Hiện nay có rất nhiều sản phẩm đồng hồ điện năng, đây là một sản phẩm hữu ích cho việc giám sát cũng như ghi lại các thông số quan trọng trong một hệ thống điện năng, nhưng hầu hết các s
TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam đang trải qua giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa, dẫn đến nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng Tuy nhiên, các nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện và nhiệt điện đang dần cạn kiệt, đồng thời gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới để thay thế là bài toán cấp thiết giúp giải quyết tình trạng thiếu hụt nguồn năng lượng và bảo vệ môi trường.
Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch, vô tận, thân thiện với môi trường và có khả năng thay thế các nguồn năng lượng dầu mỏ Con người đã và đang tiếp cận, nghiên cứu và áp dụng nhiều biện pháp để sử dụng nguồn năng lượng vô tận này Mặt khác, ngoài việc khai thác để sử dụng, bên cạnh đó việc sử dụng điện năng sao cho tiết kiệm và hiệu quả cũng đang là vấn đề đáng được quan tâm
Nhằm giám sát và tối ưu hóa việc tiêu thụ nguồn năng lượng điện cho các toà nhà, khu công nghiệp và hộ gia đình có sử dụng nguồn điện năng lượng mặt trời mà hệ thống giám sát năng lượng đã ra đời và được sử dụng trở nên phổ biến tại nhiều nước trên thế giới
Vì thế, khi điện năng lượng mặt trời càng ngày càng trở nên phổ biến thì việc tối ưu hiệu suất cũng như giám sát quản lý hệ thống càng được chú trọng Khi khách hàng, chủ đầu tư quyết định lắp cho gia đình, doanh nghiệp mình hệ thống điện mặt trời đồng nghĩa với việc khách hàng muốn được chủ động giám sát hiệu quả cũng như lợi ích kinh tế mang lại từ công trình điện mặt trời của mình Hiện nay, đã có một số đề tài về mô hình giám sát điện năng sử dụng Internet như: “Giám sát điện năng qua Internet” của Đoàn Trung Tín năm 2018 [2], hay như đề tài “Nghiên cứu ứng dụng IoT trong thiết kế hệ thống giám sát điện năng” của Lam Vân Vỉ và Ngô Thanh
Liêm năm 2021 [3] Những đề tài trên còn hạn chế là sử dụng module tích hợp sẳn PZEM004T nên chỉ có thể đo độc lập nguồn điện AC
Dựa theo những tìm hiểu trên nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng IoT trong thiết kế hệ thống giám sát điện năng lượng mặt trời ” với mục tiêu thiết kế bộ đo điện năng đo được đồng thời cả hai nguồn điện AC và DC có ứng dụng IoT để giám sát từ xa Cụ thể, người dùng có thể giám sát trực tuyến hệ thống điện năng lượng mặt trời và điện lưới thông qua ứng dụng trên thiết bị di động và Website Với hệ thống giám sát, quản lý mạng lưới điện trên, người dùng có thể trực tiếp biết được năng lượng tiêu thụ của các thiết bị điện mọi lúc mọi nơi Từ đó đưa ra những chính sách, phương án quản lý lượng điện năng tiêu thụ một cách hợp lí, góp phần tiết kiệm chi phí.
MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công hệ thống giám sát tiêu thụ điện năng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng module NodeMCU ESP8266, module cảm biến dòng điện ACS712, module cảm biến điện áp AC ZMPT101B ứng dụng công nghệ IoT để có thể giám sát điện năng thông qua Website hoặc ứng dụng Blynk IoT.
GIỚI HẠN
Các nội dung giới hạn của đề tài bao gồm:
• Khoảng cách kết nối giữa các thiết bị giám sát với mạng Wifi dưới 20m
• Đề tài chỉ dừng lại việc giám sát, chưa ứng dụng điều khiển thiết bị ngoại vi
• Thiết kế website đơn giản để giám sát các thông số cơ bản về điện năng như: điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ và điện năng tiêu thụ, hệ số công suất, tần số
• Chỉ đo được nguồn điện AC 1 pha.
NỘI DUNG THỰC HIỆN
Đồ án: “Nghiên cứu ứng dụng IoT trong thiết kế hệ thống giám sát điện năng lượng mặt trời”bao gồm những nội dung cần thực hiện sau đây:
NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về điện năng lượng mặt trời và các hệ thống giám sát điện năng
NỘI DUNG 2: Tìm hiểu các dự án, đề tài tương tự về mô hình giám sát điện năng NỘI DUNG 3: Viết đề cương tóm tắt của đề tài
NỘI DUNG 4: Vẽ sơ đồ khối, giải thích và lựa chọn linh kiện cho các khối
NỘI DUNG 5: Vẽ sơ đồ nguyên lý cho toàn mạch và giải thích nguyên lý hoạt động NỘI DUNG 6: Vẽ PCB và thi công mạch
NỘI DUNG 7: Viết chương trình giao tiếp vi điều khiển với các cảm biến, cập nhật dữ liệu dùng cho việc hiển thị, truyền nhận thông tin lên website và ứng dụng Blynk NỘI DUNG 8: Thiết kế giao diện website để hiển thị các thông số điện năng
NỘI DUNG 9: Thi công mô hình giám sát điện năng ứng dụng công nghệ IoT NỘI DUNG 10: Chạy thử nghiệm mô hình
NỘI DUNG 11: Hoàn thiện và tối ưu chương trình
NỘI DUNG 12: Viết luận văn
NỘI DUNG 13: Bảo vệ đề tài.
BỐ CỤC
Trình bày tổng quan và lý do chọn đề tài, mục tiêu, các giới hạn thông số, nội dung thực hiện và bố cục của đồ án
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết nền tảng quan trọng được trình bày ở chương 2, từ các công nghệ sử dụng trong đề tài, các chuẩn giao tiếp để kết nối thiết bị bên cạnh đó là giới thiệu về phần cứng, các linh kiện
• Chương 3: Tính toán và thiết kế
Thiết kế sơ đồ khối, xác định rõ nhiệm vụ của từng khối chức năng Sau đó, lựa chọn các linh kiện phù hợp cho hệ thống dựa trên tính toán Tiếp đến, vẽ sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống để giải thích nguyên lý hoạt động tổng thể của toàn mạch.
• Chương 4: Thi công hệ thống Ở chương này sẽ tóm gọn quá trình hoàn thành hệ thống, từ thiết kế sơ đồ nguyên lý, mạch PCB sau đó thi công mạch, lắp linh kiện và hàn các linh kiện Bên cạnh đó là viết chương trình điều khiển trên phần mềm Arduino IDE và thiết kế giao diện website và app Blynk để hiển thị thông số hệ thống đo năng lượng điện
• Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Chương này, kết quả của hệ thống sẽ được tổng hợp và trình bày quá trình Sau đó rút ra được những đánh giá và nhận xét cụ thể nhất, nêu ra những cái ưu và nhược của đồ án này Những cái bất cập trong quá trình thực hiện
• Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện đề tài nhóm rút ra được những kết luận về khả năng hoạt động của thiết bị trong thực tế Sau đó, tổng hợp đề xuất những hướng phát triển cho đề tài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Điện năng lượng mặt trời hay còn được gọi là quang điện, cụ thể là lĩnh vực ứng dụng công nghệ, kỹ thuật biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng thông qua pin mặt trời Pin năng lượng mặt trời được tạo thành từ nhiều tế bào quang điện hay còn gọi là tế bào PV(Photovoltaic) Các tế bào PV này được làm từ các vật liệu bán dẫn như silic (silicon) và có khả năng tạo ra điện khi bị chiếu sáng Các tế bào quang điện được gắn kết với nhau trong một tấm pin và các tấm pin liên kết liền kề với nhau gọi là hệ thống điện năng lượng mặt trời [4]
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên việc sử dụng nguồn năng lượng sạch ngày càng phổ biến Thời kì đầu, điện năng lượng mặt trời được ứng dụng cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyền Công dụng chính của hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm cung cấp điện tiêu dùng cho các hộ gia đình và sạc pin cho các thiết bị điện Ngoài ra hệ thống điện năng lượng mặt trời còn cung cấp điện năng cho các hệ thống như đèn đường, trạm điện thoại, bộ điều khiển từ xa, [6]
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập và lưu trữ, tất cả đều hoạt động dựa trên các nguyên tắc cơ bản, đầu tiên sẽ chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện một chiều bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện (PV), sau đó nguồn điện một chiều được lưu trữ trong pin hoặc được biến đổi bởi bộ biến tần để trở thành điện xoay chiều sử dụng cho các thiết bị gia dụng [5]
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới là lựa chọn phổ biến cho hộ gia đình và doanh nghiệp vì không cần pin lưu trữ Biến tần của hệ thống được kết nối với lưới điện công cộng, cho phép đưa lượng điện dư thừa vào lưới Ngược lại, hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập không kết nối trực tiếp với lưới điện và yêu cầu bộ lưu trữ pin, thích hợp cho các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng điện riêng lẻ.
