Đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế bộ chuyển mạch nguồn tự động(m ats)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ    ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: Thiết kế chuyển mạch nguồn tự động(M-ATS) Giáo viên hướng dẫn : Th.S Bạch Văn Nam Sinh viên thực : Đặng Qúy Hướng - K165520207041 Sinh viên thực : Nguyễn Văn Tường - K165520207034 Lớp : 52KĐT.01 Thái Nguyên – 2021 KHOA ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực : Đặng Qúy Hướng - K165520207041 Sinh viên thực : Nguyễn Văn Tường - K165520207034 Lớp : K52KĐT.01 Ngày giao đề: 05/11/2020 Ngày hoàn thành: 11/01/2021 Tên đề tài Thiết kế chuyển mạch nguồn tự động (ATS) Yêu cầu bước thực 1- Giới thiệu phân tích u cầu tốn thiết kế 2- Trình bày tổng quan nhận dạng người nói bảo mật 3- Mơ tả cụ thể trình tự bước thiết kế, kết minh họa 4- Kết luận hướng phát triển BCN KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) T.S Nguyễn Phương Huy GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Th.S Bạch Văn Nam MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CÁM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NHÀ THÔNG MINH .3 1.1 Định nghĩa nhà thông minh 1.2 Các chức nhà thơng minh 1.3 Các hệ thống nhà thông minh 1.3.1 Hệ thống quản lý chiếu sáng 1.3.2 Hệ thống kiểm soát vào .5 1.3.3 Rèm cửa 1.3.4 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas 1.3.5 Hệ thống cảm biến báo động, báo cháy .7 1.3.6 Hệ thống công tắc điều khiển trạng thái 1.4 Một số phương án thiết kế nhà thơng minh có thị trường .9 1.4.1 BKAV Smarthome 1.4.2 Lumi Smarthome 10 1.4.3 Ecozy Smarthome 11 1.5 Giới thiệu phịng 409 – Bộ mơn Kỹ thuật điện tử .12 1.5.1 Sơ lược phịng 409 Bộ mơn Kỹ thuật Điện tử 12 1.6 Định hướng mục tiêu cho đồ án .15 CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VÀ SƠ ĐỒ KHỐI 17 2.1 Khảo sát nguồn thiết bị điện phòng TN-409 17 2.2 Lựa chọn giải pháp .18 2.3 Sơ đồ khối 18 2.4 Lưu đồ thuật toán .19 2.4.1 Yêu cầu hệ thống 19 2.4.2 Lưu đồ tổng quan hệ thống 20 2.4.3 Lưu đồ chế độ tự động chuyển mạch nguồn 21 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .21 3.1 Lập trình điều khiển 21 3.1.1 Lập trình điều khiển trung tâm .21 3.1.2 Lập trình điều khiển từ xa 29 3.1.3 Thiết kế App Blynk .33 3.2 Thiết kế phần cứng .34 3.2.1 Xây dựng mạch nguyên lý 34 3.2.2 Vẽ mạch PCB 35 3.2.3 Thi công mạch điều khiển test chức mạch 36 CHƯƠNG THI CÔNG MẠCH LỰC VÀ KẾT QUẢ 36 4.1 Lựa chọn linh kiện 36 4.1.1 Lựa chọn relay .36 4.1.2 Màn hình hiển thị LCD 37 4.1.3 Lựa chọn ATS 37 4.1.4 Lựa chọn thiết bị bảo vệ 38 4.2 Lắp đặt tủ 39 4.2.1 Bố trí phần tủ .39 4.2.2 Tiến hành dây cho tủ .41 4.3 Kiểm tra đánh giá tủ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .46 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ tả nhà thông minh Hình 1.2: Mơ hình điều khiển từ xa Hình 1.3: Mô tả hệ thống đèn chiếu sáng thông minh Hình 1.4: Mơ tả khóa cửa thông minh .6 Hình 1.5: Mơ tả hệ thống rèm cửa thơng minh Hình 1.6: Công tắc cảm ứng hunonic thông minh Hình 1.7: Mơ tả nhà thơng minh BKAV Hình 1.8: Mô tả nhà thông minh Lumi Smarthome .10 Hình 1.9: Mơ tả nhà thơng minh Ecozy 11 Hình 1.10: Mô