Báo cáo thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năng tiêu thụ

Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năng tiêu thụ Nội dung: Hệ thống điều khiển 4 thiết bị AC – có nút nhấn bật tắt thủ công, và điều khiển qua app Giám sát điện năng ( điện áp , dòng diện , công suất tiêu thụ ) hiển thị lên app điện thoại – tham khảo module PZEM004T Cảnh báo quá dòng , quá app thông qua còi và tin nhắn SMS ( sử dụng module sim nhưng không dùng 800l, vì k còn chạy băng thông 2g nữa ) Cảnh báo cháy qua tin nhắn sms và app ( thông qua cảm biến nhiệt độ ds18b20 và module cảm biến lửa ) App có hiển thị nhiệt độ và trạng thái có cháy hay không Có mạch sạc pin và pin lưu trữ , phòng lúc mất điện vẫn có thể cảnh báo cháy Hệ thống dùng vi điều khiển chính là eps32 Hiển thị các thông tin lên lcd 16x04 Đóng hộp nhựa gọn gàng

Điện tử viễn thông, Cơ khí, Công nghệ thông tin, IOT…, dự án cơ điện tử, tự động hóa

Luôn đảm bảo thời gian hoàn thành, chất lượng sản phẩm và giá cả.

-Các bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, liên hệ :

👉 https://www.facebook.com/doangiaresv

👉 Số điện thoại & zalo : 0565271668

👉 Kênh YouTube, list đồ án :

https://www.youtube.com/c/doansinhviengiare/videos

#DienTuNGON

Quét mã QR đề contact bọn mình

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: XXX CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA VÀ GIÁM SÁT

ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ

Người hướng dẫn : Yyy

Sinh viên thực hiện : Zzz

hhh, 1/2024

TRƯỜNG XXX KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: XXX CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA VÀ GIÁM SÁT

ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ

Người hướng dẫn : Yyy

Sinh viên thực hiện : Zzz

Chữ ký của GVHD

(Ký và ghi rõ họ tên)

Chữ ký của Người phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Tên đề tài: “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát

điện năng tiêu thụ”

Sinh viên thực hiện: Zzz

áp, công suất tiêu thụ và tính được số tiền điện của thiết bị điều này giúp cho người dùng

dễ dàng theo dõi và sử dụng các thiết bị một cách tối ưu nhất

Qua đó hệ thống còn mang lại lợi ích bao gồm: quản lý được hiệu quả sử dụng điệnnăng, tăng tính linh hoạt và thuận tiện cho người dùng Đồng thời hệ thống còn có việcphát hiện sự cố trong những trường hợp: Dòng điện tăng đột ngột, điện áp tăng… giúpnâng cao độ tin cậy và an toàn khi sử dụng các thiết bị điện

KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Yyy

1 Tên đề tài: Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năng tiêu thụ.

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Các loại vi điều khiển: ESP32

 Các loại Module: Đo điện năng PZEM004T, sim 800L

 Màn hình hiển thị: LCD 20x04

 Điều khiển thiết bị điện: Relay, transistor, diode

 Nguồn: Module hạ áp AC – DC, pin dự phòng và mạch sạc pin

3 Nội dung chính của đồ án:

 Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, các nộidung liên quan đến đề tài

 Tìm hiểu về công nghệ IoTs

 Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển

 Thiết kế ứng dụng điều khiển trên hệ điều hành Android

 Chạy thử nghiệm hệ thống

 Chỉnh sửa lỗi xuất hiện

 Đánh giá kết quả thực hiện

 Viết báo cáo đồ án

 Báo cáo đề tài tốt nghiệp

4 Các sản phẩm dự kiến

Trung tâm điều khiển

Các thiết bị điều khiển: Bao gồm các thiết bị điện gia dụng như: bóng đèn, quạt, tivi,

trong hệ thống điện như máy tính, đèn, thiết bị gia dụng, và các thiết bị điện khác.Trung tâm thu thập dữ liệu: Thiết bị hoặc phần mềm có khả năng thu thập dữ liệu từcác cảm biến và gửi thông tin đến một trung tâm điều khiển.

Giao thức kết nối internet:

Hệ thống sẽ được kết nối với Internet để truyền dữ liệu giám sát và điều khiển thiết bị.Điều này có thể sử dụng kết nối Ethernet, Wi-Fi, hoặc các kỹ thuật kết nối khác tùy thuộcvào yêu cầu cụ thể của dự án

Ứng dụng di động và giao diện Web:

Ứng dụng di động: Có thể phát triển ứng dụng di động để người dùng có thể kiểm soát

và giám sát hệ thống từ điện thoại di động

Giao diện web: Một giao diện web cũng cần được phát triển để truy cập từ máy tínhhoặc thiết bị có trình duyệt web

Điều khiển trực quan:

Bảng điều khiển trực quan có thể được tích hợp trong ứng dụng di động hoặc giaodiện web để người dùng dễ dàng theo dõi tiêu thụ điện và điều khiển các thiết bị Dễ dàngbảo vệ hệ thống luôn hoạt động ổn định và được cập nhật với các tính năng mới

Trong suốt quá trình 4 năm học tập tại trường, chúng em đã được các quý thầy, côtrong khoa truyền tải rất nhiều kiến thức về nội dung chuyên ngành cùng với kỹ năng họctập và làm việc nhóm Những kiến thức đó sẽ là hành trang vững chắc để em bước sangmột hành trình mới, một công việc mới sau khi tốt nghiệp ra trường

Lời đầu tiên, nhóm em xin bày tỏ sự biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới ThS Fff –Giảng viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp, người đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và giúp đỡnhóm em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn của mình

Chúng em biết ơn sự hướng dẫn và sự hỗ trợ mà giảng viên Fff đã dành cho chúng emtrong suốt quá trình thực hiện báo cáo tốt nghiệp Sự tận tâm và kiên nhẫn của thầy đãgiúp chúng em vượt qua những thách thức và phát triển kỹ năng nghiên cứu, phân tích,

và làm việc nhóm

Chúng em cũng biết ơn sự hỗ trợ từ khoa Điện – Điện tử TRƯỜNG xxx, nơi chúng

em đã có cơ hội học tập và phát triển bản thân Môi trường học tích cực và cơ sở vật chấthiện đại của Trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành dự án nghiêncứu của mình

Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, do thời gian và khả năng kiến thức cònhạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được sự cảm thông, góp ý củacác thầy các cô cũng như hội đồng bảo vệ

Cuối cùng, chúng em mong muốn nhận được phản hồi và sự chỉ dẫn của thầy, cô đểchúng em có thêm cơ hội cải thiện kiến thức và kỹ năng của mình trong tương lai.Xin chân thành cảm ơn!