Thứ ba là hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có pin lưu trữ là một hệ thống hiện đại kết hợp giữa pin năng lượng mặt trời, acquy lưu trữ và lưới điện quốc gia Hiểu đơn giản là lưu trữ điện năng lượng mặt trời được tạo ban ngày và đêm thì sử dụng nó Khi mà năng lượng dự trữ trong acquy hết thì lưới điện giống như một bộ lưu trữ dự phòng được kích hoạt cho phép người dùng sử dụng Hệ thống ưu tiên sử dụng nguồn điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời để cung cấp cho các thiết bị gia dụng.
TẦM ẢNH HƯỞNG CỦA GIÁM SÁT, ỨNG DỤNG IOT VÀO HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu gây ra nhiều hệ lụy như hạn hán, bão lũ, dịch bệnh, dẫn đến suy thoái kinh tế, nhu cầu năng lượng tăng cao và chi phí năng lượng đắt đỏ Để giải quyết vấn đề này, năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời đang được ưa chuộng Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng sạch này đòi hỏi phải có giải pháp quản lý và giám sát hệ thống điện năng lượng mặt trời hiệu quả để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, tiết kiệm chi phí cho các cá nhân, tổ chức, ngành công nghiệp và chính phủ.
Nguồn năng lượng điện mặt trời góp phần giảm sự tiêu thụ nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng trở nên cạn kiệt Khắc phục được những vấn đề nghiêm trọng liên quan đến lợi nhuận của cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp, Quản lý và giám sát điện năng lượng còn đóng góp to lớn vào chi phí sinh hoạt của từng hộ dân sinh sống.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IOT
Công nghệ IoT (Internet of Things) là một hệ thống mạng liên kết các thiết bị vật lý, đối tượng và cảm biến thông qua internet Nó cho phép các thiết bị này giao tiếp và trao đổi dữ liệu với nhau mà không cần sự tương tác của con người Là một hệ thống các thiết bị tính toán có liên hệ với nhau, máy móc cơ khí, kỹ thuật số, con người được cung cấp một mã định danh sẳn của riêng mình và khả năng truyền dữ liệu qua mạng, nói một cách đơn giản là một hệ thống nâng cao có thể kết nối tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và thế giới bên ngoài Để liên kết các thiết bị với nhau thông thường sẽ dùng các công nghệ khác nhau như: Wifi, Bluetooth, hồng ngoại, mạng viễn thông băng rộng như 3G, 4G, LoRa,…Ứng dụng của công nghệ IoT rất đa dạng và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nhà thông minh, y tế, năng lượng, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và hơn thế nữa Một mạng IoT có thể chứa 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối với nhau và theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Vì thế hiện nay IoT đang được đánh giá rất cao, là chìa khóa thành công của rất nhiều doanh nghiệp như năm 2019 theo dự kiến của IDC thì toàn cầu sẽ chi 1300 tỷ đô la Mỹ cho việc sử dụng IoT, năm
2020 theo dự đoán của Gartner giá trị gia tăng do IoT mang lại là 1900 tỷ đô la Mỹ [7]
Với sự đa dạng về các thiết bị kết nối cùng với các công nghệ kết nối được nói trên thì việc sử dụng và lựa chọn chuẩn giao thức cho việc kết nối là vô cùng quan trọng Để lựa chọn và ứng dụng IoT một cách hợp lý thì người sử dụng phải xem xét dựa trên nhiều yếu tố như phạm vi giao tiếp, yêu cầu về tính bảo mật, khối lượng dữ liệu truyền đi, số lượng thiết bị kết nối…Từ đó đưa ra những đánh giá, nhận xét và quyết định chọn lựa giao thức kết nối phù hợp với dự án
➢ Giao thức kết nối Wifi: Ở dự án này nhóm em sử dụng giao thức kết nối Wifi (Wireless Fidelity) là giao thức chính Wifi là một hệ thống truy cập Internet không dây cho phép các thiết bị như điện thoại di động, tivi, laptop, máy tính bảng và các thiết bị thông minh khác kết nối với Internet thông qua bước sóng vô tuyến mà không cần cáp mạng Wifi là một tiêu chuẩn mạng cục bộ LAN không dây với mô hình kết nối với phạm vi địa lý có giới hạn như nhà ở, các trung tâm thương mại, văn phòng làm việc…Có thể nói rằng Wifi là một phương thức truyền dữ liệu với phạm vi kết nối hẹp, chi phí vận hành thấp cho phép người dùng có thể sử dụng một cách tiện lợi mà không cần mạng dây hay cáp quang Wifi còn khác biệt so với các sóng vô tuyến khác là nó giao tiếp ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz Với sự khác biệt này làm cho Wifi có tính đặc trưng riêng, song song với đó tần số cao hơn cho phép mang theo dữ liệu nhiều hơn Hiện nay, thì có rất nhiều chuẩn Wifi, phổ biến tân tiến nhất là chuẩn Wifi 6 (802.11ax) với những tính năng nổi bật mới như sau:
• Tốc độ tăng cường: Wi-Fi 6 cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 Gbps, nhanh gấp hai lần so với chuẩn Wi-Fi 5 (802.11ac)
Wi-Fi 6 surpasses its predecessors by employing OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), an innovative technology that divides data channels into smaller segments This allows for efficient bandwidth distribution among connected devices, minimizing congestion and ensuring seamless performance for various applications.
• Tiết kiệm năng lượng: Wi-Fi 6 cung cấp các cải tiến về tiêu thụ năng lượng, kéo dài thời gian sử dụng pin giúp các thiết bị hoạt động hiệu quả hơn
Ngoài ra còn rất nhiều chuẩn giao thức truyền thông tin khác như NFC, Neul, Z-wave, bluetooth, Zigbee,…sử dụng trong các hệ thống ứng dụng IoT [8].
CHUẨN GIAO TIẾP I2C
Vào đầu những năm 1980, Phillips Semiconductor đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây gọi là I2C, viết tắt là cụm từ Inter- Intergrated Circuit Cụ thể I2C là một đường Bus giao tiếp giữa các IC lại với nhau, mặc dù phát triển bởi Philips nhưng I2C đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên toàn thế giới sử dụng và ứng dụng nó, trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao thức kết nối điều khiển
Ngoài ra thì Bus I2C còn được sử dụng làm bus giao tiếp với các loại IC ngoại vi như vi điều khiển, ARM, PIC, AVR… Chip nhớ như EEPROM, bộ chuyển đổi số tương tự DAC, tương tự số ADC, IC điều khiển Led, LCD….
Hình 2.1 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi
I2C là sự kết hợp tốt nhất của UART và SPI I2C có thể có nhiều Salve và một Master duy nhất tuy nhiên có thể nhiều Master điều khiển một hoặc nhiều Slave tùy theo nhu cầu sử dụng của người dùng và khi muốn có nhiều hơn một vi điều khiển ghi dữ liệu vào một thẻ nhớ duy nhất hoặc hiển thị văn bản lên LCD
Hình 2.2 Quá trình truyền nhận dữ liệu từ Master đến Slave
Tương tự như giao tiếp UART, giao tiếp I2C cũng sử dụng 2 loại dây để truyền tín hiệu giữa các thiết bị và nhận dữ liệu
• SCL (Serial Clock) – đường mang tín hiệu xung nhịp
• SDA (Serial Data) – đường truyền của Master với Slave để gửi và nhận dữ liệu Các bit dữ liệu sẽ được truyền đi theo từng bit một dọc theo đường SDA theo các khoảng cách đều đặn được xác định bởi SCL
➢ Nguyên lý hoạt động của I2C:
I2C được hoạt động dựa theo quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị với nhau gọi dễ nhớ là chủ và tớ hay là Master và Slave
Thiết bị Master là một vi điều khiển có nhiệm vụ gửi tín hiệu điều khiển SCL và nhận dữ liệu hay lệnh thông qua đường còn lại SDA đến các thiết bị gọi là slave, các thiết bị Slave hay dùng như là IC hoặc là một vi điều khiển khác Cả hai được nối với nhau thông qua 2 đường SDA và SCL hoạt động ở chế độ open drain, nói một cách đơn giản là bất kì thiết bị nào có kết nối với mạng I2C thì có thể kéo 2 đường bus này xuống mức thấp và không thể lên được mức cao Lưu ý nếu trường hợp bus vừa bị một thiết bị khác kéo lên mức cao và bị một thiết bị khác kéo xuống gây ra hiện tượng ngắn mạch và do đó cần một điện trở để giữ mặc định ở mức cao.