tả nhà thông minh Hunonic 12 Hình 1.11: Cửa phịng 409 – Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử .13 Hình 1.12: Khơng gian bên phịng 409 – Bộ mơn kỹ thuật điện tử .14 Hình 1.13: Phía bên trái bên phải nhìn từ cửa vào phịng 409 15 Hình 2.1 : Bộ invector chuẩn sin 24V/220V 1500W 18 Hình 2.2: sơ đồ khối hệ thống ATS 19 Hình 2.3: lưu đồ tổng quan hệ thống 20 Hình 2.4: lưu đồ chế độ tự động chuyển mạch nguồn 21 Hình 3.1: kit Arduino nano 22 Hình 3.2: Code phần mềm Arduino IDE 23 Hình 3.3: code ESP8266 phần mềm Arduino IDE 30 Hình 3.4: Giao diện App Blynk sau thiết kế theo yêu cầu 34 Hình 3.5: sơ đồ nguyên lý điều khiển Altium Designer 35 Hình 3.6: mạch PCB điều khiển Altium Designer .35 Hình 4.1: Relay 12/220V chân 36 Hình 4.2: LCD 2004 37 Hình 4.3: ATS pha tác động nhanh 38 Hình 4.4: aptomat 250V/20a 39 Hình 4.5: Bố trí phần lên tủ điện 40 Hình 4.6: dây cho tủ điện 41 Hình 4.7: tủ điện dây hồn thiện 43 Hình 4.8: test tủ điều khiển 45 LỜI CÁM ƠN Xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn – thầy giáo Th.S Bạch Văn Nam giúp đỡ em nhiều q trình tìm hiểu, thiết kế hồn thành đề tài Những buổi nói chuyện, kinh nghiệm tài liệu thầy, giúp chúng em có định hướng đắn đưa phương pháp tốt để thực đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Khoa Kỹ thuật điện tử, người dìu dắt chúng em suốt năm Đại học Xin cảm ơn bạn bè anh chị khóa trên, người chúng em học tập, san sẻ khó khăn, có ủng hộ tinh thần quý giá Và cuối cùng, quan trọng nhất, xin cám ơn ba mẹ người thân, người ủng hộ chúng mặt Khơng có quan tâm đó, chúng khơng thể hồn thành tốt đồ án Trong trình tiến hành nghiên cứu tìm hiểu, nhận hướng dẫn tận tình thầy, cô cố gắng thân kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp nhận xét đánh giá quý báu thầy cô để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 12 tháng 01 năm 2021 Sinh Viên Đặng Qúy Hướng – Nguyễn Văn Tường LỜI MỞ ĐẦU Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ hộ trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa nhiều tính khác nhằm mục đích làm cho sống ngày tiện nghi, an tồn góp phần sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên Nhà thông minh hệ thống tích hợp cơng nghệ tân tiến vào vật dụng kết nối thông qua mạng Internet, có khả điều khiển hồn tồn tự động theo ngữ cảnh thông minh điểu khiển từ xa thời điểm nơi nhằm đem lại môi trường sống tiện nghi tiết kiệm lượng Nhà thông minh trang bị hệ thống mạng điều khiển toàn thay đổi điều khiển tự động nhà xử lý đồng thông qua hệ thống mạng xử lý trung tâm Nó có vai trị quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết hệ thống khác nhà lại với nhau, điều phối hệ thống chấp hành cách nhịp nhàng theo điều kiện tác động lập trình từ trước kết hợp hệ thống chiếu sáng thông minh với hệ thống nhận dạng người nói để tắt mở đèn theo nhu cầu sử dụng, tiết kiệm điện tiêu thụ Ngồi ra, kết hợp hệ thống nhận dạng người nói với hệ thống kiểm sốt vào phép người cụ thể vào cảnh báo có người lạ xâm nhập… Vì đề tài đồ án tốt nghiệp em “thiết kế chuyển mạch nguồn tự động ATS”  Đồ án gồm chương Chương 1: Giới thiệu nhà thông minh Chương 2: Lựa chọn giải pháp sơ đồ khối Chương 3: Lập trình điều khiển thiết kế phần cứng Chương 4: Thi công mạch lực kết CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NHÀ THÔNG MINH 1.1 Định nghĩa nhà thơng minh Hình 1.1: Mơ tả nhà thông minh Nhà thông minh nhà trang bị hệ thống tự động thông minh với cách bố trí hợp lý, hệ thống có khả tự điều phối hoạt động nhà theo thói quen sinh hoạt nhu cầu cá nhân gia chủ Chúng ta hiểu nhà thông minh hệ thống chỉnh thể mà đó, tất thiết bị diện tử gia dụng liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm phối hợp với để thực chức Các thiết bị tự đưa cách xử lý tình lập trình trước điều khiển giám sát từ xa Hình 3.20: code ESP8266 phần mềm Arduino IDE Code cho ESP8266: #include //#define BLYNK_PRINT Serial #include #include #define Tx D1 #define Rx D2 #define button D3 #define led D4 int a; int b; int c, tg; boolean resetE = false; unsigned long times = millis(); // -const char ssid[] = "TN 409"; // your network SSID (name) const char pass[] = "asdfghjkl"; // your network password const char auth[] = "cydEgGTD5rjbIDdESVm8M9IKoRa_eVaX"; WidgetRTC rtc; WidgetLED led_connect(V0); BlynkTimer timer; boolean savedata = false; BLYNK_WRITE(V22) { int a =param.asInt(); if(a==1){ Serial.print("L"); WidgetLED led1(V25); WidgetLED led2(V26); WidgetLED led3(V27); led1.on(); led2.off(); led3.off(); yield(); }} BLYNK_WRITE(V23) { int a =param.asInt(); if(a==1){ Serial.print("T"); WidgetLED led1(V25); WidgetLED led2(V26); WidgetLED led3(V27); led1.off(); led2.on(); led3.off(); yield(); }} BLYNK_WRITE(V24) { int a =param.asInt(); if(a==1){ Serial.print("A"); WidgetLED led1(V25); WidgetLED led2(V26); WidgetLED led3(V27); led1.off(); led2.off(); led3.on(); yield(); }} void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(button,INPUT_PULLUP); pinMode(led,OUTPUT); digitalWrite(led,HIGH); Blynk.begin(auth, ssid, pass); EEPROM.begin(512); delay(10); setSyncInterval(60*60); WidgetLED led1(V25); WidgetLED led2(V26); WidgetLED led3(V27); led1.off(); led2.off(); led3.on(); } void loop() { Blynk.run(); } 3.1.3 Thiết kế App Blynk Server Blynk server mở cho tất người có đam mê làm việc với lĩnh vực IOT Server Blynk mội server quốc tế, nơi nhận giữ liệu người dung gửi lên gửi liệu theo hai chiều kết nối nhiều liệu thiết bị ngoại vi với qua internet Blynk có App Blynk thiết kế mở cho người dùng dễ dàng xây dựng tốn điều khiển app Chính tiện dụng nên em chọn app Blynk để thiết kế phần điều khiển từ xa cho hệ thống Hình 3.21: Giao diện App Blynk sau thiết kế theo yêu cầu 3.2 Thiết kế phần cứng 3.2.1 Xây dựng mạch nguyên lý Sau xây dựng lưu đồ thuật toán code cho chương trình điều khiển ta dễ dàng xây dựng mạch nguyên lý điều khiển Sơ đồ nguyên lý thiết kế phần mềm Altium Designer hình Hình 3.22: sơ đồ nguyên lý điều khiển Altium Designer 3.2.2 Vẽ mạch PCB Sau có mạch nguyên lý ta vẽ mạch PCB cho điều khiển truyền thơng Altium Designer hình Hình 3.23: mạch PCB điều khiển Altium Designer 3.2.3 Thi công mạch điều khiển test chức mạch Bước đánh giá xem mạch từ phần trước có đạt u cầu đề khơng Code có chạy theo lưu đồ thuật tốn u cầu đề không? Sau gia công mạch xong, em test mạch cách sử dụng hai