đồ án chuyên ngành 1 thiết kế hệ thống giám sát năng lượng điện trong nhà

Nguy n Chí Kiên ễ 7Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN 1.1.. Ngày nay, hầu hết các thiết bị trong nhà đều sử d ng nguụ ồn năng lượng điện.. ằ Trong quá trình s dử ụn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

B MÔN K THUỘ Ỹ ẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

THIẾ T K HỆ Ế THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRONG NHÀ

Sinh viên thực hiện : PHAN ĐẮC PHƯƠNG

CAO BÁ ĐÔNG

PHÙNG VĂN THOẠI

Lớp : Trang b ịđiện trong CN & GTVT

Giáo viên hướng d n : ẫ TS Nguy n Chí Kiên ễ

Tp Hồ Chí Minh - 10/2023

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

B MÔN K THUỘ Ỹ ẬT ĐIỆN NHẬT KÝ LÀM ĐỒ ÁN

Họ tên sinh viên: Phan Đắc Phương MSV: 6151060047 Cao Bá Đông MSV: 6151060022

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ

4 11/09-17/09Lập trình cho WeMos D1

R2 mini trên Arduino IDE

5 18/09-24 9/0 Thi công và hoàn thành sản

phẩm

6 25/09-01/10Đóng gói sản phẩm và viết

báo cáo

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN

1 Nh n xét cậ ủa giáo viên hướng dẫn

2 Nh n xét c a giáo viên c duy t ậ ủ đọ ệ

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 1

MỤC L C Ụ

LIỆT KÊ HÌNH ẢNH 3

LIỆT KÊ BẢNG 5

LỜI MỞ ĐẦU 6

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT N ĂNG LƯỢNG ĐIỆN 7

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 7

1.2 M C TIÊU 7 Ụ 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 7

1.4 GIỚI HẠN 8

1.5 BỐ CỤC 8

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN HỆ THỐNG 9

2.2 GI I THI U PHỚ Ệ ẦN CỨNG 9

2.2.1 Arduino WeMos D1 R2 Wifi ESP8266 9

2.2.2 Module đo điện năng PZEM-004T 16

2.2.3 Màn hình LCD OLED 0.96 18

2.3 CÁC CHU N GIAO TI P 20 Ẩ Ế 2.3.1 Chu n giao ti p UART 20 ẩ ế 2.3.2 Chu n giao ti p I2C 21 ẩ ế 2.4 GI I THI U PHỚ Ệ ẦN MỀM 23

2.4.1 Blynk IoT 23

2.4.2 Ph n m m Arduino IDE 24 ầ ề Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 27

3.1 GIỚI THI U 27 Ệ 3.2 THIẾT K Ế SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 27

3.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 27

3.2.2 Chức năng từng kh i 28 ố 3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 29

3.3.1 Khối đo điện năng 29

3.3.2 Khối hiển th 31 ị 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 32

Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 33

4.1 Gi i thi u 33 ớ ệ 4.2 THI CÔNG H Ệ THỐNG 33

4.2.1 Danh sách các linh ki n 33 ệ 4.2.2 L p ráp và ki m tra 33 ắ ể 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 35

