Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điện năng từ xa trên nền tảng iot

Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điện năng từ xa trên nền tảng iot Giám sát hệ thống từ xa IoT giúp giám sát được tất cả hoạt động mọi lúc mọi nơi, được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực như điện, sản xuất công nghiệp, thủy sản, nông sản,… Ứng dụng công nghệ IoT (Internet Of Things) trong nhiều lĩnh vực khác nhau, giúp mọi người tăng năng suất lao động, giảm thiểu quá trình đi lại, tiết kiệm được rất nhiều thời gian và chi phí. Internet vạn vật có thể được coi là một hệ sinh thái, nó có thể kết nối nhiều thiết bị thông qua Bluetooth, wifi, lora, và mạng không dây zigbee,… Để hiểu hơn về IoT cũng như hệ thống giám sát từ xa IoT, mời bạn đọc theo dõi những thông tin liên quan dưới đây

TRUONG DAI HOC VINIT KY THUAT VA CONG NGHE TOT NGHIEP DAI HOC Đề tài: THIET KE, CHE TAO HE THONG DIEN NANG TU XA TREN NEN GIAM SAT TANG IoT Sinh viên thực hiện: TRẢN DÌNH ÁI Giảng viên hưởng din: ThS LE VAN CHUONG Lớp 54K2~ CNKTĐ-ĐT MSSV: 135D5103010006 Nghệ An, 05-2018 "TRƯỜNG DẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CƠNG NGHỆ TĨT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIET KE, CHE TAO HE THONG GIAM SAT DIEN NANG TU XA TREN NEN TANG IoT Sinh viên thực TRAN DINH AT Lớp 54K2 - CNKTĐ-ĐT Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: MSSV: 135D5103010006 ThS LÊ VĂN CHƯƠNG ThS PHAM HOANG NAM Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Đùng cho giảng viên hướng dẫn) Giiing viên đảnh giá: Thể Lê Văn Chương, Họ tên Sinh viên: Trần Đình Ái — MSSV: 135DS103010006 Tên đồ án: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN TREN NÊN TẢNG løT Chon mức diễm phic hop cho sinh viên trình bay theo ede tiéu chid “Rất (1); Kém 2); Đạt (3): Giỏi (4); Xuất sắc (8) ch ti, fe v si (bao gồm mục địch tính phủ hợp) phạm vỉ ứng dụng đổ | Cập nhật Kết nghiền cửu gần đầy abit (rong awbelquée @) _ Nếu rõ tiết phương pháp nghiên cứu/giải đề: -4 _ Cổ kết mơ phỏngr/thưe nghiệm trình bày rõ kết đại 'Cá khã phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ rùng bao gồm : mục tiêu va phương pháp thực cựu kết nghiền cầu ý thuyết cách có hệ thơng, Kết q trình bảy cách logie dễ hiễu, ất cũ kết đền Ế_ˆ phân tich va dnh gid thé dang “Trong phân kế luận, tắc gi chi sy khde bigt(abu cỗ) kết đạt mục tiêu ban đầu để đồng thời cung cấp lập luận để để xuắt — 2|sfals TỊ2|3|215 1J2|3|4|5 |1 |3 |4 12 3|4|5 : |? ee |1 |3 |4 J5 hưởng giải có th thực biện tương Kỹ 0) Đổ ân trình bây mẫu quy định với cấu trúc chương logie vã đẹp mắt (báng biểu, hình ảnh rõ rằng, có tiều để, đánh sổ thứ tự siái thích hay đề cập đến đồ án, có lề, đầu cách sau đầu chim, |1 J2 |3 |4 |5 dấu phẩy v.v), có mớ đầu chương kết luận chương, có liệt kê tà liệu tham khảo có trích dẫn đăng quy định Kỹ viết xuất sắc (cầu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận 1J2z|a|4|s logic c sở, tử vựng sử dụng phù