Trân trọng,

hhh, ngày 29 tháng 1 năm 2024.Người thực hiện đề tài

Zzz - Aaa

Nhóm em xin cam đoan đề tài: “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ

xa và giám sát điện năng tiêu thụ” Đây là quá trình tìm hiểu và nghiên cứu của riêngnhóm em được thầy ThS Fff - giảng viên khoa Điện - Điện tử, TRƯỜNG xxx – Đại học

Đà Nẵng hướng dẫn Bên cạnh đó nhóm được tìm hiểu thêm các nguồn tài liệu, sách giáocủa các tác giả, cơ quan, tổ chức nhóm có đề cập đến ở phần tài liệu tham khảo

Nhóm em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình

Nhóm em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm cam kết đã chỉnh sửa nội dung Đồ án tốtnghiệp theo góp ý của Hội đồng chấm Đồ án tốt nghiệp và bản mềm nộp cho Trung tâmhọc liệu và Truyền thông đúng nguyên bản với bản cứng đã được chỉnh sửa

Đà Nẵng, ngày 29 tháng 1 năm 2024.Người thực hiện đề tài

Zzz – Aaa

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 GIỚI THIỆU 2

1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.3 TẦM QUAN TRỌNG 4

1.4 MỤC TIÊU 5

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5

1.6 GIỚI HẠN 6

1.7 BỐ CỤC 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN HỆ THỐNG 8

2.2 MÔ TẢ QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 8

2.3 MÔ TẢ QUY TRÌNH ĐO ĐIỆN NĂNG 8

2.4 MÔ TẢ QUY TRÌNH GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO 8

2.5 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 9

2.5.1 Vi điều khiển ESP32 9

2.5.1.1 Bộ xử lý 9

2.5.1.3 Bảo mật 9

2.5.1.4 Nguồn điện hoạt động 10

2.5.1.5 Ứng dụng 10

2.5.1.6 Sơ đồ chân của ESP32 10

2.5.2 Module đo điện năng PZEMT-004T 12

2.5.3 Module sim A7680C 13

2.5.4 Module chuyển đổi nguồn điện AC – DC 14

2.5.5 Hiển thị LCD – I2C 15

2.5.6 Module chuyển giao tiếp LCD sang I2C 16

2.5.7 IC ULN2003A 17

2.5.8 Relay tiếp điểm cơ khí 19

2.5.9 Pin và mạch sạc 19

2.6 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 20

2.6.1 Chuẩn truyền thông UART 20

2.6.2 Chuẩn giao tiếp I2C 21

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24

3.1 GIỚI THIỆU 24

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24

3.2.1 Sơ đồ khối 24

3.2.2 Chức năng từng khối 24

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 26

3.2.4 Giải thích Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 26

3.2.4.1 Khối đầu vào 26

3.2.4.2 Khối pin và nguồn đầu vào 27

3.2.4.3 Khối nút nhấn 28

3.2.4.4 Khối module SIM 29

3.2.4.5 Khối đo điện năng 29

3.2.4.7 Khối trung tâm ESP32 31

3.2.4.8 Khối còi báo 31

3.2.4.9 Khối đầu ra 32

3.3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 33

3.3.1 Tính toán dòng điện các linh kiện trong mạch 33

3.3.2 Tính toán số điện tiêu thụ và số tiền điện tiêu thụ 34

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 36

4.1 GIỚI THIỆU 36

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 36

4.2.1 Thi công board mạch 36

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 38

4.2.3 Thi công đóng gói mô hình 38

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 39

4.3.1 Lưu đồ thuật toán 39

4.3.2 Phần mềm lập trình 44

4.3.2.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE 44

4.3.2.2 Phần mềm thiết kế MIT App Inventor 45

4.3.3 Chương trình viết app 45

4.4 PHÂN TÍCH 46

4.5 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 47

4.5.1 Nhận xét 47

4.5.2 Kết quả đo điện năng tiêu thụ và cảnh báo SMS 48

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Sách tham khảo 51

Trang web tham khảo 51

PHỤ LỤC 52

Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển ESP32 10

Hình 2.2 Module PZEMT-04 12

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối Module Pzemt 13

Hình 2.4 Module sim A7680 thực tế 13

Hình 2.5 Module HI-Link chuyển đổi nguồn AC-DC 14

Hình 2.6 Hình ảnh LCD 20x4 thực tế 15

Hình 2.7 Module chuyển giao I2C cho LCD 20x4 17

Hình 2.8 Hình ảnh chân IC ULN2003A 18

Hình 2.9 Hình ảnh Relay 19

Hình 2.10.Mạch sạc pin 2s 20

Hình 2.11 Khung truyền UART 21

Hình 2.12 Giao tiếp I2C 22

Hình 2.13 Khung truyền của giao tiếp I2C 22

Hình 3.1.Sơ đồ khối hệ thống 24

Hình 3.2 Transistor BJT điều khiển Buzzer 5 VDC 25

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên của toàn mạch 26

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối đầu vào 220VAC 27

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối pin và nguồn đầu vào 27

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn 28

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối module SIM 29

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối đo điện năng 30

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 30

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý khối trung tâm 31

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối còi báo 31

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý khối đầu ra 32

Hình 4.1 Bản vẽ sơ đồ đi dây mạch trên của mạch 36

Hình 4.3 Mô phỏng 3D mặt trên của mạch 37

Hình 4.4 Mô phỏng 3D mặt dưới của mạch 37

Hình 4.5 Sơ đồ mạch in mặt trên của mạch 37

Hình 4.6 Sơ đồ mạch in mặt dưới của mạch 38