4.4 L P TRÌNH H Ậ Ệ THỐNG 36

4.4.1 Lưu đồ thuật toán 36

4.4.2 Ph n mầ ềm lập trình cho vi điều khi n 36 ể a Giới thiệu phần mềm lập trình 36

b Thao tác cài t 36 đặ

c Hướng d n sử d ng 37 ẫ ụ

d L p trình cho WeMos D1 R2 Wifi ESP8266 39 ậ

e Chương trình hệ thống 42

4.4.3 L p trình cho Blynk.cloud 47 ậ Chương 5: KẾ T QUẢ, NH ẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 51

5.1 GI I THI U 51 Ớ Ệ 5.2 KẾT QUÁ ĐẠT ĐƯỢC 51

5.3 K T QU Ế Ả THỰC NGHI M 51 Ệ 5.4 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 53

5.4.1 Nh n xét 53 ậ 5.4.2 Đánh giá 52

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55

6.1 Kết luận 55

6.2 Hướng phát triển 55

TÀI LIỆU THAM KH O 57 Ả

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 3

LIỆT KÊ HÌNH ẢNH

Hình 2.1: WeMos D1 R2 mini 10

Hình 2.2: Chip ESP8266 12

Hình 2.3: Sơ đồ chân ESP8266 13

Hình 2.4: Module PZEM-004T 16

Hình 2.5: Sơ đồ ối dây để ử ụ n s d ng module PZEM-004T 18

Hình 2.6: Màn hình OLED 0.96 18

Hình 2.7: Gói truy n d u c a UART 20 ề ữ liệ ủ Hình 2.8: C u trúấ c một khung dữ liệ u trong chu n giao ti p UART 20 ẩ ế Hình 2.9: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi 21

Hình 2.10: Khung truy n d u trong I2C 22 ề ữ liệ Hình 2.11: Giao di n Blynk ệ IoT 23

Hình 2.12: Giao di n Arduino IDE v i project m i (sketch mệ ớ ớ ới) 25

Hình 2.13: Biên d ch thành công 26 ị Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 28

Hình 3.2: Sơ đồ khối đo điện năng 29

Hình 3.3: Sơ đồ ết n i gi k ố ữa WeMos D1 và PZEM-004T 30

Hình 3.4: Sơ đồ khối hiển thị 31

Hình 3.5: Sơ đồ kết n i giố ữa WeMos D1 và LCD OLED 0.96 31

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 32

Hình 3.7: Sơ đồ toàn mạch h thống 31 ệ Hình 4.1: Mô hình th nghiử ệm 34

Hình 4.2: Mô hình đóng gói của sản phẩm 35

Hình 4.3: Lưu đồ thu t toán h ậ ệ thống 36

Hình 4.4: Tải phần mềm Arduino IDE 37 Hình 4.5: Giao di n ph n m m Arduino IDE 37 ệ ầ ề

Hình 4.6: Hướng dẫn sử d ng phần mềm 38 ụ

Hình 4.7: Cài đặt driver CH340 USB 39

Hình 4.8: T i Board Arduino ESP8266 40 ả Hình 4.9: Cài đặt ESP8266 cho chương trình 40

Hình 4.10: Chọn Board để ậ l p trình cho ESP8266 41

Hình 4.11: Chọn WeMos D1 41

Hình 4.12: Chọn Upload speed 42

Hình 4.13: Hướng dẫn đăng nhập trên Blynk 47

Hình 4.14: Tạo New template 48

Hình 4.15: Kết nối Blynk v i Arduino IDE 49 ớ Hình 4.16: Thiế ật l p Datastreams 50

Hình 5.1: Kết quả đo thực nghiệm 52 Hình 5.2: Kết quả ể hi n th trên web 53 ị

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 5

LIỆT KÊ B ẢNG

Bảng 2.1: Thông s k ố ỹ thuật của WeMos D1 R2 10

Bảng 2 : Các chân c2 ủa WeMos D1 12

Bảng 2.3: Chức năng các chân ESP8266 16

Bảng 2.4: Sơ đồ ố n i chân c a LCD 19 ủ

B ng 4.1: ả Danh sách linh ki n 33 ệ

LỜI M Ở ĐẦ U Với nhu cầu giám sát điện năng tiêu thụ ừ xa Chúng tôi đã xây dự t ng m t h ộ ệthống giám sát điện năng bao gồm các thiết bị gắn trực ti p trên nguế ồn điện, b s lý ộ ửtrung tâm và website

Hệ thống sẽ thực hi n nh ng nhi m v qu n lý giá trệ ữ ệ ụ ả ị dòng điện, điện áp, công suất, h s công suệ ố ất và điện năng tiêu thụ Khi người dùng mu n xem lố ại cũng có thể truy cập vào Blynk.cloud để xem lại b t c lúc nào hoấ ứ ặc xem trên App điện thoại Blynk IoT