hợp v.v.) “Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) -Có bãi bảo khoa học đăng chấp nhận đăngiđạt giải SVNC 10a | khoa học giái cấp Viện tử lêm.các giái thường khoa học (quốc tế rong nước) từ giải trở lên/ Có đáng kỷ phat minh sang ch Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu 10b | khoa học Không đạt giả từ giải trở ên/Đạt giải khuyên khí kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành Tũe | Khơng cổ thành tích nghiên cứu Khoa học a Điệm tổng m0 Điểm tổng quy đổi thang 10 - Nhận xét dhêm Thây/CŨ (giảng viên bưởng dẫn nhận xé thải độ tịnh thần làm việc sinh viên) 'Nghệ An, ngày tháng 05 năm 2018 "Người nhận xét (Ký ghi tô họ tên) Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán phản biện) Ging viên đánh giác Thể, Phạm Hoàng Nam Họ tên Sinh viên: Trin ink Ai MSSV:135D5I03010006 Tên dd dn: THIET KE, CHE TẠO HE THONG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TỪ XA TREN NEN TANG to Chọn mức điễm phù hựp cho sinh viên trình bảy theơ tiên chí đâp Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giải (4); Xuất sắc (8) C6 kết hợp lý huyết thực hành (0) "Nền rõ tĩnh cấp tết vã quan cba dé tai, ede vin aS va cde gi thuyết (bao gồm mục đích nh phù hợp) phạm vi ứng dụng eũa đổ `2 _ Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước /quốc [1 |2 |3 |4 | TỊ2|3|4|5 _ Nêu rũ iết phương nhấp nghiên cứ/giái đề -4_ Cổ kết mồ thưc nghiệm trình bảy rõ kết qua dạt “Có khả phân tích dánh giá kết (15) Kế hoạch lâm việc rồ ràng bao gôm mục tiêu phương pháp thực Ễ dựa tiến kết nghiền cứu lý thuyết cách có hệ thống hPL š 1422|? "Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết đêu phántích đánhgiá thỏa đáng “rung phần kết luận, ắc giả rỡ khúc bit (nêu có) kết qua đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cưng cấp lập luận để đề xuất hưởng giái thực tương hái Kỹ viết 10) 1ịz|ala [1/2 |3 |4 | |1 |3 |4} Đỗ án tình bảy đứng mẫu quy định với cầu trúc chương logie vã đẹp mmắt (bảng biễu, ình ảnh rơ ràng, có tiêu đẻ, đánh số thứ tự giả thích huy để cập đến độ án, có lẻ, eich sau div chim, |1 |3 |4 | phẩy v.0, có mở đầu chương kế luận chương, cổ liệt kế tà liệu tham khảo có ích dẫn dũng quy dịnh Kỹ viết xuấ sắ (cầu tre ei chun, vin phon Khóa học, lập luận 1Jz|a|4 logfc có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) :Cá bũi báo Khoa học đăng chấp nhận đăng đạt giỏi SYNC 104 | khoa bọc gii3 cấp Viện trở lêwác giải thường Khoa học (quốc rue) tir gi 86 I’ C6 ding kybing phit minh sing eh "Được bảo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viễn nghiền cứu 10b | khoa học không đạt giả từ giải tr lên/Đạt giải khuyên khích kỳ quốc gia quốc tế khúc chuyên ngành TỐ | Khơng có thành tích nghiên cửa Khoa học Điểm tổng Điểm tông quy đỗi thang 10 J80 c3: Nhận xét thêm Thây/Cô Nghệ An, ngày tháng 05 năm 2018 `Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐÀU Ngày thể giới với bùng nỗ ngành công nghệ thông tin, điện từ v.v làm cho đời sống