Thiết kế hệ thống giám sát trụ sạc xe máy điện qua database và google map apis

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước

Biến đổi khí hậu là một vấn đề nóng hổi của thế kỷ 21, đặc biệt trong bối cảnh nắng nóng cực độ xảy ra trên toàn cầu trong vài tháng gần đây Đến tháng 6 năm 2023, nhiều quốc gia như Ấn Độ, Thái Lan, Lào và Philippines đã ghi nhận nhiệt độ vượt quá 42°C, với Philippines đạt kỷ lục 51°C Châu Âu cũng không thoát khỏi tình trạng này khi liên tục phải đối mặt với nhiệt độ trên 40°C, dẫn đến các đợt cháy rừng nghiêm trọng Sự chênh lệch nhiệt độ so với mức trung bình thế kỷ 21 được thể hiện rõ trong Hình 1.1 Thỏa thuận Paris vào tháng 12/2015 đã đặt ra mục tiêu toàn cầu nhằm hạn chế sự nóng lên của trái đất dưới mức nguy hiểm trong thế kỷ này.

Liên minh châu Âu đã đóng vai trò tiên phong trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, khuyến khích các quốc gia phát triển tham gia tích cực vào phong trào này.

Hình 1.1 Chênh lệch nhiệt độ toàn cầu so với thế kỷ 20 (theo Climate.gov)

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP 2

Liên minh châu Âu cam kết giảm 55% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính vào năm 2030 so với mức trước công nghiệp hóa (1850 - 1900) Hiện tại, giao thông chiếm hơn 20% tổng lượng khí thải toàn cầu và đang tăng trưởng nhanh chóng hơn bất kỳ ngành công nghiệp nào khác, với xu hướng này không có dấu hiệu dừng lại khi dân số thế giới tiếp tục gia tăng.

Đến năm 2050, khí thải nhà kính từ giao thông có thể chiếm tới 50% tổng lượng phát thải nếu không có biện pháp ngăn chặn Một trong những giải pháp đang được triển khai toàn cầu là chuyển đổi nhiều phương tiện giao thông từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang nhiên liệu xanh.

Việc chuyển mình sang xe điện đang trở thành một cuộc đua toàn cầu, với nhiều quốc gia nhận ra lợi ích to lớn từ việc này Chính phủ đang tích cực hỗ trợ các công ty sản xuất xe điện, khiến xe điện trở thành một "phong trào" mới thu hút sự quan tâm của nhóm khách hàng yêu môi trường.

Năm 2019 đánh dấu sự khởi đầu của xe điện toàn cầu, mặc dù giai đoạn 2019 – 2020 còn nhiều hạn chế về chủng loại và thiết kế Tuy nhiên, đến năm 2022, số lượng xe điện bán ra đã vượt qua 10 triệu đơn vị, và dự kiến sẽ tiếp tục tăng mạnh trong tương lai.

Hình 1.2 Số lượng xe điện bán ra trên toàn cầu 2015 – 2022 (theo BloombergNEF)

1.1.1 Tổng quan công trình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, xu hướng xe điện đang thu hút sự chú ý của nhiều hãng xe lớn, dẫn đến việc ra mắt nhiều mẫu xe điện đa dạng trên thị trường Đồng thời, nhiều bài báo và nghiên cứu đã được công bố nhằm tìm kiếm giải pháp tối ưu cho hệ thống xe điện và trạm sạc Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật, vẫn tồn tại một số khuyết điểm trong các nghiên cứu và bài viết này.

Công ty Advantech đã giới thiệu giải pháp giám sát và quản lý hệ thống trạm sạc xe máy điện bằng công nghệ điện toán đám mây Microsoft Azure Hệ thống mới sử dụng Module UTX-3117, thiết bị kết nối IoT, giúp tải thông số từ trạm sạc lên cơ sở dữ liệu UTX-3117 đảm bảo tính ổn định trong truyền dữ liệu và xử lý tín hiệu lớn từ nhiều thiết bị qua IP riêng Dữ liệu được gửi đến Azure IoT Hub, nơi tín hiệu được đồng bộ, xử lý và lưu trữ trên đám mây, giúp giảm nhiễu và chậm trễ tín hiệu.

Hình 1.3 UTX-3117 ứng dụng trong quản lý trạm sạc (theo Advantech.com)

Hệ thống đề xuất mặc dù mạnh mẽ nhưng chưa được phân tích rõ về chi phí, lợi ích và rủi ro Giá lắp đặt hệ thống cho mỗi trụ sạc tương đối cao, do đó, các trạm sạc với số lượng lớn cần xem xét kỹ lưỡng trước khi quyết định đầu tư.