Các trường hợp sự cố mất kết nối Internet thì d u s ữ liệ ẽ được lưu vào bộ nhớ và khi kết nố ở ạ ẽ ửi lên i tr l i s g Website

Như vậy, hệ thống có vai trò giám sát, quản lý dữ liệu theo thời gian thực, đưa

ra dữ u thliệ ống kê cho người dùng

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 7

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong cu c s ng hiộ ố ện đại, năng lượng là y u t quyế ố ết định trong m i quá trình ọ

s n xuả ất, lao động cũng như sinh hoạt của con người T công nghi p, nông nghi p, ừ ệ ệ

d ch vị ụ thậm chí đến nghiên c u khoa hứ ọc, khám phá thiên nghiên đều cần năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện Ngày nay, hầu hết các thiết bị trong nhà đều sử

d ng nguụ ồn năng lượng điện Chính vì v y, nhu c u s dậ ầ ử ụng điện năng trở thành một

ph n không th ầ ể thiếu trong cuộc sống h ng ngày ằ

Trong quá trình s dử ụng điện năng tiêu thụ cho các thi t bế ị điện trong gia đình

để theo dõi các thông s ốnhư điện áp, dòng điện, công suất, thời gian Nhóm đã đưa

ra là xây dựng một hệ thống giám sát năng lượng điện trong nhà giúp người dùng có thể giám sát được các thông s v ố ề năng lượng điện m i lúọ c, mọi nơi

1.2. MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công hệ thống đo điện năng một cách chính xác, tr c quan Hi n ự ểthị và cập nhật thông tin nhanh chóng trên màn hình LCD, cảnh báo khi quá công suất cài đặt Xây dựng được website qu n tr ả ị đồng th i c p nhờ ậ ật cơ sở d ữ liệu database thông qua mạng Internet Đề tài nghiên c u nhứ ằm ứng dụng điều khi n và qu n lý ể ảthông qua đường truyền Internet, hướng tới một môi trường hiện đại và phát triển

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu về đề tài, lựa chọn hướng xây dựng và tham khảo một số hệ thống

đã có

- Lựa chọn tìm hiểu cách thức hoạt động của một số cảm biến, vi điều khiển

- Tiến hành thực nghiệm hệ thống qua vi điều khiển, module giao tiếp

- Lập trình cho vi điều khiển và các thiết bị mong muốn

- Thiết kế sơ đồ khối hệ thống, vẽ sơ đồ mạch nguyên lý, thi công mạch

- Kết nối mạch phần cứng với web, gửi dữ liệu

- Thiết kế mô hình

- Tiến hành thử nghiệm hệ thống trong thực tế

- Viết báo cáo

RST Reset RST

Bảng 2 : Các chân c2 ủa WeMos D1

⚫ ESP8266: Bộ x lý trung tâm, tích h p b thu phát Wifi, có b ử ợ ộ ộ nhớ Flash 4MB

⚫ Chân I/O: Có t ng c ng 11 chân (t t cổ ộ ấ ả các chân I/O đều có Interrupt/One-wire, trừ chân D0)

⚫ Chân Analog: Chân A0

⚫ C ng Micro USB: WeMos D1 s dổ ử ụng cáp USB để giao ti p v i máy tính Thông ế ớqua cổng này người lập trình có th nể ạp chương trình cho WeMos D1, ngoài ra c ng ổUSB là nguồn cung cấp điện áp 5V cho WeMos D1 hoạt động

Giới thi ệu về chip ESP8266:

ESP8266 là m t mộ ạch vi điều khi n giúp chúng ta có thể ể điều khiển các thiết bịngo i vi khác Bên cạ ạnh đó ESP8266 là sự ế k t h p gi a module Wifi tích h p s n ợ ữ ợ ẵbên trong vi điều khiển chính sử dụng chip ESP8266 SoC (System on Chip) được dùng cho các ng d ng c n k t n i, thu th p d ứ ụ ầ ế ố ậ ữ liệu và điều khi n thông qua Internet ể