Dữ liệu được gửi dưới dạng tin nhắn, mỗi tin nhắn được chia thành các khung dữ liệu, chứa địa chỉ nhị phân của địa chỉ thiết bị Slave và một hoặc nhiều khung dữ liệu đang được truyền Tín hiệu được gửi đi bao gồm: điều kiện dừng, điều kiện khởi động, các bit đọc ghi và các bit ACK, NACK trong mỗi khung cụ thể như sau:
• Điều kiện khởi động là trạng thái đường tín hiệu SDA từ mức cao xuống mức thấp trước khi đường SCL từ mức cao xuống mức thấp
• Điều kiện dừng là đường tín hiệu ở SDA từ mức thấp lên cao và trước khi SCL từ mức thấp lên cao
• Bit địa chỉ là thông thường thì mỗi Master sẽ truyền dữ liệu đi gặp rất nhiều Slave nên cần phải có bit địa chỉ để đặt tên cho mỗi Slave, mỗi chúng sẽ được gắn mỗi địa chỉ 7bit cố định
• Bit đọc/ghi là bit dùng để nhận hoặc truyền dữ liệu từ máy chủ Master
• Bit ACK, NACK là bit dùng để so sánh bit địa chỉ với bit được gửi tới
❖ I2C có hai chế độ hoạt động chính:
Chế độ Master trong truyền thông là một cấu trúc phân cấp trong đó một thiết bị trung tâm (Master) điều khiển và quản lý các thiết bị phụ (Slave) Master chịu trách nhiệm tạo tín hiệu để điều phối quá trình truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng, đảm bảo sự đồng bộ và hiệu quả của hoạt động truyền thông.
• Chế độ Slave: Trong chế độ này, một thiết bị gọi là Slave chỉ thực hiện các lệnh và truyền dữ liệu theo yêu cầu của Master Slave không điều khiển quá trình truyền thông mà chỉ phản hồi các yêu cầu từ Master
Khi giao tiếp dữ liệu, bộ sử dụng máy chủ (Master) sẽ gửi một tín hiệu lệnh khởi động bằng cách kéo dây SDA sau đó là dây SCL từ mức 1 xuống mức 0 Tiếp theo, Master sẽ gửi bit địa chỉ với độ dài 7 bit cùng với bit địa chỉ đó.
Read và Write tới các thiết bị tớ (Slave), tiếp theo Salve sẽ so sánh bit địa chỉ với dữ liệu gửi tới, nếu khớp thì Salve sẽ kéo các SDA và ACK, NACK xuống 0, nếu không ngược lại Sau khi tất cả dữ liệu được gửi đi thành công thì Master sẽ gửi đi tín hiệu stop để thông báo cho các Slave quá trình truyền đã kết thúc và chuyển lần lượt các chân SCL, SDA từ mức 0 lên mức 1 [9].
TỔNG QUAN VỀ BLYNK
Blynk là một phần mềm mã nguồn mở được thiết kế với các ứng dụng IOS và Android để điều khiển các loại vi điều khiển như Arduino, Raspberry, các ứng dụng tương tự qua Internet Là một bảng điều khiển kỹ thuật số do đó bạn có thể tạo ra các giao diện đồ họa cho dự án của mình bằng cách kéo và thả các widget, là một ứng dụng giúp người dùng điều khiển phần cứng từ xa và có thể hiển thị dữ liệu cảm biến, lưu trữ và biến đổi dữ liệu [10] Có ba thành phần chính trong nền tảng:
• Ứng dụng Blynk: cho phép người dùng tạo giao diện cho dự án của mình bằng cách sử dụng các công cụ Widget khác nhau
• Thư viện Blynk: dành cho tất cả các nền tảng phổ biến có thể giao tiếp với máy chủ và xử lý các lệnh truyền đến và đi
• Blynk Server: chịu trách nhiệm xử lý khi giao tiếp giữa phần cứng và thiết bị thông minh Do đó, người dùng dễ dàng tích hợp các thiết bị IoT vào dự án của mình mà không cần nhiều kinh nghiệm về lập trình
Hình 2.5 Giao diện App Blynk
TỔNG QUAN VỀ WEBSITE
Một trang web (website) là một tập hợp các trang liên kết với nhau trên Internet, cung cấp thông tin và nội dung cho người dùng truy cập Trang web có thể chứa các thành phần như văn bản, hình ảnh, video, âm thanh, liên kết và các yếu tố tương tác khác
Website có thể được xây dựng bởi một số ngôn ngữ lập trình như HTML, CSS, JavaScript, PHP, Trong đó, CSS và HTML là 2 ngôn ngữ phổ biến thường được sử dụng để xây dựng giao diện cho trang web, cụ thể như sau:
• HTML (HyperText Markup Language): HTML là ngôn ngữ cơ bản và chính để xây dựng các trang web Nó được sử dụng để định dạng và cấu trúc nội dung của trang web, bao gồm văn bản, hình ảnh, liên kết và các phần tử khác
• CSS (Cascading Style Sheets): CSS được sử dụng để tạo kiểu và trình bày cho các phần tử HTML trên trang web Nó cho phép điều chỉnh màu sắc, font chữ, kích thước, định vị và các thuộc tính khác của các phần tử trên trang
Trang web được chia thành hai loại: trang web tĩnh và trang web động Trang web tĩnh có dữ liệu không thay đổi hoặc ít khi thay đổi, trong khi trang web động là trang web mà hệ thống quản lý nội dung cho phép người dùng dễ dàng chỉnh sửa và truy cập thông tin Trang web hoạt động trên môi trường Internet bao gồm các thành phần sau:
• Domain (tên miền): là một tên địa chỉ của trang web hoạt động trên Internet để người dùng truy cập vào web dễ dàng
• Source code Website là một hệ thống gồm một hoặc nhiều thông tin được viết dựa trên một hoặc nhiều ngôn ngữ lập trình để hình thành giao diện Website
• Web Hosting (lưu trữ web) là máy chủ dùng để lưu trữ các thông tin và mã nguồn mà website cần thực hiện
Internet hay là mạng Internet được hiểu một cách đơn giản là một hệ thống toàn cầu trên thế giới, nó cho phép mọi thiết bị trong cùng mạng lưới network liên kết với nhau, từ đó những thiết bị này tạo nên một mạng lưới rộng, mang lại vô số máy tính có liên kết Người dùng tại bất kỳ máy tính nào củng có thể được phép lấy thông tin nếu có sự cho phép Người đầu tiên củng được coi là cha đẻ của Internet là ba nhà khoa học Hoa Kỳ (Leonard Kleinrock, Donald davies và Paul Baran) Dự án hiện tại của mạng Internet là dự án ARPANET, nghiên cứu trong giai đoạn từ năm 1996 đến
1974 Và cho đến năm 1974 thì Internet được gọi với cái tên là hệ thống toàn cầu Ngày nay Internet là một phương tiện của thế giới, hàng tỉ người trên thế giới truy cập, là một nguồn tiêu thụ thông tin chính, đồng thời làm gia tăng sự phát triển hệ sinh thái xã hội về mạng xã hội, chia sẽ dữ liệu Các máy tính hiện nay giao tiếp với nhau theo một chuẩn thống nhất là giao thức TCP/IP, hình thành hệ thống mạng kết nối cac thiết bị với nhau [14]
TCP/IP là sự hợp tác kết nối giữa 2 giao thức Trong đó thì TCP là giao thức truyền vận đóng vai trò trong việc kiểm tra và đảm bảo sự an toàn cho mỗi gói dữ liệu đi qua mỗi trạm, còn IP là giao thức liên mạng cho phép các gói dữ liệu tin được gửi đến đích đã được cài đặt định sẳn bằng cách là thêm các thông tin dẫn đường vào trong các gói thông tin để đi đến điểm định sẳn.Trong quá trình này thì nếu giao thức TCP nhận thấy gói thông tin tín hiệu gửi bị lỗi thì một tín hiệu sẽ được truyền đi và yêu cầu hệ thống gửi lại gói thông tin khác lại
Hình 2.7 Giao thức TCP/IP
Mô hình TCP/IP là một tiêu chuẩn gồm có 4 lớp được xếp lên nhau:
• Lớp đầu tiên là lớp vật lý bao gồm các giao thức chỉ hoạt động liên kết thành mạng kết nối các nút
Tầng mạng gọi tầng mạng Internet là lớp thứ hai trong mô hình TCP/IP Nó chịu trách nhiệm xử lý các gói dữ liệu và kết nối các mạng độc lập khác nhau Bằng cách đó, lớp mạng đảm bảo rằng các gói dữ liệu được truyền đi một cách hiệu quả giữa các mạng khác nhau.
• Lớp thứ ba là tầng giao vận ở tầng này có chức năng chịu trách nhiệm duy trì liên lạc đầu cuối của toàn mạng
• Cuối cùng là tầng ứng dụng có chức năng cung cấp trao đổi các dữ liệu để được chuẩn hóa
Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu được hoạt động trên nền tảng đám mây- cloud Tức là một dịch vụ cung cấp các giải pháp backend cho các ứng dụng web và di động Firebase còn là một hệ thống máy chủ cực kỳ mạnh mẽ của Google Giúp lập trình ứng dụng đơn giản, thao tác nhanh với dữ liệu Firebase được ra đời vào năm
2011 bởi James Tamplin và Andrew Lee với tên gọi là Evolve là một nền tảng cung cấp các API để tích hợp tính năng chat vào trong các web Sau đó họ nhận ra nền tảng này được sử dụng truyền dữ liệu ứng dụng chứ không phải chat, nên đã phát triển Evolve thành Firebase công bố vào tháng 4 năm 2012
Firebase Authentication là tính năng giúp biết được danh tính của người lập trình sử dụng, cung cấp các bước xác thực như thông qua Email, Facebook, Github hay Google giúp các thông tin bảo mật của người dùng, khách hàng được bảo vệ, tránh khỏi việc bị đánh cắp bởi hacker [15]
Một số chức năng nổi bật của Firebase như Realtime Database Firebase, Firebase Authentication và Hosting
Cơ sở dữ liệu thời gian thực Realtime Database Firebase: dữ liệu bạn nhận được dưới dạng Json Cùng đó nó luôn được đồng bộ thời gian thực đến mọi kết nối thiết bị Nó cập nhập tự động dữ liệu mới nhất bất cứ khi nào mà người lập trình phát triển ứng dụng, với các ứng đụng được ứng dụng rộng, nhiều nền tảng thì các khách hàng cũng như người lập trình sẽ sử dụng chung một cơ sở dữ liệu
Hosting được phân phối thông qua tiêu chuẩn bảo mật từ SSI của hệ thống mạng CDN Là một hệ thống máy chủ giúp lưu giữ các dữ liệu, nội dung trên website từ đó thì người dùng có thể truy cập sử dụng dịch vụ trên web khi cài Firebase Hosting một cách nhanh chóng và ổn định Để tạo ra một dự án cần qua các bước sau:
• Bước 1: Truy cập vào link https://Firebase.google.com là nơi bạn quản lý các dự án trên Firebase Nhấn nút “Go to console” để tiếp tục
• Bước 2: Chọn “Add project” để tạo dự án mới
• Bước 3: Nhập tên dự án
Hình 2.10 Nhập tên dự án
• Bước 4: Chọn “Continue” để tiếp tục và nhấn “Finish” để hoàn tất tạo dự án
❖ Lưu ý: Muốn liên kết database của Firebase với trang web thì cần chú ý tới các dữ liệu như apiKey và database URL.
GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
ESP8266 là một loại module Wi-fi với khả năng kết nối mạng Internet và được hỗ trợ sẵn một số board nhúng như NodeMCU, ESP-01 Module ESP8266 còn có thể hoạt động như một điểm truy cập, một thiết bị kết nối đến một điểm truy cập khác Hầu hết được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng IOT như ứng dụng giám sát và điều khiển thiết bị từ xa, hệ thống cảnh báo và kiểm soát thiết bị, Với giá thành rẻ và rất dễ dàng sử dụng nên việc sử dụng phổ biến khá nhiều kèm theo với sự tương thích rất nhiều với vi điều khiển khác nhau
Có rất nhiều loại ESP8266 có thể kể đến như ESP-01, ESP-12E, NodeMCU ESP8266, NodeMCU ESP32,… Nhóm quyết định chọn sử dụg dòng NodeMCU ESP8266 Đây là một loại vi điều khiển được phát triển bởi một nhóm kỹ sư tại Trung Quốc và sử dụng rộng rãi trong các đề tài ứng dụng hệ thống về IoT
NodeMCU ESP8266 là một phiên bản được phát triển từ vi điều khiển ESP8266, nó cung cấp một module dễ sử dụng với giao diện USB, đèn LED, các chân GPIO (General Purpose Input/Output) và hỗ trợ trực tiếp cho việc lập trình và phát triển ứng dụng IoT NodeMCU ESP8266 cung cấp một giao diện tiếp cận đơn giản và thuận tiện để bắt đầu xây dựng các hệ thống IoT
➢ Thông số kỹ thuật của NodeMCU:
• Điện áp hoạt động: 3,3V DC
• Giao diện mạng: TCP/IP
• Hỗ trợ các giao thức: MQTT, CoAP, HTTP/HTTPS
Hình 2.12 Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266
➢ Một số chân có chức năng quan trọng của NodeMCU ESP8266:
• 17 chân GPIO: được sử dụng để đọc dữ liệu từ điều khiển thiết bị đầu ra, cảm biến như led, nút nhấn, động cơ
• 1 kênh ADC (A0): 1 kênh ADC có độ chính xác 10bit theo công nghệ SAR ADC
• 2 giao tiếp UART: hỗ đợ điều khiển, giao tiếp truyền/nhận dữ liệu nối tiếp
• Đầu ra PWM: 4 chân PWM điều chế độ rộng xung
• 2 giao tiếp SPI và 1 giao tiếp I2C: dùng để kết nối cảm biến, thiết bị ngoại vi
Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) là một công nghệ được phát triển và chế tạo bởi nhiều công ty và nhà sản xuất trên toàn thế giới Hiện nay có rất nhiều loại LCD nhưng đặc biệt LCD 20x4 là loại LCD phổ biến trong các hệ thống giám sát
Màn hình LCD 20x4 thường được sử dụng để hiển thị các thông báo, dữ liệu và các thông tin khác trong các thiết bị điều khiển, các hệ thống nhúng và các dự án Arduino Nó có khả năng hiển thị các ký tự ASCII, số và các biểu tượng cơ bản
Một màn hình LCD 20x4 thông thường bao gồm một bộ điều khiển và một bộ xử lý hiển thị Màn hình có thể được điều khiển thông qua giao diện đồng bộ như I2C hoặc giao diện song song
➢ Thông số kỹ thuật của LCD 20x4:
• Số cột (columns): 20 x Số hàng (rows): 4
• Nguồn điện cung cấp: 5vDC
• Module hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiển
• Kích thước ký tự (character size): 5x8 pixels
Giao diện song song sử dụng LCD 20x4 kết nối với mạch điều khiển hoặc vi điều khiển Thông qua các lệnh điều khiển, bạn có thể điều chỉnh chế độ hiển thị, định vị ký tự và thực hiện các thao tác như xóa màn hình, di chuyển con trỏ, in ký tự tại vị trí cụ thể.
➢ LCD 20x4 gồm 16 chân cụ thể như sau:
• Chân VSS: nối đất cho LCD
• Chân VDD: cấp nguồn cho LCD 5Vdc
• Chân VEE: chân điều chỉnh độ tương phản của LCD
• Chân RS: chân chọn thanh ghi, nối chân RS với logic 1 (VCC) hoặc logic 0 (GND)
• Chân R/W: chân chọn chế độ đọc ghi của LCD, nối logic 0 để ghi dữ liệu hoặc ngược lại logic 1 chế độ đọc
• Chân E: là chân cho phép, khi tín hiệu được lên bus từ DB0- DB7, các lệnh chỉ được nhận khi có 1 xung cho phép của E
• Chân DB0 – DB7: là các chân đường bus dữ liệu để trao đổi thông tin với MPU
• Chân 15: nguồn dương cho đèn nền
2.7.3 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD
Những LCD có driver là HD44780 (LCD 1604, LCD 2004, LCD 1602…) có ít nhất 6 chân của MCU kết nối lần lượt các chân RS, EN, D5 D6, D7 và D4 để giao tiếp với LCD Mạch chuyển đổi I2C cho LCD thì rất tiện lợi gọn gàng vì chỉ cần 2 chân SDA và SCL của module để có thể kết nối với LCD và nodeMCU hiển thị thông tin lên LCD Ngoài ra còn có thêm biến trở để điều chỉnh độ tương phản của màn hình
Hình 2.15 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD
➢ Thông số kỹ thuật của mạch chuyển đổi I2C:
• Kích thước: 41.5mm(L) x 19mm (W) x 15,3mm(H)
• Biến trở xoay chỉnh độ tương phản
• Jump chốt: cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt đèn
Hình 2.16 Sơ đồ chân mạch chuyển đổi I2C
2.7.4 Module 16 kênh Analog Multiplexer 74HC4067
Module 16 kênh 74HC4067 là một module sử dụng IC 74HC4067 để cung cấp chức năng Multiplexer Analog 16 kênh trong board mạch tiện lợi 74HC4067 có công dụng truyền tín hiệu Analog giữa một số đầu vào từ cảm biến đến một đầu ra chính Mạch 16 kênh analog Multiplexer 74HC4067 được sử dụng để mở rộng chân giao tiếp Analog hoặc Digital, có tác dụng như một bộ chuyển đổi 16 kênh sang 1 kênh tín hiệu chỉnh bằng các bit địa chỉ tương ứng và ngược lại Mạch 74HC4067 thường được sử dụng trong các ứng dụng như đo lường analog, xử lý tín hiệu, chuyển đổi nguồn tín hiệu và các hệ thống sử dụng nhiều kênh tín hiệu khác nhau trong lĩnh vực điện tử, IoT
