Báo cáo môn học thực tập Điều khiển hệ thống diện trong công nghiệp Đề tài Điều khiển giám sát biến tần trên blynk sử dụng arduino esp32 kết nối modbus

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ---***---BÁO CÁO MÔN HỌC: THỰC TẬP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG DIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT BIẾN TẦN TRÊN BLYNK

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

-*** -BÁO CÁO MÔN HỌC: THỰC TẬP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG DIỆN

TRONG CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT BIẾN TẦN TRÊN

BLYNK SỬ DỤNG ARDUINO ESP32

KẾT NỐI MODBUS

Giảng viên hướng dẫn: TS.Trần Quang Thọ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Đức

Nguyễn Đức Đạt

TP.HCM 11/2024

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

PHẦN MỞ ĐẦU 3

1 Lời nói đầu 3

2 Tính cần thiết 3

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT BIẾN TẦN TRÊN BLYNK SỬ DỤNG ARDUINO ESP32 KẾT NỐI MODBUS 4

1.1 Giới thiệu chung về ESP32 4

1.1.1 Cấu hình của ESP32 4

1.1.2 Sơ đồ chân của ESP32 5

1.2 Công cụ học lập trình ESP32 6

1.2.1 Giới thiệu về Arduino IDE 6

1.2.2 Giới thiệu về trang web Blynk.io 7

1.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 8

1.4 Thiết kế giao diện trên BLYNK 9

1.5 Viết chương trình điều khiển và giám sát ESP32 trên BLYNK 11

1.6 Kết quả thực hiện được 13

1.7 Nhận xét 14

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ chân ESP32 6

Hình 1.2: Công cụ Arduino IDE 7

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý ESP với Biến trở 8

Hình 1.4: Sơ đồ nối dây ESP với Biến trở 9

Hình 1.5: Sơ đồ thực tế 9

Hình 1.6: Giao diện sau khi hoàn thành trên Blynk 11

Hình 1.7: Kết quả điều khiển và giám sát trên giao diện web Blynk.io 14

2

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lời nói đầu

Trong thời đại công nghệ 4.0, việc ứng dụng các thiết bị IoT (Internet of Things) vào đời sống và công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến Một trong những thiết bị nổi bật trong lĩnh vực này là board ESP32, với khả năng kết nối Wi-Fi và Bluetooth, cùng với hiệu suất xử lý mạnh mẽ Đề tài này tập trung vào việc khai thác tính năng của ESP32 để điều khiển đèn LED xanh dương và giám sát tín hiệu analog thông qua nền tảng Blynk Mục tiêu của đề tài là xây dựng một hệ thống điều khiển và giám sát từ xa, giúp người dùng có thể bật/tắt đèn LED và theo dõi các thông số analog một cách dễ dàng và tiện lợi Việc sử dụng Blynk không chỉ giúp đơn giản hóa quá trình lập trình mà còn cung cấp giao diện trực quan, thân thiện với người dùng Qua đó, đề tài không chỉ mang lại giá trị thực tiễn cao mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng mới trong lĩnh vực IoT

2 Tính cần thiết

Trong bối cảnh hiện nay, việc ứng dụng công nghệ IoT vào các hệ thống điều khiển và giám sát từ xa đang trở thành xu hướng tất yếu Các thiết bị như ESP32 không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình quản lý và vận hành mà còn mang lại nhiều tiện ích cho người dùng Việc điều khiển đèn LED và giám sát tín hiệu analog qua nền tảng Blynk là một ví dụ điển hình cho thấy sự tiện lợi và hiệu quả của công nghệ này

Tính cần thiết của đề tài này được thể hiện qua các khía cạnh sau:

 Tiết kiệm năng lượng: Hệ thống điều khiển từ xa giúp người dùng dễ dàng

bật/tắt đèn LED khi cần thiết, tránh lãng phí năng lượng

 Giám sát liên tục: Việc giám sát tín hiệu analog qua Blynk cho phép người dùng

theo dõi các thông số môi trường hoặc thiết bị một cách liên tục và chính xác

 Tăng cường an ninh: Hệ thống có thể được tích hợp vào các giải pháp an ninh,

giúp phát hiện và cảnh báo kịp thời các tình huống bất thường

Tiện lợi và dễ sử dụng: Giao diện trực quan của Blynk giúp người dùng dễ dàng thao tác

và quản lý hệ thống mà không cần nhiều kiến thức chuyên sâu về lập trình

Nhờ vào những lợi ích trên, đề tài này không chỉ có ý nghĩa thực tiễn cao mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng IoT trong đời sống và công nghiệp

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT BIẾN TẦN TRÊN BLYNK SỬ DỤNG

ARDUINO ESP32 KẾT NỐI MODBUS 1.1 Giới thiệu chung về ESP32

ESP32 là một vi điều khiển giá rẻ, năng lượng thấp có hỗ trợ WiFi và dual-mode Bluetooth (tạm dịch: Bluetooth chế độ kép) Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng

ESP32 được chế tạo và phát triển bởi Espressif Systems, một công ty Trung Quốc

có trụ sở tại Thượng Hải, và được sản xuất bởi TSMC bằng cách sử dụng công nghệ 40

nm ESP32 là sản phẩm kế thừa từ vi điều khiển ESP8266

1.1.1 Cấu hình của ESP32

a CPU

 CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor

 Chạy hệ 32 bit

 Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz

 Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40mhz > 80mhz (tùy chỉnh khi lập trình)

 RAM: 520 KByte SRAM

 520 KB SRAM liền chip –(trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở chế độ DeepSleep)

b Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây

 Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i

 Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE

c Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp

 8-bit DACs( digital to analog)  2 cổng

 Analog(ADC)  12-bit  16 cổng

 I²C – 2 cổng

 UART – 3 cổng

 SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH )

 I²S – 2 cổng

 SD card /SDIO/MMC host

 Slave (SDIO/SPI)

 Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support

 CAN bus 2.0

 IR (TX/RX)

 Băm xung PWM (tất cả các chân )

 Ultra low power analog pre-amplifier’

d Cảm biến tích hợp trên chip esp32

 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)

 1 cảm biến đo nhiệt độ

 Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau

e Bảo mật

 IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI

 Secure boot

 Flash encryption

 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers

 Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography (ECC), random number generator (RNG)

f Nguồn điện hoạt động

 Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C

 Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V

 Số cổng GPIOs : 21

1.1.2 Sơ đồ chân của ESP32

Hiện nay module ESP32 phổ biến nhất là ESP32-WROM với dòng KIT Doit esp32 devkit v1 kinh điển khi học lập trình ESP32

Đây cũng là KIT chúng ta sẽ thực hành các bài học của ESP32

6

Hình 1.1: Sơ đồ chân ESP32

1.2 Công cụ học lập trình ESP32

1.2.1 Giới thiệu về Arduino IDE

Để lập trình và phát triển các ứng dụng trên ESP32, việc lựa chọn công cụ lập trình (IDE) phù hợp là rất quan trọng Dưới đây là một số IDE phổ biến và được khuyến nghị cho việc lập trình ESP32:

 Đặc điểm: Arduino IDE là một nền tảng mã nguồn mở, dễ sử dụng và phổ biến

trong cộng đồng lập trình viên Nó hỗ trợ nhiều loại vi điều khiển, bao gồm cả ESP32

 Ưu điểm: Giao diện đơn giản, dễ cài đặt và sử dụng Có nhiều thư viện hỗ trợ

sẵn, giúp việc lập trình trở nên dễ dàng hơn

 Cài đặt: Người dùng có thể tải và cài đặt Arduino IDE từ trang chủ Arduino.

Sau đó, cần thêm board ESP32 vào Arduino IDE thông qua Board Manager

Hình 1.2: Công cụ Arduino IDE

Kết luận: Việc lựa chọn IDE phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quá trình phát triển và lập trình

trên ESP32 Arduino IDE phù hợp cho người mới bắt đầu, trong khi PlatformIO và ESP-IDF là lựa chọn tốt cho các dự án phức tạp và chuyên nghiệp

8

1.2.2 Giới thiệu về trang web Blynk.io

Blynk là một nền tảng IoT (Internet of Things) giúp người dùng dễ dàng tạo ra các ứng dụng điều khiển từ xa cho các thiết bị thông minh Điểm đặc biệt của Blynk chính là

sự linh hoạt và dễ sử dụng

Với Blynk, người dùng có thể tạo ra các ứng dụng điều khiển thiết bị IoT chỉ trong vài phút mà không cần có kiến thức chuyên sâu về lập trình

Các tính năng nổi bật của Blynk:

 Giao diện kéo thả: Blynk cung cấp một bảng điều khiển kỹ thuật số, cho phép

người dùng xây dựng giao diện đồ họa cho dự án của mình bằng cách kéo và thả các widget

 Hỗ trợ đa nền tảng: Blynk có các ứng dụng trên iOS và Android, giúp người

dùng điều khiển các thiết bị từ xa thông qua điện thoại thông minh

 Cập nhật firmware OTA: Blynk hỗ trợ cập nhật firmware qua mạng (Over the

Air), giúp người dùng dễ dàng cập nhật phần mềm cho thiết bị mà không cần kết nối vật lý

 Quản lý thiết bị dễ dàng: Người dùng có thể cấu hình và quản lý các thiết bị IoT

ngay trên web, giúp việc quản lý trở nên đơn giản và hiệu quả hơn

Giao diện trang web Blynk.io Blynk là một công cụ mạnh mẽ và dễ sử dụng, phù hợp cho cả người mới bắt đầu

và các nhà phát triển chuyên nghiệp muốn xây dựng các ứng dụng IoT

10

Hình 1.3: Giao diện blynk điều khiển biến tần bằng ESP32

1.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

Hình 1.4: Sơ đồ nối dây ESP32 tới biến tần