Hình 2.2: Chip ESP8266

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

⚫ Có 3 ch hoế độ ạt động: Client, Access point, Both Client and Access point

⚫ Hổ ợ tr các chuẩn bảo mật: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK

Hình 2.3: Sơ đồ chân ESP8266

Thứ t ự Tên tín hiệu I/O Mô tả

1 VDDA Nguồn Điện áp tương tự từ 2.5v - 3.6v

2 LNA I/O Cổng giao ti p RF Tr ế ở kháng đầu ra chip

z = 39 + j6Ω

3 VDD3P3 Nguồn Điện áp khu ch đại 2.5V-3.6V ế

4 VDD3P3 Nguồn Điện áp khu ch đại 2.5V-3.6V ế

tra điện áp cung cấp điện của VDD3P3 vđiện áp đầu vào của TOUT

Mức cao: bật, chip hoạt động bình thường Mức thấp: tắt, dòng điện nh tiêu th ỏ ụ

11 VDDPST Nguồn Điện áp cung cáp IO và điện áp số

(1.8V-3.6V)

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 1

14 GPI02 I/O UART Tx trong quá trình l p trình flashậ

GPIO2

17 VDDPST Nguồn Điện áp cung cấp IO và điện áp số(1.8V

3.6V)

18 SDIO_DATA_2 I/O Kết n i v i chân SD_D2; SPIHD; HSPIHDố ớ

GPIO9

19 SDIO_DATA_3 I/O Kết nối với chân SD_D3; HSPIWP; GPIO10

20 SDIO_CMD I/O Kết n i v i chân SD_CMD; SPI_CS0ố ớ

GPIO11

21 SDIO_CLK I/O Kết n i v i chân SD_CLK: SPI_CLK; GPIO6ố ớ

22 SDIO_DATA_0 I/O Kết nối chân SD_D0; SPI_MISO; GPIO7

23 SDIO_DATA_1 I/O Kết nối chân SD_D1; SPI_MOSI; GPIO8

26 U0TXD I/O UART Tx trong quá trình Flash; GPIO1

SPI_CS1

27 XTAL_OUT I/O Kết n i vố ới đầu ra th ch anh, có th s d nạ ể ử ụ

để cung cấp BT đầu vào xung clock

28 XTAL_IN I/O Kết nối với ngõ vào thạch anh

31 RES12K I Kết nối với điện tr ở 12KΩ và kết nối với đất

32 EXT_RSTB I Tín hiệu đặ ạt t i bên ngoài (hoạt động mở ứ

thấp)

Bảng 2.3: Chức năng các chân ESP8266

2.2.2 Module đo điện năng PZEM - 004T

Hình 2.4: Module PZEM-004T

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 1

Chức năng:

Đo lường được các thông số điện như: điện áp, dòng điện, công suất hoạt động và điện năng tiêu thụ

⚫ Cài đặt ngưỡng báo động bằng phần mềm

⚫ Báo động quá tải (khi công suất tiêu thụ của thiết bị điện vượt quá giới hạn mà người sử dụng cài đặt thì module sẽ phát tín hiệu báo động quá tải)

⚫ Lưu trữ dữ liệu về điện năng tiêu thụ khi tắt nguồn (lưu trữ năng lượng tích lũy trước khi tắt ngu n) và có thể reset điện năng tiêu thụ tích lũy bằồ ng phím cứng trên module

⚫ Giao tiếp nối tiếp với vi điều khi n ho c máy tính qua UART (9600/8N1) ể ặ

⚫ Module sử dụng phương pháp đo dòng điện gián ti p thông qua cu n dây CT ế ộ

⚫ Ngoài ra, module còn có Opto quang cách ly gi a mữ ạch đo điện năng và mạch

nh n tín hiậ ệu UART đảm bảo an toàn cho mạch điều khiển và ngườ ử ụi s d ng

Thông số k thu ỹ ật:

⚫ Nhà sản xuất Peacefair Sử ụng IC đo điện năng chuyên dụ d ng c a hãng SDIC.ủ

⚫ Điện áp đo và hoạt động: 80~ 260VAD / 50-60Hz, sai số 0,01

⚫ Dòng điện đo và hoạt động: 0~100A, sai số 0,01

⚫ Công suất đo và hoạt động: 0~26000W

⚫ Năng lượng đo và hoạt động: 0~9999KWh

⚫ Giao tiếp UART m c logic TTL 5VDC baudrate mứ ặc định 9600, 8, 1

⚫ Nhấn gi ữ nút Reset 5 giây để xóa các thông s v 0.ố ề

⚫ Kích thước: 30 x 75 mm

Sơ đồ nối dây:

Hình 2.5: Sơ đồ ối dây để ử ụ n s d ng module PZEM-004T

Giao ti p: Module s d ng giao ti p n i ti p TTL qua UART v i tế ử ụ ế ố ế ớ ốc độ Baudrate

mặc định 9600bit/s, khung truy n 8bits, 1bit stop và không có bit kiề ểm tra parity.2.2.3 Màn hình LCD OLED 0.96

Màn hình OLED 0.96 là m t lo i màn hình hi n th s d ng công ngh Organic ộ ạ ể ị ử ụ ệLight Emitting Diode (OLED) Kích thước thường là 0.96 inch, là kích thước phổ

biến được sử ụ d ng trong nhi u ng d ng nh yêu c u nh g n ề ứ ụ ỏ ầ ỏ ọ

Màn hình OLED 0.96 có độ phân giải 128x64 pixel, có nghĩa là có 128 điểm ảnh trên chiều ngang và 64 điểm ảnh trên chi u d c Về ọ ới độ phân gi i này, màn hình có ảthể hi n th ể ị các đồ ọ h a, ký t và biự ểu đồ đơn giản

Hình 2.6: Màn hình OLED 0.96

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 1

Một điểm đặc bi t c a màn hình OLED là khệ ủ ả năng tự phát sáng cua các pixel

M i pixel trên màn hình OLED có th t phát ra ánh sáng mà không cỗ ể ự ần đèn nền như các loại màn hình khác Điều này cho phép màn hình OLED có độ tương phản cao, màu sắc tươi sáng và góc nhìn rộng

Màn hình OLED 0.96 thường được k t n i v i ESP8266 NodeMCU thông qua ế ố ớgiao ti p 12C ho c SPI Arduino IDE cung cế ặ ấp các thư viện hổ trợ để điều khiển màn hình OLED này

2.3 CÁC CHU N GIAO TI P Ẩ Ế

2.3.1 Chu n giao ti p UART ẩ ế

UART là vi t t t c a Universal Asynchronous Receiver - Transmitter là kiế ắ ủ ểu truyền thông tin n i tiố ếp không đồng bộ thường là m t mạch tích h p Mục đích của ộ ợUART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều điều khiển, từ laptop

tới vi điều khi n ể

Các thông s trong chu n truy n UART: ố ẩ ề

Hình 2.7: Gói truy n d u c a UART ề ữ liệ ủ

Khi ti n hành giao ti p giế ế ữa 2 vi điều khi n theo chu n giao ti p UART thì các ể ẩ ế

vi điều khiển tự động xử dụng xung của chính mình tạo ra

Hình 2.8: C u trúc mấ ột khung dữ liệ u trong chu n giao ti p UART ẩ ế

M t gói dộ ữ liệu theo chu n UART có th bao g m các bit Start, gói dẩ ể ồ ữ liệu, bit

kiểm tra parity(bit ki m tra CRC) và bit Stop.ể

Khi bit Start kéo t m c cao xu ng m c th p báo hi u quá trình truy n d ừ ứ ố ứ ấ ệ ề ữ liệu đã

s n sàng Tiẵ ếp đó là việc truyền 8 bit d u Sau khi ti n hành truy n hữ liệ ế ề ết dữ liệ u thì bit ki m tra th c hi n ki m tra dể ự ệ ể ữ liệu Cu i cùng bit Stop lên m c cao báo hiố ứ ệu đã