Thông số kỹ thuật của Mạch 16 kênh analog Multiplexer 74HC4067
• Ngõ vào: 4 switch, 1 chân cho phép
• Điện áp hoạt động: từ 2V đến 10V (74HC4067) hoặc 2V đến 6V (74HCT4067)
• Ngõ ra: 16 chân tín hiệu
Bảng 2.1 Giải mã của mạch 16 kênh analog Multiplexer 74HC4067
2.7.5 Module cảm biến điện áp AC ZMPT01B
Module cảm biến điện áp AC ZMPT101B là một cảm biến được sử dụng để đo điện áp xoay chiều (AC) trong các dự án đo đạc và giám sát điện năng
ZMPT101B được sử dụng để đo điện áp AC và chuyển đổi nó thành tín hiệu analog Sau đó tín hiệu tương tự được truyền đến vi điều khiển để xử lý
Hình 2.18 Module cảm biến điện áp ZMPT101B
Thông số kỹ thuật của module cảm biến điện áp AC ZMPT101B:
• Điện áp cảm biến tối đa: 250VAC
• Tín hiệu đầu ra: Analog 0~5VDC
• Nhiệt độ hoạt động: 40ºC ~ + 70ºC
Hình 2.19 Sơ đồ chân Module ZMPT101B
Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện áp ZMPT101B:
Module cảm biến điện áp AC ZMPT01B hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi điện áp xoay chiều (AC) thành tín hiệu tương tự
Module ZMPT01B là sử dụng một mạch khuếch đại và một chiết áp để chuyển đổi điện áp AC thành tín hiệu tương tự Mạch khuếch đại bên trong module có nhiệm vụ tăng độ nhạy và độ chính xác của tín hiệu đầu ra
Khi cảm biến được kết nối với nguồn điện AC, module ZMPT01B sẽ chia đều điện áp thành hai phần bằng cách sử dụng mạch biến trở điện áp Một phần của điện áp sẽ được kết nối đến chân (GND), phần còn lại sẽ được chuyển đến mạch khuếch đại
Sau đó, mạch khuếch đại sử dụng các linh kiện như transistor hoặc Op-Amp để tăng độ lớn và độ nhạy của tín hiệu Tín hiệu tương tự này được truyển đến vi điều khiển để xử lý, tính toán và sau đó chuyển đổi thành giá trị điện áp [16]
2.7.6 Module cảm biến dòng điện Hall ACS712
Cảm biến dòng điện ACS712 là một loại IC cảm biến dòng điện tuyến tính được dựa bởi hiệu ứng hall Module sẽ cho ra một tín hiệu analog, vout biến đổi tuyến tính theo sự thay đổi của dòng điện và được lấy mẫu thứ cấp DC hoặc AC trong phạm vi cho phép, hiện nay trên thị thường có 3 loại đo dòng điện cảm biến hall ACS712 5A, 20A, 30A Nhóm sử dụng module ACS712 5A
Hình 2.20 Module cảm biến đo dòng ACS712
• Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp
• Điện trở dây dẫn trong 1.2m
• Độ nhạy đầu ra: 63 -190mv/A
• Điện áp cực kì ổn định
Hình 2.21 Sơ đồ chân module cảm biến dòng điện ACS712
Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện ACS712:
GIỚI THIỆU
Hệ thống bao gồm một Website, một ứng dụng và một màn hình LCD để giám sát các thông số điện năng thông qua các thiết bị di động thông minh hay máy tính có kết nối Internet, cùng với một bộ vi xử lý trung tâm có khả năng đọc và xử lý tín hiệu tương tự được gửi đến từ các cảm biến điện áp và dòng điện Sau đó, trung tâm xử lý tiến hành tính toán các giá trị tương tự để hiển thị dưới dạng giá trị điện áp và dòng điện Dựa vào các giá trị điện áp và dòng điện mà hệ thống có thể tính toán được các giá trị mục tiêu khác: công suất thực, tần số, năng lượng, hệ số công suất, công suất biểu kiến, Mục tiêu của thiết kế là đảm bảo việc giám sát các thông số điện năng của một mạng lưới điện có sử dụng điện một chiều lẫn xoay chiều được an toàn và tiện dụng cho người dùng
Trong nội dung thiết kế, bao gồm sơ đồ khối của hệ thống nhằm trình bày cấu trúc tổng quan Bên cạnh đó, cần thực hiện tính toán, lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch nguyên lý cho từng khối và toàn hệ thống, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật được đáp ứng Cuối cùng, mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống bằng cách mô tả nhiệm vụ của từng khối thành phần và mối liên hệ giữa chúng.
SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
• Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn bộ các khối còn lại hoạt động
• Khối cảm biến: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện áp và dòng điện sang giá trị tương tự sau đó truyền dữ liệu đến khối xử lý trung tâm
• Khối xử lí trung tâm và kết nối Internet: nhận tín hiệu tương tự từ khối cảm biến, sau đó tính toán và xử lý để truyền dữ liệu đến khối hiển thị
• Khối hiển thị: Hiển thị thông số giá trị điện năng và trạng thái hoạt động của các thiết bị.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TỪNG KHỐI HỆ THỐNG
Khối cảm biến đóng vai trò tiếp nhận dữ liệu từ cảm biến và truyền đến khối xử lý trung tâm Trong hệ thống lưới điện, điện áp và dòng điện là hai thông số cơ bản và quan trọng nhất Dựa trên hai thông số này, có thể tính toán được các giá trị khác của hệ thống điện như công suất, hệ số công suất, tần số và năng lượng.
Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại module tích hợp cả đo điện áp, dòng điện phổ biến như các dòng PZEM: 014, 016, 051… Bên cạnh đó, còn có thể kể đến các loại đồng hồ vạn năng của những hãng như Sanwa, Hioki, Kyoritsu,… Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị trên chỉ có thể đo được độc lập nguồn điện AC hoặc DC
Vì vậy, nhóm đã quyết định sử dụng hai dòng cảm biến ZMPT101B và ACS712 để thuận tiện cho việc đo đạc cũng như hiệu chỉnh các thông số Điểm khác biệt khi sử dụng hai cảm biến rời trên là chúng ta có thể thiết kế được một thiết bị đồng thời đo được cả nguồn điện AC và DC. Ưu điểm phù hợp khi lựa chọn 2 cảm biến trên cho đề tài:
• Điểm mạnh của cảm biến điện áp ZMPT101B bao gồm độ chính xác và tính ổn định cao, cảm biến có khả năng đo điện áp tối đa 250VAC (lớn hơn điện áp dân dụng 220VAC) nên phù hợp với phạm vi đo mong muốn trong đề tài của nhóm, tích hợp biến trở tinh chỉnh giá trị đầu ra Analog giúp cho việc hiệu chuẩn thông số được thuận tiện hơn Kích thước nhỏ gọn cùng với giá thành thấp hơn so với các dòng module PZEM
• Ưu điểm của cảm biến dòng điện ACS712 bao gồm khả năng đo được cả hai dòng điện AC và DC, ACS712 được thiết kế với khả năng chống nhiễu tốt, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu từ môi trường xung quanh ACS712 có tích hợp bảo vệ quá dòng, giúp bảo vệ vi điều khiển hoặc mạch điện tử khỏi các tác động tiêu cực của dòng điện quá tải Bên cạnh đó để giảm thiểu sai số và đảm bảo kết quả đo dòng điện được chính xác, ổn định hơn nên nhóm đã quyết định chọn dòng ACS712 5A
❖ Tính toán thiết kế bộ chia điện áp:
NodeMCU ESP8266 chỉ có thể đo giá trị tương tự trong khoảng từ 0 đến 3,3V Đối với các tín hiệu lớn hơn 3,3V, cần có bộ chia điện áp giữa giá trị đầu ra của cảm biến và NodeMCU ESP8266 để giảm giá trị điện áp đo được Trong đề tài này, nhóm sẽ sử dụng điện trở 5 vòng màu (sai số 1%) nhằm tối ưu sai số cho 2 bộ chia điện áp (một cho điện áp DC và một cho điện áp AC) [16]
Vì nhóm chọn điện áp DC tối đa nằm trong khoảng 33V Do đó, nhóm đã chọn điện trở 10kΩ (R1) và 1kΩ (R2), để có hệ số suy giảm như sau:
Vì vậy điện áp DC gửi đến ESP8266 luôn nằm trong khoảng tối đa 𝟑𝟑𝐕
Vì cảm biến đo điện áp AC ZMPT101B gửi tín hiệu tương tự có giá trị tối đa là 5V đến ESP8266, trong khi ESP8266 chỉ chấp nhận điện áp đầu vào tối đa là 3,3V, nên cần thêm một bộ chia áp để giảm điện áp từ 5V xuống 3,3V Hệ số suy giảm của bộ chia áp xấp xỉ bằng 5V / 3,3V ≈ 1,52.