người ngày cảng hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa ngày cảng xâm lần vào sẵn xuất vào sống sinh hoạt \g ngày người Gắn liền với cu¿ sống người hiệt thiểu điện ing Vì để sử dụng điện cá: ch tiết kiệm, hiệu hợp lí vấn để cần quan tâm Với vấn để đặt hướng dẫn giúp đỡ thầy giáo Lê Văn Chương ế Thiết Kế, C Tạo Hệ Thống Giám Sát Điện Năng Từ Xa Trên Nền Tảng loT" Trong q trình làm cịn nhiều thiếu sót kiến thức cịn hạn chế mong người đóng góp ý kiến để hồn thành tốt nita dé tai TOM TAT DO AN Hệ thống sử dụng nguồn 5v để cung cấp cho bo mạch linh kiện nên hoạt động bình thường giảm tổn thất hư hỏng cho thiết bị hoạt động Có lúc bị giảm cơng suất không én định mức điện áp khơng đáng kể Hệ thống ứng dụng nhiều mơ hình thực tế Nó hồn tồn kiểm soát lượng điện tiêu thụ nhà máy, xưởng lớn công ty hộ gia đình Giúp cho việc sử dụng điện hop 1í hiệu The system uses 5v power supply for the boards and components so it works normally and reduces the damage to the equipment while operating At times, the power is reduced due to the unstable voltage but not significant The system can apply many models in practice, It can also control the amount of electricity consumed in factories, large factories and even in houscholds Helping us to use our electricity more effectively and efficiently MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU ti casa fea eases CHUONG I:TONG QUAN VE HE THONG GIAM SAT ĐIỆN NĂNG .6 1.1 Giới thiệu hệ thống giám sát điện 1.2 Một số thiết bị giám sắt điện năng, 1.2.1 Hệ thông giám sát lượng sử dụng SCADA 1.2.2 Thiết bị giám sát phân tích quản lí chất lượng điện PEM 735 1.2.3 Hệ thống quản lí giám sát điện ECAPRO, „ 10 CHƯƠNGHI: TÔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG ĐIỆN NĂNG |2 2.1 Phương pháp đo điện cách đo đồng điện 2.1.1 Bo dong dign DC 2.1.2 Do ding điện AC s : 2.1.3 Ảnh hưởng Ampe kế mạch đo 2.2 Phương pháp đo điện cách đo điện áp, 2.2.1 Do điện ap DC 2.2.2 Đo điện áp AC 2.2.3 Ảnh hưởng vôn kế mạch đo 2.3 Đo điện cách đo công suất 2.3.1 Đo công suất chiều 2.3.1.2 Dùng watt ké DC m 2.3.2 Do công suất xoay chiéu pha 2.3.2.1 Dùng vôn ké va ampe ké điện động 16 16 16 l6 17 18 18 19 20 2I 3.3.3 Đo công suất tải ba pha 2.3.3.1 Do công suất mạch điện 0A AB 2.3.1.1 Dùng vôn kế ampe kế 2.3.2.2 Dùng Watt-kế suc 12 12 l3 22 bốn 2.4 Đo công suất phản kháng tái 2.4.1 Công suất phản kháng tải pha VAR kế 2.4.2 Do công suật phản kháng tải ba pha, ii 22 .24 24 24 CHUONG III: THIET KE, CHE TAO HE THONG GIAM SAT LUQNG DIEN TIEU THY TU XA TREN NEN TANG IoT 3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế bass 260 d6 26 320623 3.2 Thiết kế sơ đồ khối 3.3 Thiết kế, sơ đồ nguyên lí 3.3.1 Khối điều khiển trung tâm ESP8266 3.3.2 Khối cảm biển PZEM004T 27 : 27 -28 „30 3.4 Lập trình phần mềm 31 3.4.1 Gidi thigu nén ting Arduino 3.4.2 Lưu đỗ thuật toán điều khiển 34 3.4.3 Chương trình phần mềm 34 3.5 Thiết kế hệ thống giám sát từ xa tảng løT' 3.5.1 ‘Tang quan vé