ĐỀ TÀI Ổ ĐIỆN THÔNG MINH SỬ DỤNG CẢM BIẾN DÒNG

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Ổ ĐIỆN THÔNG MINH SỬ DỤNG CẢM BIẾN DÒNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S BÙI THƯ CAO 15024591 SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHẠM THÁI HUY 15031671 HOÀNG VĂN DUY LỚP: DHDTVT11A KHÓA: 2015 - 2019 TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến toàn thể Quý thầy cô Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, Quý thầy cô khoa điện tử đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt những năm học tập và rèn luyện tại trường Em xin chân thành cám ơn thầy Bùi Thư Cao đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em thực hiện đồ án tốt nghiệp này Dù đã cố nhiều cố gắng để thực hiện đề tài cho hoàn thiện nhưng do mới bước đầu làm quen với đề tài đã chọn, sự hạn chế về mặt kiến thức và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Kính mong nhận được sự góp ý của Quý thầy cô Đó không những là nền tảng giúp em hoàn thành quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin Nhóm em xin kính chúc quý thầy cô trong khoa điện tử và thật nhiều sức khỏe, thành công để tiếp tục truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau và tiến xa hơn trong con đường sự nghiệp của mình Em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH 9 DANH MỤC BẢNG BIỂU .10 MỞ ĐẦU 11 1 Đặt vấn đề 11 2 Mục tiêu của đề tài 11 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 13 Những loại ổ điện thông minh đang được bán trên thị trường 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1 Định lý lấy mẫu 24 2.1.1 Định nghĩa lấy mẫu 24 2.2.2 Định lý lấy mẫu Nyquist–Shannon 24 2.2 Hiệu ứng Hall .25 2.2.1 Khái niệm 25 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 26 2.2.3 Ứng dụng 27 2.3 Mạch chỉnh lưu 27 2.3.1 Khái niệm 27 2.3.2 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ 28 2.3.3 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc .29 2.4 Bếp từ 29 2.4.1 Bếp từ là gì 29 2.4.2 Tại sao đáy nồi sao sinh nhiệt được 30 2.5 Bếp Hồng ngoại 30 2.6 Cảm biến dòng ACS712-30A .31 2.6.1 Giới thiệu module ACS712 31 2.6.2 Nguyên lý 32 2.6.3 Ưu điểm của ACS712 34 2.6.4 Ứng dụng cơ bản 34 2.7 Relay 5V/30A .36 2.7.1 Giới thiệu 36 2.7.2 Hình dạng 37 2.7.3 Nguyên lý hoạt động .37 2.8 Arduino Nano .38 2.8.1 Thông số kỹ thuật Arduino Nano .38 2.8.2 Sơ đồ chân 39 2.8.3 Bảng tra chung 40 2.9 ESP8266 .41 2.9.1 Giới thiệu 41 2.9.2 Thông số kỹ thuật .41 2.9.3 Sơ đồ chân 41 2.10 Blink 42 2.10.1 Giới thiệu .42 2.10.2 Nền tảng gồm ba phần 42 2.10.3 Tính năng, đặc điểm .43 2.10.4 Phần cứng .43 2.11 Thiết bị cần chuẩn bị 44 2.11.1 Lắp ráp mô hình để khảo sát dòng 44 2.11.2 Sử dụng bếp hồng ngoại Sunhouse và nồi 46 2.12 Khảo sát dòng điện 48 2.12.1 Khi nồi không có nước 49 2.12.2 Khi nồi có chút 1/10 nước 51 2.12.3 Khi nồi có 1/4 nước .53 2.12.4 Khi nồi có 1/2 nước .55 2.12.5 Khi nồi có 3/4 nước 57 2.12.6 Khi nồi có đầy nước .59 2.12.7 Trường hợp hiếm khi xảy ra (Dòng tăng vọt) 61 2.12.8 So sánh đánh giá 62 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ .63 3.1 Sơ đồ khối 63 3.1.1 Khối tự động ngắt 63 3.1.2 Khối điều khiển qua App 63 3.2 Sơ đồ nguyên lý 64 3.3 Chọn linh kiện .64 3.4 Phân tích nguyên lý chung 64 3.5 Đo dòng điện AC qua tải với ACS712 65 3.5.1 Sơ đồ kết nối ACS712 với Arduino mô phỏng Proteus 65 3.5.2 Nguyên lý hoạt động ACS712 65 3.5.3 Đo dòng điện với ACS712 .66 3.5.4 Lập trình Arduino chuyển dòng sang điện áp để khảo sát 66 3.6 Đo điện áp AC qua tải với ACS712 69 3.6.1 Sơ đồ kết nối biến áp với Arduino 69 3.6.3 Hạ điện áp xoay chiều bằng biến áp 69 3.6.2 Code tính toán 71 3.7 Lưu đồ giải thuật 72 3.8 Công suất tiêu thụ .74 3.8.1 Khái niệm 74 3.8.2 Công suất của mạch một