𝟑,𝟑𝐕≈1.6 Vì vậy, nhóm đã lựa chọn điện trở 200Ω (R3) và 330Ω (R4) để có được hệ số suy giảm như sau:
Do đó tín hiệu tương tự đầu vào mà ESP8266 có thể đo lên tới 3,3V x 1,6 = 5,28V, suy ra ESP8266 có thể đo được điện áp đầu ra tối đa 5V của cảm biến ZMPT101B Sau khi tính toán, lựa chọn linh kiện ta có sơ đồ nguyên lí khối cảm biến như sau:
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến
➢ Giải thích sơ đồ nguyên lý khối cảm biến:
• Khối cảm biến đo áp: Đo điện áp xoay chiều: Chân Out và GND của cảm biến đo điện áp ZMPT101B được nối với cầu phân áp tương ứng, cụ thể hai điện trở R3(200Ω) và R4(330Ω) để hạ áp nhằm đảm bảo tín hiệu tương tự đầu ra gửi đến vi điều khiển luôn hoạt động trong phạm vi từ 0 đến 3,3V Tín hiệu đầu ra được nối với chân X2 của Module 16 kênh Đo điện áp một chiều: Cực dương (Vin) và cực âm (GND) của nguồn điện Dc cần đo được nối trực tiếp với cầu phân áp tương ứng, cụ thể hai điện trở R1(10 Kohm) và R4(1 kΩ) để hạ áp nhằm đảm bảo tín hiệu tương tự đầu ra gửi đến vi điều khiển hoạt động trong phạm vi từ 0 đến 3,3V Tín hiệu đầu ra được nối với chân X0 của Module 16 kênh
• Khối cảm biến đo dòng:
Khi đo dòng điện xoay chiều và một chiều ta cần mắc nối tiếp cảm biến ACS712 với tải cần đo Tín hiệu tương tự ở chân Out của cảm biến ACS712 đo dòng điện AC và DC được nối lần lượt với chân X3 và X1 của Module 16 kênh
3.3.2 Khối xử lý và kết nối Internet
Khối xử lý và kết nối Internet có nhiệm vụ nhận các giá trị Analog từ cảm biến, sau đó xử lý tính toán và truyền dữ liệu tới khối hiển thị thông qua kết nối Wifi và chuẩn giao tiếp I2C
Trên thị trường, vi điều khiển ESP8266 nổi trội với khả năng kết nối Wi-Fi, giúp thiết bị giao tiếp với mạng Wi-Fi Tính năng này rất hữu ích cho việc kết nối với ứng dụng Blynk và lập trình Website Việc tích hợp sẵn chức năng này trên ESP8266 cũng giúp cho việc lập trình và nạp code trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng tương thích với trình biên dịch Arduino IDE Ngoài ra, module ESP8266 còn sử dụng dòng chip nạp CP2102 có tính ổn định cao, có thể tự nhận Driver trên cả hệ điều hành Window và Linux, nâng cao hiệu suất so với dòng chip nạp giá rẻ CH340.
Từ những ưu điểm trên, nhóm em quyết định chọn Module ESP8266-12E CP2102 làm khối xử lí trung tâm và kết nối Internet của đề tài
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm
➢ Giải thích sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm: Đề tài của nhóm sử dụng 4 chân Analog để đọc các tín hiệu Vac/dc, Iac/dc nhưng hạn chế ESP8266 chỉ có 1 chân Analog, nên nhóm đã quyết định chọn Module giải mã 4 sang 16 (Decoder 4 – 16) sử dụng IC 74HC4067 nhằm mở rộng thêm chân Analog cho vi điều khiển ESP8266 Từ đó, ESP8266 có thể đo được đồng thời nhiều đầu vào cảm biến hơn Điểm mạnh, vì đây là một module tích hợp có giá thành thấp và dễ tiềm kiếm nguồn hàng hơn so với các module giải mã 2 sang 4 hay 3 sang 8 Các chân S0, S1, S2, S3 của bộ ghép kênh nhận tín hiệu (logic Low hoặc High) từ các chân D0, D1, D2, D3 của ESP8266 để cấu hình các kênh mà khối cảm biến sử dụng Ví dụ để kênh X1 của bộ ghép kênh hoạt động, ta cần cấu hình: S0(High), S1(Low), S2(Low), S3(Low) Sau đó tin hiệu được truyền từ chân SIG đến chân A0 của ESP8266
Chức năng của khối hiển thị: dùng để hiển thị trang thái kết nối Wifi, các giá trị điện năng của nguồn đầu vào và tải tiêu thụ như: điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất, năng lượng, Từ đó giúp người dùng có thể quan sát trực tiếp ở khoảng cách gần mà không cần truy cập vào website hay ứng dụng Blynk
Có rất nhiều linh kiện để lựa chọn cho khối hiển thị như: LCD, Led ma trận, màn hình OLED… Tuy nhiên, nhóm quyết định chọn module LCD 20x4 làm khối hiển thị cho mạch Với ưu điểm giá thành thấp, quan sát thuận tiện cũng như điều khiển lập trình dễ dàng khi kết hợp với Module I2C thì đây là một lựa chọn tối ưu nhất
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH
Để thiết kế sơ đồ nguyên lí chúng ta có thể sử dụng các phần mềm phổ biến như: Proteus, Altium Designer, Orcad, Eagle, Kicad… Trong số các phần mềm đó, nhóm quyết định chọn Proteus làm để thiết kế sơ đồ nguyên lý cũng như vẽ mạch PCB vì nhận thấy tính tiện lợi và dễ sử dụng sau khi nhiều lần được thực hành với phần mềm trong quá trình học tập Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý cho từng khối, ta có sơ đồ nguyên lý toàn mạch như sau:
THI CÔNG MÔ HÌNH
GIỚI THIỆU
Ở chương này, sau khi đã hoàn thành việc tìm hiểu cơ sở lý thuyết, lựa chọn linh kiện và tính toán, nhóm sẽ tiếp tục công đoạn thi công hệ thống bao gồm: vẽ mạch layout PCB, làm mạch in, lắp ráp, hàn các linh kiện và xây dựng mô hình phần cứng
Bên cạnh phần cứng, chương này nhóm cũng sẽ đề cập tới quy trình tự xây dựng một Website để có thể theo dõi trực tuyến các thông số điện năng nhằm mục đích nghiên cứu – tìm hiểu, mở rộng thêm đề tài thay vì sử dụng ứng dụng Blynk đã được lập trình sẵn.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PCB
Tiến hành thiết kế PCB trên phần mềm Proteus 8.10 dựa trên sơ đồ nguyên lí:
Hình 4.1 Sơ đồ mạch in
Mạch được thiết kế 1 lớp với kích thước dây T50 Sau khi thiết kế, mạch có kích thước: 125 x 80 mm
Hình 4.2 Sơ đồ bố trí linh kiện 3D
4.2.2 Thi công mạch in PCB
Các bước thi công bo mạch:
▪ Bước 2: Ủi giấy in PCB lên bo mạch đồng
▪ Bước 3: Sau khi ủi, tiến hành kiểm tra các đường mạch, nếu phát hiện nét đứt tiến hành sử dụng bút lông để tô vào nét đứt
▪ Bước 4: Sử dụng nước rửa mạch hoặc bột sắt để rửa mạch
▪ Bước 5: Tiến hành cọ sát đường mạch để loại bỏ nét mực sau khi ủi
▪ Bước 5: Khoan các lỗ linh kiện bằng mũi khoan 0,8mm và 0,6mm
Cảm biến đo điện áp AC ZMPT101B LCD 20x4
Cảm biến đo dòng điện
Cảm biến đo dòng điện
Domino đo điện áp DC Cầu phân áp AC
Hình 4.3 Mạch PCB sau khi ủi và rửa
4.2.3 Lắp ráp và kiểm tra linh kiện
Các bước lắp ráp và kiểm tra linh kiện:
• Bước 1: Lắp linh kiện theo vị trí đã sắp xếp và hàn linh kiện
• Bước 2: Kiểm tra các mối hàn và sửa chữa nếu có
• Bước 3: Nạp chương trình cho vi điều khiển và kiểm tra đã hoạt động tốt hay chưa
• Bước 4: Nếu chưa hoạt động tốt, kiểm tra lại các linh kiện còn hoạt động hay không, sau đó nạp lại chương trình
Hình 4.4 Mặt trước PCB sau khi gắn linh kiện
Sau khi lắp linh kiện thì kích thước của mạch là 125x125mm.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
Sau khi lắp linh kiện thì tổng kích thước của mạch là 125x125mm, nên mô hình thiết bị giám sát điện năng sẽ được thết kế với các linh kiện có thông số như sau:
- Một hộp nhựa ABS: 200 x 120 x 75 mm
- Một Jack cái DC-099 5.5X2.1MM
Hình 4.5 Sơ đồ bố trí linh kiện
Hình 4.6 Mặt trước của mô hình
Hình 4.7 Mặt bên phải của mô hình
Hình 4.8 Bố trí và lắp ráp linh kiện vào trong mô hình
Hình 4.9 Tổng quan mô hình khi khởi động hệ thống
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TOÀN HỆ THỐNG
Hệ thống có các yêu cầu sau:
• Đo điện áp AC, đo điện áp DC, đo dòng điện AC, đo dòng điện DC
• Xử lí và tính toán tín hiệu từ cảm biến
• Hiển thị thông tin giá trị đo được lên LCD, App Blynk, Firebase
Từ những yêu cầu trên, nhóm đã thiết kế được lưu đồ giải thuật cho toàn hệ thống như sau:
Hình 4.10 Lưu đồ giải thuật của hệ thống
➢ Giải thích lưu đồ giải thuật chính hệ thống: Đầu tiên, cần khai báo các biến giá trị thực cho các thông số sau: dòng điện AC/DC, điện áp AC/DC, công suất tiêu thụ AC/DC, năng lượng ròng, nhập, xuất, tần số của dòng điện xoay chiều, khai báo thư viện cho LCD, I2C, Firebase, Blynk Tính toán chuyển đổi các giá trị Analog từ cảm biến gửi đến Sau đó, thực hiện gán vào các biến trên
Sau khi có được các biến mang giá trị mong muốn, hiển thị chúng lên App Blynk, màn hình LCD, cơ sở dữ liệu Firebase và lấy dữ liệu từ Firebase hiển thị lên Webpage
Hình 4.11 Lưu đồ giải thuật chương trình con đo điện áp DC
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ARDUINO IDE
Arduino IDE (Integrated Development Environment) là một phần mềm lập trình dùng để phát triển và nạp chương trình vào các bo mạch vi điều khiển Nó cung cấp một giao diện đồ họa thân thiện dễ sử dụng để viết, biên dịch, nạp chương trình vào bo mạch
Hình 4.12 Phần mềm Arduino IDE
Arduino IDE là một phần mềm miễn phí với mã nguồn mở, dễ dàng trong việc lập trình và nạp chương trình vào bo mạch Phần mềm này được chạy trên nền tảng Java và phù hợp với nhiều hệ điều hành như MAC, Windows, Linux Môi trường IDE thường gồm hai phần chính là trình soạn thảo và trình biên dịch Phần trình soạn thảo dùng để viết mã nguồn cần thiết, trong khi phần trình biên dịch được sử dụng để biên dịch và nạp mã lên module NodeMCU ESP8266 Ưu điểm của phần mềm này là có hỗ trợ lập trình vi điều khiển cho rất nhiều loại module, có thể kể đến như: Arduino UNO, ESP8266, Arduino Mega, Arduino Micro,…
Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình Wiring, là một biến thể đơn giản của C/C++ Người dùng có thể viết mã điều khiển cho các bo mạch Arduino bằng cách sử dụng các hàm và thư viện có sẵn Để sử dụng phần mềm Arduino IDE mới nhất hiện nay, truy cập vào website https://www.arduino.cc/en/software và tải xuống phần mềm phù hợp với hệ điều hành của máy tính
Hình 4.13 Tải phần mềm Arduino IDE
Sau khi tải và cài đặt thành công, khi truy cập vào phần mềm và tạo dự án mới sẽ có giao diện như sau:
Hình 4.14 Giao diện chính của Arduino IDE
4.5.1 Hướng dẫn lập trình bằng phần mềm Arduino IDE
• Bước 1: Khởi động chương trình Arduino IDE
Sau khi phần mềm khởi động, phần giao diện làm việc được mô tả như sau:
Hình 4.15 Giao diện làm việc chính của Arduino IDE
• Bước 2: Tạo file mới và tiến hành viết code
Nhấn vào File > New hoặc tổ hợp phím Ctrl + N
Chọn Sketch -> Verify/Compile để biên dịch mã, kiểm tra xem chương trình của bạn có lỗi nào không Nếu chương trình báo lỗi, sửa lỗi và biên dịch lại.