Schneider Electric đã giới thiệu giải pháp sạc xe điện mới, kết hợp hệ thống giám sát EcoStruxure TM EV Charging Expert và dịch vụ eMobility với trạm sạc Evlink Giải pháp này giúp quản lý và điều khiển hệ thống sạc hiệu quả, cho phép kiểm soát số lượng xe sạc đồng thời và giới hạn cống sạc thông qua dữ liệu thu thập được, đảm bảo mức năng lượng sử dụng không vượt quá giới hạn cho phép Hệ thống còn có khả năng cân bằng giữa việc sạc điện và cung cấp điện cho tòa nhà, đảm bảo nguồn điện năng sạc luôn được duy trì ổn định.

Hình 1.4 Mô hình trụ sạc Evlink của Schneider (theo Schneider Electric)

Bài báo này chưa đề cập đến phương thức thu thập dữ liệu và thông số của các trạm sạc, đồng thời còn thiếu sót trong việc truy xuất thông tin và lưu trữ các thông số, cùng với những kết quả thực tế liên quan.

1.1.2 Tổng quan công trình nghiên cứu tại Việt Nam

Xe máy điện đang trở thành xu hướng phổ biến không chỉ ở các quốc gia phát triển mà còn tại Việt Nam Sự thu hút của xe máy điện không chỉ đến từ tính năng thân thiện với môi trường mà còn từ sự đa dạng trong đối tượng khách hàng Do đó, doanh số bán xe máy điện đã tăng trưởng đáng kể.

Sự yêu thích xe điện đang gia tăng mạnh mẽ khi các hãng xe điện nỗ lực nâng cấp sản phẩm để đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng VinFast, là một trong những hãng xe điện có tỷ lệ xuất hiện lớn nhất tại Việt Nam, không ngừng cập nhật và cải tiến sản phẩm Thiết kế ngoại hình của xe điện VinFast ngày càng được trau chuốt, phản ánh sự chăm sóc và chú trọng đến nhu cầu của khách hàng.

Hệ thống trạm sạc xe máy điện của VinFast hiện còn một số khuyết điểm, như việc chưa có khả năng điều chỉnh biểu đồ giá điện để cân bằng quá trình sạc Khi có quá nhiều người sạc cùng lúc, điều này có thể dẫn đến quá tải hệ thống Bên cạnh đó, giao diện tương tác người dùng vẫn còn khá đơn giản.

Hình 1.5 Trạm sạc xe máy điện Vinfast

Trong nghiên cứu tại trường học, đã phát triển một hệ thống giám sát trụ sạc cho xe máy điện gia đình Hệ thống này sử dụng thiết bị tiết kiệm chi phí và có giao diện dễ sử dụng, cho phép theo dõi các thông số tiêu thụ của xe điện Mặc dù có Website giám sát, giao diện hiện tại vẫn đơn giản và chưa hoàn thiện chức năng tính chi phí sau mỗi lần sạc Hệ thống hiện chỉ phù hợp cho quy mô gia đình và chưa thể mở rộng do thiếu khả năng truy xuất vị trí của trạm sạc.

Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, xe máy điện đã trở thành phương tiện di chuyển phổ biến nhờ vào sự quan tâm ngày càng cao đối với bảo vệ môi trường Sử dụng xe máy điện không chỉ giúp giảm thiểu khí thải ô nhiễm mà còn giảm tiếng ồn đô thị, góp phần tạo ra môi trường sống trong lành hơn cho cộng đồng.

Vấn đề chính đối với việc sử dụng xe máy điện hiện nay là hạ tầng sạc chưa đầy đủ và hiệu quả Hầu hết các trạm sạc chưa được phát triển đồng đều và thiếu hệ thống giám sát toàn diện, dẫn đến khó khăn cho người dùng trong việc sạc pin Người dùng không nắm rõ trạng thái của các trạm sạc, bao gồm tình trạng hoạt động, vị trí, cũng như tình trạng sẵn có hay hỏng hóc của chúng.

Hệ thống giám sát trạm sạc xe máy điện là yếu tố thiết yếu để tối ưu hóa việc sử dụng và quản lý hạ tầng sạc Nó cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng hoạt động của các trạm sạc, bao gồm trạng thái sẵn có, tình trạng kỹ thuật và khả năng sạc Hệ thống này còn cho phép người dùng kiểm tra trạng thái của trạm sạc trước khi đến, đồng thời hướng dẫn đến các trạm sạc gần nhất.

Xây dựng hệ thống giám sát cho trạm sạc xe máy điện là một vấn đề cấp thiết và có ý nghĩa lớn Hệ thống này sẽ góp phần quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình sạc, nâng cao hiệu quả sử dụng và đảm bảo an toàn cho người dùng.