kết thúc một quá trình truyền d u ữ liệ

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 2

Các thông số cơ bản trong truy n nh n UART: ề ậ

⚫ Baudrate (tốc độ baud): kho ng th i gian m t bả ờ ộ ịt được truy n nên phề ải được đồng

b giộ ữa bên gữi và nh n ậ

⚫ Frame (khung truyền): qui định s bit d ố ữ liệu được truyền

⚫ Bit Start: là bit b t bu c, bắ ộ ắt đầu c a m t khung d u báo hi u r ng s p có mủ ộ ữ liệ ệ ằ ắ ột gói d ữ liệu được truy n t ề ới

⚫ Data: Gói dữ liệu c n truy n, các bit có tr ng sầ ề ọ ố thấp (LSB) được truyền trước xong đó tới các bit có trọng số cao (MSB)

⚫ Bit Parity: Ki m ta d u truyể ữ liệ ền có đúng không

⚫ Bit Stop: Là bit cảnh báo rằng các bit đã được gửi xong

2.3.2 Chu n giao ti p I2C ẩ ế

I2C là vi t t t c a tế ắ ủ ừ Inter-Integrated Circuit là m t chu n truy n thông do hãng ộ ẩ ềđiện tử Philips Semiconductor sáng lạp và xây dựng thành chuẩn năm 1990 Đây là đường bus giao tiếp giữa các IC với nhau Bus I2C được sử d ng làm bus giao tiếp ụngo i vi cho r t nhi u loạ ấ ề ại IC khác nhau như các loại Vi điều khi n 8051, PIC, ARM ể

Hình 2.9: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi

Đặc điểm giao ti p I2C: ế

M t giao ti p I2C g m có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) SDA ộ ế ồ

là đường truyền d ữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng b ộ

và ch theo mỉ ột hướng Khi m t thi t b ngo i vi k t nộ ế ị ạ ế ối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó s n i v i dây SDA c a bus, chân SCL s nẽ ố ớ ủ ẽ ối với dây c a SCL ủ

Mỗi dây SDA hay SCL đều được n i vố ới điện áp dương của ngu n c p thông ồ ấqua một điện tr kéo lên (pullup resitor) S c n thi t cở ự ầ ế ủa các điện tr kéo này là vì ởchân giao ti p I2C c a các ế ủ thiết b ngoị ại vi thường là d ng c c máng h (Opendrain ạ ự ởhay opencollector) Giá tr cị ủa các điện tr này khác nhau tùy vào t ng thi t b và ở ừ ế ịchuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1KΩ đến 4.7KΩ.

Chế hođộ ạt động (tốc độ truyền):

⚫ Chế tiêu độ chuẩn (Standard mode)

⚫ Chế nhanh (Fast mode) độ

⚫ Chế cao t c High - Speed (Hs) mode độ ố

Hình 2.10: Khung truy n d u trong I2C ề ữ liệ

Trình tự truyền bit trên đường truy n: ề

⚫ Thiết bị chủ ạ t o một điều kiện start Điều ki n này thông báo cho t t c các thiệ ấ ả ết

b t l ng nghe d ị ớ ắ ữ liệu trên đường truy n ề

⚫ Thiết b ịchủ gửi địa ch c a thi t b t mà thi t b ỉ ủ ế ị ớ ế ị chủ muốn giao ti p và c ế ờ đọc/ghi

d u (n u c ữ liệ ế ờ thiế ật l p lên 1 thì byte ti p theo truy n t ế ề ừ thiết b ị chủ đến thi t b ế ị

tớ)

⚫ Khi thi t b t trên bus ế ị ớ I2C có địa chỉ đúng với địa chỉ mà thi t b ế ị chủ gửi s phàn ẽ

hồi lịa bằng m t xung ACK ộ

⚫ Giao ti p gi a thi t bế ữ ế ị chủ và t trên bú dớ ữ liệu bắt đầu Cả chủ và tớ đều có th ể

nh n ho c truy n dậ ặ ề ữ liệu tùy thu c vào vi c truyộ ệ ền thông là đọc hay vi t B ế ộtruyền g i 8bit d ử ữ ệu tli ới bộ nh n, b ậ ộ nhận tr lả ời với m t bit ACK ộ