Hình 4.17 Biên dịch code và kết quả biên dịch thành công
• Bước 4: Nạp code vào vi điều khiển
Sau khi kết nối vi điều khiển với phần mềm Arduino IDE thông qua dây cáp USB, tiến hành chọn Board và Port cho vi điều khiển, sau đó nhấn Upload để nạp code
Hình 4.18 Nạp code và kết quả nạp thành công
4.5.2 Cài đặt kết nối Website Blynk và App Blynk
➢ Tạo dự án Blynk trên Website
• Bước 1: Truy cập vào link https://Blynk.cloud/ đăng nhập, khi chưa có tài khoản ta chọn Create New Account để đăng ký tài khoản
Hình 4.19 Các bước đăng nhập tài khoản Blynk
• Bước 2: Sau khi đã tạo tài khoản và đăng nhập thành công, bấm chọn New Template để điền tên và chọn như hình
Hình 4.20 Các bước tạo New Template
• Bước 3: Copy mã Template vào code Arduino IDE
Hình 4.21 Copy mã dự án vào code Arduino IDE
• Bước 4: Tạo Datastreams: chọn vào New Datastreams -> Virtual Pin, nhập thông tin của Datastreams Pin
• Bước 5: Chọn Datastreams, chọn vào Virtual Pin, nhập thông tin của Datastreams Pin
Hình 4.22 Các bước tạo New Datastreams
• Bước 6: Sau khi tạo xong các New Datastreams, ta chọn Web Dashboard, lựa chọn các công cụ muốn hiển thị, sau đó gán Datastreams cho mỗi công cụ khác nhau và nhấn Save để lưu lại cài đặt
Hình 4.23 Thiết lập giao diện Web Dashboard
➢ Tạo dự án Blynk trên App Blynk
Bước 1: Tải ứng dụng Blynk IoT trên CH Play hoặc App Store, đăng nhập và tạo dự án tương tự như hướng dẫn phần trang web Khi đó ứng dụng Blynk sẽ có giao diện như hình ảnh minh họa.
• Bước 2: Chọn vào các biểu tượng như Gauge, Value Display,… để biểu thị các giá trị điện năng tương tự như trên Website
Hình 4.25 Thiết lập giao diện hiển thị trên App Blynk
• Bước 3: Tạo và gán các Datastreams vào các công cụ tương ứng, ta được giao diện như sau:
Hình 4.26 Giao diện hiển thị trên App Blynk
THIẾT KẾ WEBSITE
4.6.1 Xây dựng giao diện website
Visual Studio Code là một trong những trình soạn thảo văn bản mã nguồn được ưu chuộng nhất hiện nay mà các lập trình viên lựa chọn sử dụng, Với những ưu điểm nổi bật như dễ dàng sử dụng, tốc độ xử lý nhanh chóng, hỗ trợ đa nền tảng cùng nhiều tính năng nổi bật Là một ứng dụng cho phép biên tập, soạn thảo các đoạn code để hổ trợ quá trình thực hiện xây dựng, thiết kế website nhanh chóng Vận hành mượt mà trên các nền tảng như Windows, macos, linux…Ngoài ra, dung lượng nhẹ nên Visual Studio Code còn là lựa chọn tối ưu cho các máy tính có cấu hình tầm trung
Visual Studio Code còn hỗ trợ nhiều chứng năng như Git, đi kèm chức năng Debug và Syntax Highlighting Đặt biệt là chức năng tự hoàn thành mã thông minh, cải tiến mã nguồn Visual Studio Code có những ưu điểm nỗi bật như:
• Đa dạng ngôn ngữ lập trình giúp người IT lập trình thỏa sức sáng tạp, sử dụng như HTML, CSS, JavaScript, C++…
• Ngôn ngữ, giao diện thân thiện giúp người lập trình định hình nội dụng một cách cụ thể Có nhiều tiện ích mở rộng và phong phú
Hình 4.27 Phần mềm Visual Studio Code
Dựa vào những ưu điểm trên nhóm quyết định sử dụng phần mềm Visual Studio Code làm công cụ xây dựng giao diện website cho đề tài Sau khi sử dụng ngôn ngữ HTML và Javascript trên framework đó là Reactjs Sau khi thực hiện, nhóm xây dựng được giao diện trang web giám sát điện năng như sau:
Hình 4.28 Giao diện đăng nhập hệ thống
Hình 4.29 Giao diện giám sát hệ thống
4.6.2 Tạo sơ sở dữ liệu thời gian thực trên Firebase
Cơ sở dữ liệu thời gian thực (Real-time Database) là một hệ thống lưu trữ dữ liệu được thiết kế để xử lý và cung cấp dữ liệu ngay lập tức khi có sự thay đổi xảy ra
Từ đó, cho phép ứng dụng hoặc hệ thống truy xuất dữ liệu theo thời gian thực một cách nhanh chóng và liên tục Để tạo cơ sở dữ liệu thời gian thực trên Firebase cần thực hiện các bước sau:
• Bước 1: Truy cập đường dẫn https://firebase.google.com, sau đó sử dụng tài khoản Google để đăng nhập và tạo dự án
• Bước 2: Sau khi tạo dự án, nhấn chọn “Realtime Database” trên thanh công cụ bên trái giao diện của Firebase
• Bước 3: Nhấn chọn “Create Database” để bắt đầu khởi tạo sơ sở dữ liệu
• Bước 4: Chọn Next sau đó là “Enable” để hoàn thành việc tạo database
Hình 4.31 Giao diện khi tạo thành công Database
• Bước 5: Để Firebase có thể đọc và ghi dữ liệu vào Regles cần sửa code như hình dưới để cấu hình quyền truy cập cơ sở dữ liệu:
Hình 4.32 Cấu hình quyền truy cập Firebase
• Bước 6: Nhấn vào biểu tượng dấu “+” để thêm dữ liệu và nhập biến, kiểu dữ liệu
Hình 4.33 Tạo biến dữ liệu
Bảng 4.1 Cấu trúc dữ liệu trong Database
Tên Kiểu dữ liệu Mô tả
Vac Number Hiển thị giá trị điện áp AC
Vdc Number Hiển thị giá trị điện áp DC
Iac Number Hiển thị giá trị dòng điện AC
Idc Number Hiển thị giá trị dòng điện DC
Pac Number Hiển thị công suất tải AC
Pdc Number Hiển thị công suất tải DC
Edc Number Hiển thị năng lượng DC
Eac Number Hiển thị năng lượng AC
Pf Number Hiển thị hệ số công suất AC
VA Number Hiển thị công suất biểu kiến AC
Fac Number Hiển thị tần số AC
Firebase cung cấp nhiều dịch vụ trong đó có dịch vụ Hosting trang web miễn phí cho người tiêu dùng, giúp cho việc tiết kiệm thời gian, cả chi phí để lập trình web Ngoài ra Hosting Firebase còn có độ bảo mật tuyệt đối, với chứng chỉ SSL
Hosting website là quá trình đặt và duy trì một trang web trên máy chủ (server) để nó có thể truy cập được từ Internet Khi một trang web được hosting, nó sẽ trở nên khả dụng và có thể được truy cập bởi người dùng từ bất kỳ đâu trên thế giới thông qua một địa chỉ web duy nhất Để Hosting wesite trong Firebase ta cần thực hiện các bước sau:
• Bước 1: Để thêm ứng dụng ta chọn Add, sau đó chọn biểu tượng “” (web) như ảnh dưới đây:
Hình 4.34 Giao diện tạo Hosting
• Bước 2: Tiếp theo, nhập tên ứng dụng cần tạo:
• Bước 3: Cài đặt SDK Firebase