Bộ môn Điện Công Nghiệp 7 đang triển khai và quản lý hạ tầng sạc cho xe máy điện nhằm thúc đẩy sự phát triển của phương tiện giao thông bền vững Để nâng cao hiệu quả quản lý, nhóm đã đề xuất xây dựng hệ thống giám sát trụ sạc xe máy điện thông qua việc tích hợp Database và Google Maps APIs.

Mục tiêu đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đặt ra các mục tiêu cần đạt được như sau:

• Trình bày tổng quan những vấn đề của các trạm sạc xe máy điện hiện nay

• Thiết kế hệ thống phần cứng trụ sạc tương tác người dùng và đọc thông số điện năng

• Thiết kế giao diện Website giám sát trụ sạc, truy xuất vị trí thông qua Google Map APIs

• Thi công mô hình trụ sạc xe máy điện

• Vận hành hệ thống giám sát và đánh giá kết quả.

Phương pháp nghiên cứu

Khám phá các công nghệ và phương pháp liên quan đến đề tài như GMA, hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, và nghiên cứu về các hệ thống sạc xe máy điện Tìm hiểu các tài liệu khoa học và kỹ thuật trong và ngoài nước để nắm vững kiến thức cần thiết cho đề tài.

Để cải tiến hệ thống trạm sạc, cần xác định rõ yêu cầu và mục tiêu, đồng thời phân tích những hạn chế của các hệ thống hiện tại Nghiên cứu các giải pháp khả thi và tiếp cận đa dạng các công nghệ có thể áp dụng là rất quan trọng Cuối cùng, lựa chọn những thiết bị và công nghệ dễ tiếp cận và hiệu quả sẽ giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống.

Bố cục

Đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát trụ sạc xe máy điện thông qua Database và Google Maps APIs” được trình bày theo bố cục như sau :

Chương 1: Giới Thiệu Tổng Quan

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về xu hướng xe máy điện và hệ thống trạm sạc trên toàn cầu, đặc biệt là tại Việt Nam Nó nhấn mạnh tính cấp thiết của đề tài, lý do lựa chọn nghiên cứu, mục tiêu và nội dung chính của đề tài, cũng như phương pháp thực hiện nghiên cứu.

Chương 2: Thiết Kế Và Triển Khai Hệ Thống

Chương này trình bày quy trình chọn thiết bị và thiết kế cho cả phần cứng lẫn phần mềm, bao gồm thiết kế mạch động lực, mạch điều khiển và mô hình trụ Phần mềm sẽ được thiết kế giao diện màn hình, xử lý tín hiệu từ thẻ RFID, giám sát điện năng qua PZEM và Esp8266, cùng với việc lưu trữ dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Ngoài ra, chương cũng đề cập đến việc tích hợp Google Map APIs vào website giám sát và xây dựng giao diện người dùng cho website.

Chương 3: Thi Công Mô Hình

Tiến hành lắp ráp khí cụ vào bên trong tủ, hoàn thiện mặt thẩm mỹ, kết nối dây cho hệ thống

Chương 4: Vận hành và kiểm tra

Chương này trình bày kết quả hậu thi công, bao gồm mô hình sản phẩm và giao diện Website giám sát Bài viết sẽ tiến hành kiểm thử mô hình và đánh giá các kết quả đạt được, như độ chính xác của các thông số đo, tốc độ tín hiệu và mức độ thân thiện với người dùng mới.

Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Chương này tổng kết những thành tựu và thách thức trong quá trình thực hiện đề tài, đồng thời hướng dẫn cách sử dụng sản phẩm Bên cạnh đó, chương cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và ứng dụng hiệu quả hơn trong thực tiễn.

Quy trình thực hiện

Ý tưởng cho đề tài được hình thành từ việc nghiên cứu các công trình trong và ngoài nước, phân tích ưu nhược điểm của chúng Nhóm quyết định tìm ra giải pháp cho những nhược điểm và khai thác ưu điểm bằng cách áp dụng các phương pháp dễ dàng và tiết kiệm chi phí hơn Đồng thời, nhóm cũng tham khảo nhu cầu người dùng về hệ thống giám sát trụ sạc xe máy điện để thiết kế hệ thống giám sát hiệu quả, cũng như nghiên cứu các mô hình hiện có của trụ sạc nhằm phát triển ý tưởng cho phần cứng của trụ sạc.

Sau khi phát triển ý tưởng, nhóm tiến hành thiết kế hệ thống bao gồm cả phần cứng và phần mềm Để nâng cao hiệu suất giải quyết công việc, nhóm chia đề tài thành các bài toán nhỏ, trong đó phần cứng bao gồm thiết kế mạch động lực điều khiển, tính toán dây dẫn và chọn thiết bị khí cụ Phần mềm tập trung vào lập trình giao diện hiển thị cho màn hình cảm ứng, điều khiển hệ thống đọc ghi thẻ từ RFID, cũng như đo đạc và lưu trữ thông số điện năng Bên cạnh đó, nhóm cũng thiết kế website và sử dụng Google Map APIs để truy xuất vị trí trụ sạc.

Cuối cùng, sau khi hoàn thiện mô hình, chúng tôi tiến hành chạy thử nghiệm và thu thập đánh giá về các kết quả ban đầu Dựa trên những phản hồi này, chúng tôi sẽ tinh chỉnh các chức năng và sửa lỗi Đồng thời, chúng tôi cũng đưa ra các đánh giá tổng quan và xác định hướng phát triển trong tương lai.

Hình 1.6 Lưu đồ quy trình hệ thống

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Yêu cầu hệ thống

Hình 2.1.a Lưu đồ yêu cầu hệ thống

Hệ thống cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tính năng và phi tính năng, như được thể hiện trong lưu đồ Hình 2.1.a Cụ thể, hệ thống phải có khả năng thực hiện các chức năng cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Giám sát các thông số liên quan đến trụ sạc, bao gồm điện năng tiêu thụ và vị trí các trụ sạc gần nhất trong khu vực, giúp lưu trữ thông tin quan trọng trên cơ sở dữ liệu.

Biểu giá điện sẽ thay đổi dựa trên số lượng cổng sạc đang hoạt động, nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa việc sạc xe điện và cung cấp điện cho tòa nhà.

Ngoài ra, hệ thống cần phải đáp ứng về những yêu cầu phi tính năng như sau:

Hệ thống cung cấp điện cần đảm bảo an toàn cho cả người sử dụng và nhân viên bảo trì, tránh gây ra bất kỳ nguy hiểm nào cho con người và thiết bị.

Hệ thống cần đảm bảo tính minh bạch và chính xác của thông tin lưu trữ, từ đó nâng cao độ tin cậy cho người dùng Ngoài ra, hệ thống phải duy trì khả năng hoạt động liên tục và nhanh chóng khắc phục các sự cố phát sinh.

Hệ thống cần đảm bảo hiệu suất cao, cho phép xử lý nhanh chóng và chính xác các yêu cầu của người dùng Việc cập nhật thông tin liên tục là rất quan trọng để tránh sai sót trong tính toán chi phí.

Sơ đồ khối hệ thống

Việc thiết kế và xây dựng sơ đồ kết nối các khối chức năng, như thể hiện trong Hình 2.1.b, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mô hình hệ thống và kết nối phần cứng Điều này giúp đảm bảo rằng các yêu cầu của đề tài được thực hiện một cách chính xác và đồng nhất trong suốt quá trình thiết kế và thi công.

Hình 2.1.b Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1.c Mô tả các khối chính của hệ thống

Hệ thống được chia thành nhiều khối chức năng kết nối với nhau như Hình 2.1c bao gồm:

Khối thu tín hiệu bao gồm hai phần chính: khối thu tín hiệu 1 chiều và khối thu tín hiệu 2 chiều Khối 1 chiều sử dụng hệ thống RFID RC522 để nhận thông tin thẻ người dùng và giao tiếp với Arduino Uno R3, cùng với Pzem - 004T V3.0 để thu thập thông số điện năng tiêu thụ Trong khi đó, khối 2 chiều bao gồm màn hình ILI-9486, được điều khiển bởi Arduino Mega 2560 R3 CH340, không chỉ hiển thị mật khẩu mà còn nhận thông tin mật khẩu nhập từ người dùng.

• Khối điều khiển: gồm các loại vi điều khiển như Arduino Uno R3 đi chung với RFID RC522, Arduino Mega 2560 R3 CH340 đi chung với màn hình ILI-

9486, Esp8266 kết hợp với Pzem – 004T Mỗi vi điều khiển đảm nhiệm một công việc khác nhau, tất cả được cấp nguồn 9V từ khối nguồn

• Khối nguồn: bao gồm Pin, Adapter 9V – 1A có nhiệm vụ cấp nguồn cho khối điều khiển

Khối máy tính bao gồm các thiết bị như laptop và máy tính, có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu người dùng và thông số điện năng tiêu thụ vào cơ sở dữ liệu thông qua trình quản trị dữ liệu FireBase Đồng thời, hệ thống còn tích hợp Google Map APIs để truy xuất thông tin vị trí các trụ sạc.

Thiết kế phần cứng

2.3.1 Tính toán phụ tải cho trụ

Trụ sạc xe máy điện được trang bị 4 cổng sạc 220V, phục vụ nhu cầu của người sử dụng xe điện Người dùng chỉ cần mang bộ sạc và kết nối với nguồn điện từ trụ sạc để sạc cho xe một cách dễ dàng.

