Các thiết bị như công tắc, ổ cắm không chỉ đơn thuân là cung cấp, đóng cắt điện cho các thiết bị điện khác nữa mà nó còn giúp người sử dụng giám sát trạng thái đang bât hay tắt nếu người
lOMoARcPSD|38839596 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Thị Huế Sinh viên thực hiện: Tạ Anh Tú - 20174311 Hà Nội, 3-2023 Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khoa học, kỹ thuật nói chung và lĩnh vực IoT nói riêng đang phát triển rất nhanh để dáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người Các thiết bị như công tắc, ổ cắm không chỉ đơn thuân là cung cấp, đóng cắt điện cho các thiết bị điện khác nữa mà nó còn giúp người sử dụng giám sát trạng thái đang bât hay tắt nếu người đó ra ngoài mà không nhớ đã bật/tắt thiết bị đó chưa và có thể điều khiển bật/tắt thiết bị đó từ bất cữ đâu chỉ cần kết nối internet Thậm chí người sử dụng có thể lên lịch hẹn giờ cho công tắt/ ổ cắm bật tắt các thiết bị ví dụ như bật bình nóng lạnh trước khi về nhà, bật hệ thống tưới cây, bơm ô oxi bể cá vào những khung giờ cố định lặp đi lặp lại hàng ngày… Ngoài ra nếu bạn là một người sống tiết kiệm muốn giám sát, kiểm soát điện năng tiêu thụ trong nhà thì tính năng đo lường giám sát điện năng của ổ cắm thông minh sẽ rất hữu ích Hiểu được những vai trò lợi ích to lớn đó nên em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế ổ cắm thông minh điều khiển qua wifi” cho đồ án thiết kế này Em cũng xin cảm ơn Ths Nguyễn Thị Huế , người cô đã hết lòng giúp đỡ và luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án Đồ án thiết kế của em được trình bày gồm 3 chương: Chương 1: giới thiệu tổng quan thiết kế phần cứng của ổ cắm thông minh; tính toán, lựa chọn linh kiện thiết kế mạch đo lường điện năng; lựa chọn module wifi, mạch lực đóng/cắt cho ổ cắm Chương 2: Trình bày cách thức giao tiếp với IC đo lường điện năng là ADE7753; trình bày giải thích chương trình của vi điều khiển atmega328, esp32 cũng như cách thức biên dịch nạp code cho vi điều khiển Chương 3: trình bày giải thích các file lập trình android, cũng như quá trình tạo và cài đặt ứng dụng trên điện thoại android i Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iv CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ MẠCH ĐO ĐIỆN NĂNG 1 1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đo 1 1.2 Khối nguồn 1 1.3 Khối đo lường 3 1.3.1 Khối biến đổi dòng điện 3 1.3.2 Khối biến đổi điện áp 4 1.3.3 IC tính toán thông số điện 6 1.4 Khối xử lý dữ liệu đo 7 1.5 Khối hiển thị 9 1.6 Khối truyền tin qua wifi 10 1.7 Khối relay 10 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO BO MẠCH 12 2.1 Giao tiếp với ADE7753 12 2.1.1 Quá trình ghi dữ liệu 12 2.1.2 Quá trình đọc dữ liệu 13 2.1.3 Một số thanh ghi của ADE7753 13 2.2 Lập trình ATMEGA328 14 2.2.1 Arduino IDE 14 2.2.2 Bootloader của atmega328 15 2.2.3 Chương trình chính của ATMEGA328 16 2.3 Lập trình ESP32 17 2.3.1 Cấu trúc project 17 2.3.2 Môi trường lập trình ESP32 19 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 21 3.1 Các file cần quan tầm trong project android 21 ii Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 3.1.1 File build.gradle(:app) 21 3.1.2 File main_activity.xml 22 3.1.3 File MainActivity.java 24 3.1.4 File AndroidMainfest.xml 25 3.2 Tạo project, xuất file apk 26 3.2.1 Tạo và build project, thiết lập máy ảo 26 3.2.2 Xuất file apk 29 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC 35 Phụ lục 1 Các bước biên dịch, nạp bootloader bằng arduino ide và phần mềm PROGISP 35 Phụ lục 2: Các bước nạp code bằng arduino ide và mạch nạp USB-UART 38 Phụ lục 3: Code của chương trình chính ATMEGA328 39 Phụ lục 4: giải thích file main.c trong project esp32 42 Phụ lục 5: code trong file MainActivity.java 58 iii Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng mạch đo 