Hình 4.7 Hình ảnh thực tế khi hàn linh kiện 38

Hình 4.8 Hình ảnh hộp nhựa bảo vệ các board mạch 38

Hình 4.9 Hình ảnh hoàn chỉnh của sản phẩm 39

Hình 4.10 Giao diện app điều khiển trên máy tính bảng 39

Hình 4.11 Lưu đồ thuật toán Page 0 40

Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán Page 1 40

Hình 4.13 Lưu đồ thuật toán Page 2 41

Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán phần (c) 42

Hình 4.15 Lưu đồ thuật toán phần (d) 43

Hình 4.16 Giao diện phần mềm Arduino IDE 44

Hình 4.17 Giao diện phần mềm MIT App Inventor .45

Hình 4.18 Giao diện app điều khiển trên máy tính bảng 45

Hình 4.19 Hình ảnh giao điện trên điện thoại Smart phone 46

Hình 5.1 Ảnh kết quả 1 48

Hình 5.2 Ảnh kết quả 2 48

Hình 5.3 Ảnh kết quả 3 49

Hình 5.4 Ảnh tin nhắn được nhận khi mạch cảnh báo 49

Bảng 2.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32

Bảng 2.2 Chức năng các chân của LCD20x4 15 Bảng 2.3 Sơ đồ chân của Module chuyển giao I2C 16 Bảng 2.4 Hình ảnh chân IC ULN2003A

Bảng 3.1 Tính toán dòng điện các linh kiện sử dụng trong mạch

Bảng 3.2 Bảng bậc giá tiền điện

Bảng 3.3 Bảng mức số điện

IoTs Internet of Things Vạn vật kết nối Internet

IEEE Institute of Electrical

and Electronics Engineers

Tổ chức thiết lập và duy trì các tiêuchuẩn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp

điện tử và thông tin

GSM Global System for

Converter Bộ chuyển đổi số sang analog

WAPI WLAN Authentication

and Privacy Infrastructure

Là một tiêu chuẩn bảo mật mạng khôngdây được thiết kế để cung cấp một giảipháp bảo mật cho mạng WLAN

UART

UniversalAsynchronous Receiver –

Transmitter

Giao tiếp dữ liệu tuần tự giữa các thiết

bị

I2C Inter-Integrated Circuit Là một giao thức truyền thông tuần tự

SPI Serial Peripheral

Interface Giao diện ngoại vi tuần tự

ADC Analog-to-Digital

Converter Bộ chuyển đổi analog sang số

DMA Direct Memory Access Truy cập bộ nhớ trực tiếp

SDA Serial Data Dòng tín hiệu dữ liệu tuần tự trong giao

tiếp I2C

SCL Serial Clock Dòng tín hiệu đồng hồ tuần tự trong

giao tiếp I2CACK Acknowledgment Xác nhận tích cực trong truyền dữ liệuLCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng

SMS Short Message Services Dịch vụ truyền tin nhắn ngắn

dãy số một cách ngẫu nhiên

LTE Long-Term Evolution Tiêu chuẩn truyền thông di động và

mạng di động

MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ như hiện nay, việc sử dụng các thiết bịđiện từ xa đã trở nên phổ biến và hữu ích Tuy nhiên việc quản lý và kiểm soát các thiết bịnày vẫn đòi hỏi sự can thiệp trực tiếp từ người sử dụng điều này không chỉ gây ra sự bấttiện mà còn tiềm ẩn nguy cơ lãng phí năng lượng và mất an toàn

Để giải quyết những vấn đề này, chúng tôi đã đề xuất xây dựng đề tài: “thiết kế, thicông hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năng tiêu thụ” Hệ thống chophép người dùng điều khiển từ xa các thiết bị điện và theo dõi thông tin về tiêu thụ nănglượng, dòng điện, điện áp, công suất tiêu thụ,…từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho ngườidùng

Trong quá tìm hiểu nghiên cứu và thiết kế, chúng em đã sử dụng những công cụ tiêntiến như vi điều khiển, cảm biến, mạng không dây và giao thức truyền thông Các thiết bịđiện được tích hợp với các cảm biến để thu thập dữ liệu về tiêu thụ điện năng Dữ liệu nàysau đó được truyền đến trung tâm điều khiển thông qua mạng không dây, nơi được xử lý

và lưu trữ Người dùng có thể truy cập vào hệ thống qua ứng dụng di động hoặc máy tínhbảng để điều khiển thiết bị và xem các thông số như dòng điện, điện áp, công suất, điệnnăng tiêu thụ

Qua việc triển khai chúng em đã thu được kết quả tích cực hệ thống cho phép ngườidùng điều khiển các thiết bị điện một cách thuận tiện và nhanh chóng Đồng thời chongười dùng cái nhìn tổng quan về sử dụng điện và khiến nghị các biện pháp tiết kiệmnăng lượng

Hi vọng đề tài: “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sátđiện năng tiêu thụ” Sẽ góp phần nâng cao hiệu quả việc điều khiển các thiết bị điện từ xa

và sử dụng năng lượng điện mang lại lợi ích cho người dùng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 GIỚI THIỆU

Trong một thế giới ngày nay, nơi mà sự kết nối liên tục và dữ liệu trở thành nguồn lựcquý báu, việc tối ưu hóa và quản lý hiệu quả năng lượng là một thách thức ngày càngquan trọng Cùng với sự bùng nổ của Công nghệ Internet of Things (IoT), chúng ta bắtđầu thấy rõ tiềm năng của việc kết hợp hệ thống điều khiển và giám sát điện với IoT đểtạo ra những giải pháp thông minh và hiệu quả

Với sự bùng nổ của IoT, đề tài "Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ

xa và giám sát điện năng tiêu thụ" trở nên đặc biệt quan trọng Nó không chỉ mở ra cánhcửa cho sự kết nối linh hoạt giữa các thiết bị, mà còn mở lời hứa về khả năng tối ưu hóaquản lý điện năng và giảm thiểu lãng phí Nhìn chung, các hệ thống điều khiển và giámsát điện ngày nay gặp phải nhiều thách thức, đặc biệt là sự cần thiết của tính linh hoạt vàkhả năng tương tác Hệ thống truyền thống thường không thể thích ứng nhanh chóng vớibiến động của môi trường và không thể kết nối mạnh mẽ giữa các thiết bị