relay 12/220 nguồn điều chỉnh trơn điện áp để test điều khiển Kết quả: mạch code chạy theo lưu đồ đặt CHƯƠNG THI CÔNG MẠCH LỰC VÀ KẾT QUẢ 4.1 Lựa chọn linh kiện Để đảm bảo tính an tồn cơng suất tủ bước lựa chọn linh kiện quan trọng định đến cơng suất, độ an toàn, tuổi thọ sản phẩn 4.1.1 Lựa chọn relay Cần sử dụng relay để đóng cắt với điện áp AC 220V vơi tín hiệu điều khiển DC 12V nên ta chọn relay cơng nghệp loại 12/220V Hình 4.24: Relay 12/220V chân 4.1.2 Màn hình hiển thị LCD Lựa chọn loại LCD 2004 để làm hình hiển thị Hình 4.25: LCD 2004 4.1.3 Lựa chọn ATS Vì đóng cắt cho tồn hệ thống đèn chiếu sáng trang trí nên cơng suất 1000W Để hệ thống đèn không bị nhấp nháy chuyển mạch ta chọn loại ATS tác động nhanh không độ trễ Hình 4.26: ATS pha tác động nhanh 4.1.4 Lựa chọn thiết bị bảo vệ Chọn aptomat pha hai cực 20a đủ để bảo vệ hệ thống Hình 4.27: aptomat 250V/20a 4.2 Lắp đặt tủ 4.2.1 Bố trí phần tủ Ta cần bố trí cho thuận tiện để dây đảm bảo an tồn điện có tính thẩm mỹ Hình 4.28: Bố trí phần lên tủ điện 4.2.2 Tiến hành dây cho tủ Dây gọn máng để đảm bảo an tồn điện có tính thẩm mỹ cho sản phẩm Hình 4.29: dây cho tủ điện Các dây tiếp điểm phải song song với cách để không bị chập cháy sinh hồ quang tiếp điểm Hình 4.30: tủ điện dây hoàn thiện 4.3 Kiểm tra đánh giá tủ Bước cuối để định sản phẩm có đạt hay khơng Tiến hành test cần dùng nguồn DC thay đổi giá trị điện áp từ (0÷30)V mắc vào chân cảm biến DC hiệu chỉnh khoảng 26V Dùng nguồn lưới để giả định cho hai nguồn cần chuyển mạch Quy trình test: Bước 1: cấp nguồn cho điều khiển hai nguồn giả định Khơng có tượng chập cháy, khơng có tiếng động lạ, LCD hiển thị thông số điện áp, cảm biến AC sáng, đèn relay sáng Trên app Blynk đèn chế độ tự động nhấp nháy xanh ATS chuyển sang điện NLMT Bước 2: chỉnh từ từ nguồn DC xuống 25.5V, LCD báo 25.5V, relay tắt relay sáng, ATS chuyển sang điện lưới Sau tăng dần điện áp DC lên 25.9V, relay sáng relay tắt, ATS chuyển sang điện NLMT Bước 3: ngắt nguồn điện lưới để nguồn NLMT, đèn cảm biến AC tắt, relay sáng relay tắt, ATS chuyển sang điện NLMT Sau hạ dần điện áp DC xuống 23.1V, nguồn NLMT bị ngắt Bước 4: Test chế độ điều khiển tay qua app Blynk ấn vào nút điện lưới, ATS chuyển sang nguồn điện lưới, LCD hiển thị “chế độ tay, điện lưới bật” ấn nút điện mặt trời, ATS chuyển sang nguồn NLMT, LCD hiển thị”chế độ tay, điện mặt trời bật” Kết quả: tủ điều khiển đạt bước test Hình 4.31: test tủ điều khiển Đánh giá: với mức độ phát triển sản phẩm ưa chuộng với hộ gia đình có nhu cầu sử dụng điện mặt trời để giảm bớt tiêu thụ công suất lưới điện quốc gia TỔNG KẾT: Nhờ giúp đỡ thầy cô môn kỹ thuật điện tử, anh chị khóa trước, em hồn thành sản phẩm tốt nghiệp Qua khoảng thời gian làm đồ án em có thêm nhiều khiến thức kinh nghệm thực tế giải toán thực tế từ phần lên ý tưởng đến lúc thi công sản phẩm thật Đây bước đệm quan trọng giúp em tự tin vấn xin việc TÀI LIỆU THAM KHẢO http://luanvan365.com/do-an-thiet-ke-bo-tu-dong-chuyen-doi-nguon-ats- luoi-may-phat-33003.html http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-ung-dung-plc-dieu-khien-he-thong- ats-49077/ https://vi.aliexpress.com/item/32992636805.html