⚫ Để kết thúc quá trình giao tiếp, thiết bị ch tạo ra m t điều kiện stop ủ ộ

2.4 GI I THIỚ ỆU PH N M Ầ ỀM

2.4.1 Blynk IoT

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

ph n c ng Cho dù Arduino hoầ ứ ặc Raspberry Pi được liên kết với Internet qua WI-FI, Ethernet hoặc chip ESP8266, Blynk IoT sẽ giúp bạn online và s n sàng cho IoT ẵ

Hình 2.11: Giao di n Blynk ệ IoT Cách hoạt động c a Blynk ủ IoT:

Blynk IoT được thi t k cho IoT Nó có thế ế ể điều khi n ph n c ng t xa, có th ể ầ ứ ừ ể

hi n th dể ị ữ liệu c m bi n, nó có thả ế ể lưu trữ ữ liệ d u, tr c quan hóa và làm nhi u th ự ề ứhay ho khác

⚫ Thư viện Blynk - dành cho tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến - cho phép giao ti p v i máy ch và x ế ớ ủ ử lý t t cấ ả các lệnh đến và lệnh đi

Đặc tính:

API và giao diện người dùng tương tự cho t t c ph n c ng và thi t bấ ả ầ ứ ế ị được h ỗtrợ Kết n i vố ới đám mây bằng cách sử dụng internet, Ethernet, Bluetooth, Bộ Widget d s d ng Thao tác ghim tr c ti p mà không c n vi t mã, d dàng tích hễ ử ụ ự ế ầ ế ễ ợp

và thêm chức năng mới bằng cách s d ng ghim o, theo dõi d u l ch th qua tiử ụ ả ữ liệ ị ử ện ích Superchart, giao ti p gi a các thi t bế ữ ế ị s dử ụng Bridge Widget Các tính năng mới được liên t c b sung ụ ổ

⚫ Bước 1: Tải v và ề cài đặt phiên b n m i nh t c a Arduino Truy c p vào website ả ớ ấ ủ ậ

IDE Chú ý: chọn đúng phiên bản dành cho h ệ điều hành trên máy tính Arduino IDE cho Windows có 2 l a ch n, m t là t i v ự ọ ộ ả ề file nén “zip”, hai là tải về file cài đặt “exe”

⚫ Bước 2: Sau khi cài đặt thành công, mơ chương trình Arduino IDE lên và tiến hành t o project m i C u trúc có b n cạ ớ ấ ả ủa chương trình khi khở ạo mội t t project

mới (gọi là sketch) bai g m 2 hàm chình là setup() và loop() ồ

Thiết k h thế ệ ống giám sát năng lượng điện trong nhà

GVHD: TS Nguy n Chí Kiên ễ 2

Hình 2.12: Giao di n Arduino IDE v i project m i (sketch mệ ớ ớ ới)

⚫ Bước 3: Viết chương trình cấu trúc cơ bản của chương trình bao gồm hai hàm chính là setup và loop Hàm setup ch y m i khi khạ ỗ ởi động một chương trình, dùng để thiết lập các cài đặt Hàm loop được gọi lắp lại nhi u lề ần cho đến khi tắt ngu n ồ

⚫ Bước 4: Biên d ch và nạp code: Sau khi viết code xong thì tiến hành biên d ch ị ịcho đến khi chương tình không còn lỗi thì nạp chương trình vào bo mạch Arduino Sau khi n p thành công thì Arduino IDE hiạ ện “Uploading Done” Lúc này đã nạp chương trình vào Arduino thành công, kiểm tra Arduino xem có thực hiện đúng yêu c u mong muầ ốn chưa, nếu chưa thì hiệu ch nh l i code r i ti n hành biên dỉ ạ ồ ế ịch

và n p l ạ ại

Hình 2.13: Biên d ch thành công ị