Điểm mạnh của đề tài này là sự kết hợp chặt chẽ với Công nghệ Internet of Things.Các thiết bị điện trong hệ thống sẽ được kết nối thông qua mạng lưới IoT, tạo ra một môitrường thông minh và tự động hóa Việc này mở ra khả năng theo dõi và điều khiển cácthiết bị từ xa, tận dụng sức mạnh của sự kết nối liên tục Kết quả của nghiên cứu nàykhông chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tế lớn trong nhiều lĩnh vực.Công nghiệp sản xuất có thể tận dụng hệ thống để tối ưu hóa quá trình sản xuất, trong khicác tòa nhà thông minh có thể giảm tiêu thụ năng lượng không cần thiết Từ việc quản lýthông tin đến việc tối ưu hóa hoạt động, ứng dụng của hệ thống là vô tận

Trên cơ sở tìm hiểu về IoT nhằm giám sát điện năng và các thông số khác của hệthống điện từ xa qua internet, đó cũng là một nhu cầu có thật và đang tăng cao trong thờigian gần đây Đặc biệt là sau những đợt giá điện tăng, nhiều nhà máy đã tiết kiệm điệnnăng hiệu quả sau khi có kết quả theo dõi Với thiết bi Ÿquan sát điện năng từ xa, chúng ta

có thể nhìn thấy các thông số của hệ thống điện như điện áp, dòng điện, tần số, công suất,

hệ số công suất, của nhà máy hoặc các bộ phận bất cứ lúc nào mà ta không cần phải cómặt tại nhà máy Chúng ta chỉ cần thiết bị di động smartphone là có thể quan sát được cácthông số của hệ thống điện nhà máy của mình Hệ thống quản lý điện năng giúp nhà quản

lý đánh giá sự tiêu thụ điện năng để thực hiện tiết kiệm chi phí và năng lượng

Hiện nay, việc quản lý và giám sát hệ thống điện thường gặp phải nhiều thách thức, từ

sự phức tạp trong việc điều khiển các thiết bị đến việc đảm bảo tính hiệu quả và an toàncủa hệ thống Hệ thống truyền thống thường gặp khó khăn trong việc tối ưu hóa điệnnăng và giảm thiểu lãng phí

Từ những lí do trên, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế, thi công hệthống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năng tiêu thụ” Người dùng có thểgiám sát cũng như điều khiển thiết bị điện từ xa ở mọi nơi mọi lúc miễn là điện thoại phải

có hệ điều hành Android và được kết nối Internet

Thông thường các thiết bị điện được bật tắt thủ công ngay tại nhà và thu thập dữ liệu

từ công ty điện lực Điều này làm cho việc điều khiển các thiết bị điện và thu thập dữ liệukhông được linh hoạt Chính vì thế giải pháp điều khiển thiết bị điện và giám sát thu thập

dữ liệu từ xa là một giải pháp tối ưu

Vi điều khiển được sử dụng để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ các thiết bị

có rất nhiều ưu điểm, mà các phương pháp truyền thống không có được Như việc điềuchỉnh thông tin một cách nhanh chóng bằng cách thay đổi linh hoạt Ngày nay việc điềukhiển và giám sát thu thập dữ liệu những thiết bị từ xa rất dễ dàng và nhanh chóng Cónhiều phương pháp để đo và truyền dữ liệu điện năng như là đo thông số điện năng thôngqua Module Pzem 004T và sử dụng Module ESP32 đưa dữ liệu lên internet, truyền quathiết bị phát wifi Bên cạnh đó cần xây dựng website để tiếp nhận dữ liệu, thuận tiện điềukhiển tất cả các thiết bị điện và giám sát điện năng tiêu thụ một cách nhanh chóng và dễdàng Công nghệ IoT (Internet of Things) và trí tuệ nhân tạo mở ra những khả năng mớitrong việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát điện Khả năng kết nối và tương tácthông minh giữa các thiết bị sẽ giúp tối ưu hóa việc quản lý và sử dụng điện năng Ngoài

ra còn có những cảnh báo về các trường hợp điện áp và dòng điện thay đổi đột ngột Vấn đề về an toàn và bảo mật trong các hệ thống điều khiển và giám sát điện là mộtnguy cơ ngày càng tăng Trong bối cảnh mối đe dọa từ các hành động tấn công mạng,việc đảm bảo tính bảo mật của hệ thống trở thành một mối quan tâm lớn Các hệ thốngtruyền thống thường không có các biện pháp bảo mật đủ mạnh, tạo điều kiện thuận lợicho những nguy cơ tiềm ẩn Đặt vấn đề này làm nổi bật sự cần thiết của việc phát triển hệthống điều khiển và giám sát điện mới, có khả năng linh hoạt, tương tác, an toàn và bảomật Sự kết hợp với Công nghệ IoT sẽ chơi một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng cácthách thức ngày càng phức tạp của quản lý và tối ưu hóa năng lượng trong môi trườngcông nghiệp và dân dụng

Đề tài "Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năngtiêu thụ" không chỉ là một nghiên cứu cụ thể, mà còn là một đóng góp quan trọng đối với

sự hiệu quả năng lượng và bền vững trong ngành công nghiệp và cuộc sống hàng ngày.Việc tối ưu hóa quản lý điện và giám sát năng lượng tiêu thụ thông qua sự kết hợp vớiCông nghệ Internet of Things (IoT) mở ra những cánh cửa mới để giảm lãng phí nguồnnăng lượng và tăng cường khả năng bền vững của hệ thống

Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống điều khiển và giám sát điện mới có tiềmnăng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp Từ quản lý tự động trong dây chuyềnsản xuất đến việc tối ưu hóa hệ thống điện trong các nhà máy lớn, đề tài mang lại nhữnggiải pháp thực tế và hiệu quả cho nhiều ứng dụng trong môi trường công nghiệp