Sau khi đăng ký tên trang web, bước tiếp theo ta cần cài đặt SDK Firebase 2 bằng cách sử dụng npm với câu lệnh “npm install firebase” hoặc sử dụng thẻ JavaScript và copy đoạn mã được Firebase cung cấp vào trang index.html của trang web Tuy nhiên để sử dụng npm ta cần cài đặt phần mềm NodeJS Trong đoạn mã này bao gồm một số thông tin như apiKey, đường dẫn database, tên miền trang web…
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN VÀ THAO TÁC
4.7.1 Tài liệu hướng dẫn Để thiết bị hoạt động, chúng ta cần tiến hành các bước sau:
• Bước 1: Kết nối Jack DC 5V cung cấp nguồn cho hệ thống
• Bước 2: Sau khi cắm nguồn vào thì mạch bắt đầu khởi động, ESP8266-12E bắt đầu hoạt động kết nối với Wifi đã được lập trình sẵn, LCD 20x4 khởi động và hiển thị trạng thái kết nối và sau đó là các thông số điện năng như đã được cài đặt
• Bước 3: Tiến hành đo các thông số điện năng như điện áp, dòng điện
❖ Quy trình thao tác đo đạc:
• Thao tác đo điện áp DC và AC:
Lưu ý, khi thao tác với nguồn DC ta cần chú ý đến điện cực Thực hiện đấu chân dương (+) và chân âm (-) của nguồn điện DC cần đo lần lượt vào hai Domino được ký hiệu (V+) và (V-) có trên mô hình Đối với nguồn điện AC, ta đấu trực tiếp hai cực của nguồn điện cần đo vào hai domino có kí hiệu L và N
• Thao tác đo dòng điện DC và AC:
Sau khi đã cung cấp nguồn đo đầu vào DC hoặc AC Khi đo dòng điện DC, ta mắc trực tiếp chân dương (+) và chân âm (-) của tải tiêu thụ DC vào Domino tương ứng được kí hiệu (I+) và (I-) có trên mô hình Đối với dòng điện AC, do tính chất của nguồn xoay chiều ta mắc trực tiếp hai cực của tải AC vào hai Domino (LOAD) có trên mô hình mà không cần quan tâm chiều dòng điện
❖ Quy trình thao tác giám sát: Để quản lý và giám sát các thông số về điện năng lượng mặt trời trên Web ta tiến hành các bước sau:
▪ Bước 1: Truy cập vào trang web theo link sau: https://electronicmonitor-zrbc- huuthuan.vercel.app/about
▪ Bước 2: Đăng nhập tài khoản, mật khẩu để truy cập vào giao diện giám sát
▪ Bước 3: Tiến hành giám sát các thông số điện năng trên màn hình Để quản lý và giám sát các thông số về điện năng lượng mặt trời trên ứng dụng Blynk ta tiến hành các bước sau:
▪ Bước 1: Truy cập vào ứng dụng Blynk đã được cài đặt trên thiết bị di động thông minh
▪ Bước 2: Đăng nhập tài khoản, mật khẩu để truy cập vào giao diện giám sát
▪ Bước 3: Tiến hành giám sát các thông số điện năng trên màn hình.
KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và tiến hành thực hiện đề tài Nhóm đã hoàn thành đề tài “Nghiên cứu ứng dụng IoT trong thiết kế hệ thống giám sát điện năng lượng mặt trời” và đã rút ra được một số kết quả như sau:
- Tìm hiểu được tầm quan trọng việc giám sát sử dụng điện năng lượng mặt trời
- Tìm hiểu và sử dụng được cảm biến đo điện áp ZMPT101B, cảm biến đo dòng điện ACS712
- Lập trình vi điều khiển NodeMCU ESP8266 kết nối với Internet
- Giao tiếp và hiển thị các thông số lên LCD 20x4 thông qua giao thức I2C
- Tìm hiểu thêm một số ngôn ngữ lập trình web như: CSS, HTML, JavaScript và hoàn thành thiết kế một trang Web để giám sát theo dõi các thông số điện năng
- Liên kết trang web với cơ sở dữ liệu thời gian thực của Firebase và triển khai trang website lên Internet
- Truyền và nhận dữ liệu từ NodeMCU ESP8266 với cơ sở dữ liệu Firebase
5.2 KẾT QUẢ GIÁM SÁT TRÊN MÀN HÌNH LCD
Dưới đây là kết quả khi thực hiện giám sát thông số nguồn Adapter 12Vdc sử dụng cho tải tiêu thụ là quạt tản nhiệt 12Vdc và nguồn lưới điện 220V sử dụng cho tài tiêu thụ là mỏ hàn chì
Bảng 5.1 Chú thích ký hiệu thông số trên màn hình LCD
Pdc (W) Công suất tiêu thụ DC
Pac (Wh) Công suất tiêu thụ AC
Pf Hệ số công suất
• Thực hiện đo điện áp:
Hình 5.1 Kết quả đo điện áp trên LCD và đồng hồ VOM
• Thực hiện đo dòng điện:
Hình 5.2 Kết quả hiển thị thông số trên LCD khi có tải
Kết quả: Đo đạc và hiển thị thành công lên LCD tất cả các thông số điện năng trên Tuy nhiên, hệ thống có chênh lệch sai số khoảng ± 0,01A ở thông số dòng điện
5.3 KẾT QUẢ GIÁM SÁT TRÊN APP BLYNK
Hình 5.3 Kết quả giám sát trên App Blynk
KẾT QUẢ GIÁM SÁT TRÊN WEBSITE
Cần đăng nhập tài khoản và mật khẩu để bắt đầu truy cập hệ thống giám sát Nếu tài khoản và mật khẩu không đúng, trang web sẽ hiển thị “Tên đăng nhập hoặc mật khẩu không đúng” như sau:
Hình 5.4 Giao diện đăng nhập thất bại
Sau khi đăng nhập thành công, xuất hiện giao diện giám sát và quản lý Tại đây, hiển thị các thông số cần thiết như điện áp DC, điện áp AC, dòng điện AC, dòng điện
DC, và các thông số điện năng khác, đồng thời ngày và giờ lúc giá trị được cập nhập
Hình 5.5 Kết quả giám sát điện năng trên Website
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
Từ những kết quả trên sau khi hoàn thành đồ án, từ đây nhóm em xin rút ra những ưu điểm của đề tài:
- Hệ thống có khảng năng đo đạc, giám sát đồng thời được cả nguồn điện AC và
- Việc sử dụng các module cảm biến điện áp, cảm biến dòng điện có giá thành thấp sau đó lập trình xử lý dữ liệu thông qua vi điều khiển thay vì sử dụng các module tích hợp có giá thành cao nhằm tối ưu được chi phí thực hiện đề tài
- Dự án giám sát và quản lý điện năng lượng mặt trời của chúng em có mô hình nhỏ gọn và sử dụng các linh kiện phổ biến như cảm biến, màn hình LCD 20x4 và ESP8266 Điều này giúp giảm chi phí thực hiện đề tài
- Người dùng có thể giám sát thông qua nhiều phương thức: cụ thể giám sát trực tiếp bằng LCD và giám sát từ xa thông qua App Blynk và website
- Giao diện website thiết kế theo dạng bảng, các thông số điện năng được cập nhật kèm theo ngày và giờ thực tế làm cho website trở nên dễ dàng cho việc theo dõi, giám sát
Bên cạnh những ưu điểm trên, thì đề tài củng có những nhược điểm:
- Kết quả đo được có sai số chênh lệch khi so sánh với đo trên đồng hồ VOM
- Hệ thống giám sát, quản lý còn bị giới hạn về Wifi, nếu không có Wifi sẽ không hoạt động được
- Hiển thị lên App Blynk vì dùng bản quyền miễn phí nên chỉ có thể hiển thị được tối đa 10 thông số, vì vậy bị giới hạn về mặt hiển thị thêm các thông số khác
- Giá trị thông số về điện gửi lên website có thời gian trễ.