Các tải được thống kê:

- Bốn cổng sạc 230V = 1680W (Trung bình mỗi cục sạc xe điện 420W)

- Các adapter được cấp nguồn từ ổ cắm 3 cặp 2 lỗ: 1 cái 12V-1A, 2 cái 9V- 1A ➔ Tổng là 30W

 Tổng công suất của trụ sạc: Pmax = 1680 + 30 = 1710 W

Hình 2.2 Sơ đồ tuyến phụ tải

2.3.2 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn cho trụ

Có nhiều phương pháp để tính toán chọn tiết diện cáp điện, và trong đồ án này, chúng tôi sử dụng phương pháp dựa trên điều kiện phát nóng Phương pháp này đảm bảo rằng nhiệt độ tỏa ra trong cáp không vượt quá mức cho phép trong quá trình vận hành, từ đó đảm bảo an toàn cho cách điện khi sử dụng.

Khi áp dụng phương pháp điều chỉnh, cần chú ý đến hệ số điều chỉnh K, được xác định dựa trên môi trường sử dụng, nhiệt độ và các lắp đặt cáp Việc lựa chọn hệ số K phù hợp sẽ giúp tính toán chính xác tiết diện cho cáp.

Tiết diện của cáp xác định dựa trên kết quả của dòng định mức I

Hệ số hiệu chỉnh K bao gồm (Theo IEC-2018):

✓ K1 là nhiệt độ khi cáp đi trong không khí (Tra bảng G12_trang G11/IEC_2018 )

✓ K2 là nhiệt độ khi cáp đi ngầm (Tra bảng G13_trang G11/IEC_2018 )

✓ K3 là tính chất của đất khi cáp đi ngầm (Tra bảng G15_trang G12/IEC_2018 )

✓ K4 là hệ số thể hiện số cáp đi trong một mạch:

- Đối với cáp đi nổi ta tra bảng:

• G16_trang G12/IEC_2018 (Đối với trường hợp nhóm nhiều hơn một mạch hoặc cáp đa lõi.)

• G17_trang G13/IEC_2018 (Trường hợp nhóm nhiều hơn một mạch của cáp đơn lõi đi trên không)

- Đối với cáp đi ngầm ta tra bảng (Tra bảng G18_trang G14/IEC_2018 )

✓ K5 là hệ số phụ thuộc vào sóng hài bậc 3 (Tra bảng G19_trang G14/IEC 2018)

❖ Tính toán chọn tiết diện cáp từ nguồn đến CB tổng:

Cáp đi từ nguồn đến CB tổng với nhiệt độ môi trường 35 o C, cáp đi trên khay nhựa Dòng điện làm việc được tính như sau:

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP 17 max 1

Do cáp đi trong khay nhựa, nhiệt độ môi trường 35 o C nên chọn K cho cáp đi nổi gồm:

- K1 = 0.94 (Nhiệt độ môi trường là 35 o C)

- K4 = 0.88 (Hàng đơn nằm ngang, số lượng mạch là 2)

➢ K = K1 * K4 = 0.94 * 0.88 = 0.83 Dòng phát nóng cho phép là: ' 1 1

Chọn cáp theo nhà sản xuất công ty CADIVI [7], tra theo catalogue của hãng trang

Cáp điện lực CV ruột nhiều sợi xoắn với cách điện PVC là lựa chọn lý tưởng cho hệ thống điện, kết nối từ nguồn đến CB Với tiết diện 1mm², cáp này có khả năng chịu đựng dòng điện lên đến 15 A, đảm bảo an toàn và hiệu suất cho các ứng dụng điện.

Hình 2.3 Tiết diện cáp tra theo nhà xuất CADIVI

❖ Tính toán chọn tiết diện cáp từ CB tổng đến cổng sạc 1, 2, 3, 4

Cáp đi từ CB tổng đến cổng sạc 1, 2, 3, 4 với nhiệt độ môi trường 35 o C, cáp đi trên khay nhựa Dòng điện làm việc được tính như sau:

Dòng phát nóng cho phép là : ' 2 2

Cáp điện lực CV ruột nhiều sợi soắn với nhau có cách điện PVC, có tiết diện 1mm² và khả năng chịu đựng dòng điện lên đến 15 A, là lựa chọn lý tưởng cho việc kết nối từ nguồn đến CB.

❖ Tính toán chọn tiết diện cáp từ CB tổng đến ổ cắm

Cáp đi từ CB tổng đến ổn cắm với nhiệt độ môi trường 35 o C, cáp đi trên khay nhựa Dòng điện làm việc được tính như sau:

➢ K = K1 * K4 = 0.94 * 0.88 = 0.83 Dòng phát nóng cho phép là : ' 3 3

Cáp điện lực CV ruột nhiều sợi xoắn với nhau, có cách điện PVC, được sử dụng để kết nối từ nguồn đến CB Với tiết diện 1mm², loại cáp này có khả năng chịu đựng dòng điện lên đến 15 A.

2.3.3 Tính toán chọn thiết bị bảo vệ cho trụ sạc

❖ Chọn CB cho trụ sạc

CB, hay cầu dao tự động (Circuit Breaker), là thiết bị bảo vệ mạch điện, giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi sự cố như ngắn mạch, quá tải và sụt áp Khi xảy ra sự cố, CB có khả năng tự động ngắt mạch và có thể được bật lại bằng tay hoặc tự động, ưu điểm này vượt trội hơn so với cầu chì truyền thống.

CB có cả 1 pha và 3 pha và tùy vào nhu cầu người dùng sẽ chọn loại phù hợp CB cũng được chia thành hai loại MCB và MCCB:

- MCB: tên viết tắt là Miniature Circuit Breaker là loại CB được sản xuất với dòng quá tải ngắn mạch nhỏ, và hay dùng cho dân dụng

MCCB, viết tắt của Moulded Case Circuit Breaker, là một loại cầu dao điện được thiết kế với khả năng chịu đựng dòng điện lớn và nhiệt độ cao, mang lại khả năng bảo vệ hiệu quả hơn cho hệ thống điện.

➢ Tính toán dòng định mức cho CB tổng

Dòng điện định mức của CB được tính như sau: max 1710

Dòng định mức được tính là 7.77 A, do đó cần chọn dòng định mức của CB lớn hơn hoặc bằng dòng định mức Iđm Vì vậy, CB có dòng định mức 10A – 6kA được lựa chọn theo catalogue của Hãng LS.

❖ Chọn contactor cho trụ sạc

Contactor là thiết bị điện quan trọng dùng để đóng cắt mạch điện và điều khiển các thiết bị điện thông qua tín hiệu từ relay hoặc nút nhấn Thiết bị này bao gồm tiếp điểm chính cho dòng điện lớn và tiếp điểm phụ cho dòng điện khoảng 5A, với các trạng thái thường đóng hoặc thường hở.

Khi chọn contactor cho trụ sạc, cần dựa vào dòng định mức của thiết bị đóng cắt Nếu CB tổng có dòng định mức là 10A, thì contactor cũng nên có dòng định mức tương ứng là 10A Do đó, lựa chọn contactor của hãng LS với dòng định mức 12A là hợp lý.

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý đóng cắt cổng sạc

Trụ sạc được cấp nguồn điện 220V, và sau khi đóng cầu dao (CB) ổ cắm cho Adapter, Adapter sẽ chuyển đổi điện áp từ 220V xuống 9V để cung cấp cho Arduino Mega 2560.

Khi người dùng chọn cổng trên màn hình ILI-9486, tín hiệu được truyền đến Arduino Mega 2560, thiết bị này sẽ gửi tín hiệu đến relay tương ứng Khi chân IN của module relay nhận tín hiệu, chân NO sẽ đóng, cung cấp nguồn cho cuộn hút Contactor Cuối cùng, khi cuộn dây được cấp nguồn, cổng sạc mà người dùng đã chọn sẽ có điện và sẵn sàng sử dụng.

2.4.1 Thiết kế mạch động lực

Hình 2.9 Sơ đồ đấu dây mạch động lực

Các khí cụ tạo nên mạch động lực bao gồm:

• 1 CB dùng để đóng ngắt dòng điện cho mạch và bảo vệ mạch khỏi quá tải, ngắn mạch

• 4 Contactor dùng để cấp nguồn cho 4 ổ cắm được điều khiển đóng ngắt bởi 4 Relay kết nối với Arduino Mega 2560

• 1 Module Pzem-004T dùng đo đếm điện năng tiêu thụ

• 4 Ổ cắm là nơi để người dùng cắm thiết bị sạc xe máy điện vào

Dây pha từ nguồn được kết nối qua CB vào chân pha 1 của bốn contactor và chân nguồn cắm Dây trung tính của nguồn cũng đi qua CB để kết nối với chân trung tính contactor, chân A2 của bốn contactor và chân còn lại của ổ cắm Việc điều khiển module relay được thực hiện thông qua module Arduino Mega 2560, với tín hiệu được gửi từ Arduino Mega qua chân IN của relay để điều khiển việc đóng cắt contactor.

T1, T2, T3, T4 là các chân đầu ra của contactor được sử dụng để cấp nguồn cho các cổng sạc 9V và 1A là thông số ổ cắm cung cấp

2.4.2 Thiết kế mạch điều khiển

Hình 2.10 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển

Các khí cụ được lên kế hoạch kết nối như Hình 2.10 và tổng thể gồm:

Arduino Mega 2560 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, với khả năng điều khiển màn hình ILI-9486, nhận tín hiệu từ Arduino Uno và gửi tín hiệu đến Esp8266 Nó cũng điều khiển Relay và cung cấp nguồn 5Vdc cho các thiết bị ngoại vi.