chiều 74 3.8.3 Công suất của mạch xoay chiều .74 3.8 Lập trình ESP8266 75 3.9 Cài đặt và cấu hình Blynk App 77 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 86 4.1 Kết quả đạt được 86 4.1.1 Sản phẩm 86 4.1.2 App hiển thị và điều khiển dựa trên nền tảng Blynk 89 4.1.2.1 Hiển thị dòng điện 89 4.1.2.2 Hiển thị công suất 90 4.2 Đánh giá Ưu điểm – Khuyết điểm 95 4.2.1 Ưu điểm đề tài 95 4.2.2 Khuyến điểm đề tài 95 4.3 Hướng phát triển 95 4.4 Tác động về mặt xã hội và môi trường và sức khỏe con người 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 98 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1.1: Ổ cắm Smart WiFi Plug Mini 14 Hình 1.2: Ổ cắm thông minh HS100 TP-Link 15 Hình 1.3: Ổ cắm Xiaomi Smart Power Strip 16 Hình 1.4: Ổ cắm Xiaomi Mi Plug Mini .17 Hình 1.5: Ổ cắm điện WiFi Sonoff S22 .18 Hình 1.6: Ổ cắm Wyze Plug 19 Hình 1.7: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Plug Mini 20 Hình 1.8: Ổ điện Wemo Mini 21 Hình 1.9: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Outdoor Plug 22 Hình 1.10: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Power Strip .23 Y Hình 2.1: Hàm số tín hiệu x(f) 24 Hình 2.2: Khoảng Nyquist 25 Hình 2.3: Hiệu tượng chồng phổ 25 Hình 2.4: Cơ chế hiệu ứng Hall trên một thanh Hall kim loại 26 Hình 2.5: Sơ đồ tổng quát mạch chỉnh lưu 28 Hình 2.6: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp không có điểm giữa 28 Hình 2.7: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp có điểm giữa .29 Hình 2.8: Mạch chỉnh lưu có tụ lọc 29 Hình 2.9: Cấu tạo bếp từ 30 Hình 2.10: Sự sinh nhiệt của đáy nồi 30 Hình 2.11: Cấu tạo bếp Hồng ngoại 31 Hình 2.12: Module ACS712 32 Hình 2.13: Nguyên lý ACS712 33 Hình 2.14: Mạch phát hiện đỉnh 34 Hình 2.15: Mạch tăng độ lợi đến 610mV/A .35 Hình 2.16: Mạch chốt lỗi quá dòng 1A 35 Hình 2.17: Hình dạng Relay 5v/30A 37 Hình 2.18: Nguyên lý hoạt động Relay 5V/30A 37 Hình 2.19: Sơ đồ chân Aduino nano 39 Hình 2.20: Sơ đồ chân ESP8266 41 Hình 2.21: Nguyên lý chung của Blynk .42 Hình 2.23: Mô hình khảo sát dòng điện .44 Hình 2.24: Mô hình lắp ráp hoàn chỉnh .45 Hình 2.25: Bếp hồng ngoại SunHouse .46 Hình 2.26: Bếp và nồi để khảo sát dòng 47 Hình 2.27: Biểu đồ hiển thị dòng điện chi tiết 48 Hình 2.28: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi không có nước 50 Hình 2.29: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi có chút xíu nước 52 Hình 2.30: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi có 1/4 nước 54 Hình 2.31: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi có 1/2 nước 56 Hình 2.32: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi có 3/4 nước 58 Hình 2.33: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi đầy nước .60 Hình 2.34: Đồ thị dòng điện trong trường hợp hiếm khi xảy ra 61 Hình 2.35: So sánh các trường hợp 62 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch tự động ngắt 63 Hình 3.2: Sơ đồ khối hiển thị và điều khiển qua App 63 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý chung sản phẩm .64 Hình 3.4: Mô phỏng kết nối ACS712 và Aduino Nano .65 Hình 3.5: Đo dòng điện từ của ACS712 66 Hình 3.6: Mô phỏng kết nối đo điện áp .69 Hình 3.7: Biến áp .69 Hình 3.8: Nguyên lý chung của biến áp .70 Hình 3.9: Lưu đồ tính giá trị đỉnh và kích hoạt đóng ngắt rờ le 72 Hình 3.10: Cài đặt cho Blynk 77 Hình 3.11: Cài đặt cho Blynk App .85 Hình 4.1: Bên ngoài sản phẩm 86 Hình 4 2: Bên trong của sản phẩm 87 Hình 4.3: Sản phẩm khi nấu .88 Hình 4.4: App khi hiển thị dòng điện 89 Hình 4.5: App hiển thị công suất và điều khiển ổ điện 94 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Giải thích sơ đồ chân ACS712 32 Bảng 1.2: Các loại module ACS712 hiện nay 33 Bảng 1.3: Bảng tra chân ngõ vào, ngõ ra các linh kiện 40