lo sss dụ sues 3.5.1.1 Khai nigm 36 3.5.2 Giới thiệu tảng công nghệ loT 3.5.1 37 37 Mơ hình hệ thống loT ri thigu nén tang công nghệ loT' Gis 3.5.3 Thiét ké cdc kénh gidm sat trén phn 3.6 Chế tạo, thử nghiệt 3.6.1 Mơ hình hệ thơng 3.6.2 Hoại động hệ thống, KÉT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 mé mơ phóng Cayenne lot 41 Ha Fz 47 ⁄ Cayenne authentieation info This should be obtained from the Cayenne Dashboard (Lay théng tin xac thy bảng điều khiển Cayenne) char username="55630530-5 1ea-1 1e8-bed0-d511570¢9133"; char password ~ "02fa78200de97cbSeb26b383a6b20f1d7e96bc67"; chất clien[D = "52b14f40-5285-1 1e8-8826-d770b3efeS74"; unsigned long lastMillis~ 0; void setup(){ Serial.begin( 9600); Cayenne.begin(userame, password, clientID, ssid, wifiPassword); pzem.setAddress(ip); void loop(){ Cayenne.loop(); áp PZEM004T) /// Read meter PZEM (Đọc floatv = pzem.voltage(ip); ÍĐV>=0.0){ vollage cayenne=v;} — float ï — pzem.current(p); if(i>—0.0){ current cayenne-i; } A ⁄V convert A -> mA (Gia tei ding điện chuyén tir A sang mA float p = pzem.power(ip); ifp> 0.0){ power cayennerp; } - ⁄W (Gia trị công suấU, float e = pzem.energy(ip); i 0){ energy _cayenn ; } —_ //WWh (Gia trị lượng) delay( 1000); "Publish data every 10 seconds (10000 milliseconds) Change this value to publish at a different interval (Xuit liệu 10 giây lần (10000 mili giây) Thay đổi giá trị đẻ xuất khoảng thời gian khác) if (millis() - lastMillis> 10000) { lastMillis ~ miltis; Write data to Cayenne here This example just sends the current uptime in milliseconds.(Lay liệu từ Cayenen, gửi giá trị dòng mili giây ) Cayenne.virtualWrite(O,voltage_cayenne); Cayenne.virtualWrite(I ,current_cayenne*1000); Cayenne.virtualWrite(2,power_cayenne); Cayenne.virtualWrite(3, energy cayenne); Cayenne.virtualWrite(4, lastMillis); Cayenne.virtual Write(S,voltage_cayenne); 35 Cayenne.virtualWrite(6,current_cayenne); 3.5 Thiết ké thong gidm sat tit xa trén nén ting loT 3.5.1 Tổng quan vé oT 3.5.1.1 Khái niệm IốT (Internet of things) kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp đình danh cũa riêng mình, tất cả.có khả trun tải, trao đổi thơng tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương ác trực tiếp người với người, hay người với máy tính lạT phát triển từ hội tụ công nghệ không đây, công nghệ vi điện tir va internet aD © vo OF s> the Internet Se THINGS Connecr THE woRuD Hinh 3.8: The Internet of Things (107) Hay hiểu cách đơn giản loT (Internet of things) tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với thể giới bên dé thực cơng việc Việc kết nối thực qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại, Các thiết bị điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn nhiễu thiết bị khác ‘Nha cung cấp Cisco dự báo: Đến năm 2020, có khoảng 50 tý đổ vật kết nỗi vào internet, chí số nảy cịn gia tăng nhiều loT mạng không lỗ kết nối tất thứ, bao gồm người tổn mối quan hệ người với người, người với thiết