• Arduino Uno R3 có chức năng điều khiển hệ thống RFID và gửi tín hiệu cho Arduino Mega 2560

Các bước thi công mô hình

Hình 3.1 Sơ đồ các bước thi công

Khung trụ sạc được chế tạo từ các thanh nhôm, tạo thành hình hộp chữ nhật và được bọc bên ngoài bằng các tấm alu màu trắng Hình 3.2 minh họa khung trụ sạc, được nhóm sử dụng lại từ các đồ án trước đó để làm khung mô hình cho dự án hiện tại.

Trước khi lắp đặt thiết bị lên khung trụ sạc, cần kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị Đặc biệt, các thiết bị như CB và contactor cần được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo các tiếp điểm vẫn hoạt động tốt trước khi tiến hành đấu nối.

Hình 3.3 Đo thông mạch Contactor

Hình 3.4 Đo thông mạch CB

Trong mạch điều khiển, việc thi công mạch in đóng vai trò quan trọng để nâng cao hiệu quả vận hành trụ sạc Sự bố trí hợp lý các linh kiện không chỉ giúp tăng tính thẩm mỹ mà còn cải thiện khả năng kết nối, mang lại sự gọn gàng và dễ nhìn cho người sử dụng.

Ban đầu, mạch in chỉ có một bản đồng được tính toán kích thước Sau đó, cần in mạch thiết kế như trong Hình 3.5 lên bản đồng Khi mực đã được in, axit sẽ được sử dụng để rửa sạch những mảng đồng dư trên mạch.

Hình 3.5 Bản mạch in mực

Mạch hoàn thiện là mạch đồng như Hình 3.6

Hình 3.6 Mạch đồng sau khi rửa

Sau khi rửa mạch in ta có một mạch thô, kế tiếp bắt đầu khoan những chân cần đi dây để gắn các header đấu nối cho mạch

Hình 3.7 Khoan chân gắn header cho mạch

Sau khi khoan chân và gắn header, bắt đầu hàn những chân header đó trên mạch đồng rồi sau đó gắn các linh kiện của mình trên lên mạch

Hình 3.8 Bản mạch sau khi được hoàn thiện

❖ Bố trí và đấu nối các thiết bị Ở phần này bố sẽ có hai phần:

- Bố trí cho mạch điều khiển

- Bố trí cho mạch động lực

➢ Bố trí cho mạch điều khiển

Khi lắp ráp các linh kiện theo sơ đồ cơ chế của mạch điều khiển, cần chú ý gắn đúng chân cho từng linh kiện, vì mỗi module có các chân chức năng khác nhau Việc phân biệt rõ ràng các chân chức năng là rất quan trọng để tránh nhầm lẫn và đảm bảo mạch hoạt động ổn định, đồng thời kiểm tra kỹ lưỡng để không xảy ra sự cố trong quá trình sử dụng.

Hình 3.9 Đấu nối mạch điều khiển

➢ Bố trí mạch động lực

Kết nối các thiết bị trong sơ đồ cơ chế của mạch động lực là bước quan trọng, bao gồm việc liên kết mạch điều khiển với mạch động lực để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

Hình 3.10 Đấu nối mạch động lực

❖ Cấp nguồn và kiểm tra

Sau khi hoàn tất lắp đặt, tiến hành cấp nguồn cho hệ thống và kiểm tra xem có sự cố ngắn mạch, chập điện, quá tải hay các linh kiện được kết nối đúng cách hay không Điều này giúp phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố phát sinh.

Hình 3.11 Trụ sạc sau khi được cấp nguồn

VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA

Sử dụng trụ sạc với người dùng

Hình 4.1 Lưu đồ quy trình sử dụng hệ thống

Theo lưu đồ Hình 4.1 có được các bước cần thực hiện để có thể sử dụng được hệ thống sạc Cụ thể ta có được các bước dưới đây:

Bước 1: Ban đầu khi khởi động nguồn, màn hình TFT sẽ hiển thị “CHÀO MỪNG

BẠN ĐẾN VỚI TRỤ SẠC XE MÁY ĐIỆN” như Hình 4.2, sau đó sẽ chuyển sang hiển thị “MỜI QUẸT THẺ”

Hình 4.2 Lời chào đầu hệ thống

Hình 4.3 Giao diện “Mời quẹt thẻ”

Để sử dụng hệ thống, người dùng cần quét thẻ từ được cung cấp bởi nhà sản xuất Vị trí đặt thẻ được ký hiệu rõ ràng trên trụ sạc Nếu ID thẻ trùng với ID đã cấp, hệ thống sẽ chấp thuận và chuyển sang giao diện nhập mật khẩu Ngược lại, nếu ID không trùng, hệ thống sẽ hiển thị thông báo “THẺ CHƯA ĐÚNG”.

4.5 Lúc này cần xem lại thẻ đã chính xác hay chưa và cần đổi đúng thẻ đã được nhập trên hệ thống thì mới có thể được sử dụng

Hình 4.5 Hệ thống từ chối truy cập

Bước 2: Sau khi quẹt thẻ thành công, tiến hành nhập mật khẩu trên giao diện như

Hình 4.6 và tương tự như quẹt thẻ Nếu mật khẩu sai sẽ cần nhập lại theo yêu cầu hệ thống

Hình 4.6 Sau khi quét thẻ thành công

Hình 4.7 Nhập mật khẩu sai

Sau khi nhập đúng mật khẩu, người dùng sẽ được chuyển đến giao diện chọn cổng sạc Các cổng sạc đang được sử dụng sẽ hiển thị màu xanh và không thể lựa chọn Ngược lại, người dùng có thể chọn cổng sạc còn lại.

Hình 4.9 Khi có cổng sạc đang được sử dụng

Bước 4: Sau khi chọn cổng sạc thành công màn hình hiển thị “CHỌN CỔNG

THÀNH CÔNG!” như Hình 4.10, tiến hành cắm sạc vào cổng vừa chọn và tiến hành cắm vào cổng sạc đã chọn

Hình 4.10 Sau khi chọn cổng sạc

Sau khi sạc đầy hoặc không còn nhu cầu sử dụng, người dùng có thể rút sạc Nếu khách hàng tiếp theo muốn sử dụng, họ cần thực hiện các bước tương tự Trong trường hợp không còn cổng sạc, khách hàng có thể tra cứu trên Google Maps để tìm trụ sạc gần nhất.

Giám sát trụ sạc qua website nhúng gma

Hình 4.11 Lưu đồ quá trình sử dụng Website giám sát

Quy trình sử dụng Website giám sát như trong Hình 4.11 được thể hiện qua các bước dưới đây:

Để sử dụng trang web, hãy truy cập theo đường link: https://localban.000webhostapp.com/ Sau khi truy cập, bạn sẽ thấy giao diện chính của trang web và có thể thực hiện các bước tiếp theo như hướng dẫn.

Để bắt đầu, người dùng cần đăng nhập vào hệ thống bằng tài khoản và mật khẩu riêng được cấp Khi cần sử dụng, chỉ cần truy cập vào hệ thống và thực hiện đăng nhập theo hướng dẫn trong Hình 4.13.

Hình 4.13 Đăng nhập trang Web

Bước 3: Sau khi đăng nhập vào hệ thống, hãy chọn “Bản đồ” để theo dõi vị trí các trụ sạc trong khu vực của bạn Hình 4.14 hiển thị vị trí các trụ sạc xe máy điện tại khu vực Thủ Đức.

Hình 4.14 Bản đồ vị trí trụ sạc

Mỗi trụ sạc trên bản đồ cung cấp thông tin chi tiết khi bạn nhấn chuột, bao gồm giá tiền sạc hiện tại và số cổng sạc có sẵn, như được minh họa trong Hình 4.15.

Hình 4.15 Thông tin cơ bản mỗi trụ sạc

Bước 5: Để nắm chi tiết hơn về thông tin trụ sạc thì nhấp chuột và “Nhấn vào đây”

Sẽ dẫn tới trang thông tin chi tiết hơn về trụ sạc Thông tin về số cổng sạc sẽ được thể hiện chi tiết như Hình 4.16

Hình 4.16 Sơ đồ cổng sạc

Thông tin về người đang sử dụng, công suất tiêu thụ và số tiền cần phải chi trả trong

Hình 4.17 Thông tin cơ bản trên mỗi cổng sạc

Ngoài ra, Website còn hiển thị các biểu đồ giá trị

Hình 4.18 Giá tiền thu trên mỗi ký điện

Bước 6: Để xem các thông số điện năng của cổng sạc thì chỉ cần nhấp chuột và chữ

“Click” trên mỗi cổng sạc thì có thể xem được các thông số của cổng sạc đó như

Hình 4.19 Giá trị chính mỗi cổng sạc

Ngoài ra còn có những biểu đồ của những thông số cơ bản trên

Hình 4.19 Giá trị điện áp thời gian thực

Hình 4.20 Giá trị tần số thời gian thực

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Trụ Sạc Xe Máy Điện Qua Database Và Google Map APIs
Tác giả	Trương Văn Kha, Bùi Minh Nhật, Lê Văn Lộc
Người hướng dẫn	TS. Lê Trọng Nghĩa
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Ngành CNKT Điện - Điện Tử
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	11,56 MB