1 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 2 Hình 1.3 sơ đồ nguyên lý khối biến đổi dòng điện 3 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý biến đổi điện áp 4 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đo thông số điện sử dụng ADE7753 6 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý dữ liệu đo 8 Hình 1.7 Mạch đo lường điện năng 9 Hình 2.1 Quá trình ghi của ADE7753 13 Hình 2.2 Quá trình đọc của ADE7753 13 Hình 2.3 Chức năng của các icon trên thanh công cụ 14 Hình 2.4 Chức năng của vùng trên arduino ide 15 Hình 2.5 Mạch nạp USB ISP AVR programmer 16 Hình 2.6 Lưu đồ chương trình ATMEGA328 17 Hình 3.1 Giao diện màn hình 24 Hình 3.2 Lựa chọn loại thiết bị, template cho giao diện 27 Hình 3.3 Lựa tên project, api 27 Hình 3.4 Lựa chọn thiết bị mô phỏng 28 Hình 3.5 Lựa chọn hệ điều hành cho điện thoại mô phỏng 28 Hình 3.6 Generate apk file .29 Hình 3.7 Tạo new key store 30 Hình 3.8 create apk 30 iv Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ MẠCH ĐO ĐIỆN NĂNG 1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đo Sơ đồ khối chức năng của ổ cắm thông minh như hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng mạch đo 1.2 Khối nguồn Điện áp 220 VAC từ jack cắm P1 đi qua module HLK 5M05 biến đổi nguồn 220VAC/5VDC sẽ cho điện áp ra 5VDC Điện áp 5VDC tiếp tục đi qua ic AMS1117 biến đổi điện áp 5V/3.3V để có được điện áp ra là 3.3VDC (hình 1.2) 1 Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Ngoài ra còn có các linh kiện cầu chì (0.2A), varistor (300V) dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch, chống sét cho nguồn Các tụ điện và cuộn cảm còn lại dùng để lọc nhiễu cho nguồn DC đầu ra Thông số của các linh kiện này được lựa chọn theo khuyến nghị của nhà sản suất module HLK5M05, IC AMS1117 Dòng tiêu thụ tối đa của atmega328 là 42mA; LCD5110 là 50mA; ADE7753 là 7mA; module ESP32 là 500mA Như vây với module HLK5M05 công suất ra 5V/5W, và IC AMS1117 3.3V/3.3W đáp ứng được yêu cầu các khối chức năng còn lại Thông số cơ bản của module HLK5M05 và AMS1117/3.3V như bảng bên dưới: Điện áp vào: 100V ~ 240V AC / 50 ~ 60Hz - Điện áp ra: 5V DC - Dòng vào lớn nhất: 200mA - Công suất: 5W - Độ gợn điện áp và nhiễu thấp - Mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch - Nhiệt độ hoạt động : -20℃ ~ +80℃ 2 Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 • Điện áp ngõ ra: 3.3V • Dòng ra tối đa: 1A • Áp ngõ vào: 1.5 < Vin-Vout < 12V (4.8-8.7VDC) • Dạng chân: SOT-223 • Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 125 độ C 1.3 Khối đo lường Thông số dòng điện, điện áp, công suất, năng lượng của tải được xác định bằng cách cho tín hiệu điện AC mà tải sử dụng đi qua bộ biến đổi dòng điện, điện áp để đưa vào đầu vào kênh dòng điện, điện áp của ADE7753 để tính toán, xác định thông số dòng điện 1.3.1 Khối biến đổi dòng điện Hình 1.3 sơ đồ nguyên lý khối biến đổi dòng điện Dòng điện AC mà tải sử dụng đi qua biến dòng CT1 để hạ giá xuống cỡ Ampe xuống mili Ampe Dòng điện đầu ra của biến dòng CT1 đi qua điện trở R3 để biến đổi tín hiệu dòng điện hành tín hiệu điện áp trước khi đưa vào đầu vào kênh dòng điện của ADE7753 3 Downloaded by YEN YEN (nguyenyen.12@gmail.com) lOMoARcPSD|38839596 là V1P và V1N Điện trở, tụ điện còn lại đóng vai trò như mạch lọc thông thấp và giá trị của chúng được lựa chọn theo sơ đồ mẫu trong datasheet của ADE7753 (hình 1.3) Do hạn chế về thiết bị, tải kiểm chứng nên biến dòng CT của em lựa chọn là loại điến dòng 10A, biến đổi tuyến tính nhất trong pham vi 5A với tỷ số biến đổi là 1000 (5A/5mA) Điện trở 𝑅3 = 𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘 √2 ÷ 𝐼𝑠𝑐 1000 = 0.5𝑉 √2 ÷ 10𝐴 1000 ≈ 35 𝑜ℎ𝑚, Chọn Điện trở R3 = 33 ohm 1/4 W Thông số biến dòng ZMCT103C 5A/5mA như bảng bên dưới: Tỷ lệ: 1000 : 1 Sai số góc pha: