chức cho mainboard .50 IV.2.2 Xây dựng sở liệu thời gian thực từ Google Firebase .57 IV.2.3 Xây dựng ứng dụng thiết bị di động 59 IV.2.4 Xây dựng Web App 63 IV.3 Kết đạt .65 IV.3.1 Kết lý thuyết .65 I.V.3.2 Kết sau hoàn thiện hệ thống .65 IV.3.3 Chạy kiểm thử hệ thống 69 IV.4 Đánh giá, nhận xét 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, đồ án tốt nghiệp minh chứng cho kiến thức có sau năm năm học tập Trong q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp, cố gắng thân, em khơng thể hồn thành tốt cơng việc khơng có bảo hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Duy Huy Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, nhờ có thầy mà em xây dựng hồn thành báo cáo cách xuất sắc Ngồi suốt q trình nghiên cứu em nhận được giúp đỡ, hỗ trợ tận tình tồn thể q thầy BGH trường Đại học Mỏ Địa chất, thầy Bộ mơn Khoa học máy tính Em xin gửi lời cảm ơn tới ban chủ nhiệm môn, tập thể cán giảng dạy môn Khoa Học Máy Tính, khoa Cơng nghệ thơng tin, trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, truyền dạy kiến thức cho em suốt năm vừa qua tạo điều kiện để em thực tốt Đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè giúp đỡ, chia sẻ em trình học tập hồn thành đồ án Bước đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực mới, kiến thức em hạn chế cịn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q thầy để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 31 tháng 05 năm 2021 Sinh viên Đỗ Đình Quỳnh DANH MỤC H Hình 1: Cơng nhân điện lực ghi số điện sử dụng công tơ YHình 1: Tổng quan IoT 11 Hình 2: Sơ đồ kiến trúc IoT .15 Hình 3: Kiến trúc phần cứng IoT 19 Hình 4: Một số loại vi điều khiển dòng AVR hãng Atmel 19 Hình 5: Các phiên Board Arduino .22 Hình 6: Các board mạch dựa ESP8266 .23 Hình 7: Các model Raspberry Pi 25 Hình 8: Phần cứng Particle 26 Hình 9: Bo mạch BeagleBone .27 Hình 10: Cấu tạo MQTT 28 Hình 11: Dạng yêu cầu/phản hồi HTTP .30 Hình 12: Các lớp CoAP 32 Hình 13: Giao thức DDS 33 Hình 14: Mơ hình AMQP 34 YHình 1: Mơ hình hệ thống 38 Hình 2: Sơ đồ hệ thống .39 Hình 3: Nguyên lý hoạt động 39 Hình : Lưu đồ giải thuật đo điện AC 40 YHình 1: Module PZEM-004T .42 Hình 2: Sơ đồ giao tiếp Module AC PZEM-004T cổng PZCT-02 100A .43 Hình 3: Module Node MCU ESP8266 44 Hình 4: Sơ đồ Pin I/O ESP8266 44 Hình 5: Sơ đồ chân LCD 16x2 45 Hình 6: Module giao tiếp LCD I2C 47 Hình 7: Bộ nguồn 5V 48 Hình 8: Sơ đồ kết nối khối thiết bị đo điện .49 Hình 9: Kết nối khối hiển thị .49 Hình 10: Phần mềm Arduino IDE .50 Hình 11: Giao diện Arduino IDE 51 Hình 12: Cài đặt thư viện cho NodeMCU 52 Hình 13: Cài đặt Firmware ESP8266 .53 Hình 14: Chọn phần cứng để lập trình 53 Hình 15: Chọn Port kết nối .54 Hình 16: Cài đặt thư viện cho Arduino IDE 54 Hình 17: Hiển thị thơng số lên mobile app 55 Hình 18: Truyền liệu lên Firebase database 56 Hình 19: Hiển thị thơng số lên LCD 56 Hình 20: Google Firebase dịch vụ 57 Hình 21: Cách thức hoạt động Firebase Realtime Database .58 Hình 22: Cơ sở liệu thời gian thực hệ thống 59 Hình 23: Giao diện app Blynk 59 Hình 24: Nguyên lý hoạt động Blynk 60 Hình 25: Tạo project Blynk .61 Hình 26: Thêm widget vào project 61 Hình 27: Cấu hình cho widget 62 Hình 28: Giao diện sau cấu hình widget .63 Hình 29: Giao diện Sublime Text 64 Hình 30: Giao diện đăng nhập hệ thống 65 Hình 31: Giao diện theo dõi điện tiêu thụ user 66 Hình 32: Giao diện thống kê điện theo ngày user 66 Hình 33: Giao diện quản lý admin .67 Hình 34: Giao diện in hóa đơn 67 Hình 35: Giao diện hệ thống thiết bị di động .68 Hình 36: Hệ thống chạy với tải 69 Hình 37: Thời gian tiêu thụ tải 70 Hình 38: Hệ thống chạy với hai tải 71 Hình 39: Reset trạng thái thiết bị công tơ điện tử thêm tải .72 Hình 40: Độ xác hệ thống so với công tơ điện tử 73 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng 1: Kết nối PZEM-004T với ESP8266 .48 Bảng 2: Kết nối ESP8266 với I2C LCD 49 Bảng 3: Các chức công cụ MỞ ĐẦU Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (I4.0) diễn sôi động giới với hội tụ giới vật lý giới ảo (kỹ thuật số), động lực thúc đẩy cách mạng Internet vạn vật (Internet of Things IoT) phát triển với tốc độ kinh ngạc Chúng ta đơi lần bắt gặp cụm từ IoT đâu, từ tin thời - công nghệ tivi, trang mạng điện tử, cụ thể ứng dụng thiết thực đời sống Đúng tên gọi, hệ thống thiết bị cơng nghệ có liên quan đến nhau, vật kết nối với dựa giao thức chung, mạng truyền thơng – hay Internet Chỉ cần thiết bị có kết nối mạng, bạn hồn tồn kiểm tra, điều khiển thiết bị, bạn đâu Với tiện ích IoT mang lại, việc ứng dụng công nghệ vào đời sống thật cần thiết Vậy cụ thể ứng dụng vào đâu, việc điều khiển thiết bị điện từ xa ? Vậy có bạn phải đau đầu tự hỏi tháng hóa đơn tiền điện lại tăng lên chóng mặt bạn nghĩ sử dụng chúng cách hợp lý tiết kiệm Có nhiều ngun nhân dẫn đến tình trạng ví dụ chủ quan qn khơng tắt thiết bị điện, độ sai sót cơng tơ điện, nhân viên ghi nhầm số điện…vv Vậy làm để giải vấn đề nói trên? Xuất phát từ câu hỏi đó, tận tình hướng dẫn TS Nguyễn Duy Huy – (Khoa Công nghệ thông tin – Trường ĐH Mỏ Địa chất), em mạnh dạn đăng ký thực đề tài: “Xây dựng hệ thống giám sát số tiêu thụ điện sinh hoạt ứng dụng công nghệ IoT” giúp thực công việc đo giám sát, hiển thị cập nhật lên hình thiết bị tảng Mobile app Web app, giúp cho người sử dụng dễ dàng quan sát thống kê, kiểm soát lượng điện sử dụng Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian trình độ cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiết sót Rất mong góp ý thầy bạn để báo cáo hồn thiện CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I.1 Tính cấp thiết Trong sống người ln ln đặt câu hỏi, ln có tị mị với điều mẻ Và tị mị lại đem lại ý tưởng không ngờ Ai số nghĩ tới sống nơi mà thiết bị máy móc điện tử trở thành người bạn tốt với người Giờ đây, điều dần trở thành thực công nghệ IoT xuất hiện, dần ‘xâm chiếm” toàn giới Ứng dụng IoT gắn liền với sống phải kể đến mơ hình nhà thơng minh Ở điều khiển, kiểm sốt ngơi nhà cách tối ưu mà không tốn nhiều công sức thời gian, việc giám sát điện tiêu thụ nhà Hiện tại, việc giám sát lượng điện tiêu thụ 100% thực nhờ công tơ điện công ty điện lực lắp đặt, sau hàng tháng có nhân viên tới ghi số điện thủ công Tuy cuối tháng xem hóa đơn tiền điện số điện mà khơng thể kiểm sốt việc sử dụng điện cách tiện dụng, thống kê trực quan Đi kèm với việc sử dụng công tơ điện sử dụng đa số rủi ro kèm theo, điển theo phóng VTV24 tháng 12/2019, nhiều cơng tơ điện hết "đát", chất lượng tân trang thành hàng bán cho người tiêu dùng khiến xảy tình trạng sai số lớn Ngồi ra, với hệ thống công tơ điện ghi số thủ công dễ xảy nhầm lẫn làm nảy tranh cãi khiến người dùng sai số hay thân họ qn khơng tắt thiết bị khiến tình trạng xảy Đứng trước thực trạng đó, yêu cầu cấp thiết đặt cần kết hợp ứng dụng cơng nghệ để giám sát thông số điện mà sử dụng hàng ngày Để từ kiểm sốt đề phương án sử dụng cách hiệu tiết kiệm Ngồi ra, hệ thống cịn hỗ trợ cho đơn vị việc giám sát, xuất hóa đơn thu phí tiền điện sinh hoạt hộ mà đơn vị quản lý Đó lý em định lựa chọn thực đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát số tiêu thụ điện sinh hoạt ứng dụng công nghệ IoT” I.2 Mục tiêu Tìm hiểu tổng quan IoT Thiết kế hệ thống tiến hành đo lượng điện tiêu thụ đặn cập nhật thông số lên Web app Mobile app để thuận tiện cho việc giám sát Thiết kế hệ thống quản lý, nơi mà đơn vị quản lý trích xuất hóa đơn để thu phí điện tiêu thụ hộ Hoàn chỉnh sản phẩm kế hoạch đưa vào thử nghiệm I.3 Phạm vi Các đơn vị quản lý việc giám sát, thu phí điện Các hộ gia đình Các vấn đề xoay quanh việc tiêu thụ điện đời sống