Sự tăng cường an toàn và bảo mật là một khía cạnh quan trọng của đề tài này Côngnghệ IoT được tích hợp có thể cung cấp các biện pháp bảo mật tiên tiến, giảm nguy cơ từcác tấn công mạng và đảm bảo tính an toàn của hệ thống Điều này không chỉ quan trọngtrong việc bảo vệ tài sản mà còn đảm bảo rằng hệ thống luôn hoạt động một cách an toàn

và ổn định Đối với doanh nghiệp và tổ chức, ứng dụng của hệ thống mới sẽ mang lại lợiích kinh tế đáng kể Tính linh hoạt và khả năng tương tác của hệ thống sẽ giúp tối ưu hóachi phí vận hành, giảm tổn thất năng lượng và tăng cường hiệu quả kinh tế toàn diện.Việc này có thể có tác động tích cực đến mô hình kinh doanh và giúp tổ chức tiết kiệmchi phí

Hệ thống điều khiển và giám sát điện mới cũng có thể đóng vai trò quan trọng trongcác hệ thống năng lượng tổng hợp, nơi tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo và truyềnthống Khả năng tương tác thông minh của hệ thống có thể giúp điều phối và tối ưu hóaviệc sử dụng năng lượng từ các nguồn khác nhau, mang lại hiệu suất tối đa và giảm thiểutác động đến môi trường

Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc giải quyết những thách thức hiện tại màcòn đề xuất những giải pháp sáng tạo, giúp nâng cao khả năng điều khiển và giám sát hệthống điện, từ đó đảm bảo tính hiệu quả, an toàn và bảo mật

Lợi ích của việc giám sát điện năng:

Đối với hộ gia đình: giám sát được chi tiết điện năng từng khu vực mong muốn liêntục 24/24 Từ đó đưa ra giải pháp sử dụng hợp lí, tiết kiệm điện

Đối với công ty, nhà máy: Giảm chi phí nhân công nhập liệu hàng tháng, tránh sai sótkhi thu thập dữ liệu bằng tay

Kết quả của đề tài sẽ mang lại những ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực như côngnghiệp, nhà thông minh, và các hệ thống điện lớn như trung tâm dữ liệu, giúp tối ưu hóaquá trình quản lý và giảm thiểu rủi ro

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một hệ thống đa chức năng có khả nănggiám sát và điều khiển các thông số liên quan đến điện năng trong hộ gia đình Hệ thống

sẽ tự động thu thập, xử lý và hiển thị các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện,công suất, và lượng điện năng tiêu thụ Mục tiêu là tạo ra một công cụ mạnh mẽ và hiệuquả để người dùng có thể quản lý và kiểm soát điện năng một cách linh hoạt và thuậntiện Một trong những mục tiêu quan trọng là thiết lập khả năng giám sát chính xác vàliên tục của các thông số cơ bản như điện áp, dòng điện và công suất trong hộ gia đình

Hệ thống sẽ đảm bảo rằng người dùng có thể theo dõi và phân tích mô hình sử dụng điệncủa họ để hiểu rõ hơn về tiêu thụ năng lượng và thực hiện các điều chỉnh cần thiết để tiếtkiệm điện

Hệ thống sẽ tích hợp khả năng đo lường lượng điện năng tiêu thụ toàn diện, cung cấpthông tin chi tiết về việc sử dụng điện trong khoảng thời gian Điều này sẽ giúp ngườidùng theo dõi sự tiêu thụ năng lượng của họ theo thời gian, phân loại các thiết bị tiêu thụnhiều năng lượng và đưa ra quyết định để tối ưu hóa quản lý điện

Một trong những mục tiêu đặc biệt quan trọng là khả năng điều khiển từ xa quaInternet Người dùng sẽ có khả năng kiểm soát các thiết bị điện trong hộ gia đình từ bất

kỳ đâu, thông qua ứng dụng trên điện thoại Android Từ việc tắt/bật các thiết bị đến việcgiám sát các thông số, họ có thể thực hiện các hành động điều khiển linh hoạt, tăng cườngtính linh hoạt và tiện lợi

Tổng cộng, mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng một hệ thống đa chức năng và linhhoạt, có khả năng giám sát chi tiết các thông số về điện năng trong hộ gia đình và chophép người dùng tương tác và kiểm soát từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoạiAndroid Điều này sẽ không chỉ mang lại sự thuận tiện cho người dùng mà còn hứa hẹngiúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong cộng đồng và môi trường sốnghàng ngày

- Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, các nộidung liên quan đến đề tài

- Tìm hiểu về công nghệ IoT

- Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mô hình giám sát và điều khiển

- Vi điều khiển: ESP32

- Các Module: module sim 4G A7680C, PZEM004T (đo các thông số điện năng),I2C sang LCD 20x04, module chuyển đổi điện năng AC-DC

- Màn hình hiển thị: LCD 20x04

- Các thành phần khác: relay tiếp điểm, Pin sạc dự phòng và mạch sạc

- Tìm hiểu các chuẩn truyền thông UART, I2C

- Thiết kế và thi công hệ thống giám sát, điều khiển

- Viết chương trình cho ESP32

- Thiết kế ứng dụng giám sát và điều khiển cho điện thoại hệ điều hành Android

- Chạy thử nghiệm hệ thống và chỉnh sửa lỗi xuất hiện

- Đánh giá kết quả thực hiện

- Viết báo cáo luận văn và báo cáo đề tài tốt nghiệp

Điều khiển các thiệt bị quạt, đèn, … công suất tiêu thụ dưới 1000W Không dùng chotải động cơ

Khi mất điện mạch sẽ tự chuyển sang dùng pin dự phòng, dung lượng 2000mAh cóthể duy trì mạch hoạt động trong khoảng 3-4h cho đến khi có điện trở lại

Gửi dữ liệu về điện năng và trạng thái các thiết bị lên Firebase của Google

Hệ thống có thể điều khiển thủ công trực tiếp tạ board mạch bằng các nút nhấn hoặcbằng ứng dụng được viết riêng cho điện thoại thông minh Android

Hệ thống không thể đáp ứng ngay lập tức thao tác lệnh của người dùng do phụ thuộcnhiều vào tốc độ mạng cũng như tốc độ xử lý của vi điều khiển và thời gian truyền tínhiệu giữa các thiết bị trong hệ thống