bị va thiết bị với thiết bị Một mạng lưới loT chứa đến S0 đến 100 nghìn tỉ đối tượng kết nỗi mạng lưới theo dõi di chuyên ing thành thị bị đối tượng, Một người bao bọc xung quanh 1000 đến 5000 đối tượng có khả theo dõi 3.5.2 Giới thiệu tảng công nghé loT ede 1uat038u9I 9: > iswareuey 3020 102028 PuPj 3.5.1.2 Mơ hình hệ thẳng oT ToT Applications Service support and [Generic Support ] | Capabilities ‘Application support layer Mttork layer [Specific Support Capabilities Networking Capabilities Transport Device Capabilities Capabilities Gateway Capabilities Tình 3.9: Mơ hình cđa hệ thống loT Bắt kì hệ thống loT xây dựng kết hợp từ layer : # Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng (Applieation Layer) tương tự mơ hình OSI lớp, lớp nảy tương tác trục tiếp với người đủng để cung cấp chức hay dịch vụ cụ thể hệ thông LOT .# Lớp hỗ trợ dịch vụ hỗ trợ ứng dụng: Các dich vu wy (Service support and application support layer) gom hai nhóm khả khả sau: — Nhóm địch vụ chung: địch vụ hỗ trợ chung, phổ biến mà ứng dụng IOT cần, ví dụ xử lý liệu lưu trữ liệu nhóm hầu hết — Nhóm dịch vụ cụ thể, riêng biệt: Những ứng dụng IOT khác có dịch phụ hỗ trợ khác đặc thù Trong thực tế ví dụ SmartFarming, nhóm địch vụ cụ thé riêng biệt tính tốn độ tăng trưởng mà đưa định tưới nước bón phân + Lap mang: Lép mang (Network Layer) có chức năng: + ~ Chite nang Networking: mạng, chẳng hạn cận nguồn tài ngun thơng tin chuyển tài ngun đến nơi cần thiết, hay chứng thực, uỷ quyền — Chức Transporting: tập trung vào việc cung cấp kết cho việc truyền thông tin dịch vụ/ứng dụng IoT -# Lớp thiết bị Lớp thiết bị (Deviee Layer) phẩn cứng vật lý hệ thống loT Device phân thành hai loại sau: *> Thiết bị thông thưởng: Device nảy tương tác trực tiếp với network: Các thiết bị có khả thu thập tải lên thông tin trực tiếp (nghĩa khơng phải sử dụng gateway) trực tiếp nhận thông tin (vi dụ, lệnh) từ network Ievice tương tác gián tiếp với network: Các thiết bị thu thập tải network gián tiếp thông qua khả gateway Ngược lại, thiết bị gián tiếp nhận thơng tin (ví dụ, lệnh) từ network Trong thực tế, thiết bị thông thường bao gồm cảm biển, phần cứng điều khiển motor, đẻn, > Thiét bj Gateway: Gateway công liên lạc đevice network MOL Gateway hd tre chức sau: khác có kiểu kết nối khác - Có nhiều chuẩn giao tiếp: Vì Thin; nhau, nên Gateway phải hỗ trợ đa dạng từ có dây đến khơng dây, chẳng hạn CAN bus, ZigBee, Bluetooth Wi-Fi Tại Network layer, gateway giao tiếp thông qu ông nghệ khác PSTN, mạng 2G 3G, L.TE, Ethernet hay - Chức chuyển đổi giao thức: Chức cần thiết hai tình huồng truyền thơngở lớp Dexice, nhiều deviee Khác sử dụng giao thức khác nhau, vi dụ, ZigBee với Bluetooth, truyền thông Devic Newwork, device diimg giao thức khác, network dimg giao thức khác, ví dụ, device ding ZigBee cdn ting network lại dùng cơng nghệ 3Gï Trong thực tế, Gateway build từ board nhu Raspberry Pi hay Arduino, Gateway sản xuất công nghiệp tập đoàn lớn Intel hay Texas Instrument 3.5.2 Giới thiệu tảng cong nghé loT Một tảng loT đóng vai trị quan trọng nhà cung cấp thiết bị thơng cơng ty khởi nghiệp, người sử dụng dé trang bị cho sản phẩm họ chức điều khiển từ xa, chức quản lý thời gian thực, thơng bảo cấu hình, dịch vụ đám mây dùng khả tích hợp với điện thoại thong minh va thiết bị khác người tiêu đủng Hệ sinh thái thị trudng ciia Internet vgn vat (loT — Internet of Things) cing trở nên phức tạp, hoạt động theo công thức B-B-C (Doanh nghiệp — Doanh nghiệp ~ Người tiéu dùng), 38 Các nhà cung cấp løT cưng cấp cho công ty khác phẩn mềm đặc thù cho IöT, thường gọi tảng IơT Thơng thường, truy cập qua th bao dich vụ đám mây nhà cung cấp, tảng trường hợp gọi tảng dịch vụ thué bao, PaaS (Platform as a Service) Mat khac, déi vai tat cd cae cơng ty vịng trịn (hình vẽ đây), việc phụ thuộc vào nhà cung cấp cơng nghệ IoT có thẻ dẫn đến nguy nghiêm trọng Khi dịch vụ loT họ mở rộng trở thành phần quan trọng kế hoạch kinh doanh, họ phải trả thêm phí quyền cho nhà cung cấp dich vy loT mà cịn bị khố chặt với nhà cung cấp cụ thể với lực ting nhà cung cấp Hình 3.10: Mơ hình tảng cơng nghệ loT' Cơng nghệ loT giúp dễ dàng kết nối vạn vật với mạng lưới phát triển ứng dung để kiêm soát quản lý chúng Nhiệm vụ tảng loT 14 thye kết nối, cung cấp địch vụ đám mây cho thiết bị 39 -Đ7R[Grnlson|rm | | | TCP/IP, MOTT, COAP, HTTP, REST, MQM, AAP, et —— I ng | ! | | 1 pao ete sess ban lan | Sse ssalissi=ee ialaldi " = m=mml| |! |m | li | 3.32 |===lll| | ¡1 Jm f 23 |r ? In! em * hen cec=CtEnreroces I I ‡ ! ! ữ ‘ “Troe quan vb nia io Loge cuy tắc anh doanh Ị I 13 T LỆ | eesirneendins ——nlÌÌ r hi ee eee eed r= eee ee 1° om (5LỆ | masassm=e |[ arene p1RE | getmnmnane aa \ |1) Ii LỆ [onto noye ngs nav ten inate I Ii | | Hinh 3.11 Téng quan vé cng ngh¢ loT Cae nén tang lo dam bao việc tích hợp liền mạch phần cứng khác cách sử dụng loạt giao thức giao tiếp phổ biến, áp dụng kiểu khác (kết nỗi trực tiếp qua công kết nối gateway) sử dụng công cy phát triển phần mềm (SDK) cần thiết Sử dụng giao diện tích hợp hướng lên (north-bound) tảng cung cấp, bạn tải liệu loT thu thập vào hệ thống phân tích, lưu trữ xử lý liệu tới thiết bị kết nối truyền liệu chúng việc sử dụng loại ứng dụng người dùng khác nhau.Một tảng loT thường coi phần mém trung gian (middleware) 40 loT, nhắn mạnh vai trị chức trung gian phần cứng ứng dụng 5.3 Thiết kế kênh giám sát phân mm mô Cayenne loT Bước 'Truy cập trang web Cayenne.mydevice.com Bước 2: Đăng nhập tạo kênh , Hình 3.5.2 Kênh Dịng Điện a7a° 41 Hình 3.5.3 Kênh công suất is: ro a 47A" CS bh se + Hình 3.5.4 Kênh Năng Lượng 4 _=— 3.6 Chế tạo, thứ nghiệm: 3.6.1 Mơ hình hệ thống, šI Hinh 3.6 Mơ hình tng quan cha thong 3.6.2 Hogt dong cita hg thing KÁI mô phông PZMOUAT Hình 3.7 Khi có tãi chạy qua T hone & = peemconceny tip)? Hình 3.8, Khi khơng có tải chạy qua Kết mô CAVENNE ToT Hình 3.9 Khi có tải chạy qua Tình 3.10.Khi khơng có tải chạy qua “Kết mơ phịng Smart phone IOS