Để có thể hiểu rõ về công nghệ Wifi, mạng GSM cũng như các vi điều khiển khôngphải là chuyện dễ, cần nhiều thời gian và hiểu biết Cho nên trong quá trình thực hiện đềtài nhóm chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu, biết cách sử dụng các module này phục vụ chocác chức năng trong đề tài của nhóm

Chương 1 Tổng Quan Đề Tài

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung Ÿnghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Chương này trình bày sơ lược các lý thuyết có liên quan đến đề tài sẽ dùng để thựchiện thiết kế, thi công cho đề tài

Chương 3: Tính toán và Thiết Kế

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tính toánliên quan đến đề tài

Chương 4: Thi công hê ”thống

Chương này có thể gồm kết quả thi công phần cứng và những kết quả hiển thị trênmàn hình hay giao diện điện thoại

Kết Luận

Phần này trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu được dựa vào những phương pháp,thuật toán đã kiến nghị ban đầu

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.QUY TRÌNH THỰC HIỆN HỆ THỐNG

Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa và giám sát điện năng tiêu thụ được điều khiểnbằng các relay đóng ngắt và đo các thông số bằng cảm biến Module Pzem 004T được bộ

xử lý trung tâm Module ESP32 kết nối với internet Các thông tin về dòng điện, điện áp,

… và điện năng tiêu thụ sẽ được đưa lên Web Server sau khi được đo để giám sát quátrình hoạt động Những thông số về điện năng cũng được hiển thị qua màng hình LCD và

sẽ được cảnh báo cho người dùng khi dòng điện, điện áp quá mức cho phép thông qua tinnhắn SMS và còi động tại nhà

2.2.MÔ TẢ QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Hệ thống sẽ được người dùng thay đổi hoặc điều chỉnh trạng thái của các thiết bị điềukhiển có thể là việc bật / tắt Đề tài sẽ có 2 phương thức điều khiển đó là điều khiển thủcông bằng công tắt được gắn trên hệ thống và điều khiển bằng cách sử dụng điện thoại diđộng hoặc máy tính bảng có kết nối internet

2.3.MÔ TẢ QUY TRÌNH ĐO ĐIỆN NĂNG

Quá trình đo sẽ được cảm biến hall tích hợp vào Module Pzem 004T đo dòng điện vàđiện áp Từ hai thông số dòng điện và điện áp có thể tính toán ra công suất và điện năngtiêu thụ, sau khi đo và tính toán những thông số trên sẽ được hiển thị trên màng hình LCD

và được lưu trữ trên web server và hiện thị trên app đã được cài đặt sẵn

Dữ liệu đưa trên web server sẽ được bảo vệ khi mất kết nối thông qua EEPROM, khimất kết nối dữ liệu sẽ được lưu vào và khi được kết nối internet trở lại dữ liệu sẽ cập nhậttiếp tục mà không mất đi dữ liệu cũ

2.4.MÔ TẢ QUY TRÌNH GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO

Những thông số về dòng điện, điện áp, công suất tiêu thụ, điện năng tiêu thụ sẽ đượcgiám sát bởi người dùng thông qua web server Dữ liệu về những thông sẽ được cập nhậtliên tục theo đúng ngưỡng mong muốn của người dùng, nếu có sự cố về dòng điện vàđiện áp hệ thống sẽ cảnh báo cho người dùng để dễ dàng nhận biết hệ thống sẽ gửi tinnhắn SMS về số điện thoại được cài đặt và còi báo động được lắp đặt ngay trên hệ thống.Người dùng có thể xử lý một cách thuận tiện và nhanh chóng tránh được các trường hợpxấu xảy ra

2.5.GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.5.1 Vi điều khiển ESP32

ESP32 là một series các vi điều khiển trên một vi mạch giá rẻ, năng lượng thấp có hỗtrợ WiFi và dual-mode Bluetooth Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử lý Tensilica XtensaLX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc antenna tích hợp, RFbalun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lýnăng lượng

Một điều quan trọng khác cần biết về ESP32 là nó được sản xuất bằng công nghệ40nm công suất cực thấp của TSMC Vì vậy việc thiết kế các ứng dụng hoạt động bằngpin như thiết bị đeo, thiết bị âm thanh, đồng hồ thông minh,… sử dụng ESP32 sẽ rất dễdàng

2.5.1.1 Bộ xử lý

- CPU: bộ vi xử lý Xtensa lõi kép (hoặc lõi đơn) 32bit LX6, hoạt động ở tần số240MHZ (160MHz cho ESP32-S0WD và ESP32 – U4WDH) và hoạt động ở tối đa 600MIPS (200 MIPS – S0WD/ESP32 – U4WDH)

- Bộ đồng xử lý (co-procesor) công suất cực thấp (Ultra low power, viết tắt: ULP)

- Hệ thống xung nhịp: CPU Clock, RTC Clock và Audio PLL Clock

- Bộ nhớ nội: 448KB bộ nhớ ROM và 520 KB bộ nhớ RAM

- Kết nối không dây: WiFi 802.11 b/g/n và bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE

- Có 34 GIOP pad vật lý [11]

2.5.1.2 Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp

- 2 bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC) 8 bit

- 18 kênh bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) 12 bit

- 2 cổng giao tiếp I2C

- 3 cổng giao tiếp UART

- 3 cổng giao tiếp SPI (1 cổng cho chip FLASH )

- 2 cổng giao tiếp I²S

- 10 kênh ngõ ra điều chế độ rộng xung (PWM)

- Khởi động an toàn (Secure boot)

- Mã hóa flash (Flash encryption)

- 1024-bit OTP, lên đến 768-bit cho khách hàng

- Tăng tốc phần cứng mật mã: AES, SHA-2, RSA, mật mã đường cong elliptic(ECC – elliptic curve cryptography), bộ tạo số ngẫu nhiên (RNG – random numbergenerator) [11]

2.5.1.4 Nguồn điện hoạt động

Module cũng có thể dùng cho các thiết bị điện tử đeo tay như đồng hồ thông minh…

2.5.1.6 Sơ đồ chân của ESP32

Chip ESP32 bao gồm 48 chân với nhiều chức năng khác nhau Không phải tất cả cácchân đều lộ ra trrên các module ESP32 và một số chân không thể được sử dụng

Mặc dù bạn có thể định nghĩa các thuộc tính chân trên phần mềm, nhưng có các chânđược gán theo mặc định như trong hình sau (đây là ví dụ cho module ESP32 DEVKITV1 DOIT có 36 chân – vị trí chân có thể thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất) [13]

Hình 2.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32

Bảng 2.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32

0 Flashing mode, Input pullup, output

2 ADC2_2, Touch 2, CS, Input, Output

12 HSPI_MOSI, Touch 5, ADC2_5, Input, Output

13 HSPI_MOSI, Touch 4, ADC2_4, Input, Output

14 HSPI_CLK, Touch 6, ADC2_6, Input, Output

15 ADC2_3, Touch 3, HSPI_CS, Input, Output

34 ADC1_6, Input

2.5.2 Module đo điện năng PZEMT-004T

Module đo điện AC đa năng giao tiếp UART PZEM004T  được sử dụng để đo vàtheo dõi gần như hoàn toàn các thông số về điện năng AC của mạch điện như điện áphoạt động, dòng tiêu thụ, công suất và năng lượng tiêu thụ Giao tiếp UART dễ dàng kếtnối truyền dữ liệu tới Vi điều kiển hoặc máy tính

Module đo điện giao tiếp UART PZEM004T nhỏ gọn, dễ lắp đặt, sử dụng cách đodòng cách ly an toàn và khả năng đo dòng lên đến 100A, mạch có chất lượng gia công vàlinh kiện tốt, độ bền cao

Module sử dụng giao tiếp TTL qua UART với tốc độ Baudrate mặc định 9600bits/s,khung truyền gồm 8 bit, 1bit stop và không có bit kiểm tra parity [11]

Hình 2.2 Module PZEMT-04

Thông số module đo điện ac đa năng

- Có opto cách ly an toàn giữa mạch đo và mạch nhận tín hiệu UART.

Sơ đồ nối dây:

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối Module Pzemt

2.5.3 Module sim A7680C

Module sim là một module 4G Cat 1 siêu nhỏ, siêu mỏng hỗ trợ các tiêu chuẩn truyềnthông không dây LTE – TDD/LTE – FDD Hỗ trợ tốc độ tải xuống tối đa 5Mbps, cũng

hỗ trợ 2G, 3G khiến nó trở thành một lựa chọn linh hoạt trong nhiều ứng dụng [14]

Hình 2.4 Module sim A7680 thực tế

- Chân Vcc: chân cung cấp nguồn dương +3.4 ÷ +4.2VDC để module hoạt động.

- Chân RST: Chân dùng để RESET module SIM

- Chân RXD: chân truyền UART (RX) dùng để nhận và xử lý dữ liệu

- Chân TXD: chân nhận UART (TX) dùng để truyền dữ liệu

- Chân GND: chân nối mass

- Chân RING: chân báo hiệu có cuộc gọi đến

- Chân DTR: chân đầu cuối dữ liệu (thường không được sử dụng)

- Chân MIC+ và MIC-: 2 chân kết nối với microphone ngoài để đàm thoại

- Chân SPK+ và SPK-: 2 chân xuất dữ liệu âm thanh ra loa ngoài

- Ngoài ra module còn có một đèn LED báo trạng thái hoạt động của của module vàmột khe cắm thẻ SIM dạng microSIM ở mặt sau [11]

2.5.4 Module chuyển đổi nguồn điện AC – DC

Trong đề tài cần sử dụng nguồn 220VAC cho các thiết bị điện hoạt động đồng thờicần có những điện áp 5VDC cho các module Để tiện lợi nhóm chọn 1 nguồn 220VACduy nhất sau đó chuyển đổi sang nguồn 5VDC thông qua module

Module nguồn Mini 220V-9V500ma 1 Module nguồn Mini 220V-9V500ma thíchhợp cho những ứng dụng nhỏ, nguồn cách ly, an toàn tuyệt đối khi sử dụng

Hình 2.5 Module HI-Link chuyển đổi nguồn AC-DC

Thông số kỹ thuật

- Điện áp vào: AC85-265V/50-60Hz

- Đầu ra: DC9V - 500mA

- Hiệu suất : 80%

- Công suất: 4.5W

- Kích Thước: 30x20x17.5MM. [13]

2.5.5 Hiển thị LCD – I2C

LCD 20x4 là loại màng hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các kí tự đa dạng, trựcquan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giaotiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ

- Có led nền, có thể dùng biến trở điều chình độ sáng cho LCD

- Dữ liệu đầu vào: 4-bit hoặc 8-bit giao diện có sẵn [11]

Bảng 2.2 Chức năng các chân của LCD20x4

Chân LCD được chia làm 4 dạng:

Chân cấp nguồn: chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là VDD nối với nguồn5V, chân thứ 3 (V0) dùng điều chỉnh contrast thường nối với biến trở

Các chân điều khiển: chân số 4 làm chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi,chân R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phép dạng xungchốt

Các chân dữ liệu D7 – D0 chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng trao đổi dữ liệugiữa thiết bị điều khiển LCD

Các chân A, K: chân số 15 và chân số 16 là 2 chân dùng để cấp nguồn cho đèn nền cóthể nhìn thấy vào ban đêm [11]

2.5.6 Module chuyển giao tiếp LCD sang I2C

Để điều khiển và hiển thị được kí tự từ vi điều khiển xuất ra màng hình LCD20x4 cầntối thiểu 10 đường nối đến chân vi điều 8 đường data từ D0-D7 và 2 đường điều khiển

RS, RW Điều này sẽ gây khó khăn cho ứng dụng vì tốn chân của vi điều khiển trong khinếu dùng module chuyển đổi I2C sẽ tiết kiệm được rất nhiều chân cho vi điều khiển.Moduile cần 2 chân cấp nguồn và 2 chân giao tiếp truyền nhận dữ liệu SCD và SDA.Ngoài ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở có trên module thay vì gắnthêm biến trở ngoài nếu điều khiển trực tiếp

Hình 2.7 Module chuyển giao I2C cho LCD 20x4

Bảng 2.3 Sơ đồ chân của Module chuyển giao I2C

Backlight Jumber Chân điều khiển đèn nền của LCD

LCDThông số kĩ thuật:

- Điện áp hoạt động: 2.5 – 5VDC

- Hỗ trợ màng hình: LCD20x4

- Giao tiếp I2C

- Tích hợp biến trở xoay chiều điều chỉnh độ tương phản cho LCD [11]

2.5.7 IC ULN2003A

ULN2003 là một IC 16 chân, bao gồm 7 cặp darlington (mỗi cặp được bảo vệ bằngsupression diode) và do đó có khả năng xử lý tối đa 7 tải (có thể cảm ứng)

Có 7 driver trong một chip ULN2003 và do đó có thể kiểm soát tối đa 7 tải

Mỗi cặp Darlington có thể xử lý tải tối đa 500mA, trong khi giá trị đỉnh là 600mA.Tương tự, điện áp đầu ra tối đa của mỗi cặp darlington là 50V

Trong hình bên dưới, có thể thấy ULN2003 có 16 chân, các đầu vào và đầu ra tươngứng đối diện nhau (để dễ thiết kế mạch)

Ngoài các chân I / O, còn có chân ground cần cấp 0V và chân Vcc (Chung)

Hình 2.8 Hình ảnh chân IC ULN2003A Bảng 2.4 Sơ đồ chân IC ULN2003

Bảy chân đầu vào của cặp Darlington, mỗi chân đượckết nối với cực gốc của transistor và có thể được kích hoạtbằng cách sử dụng + 5V

8 Ground Điện áp tham chiếu đất 0V

9 COM Được sử dụng làm chân kiểm tra hoặc chân triệt điện

áp (tùy chọn để sử dụng)

10 đến

16

Output 1đến ouput 7

Đầu ra tương ứng của bảy chân đầu vào Mỗi chân đầu

ra sẽ chỉ được nối đất khi chân đầu vào tương ứng của nó ởmức cao (+ 5V)

Đặc tính thông số kỹ thuật ULN2003:

Chứa 7 cặp Darlington điện áp cao và dòng điện cao

Mỗi cặp được định mức 50V và 500mA

Chân đầu vào có thể được kích hoạt + 5V

Tất cả bảy chân đầu ra có thể được kết nối để tập hợp lại để điều khiển tải lên đến (7 ×500mA) ~ 3.5A

Có thể được điều khiển trực tiếp bằng các thiết bị logic như cổng kỹ thuật số, arduino,PIC,

Có các gói DIP, TSSOP, SOIC 16 chân [11]

2.5.8 Relay tiếp điểm cơ khí

Dùng điện áp 220VAC để cung cấp cho thiết bị công suất Để cách ly tín hiệu điềukhiển với phần thiết bị công suất có nhiều phương án thực hiện như relay tiếp điểm cơkhí, Solid State Relay, MOC + Triac…

Relay là một công tắc (khóa K) nhưng khác với công tắc thường là Relay được kíchhoạt bằng điện Trong mạch ta sử dụng relay với mục đích đóng ngắt các thiết bị điệntheo yêu cầu

Hình 2.9. Hình ảnh Relay thực tế

Thông số kỹ thuật

- Điện áp điều khiển: 5V

- Dòng tiêu thụ: 80mA

- Dòng điện cực đại: 10A

- Điện áp AC cực đại: 250 VAC

Mạch Sạc Bảo Vệ Nối Tiếp 2 Cell 20A HX-2S-JH20 Thông số kỹ thuật:

- Dòng sạc pin: 750mA (sạc tiêu chuẩn), 1500mA (sạc nhanh) [11]

2.6.CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU

2.6.1 Chuẩn truyền thông UART

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter là kiểu truyềnthông tin nối tiếp không đồng bộ thường là một mạch tích hợp Mục đích của UART là đểtruyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngượclại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển [2]

Các thông số trong chuẩn truyền UART:

Hình 2.11 Khung truyền UART

Packet: Một gói dữ liệu được truyền đi, bao gồm bit Start, khung truyền dữ liệu, bitparity, bit Stop

Bit Start: thường được giữ ở mức điện áp cao khi nó không truyền dữ liệu Để bắt đầutruyền dữ liệu, UART truyền sẽ kéo bit này từ cao xuống thấp trong một chu kỳ xungnhịp Khi UART nhận phát hiện sự chuyển đổi điện áp cao sang thấp, nó bắt đầu đọc cácbit trong khung dữ liệu ở tần số của tốc độ truyền

Khung dữ liệu: chứa dữ liệu được truyền, nó có thể dài từ 5 đến 8 bit nếu sử dụng một

bit parity Nếu không có bit parity nào được sử dụng, khung dữ liệu có thể dài 9 bit.Bit parity: có tác dụng kiểm tra xem dữ liệu có bị thay đổi trong quá trình truyềnkhông bằng cách là kiểm tra tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ rồi so sánh với dữ liệu Nếu tổng

số bit 1 là chẵn mà bit parity bằng 0 thì quá trình truyền không có lỗi và nếu bằng 1 thìđường truyền bị lỗi khiến dữ liệu bị thay đổi

Bit Stop: để báo hiệu sự kết thúc của gói dữ liệu, UART gửi sẽ điều khiển đường

truyền dữ liệu từ điện áp thấp đến điện áp cao trong ít nhất hai bit [2]

Nguyên lý hoạt động:

UART truyền sẽ nhận dữ liệu từ một bus dữ liệu Dữ liệu được truyền từ bus dữ liệusang UART truyền ở dạng song song rồi thêm bit start, bit parity và bit stop để tạo gói dữliệu Sau đó, gói dữ liệu được xuất ra dạng nối tiếp tuần tự ở chân Tx rồi truyền qua chân

Rx của UART nhận UART nhận đọc các gói dữ liệu nhận được rồi loại bỏ bit start, bitparity và bit stop Sau đó chuyển đổi dữ liệu trở lại dạng song song Cuối cùng, UARTnhận chuyển gói dữ liệu song song qua bus dữ liệu [2]

2.6.2 Chuẩn giao tiếp I2C

Hình 2.12 Giao tiếp I2C

I2C là tên viết tắt cảu cụm từ “Inter – Integrated Circuit” No là một giao thức giaotiếp được phát triển bới Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một bộ xử lý trungtâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu