Ổ cắm thông minh hiện nay là một nhu cầu cần thiết và không thể thiếu trong đời sống xã hội, từ người các hộ gia đình đến các khu chế xuất, các nhà máy, xí nghiệp, ... Xuất phát từ nhu cầu thực tế và ứng dụng công nghệ vi điều khiển các nhà khoa học đã nghiên cứu ra các loại ổ cắm thông minh có nghĩa chúng ưu việt hơn các ổ cắm thông thường. Chúng có thể thực hiện được các chức năng như báo cháy, hẹn giờ tắt thiết bị,..... Trên thực tế các hộ dân cư, các xí nghiệp lớn thường hay lắp đặt hệ thống ổ cắm điện này,không những đảm bảo an toàn cho mạng lưới điện trong công ty mà khi xảy ra sự cố ngoài ý muốn chũng giúp giảm thiểu thiệt hại về người và vật chất. Đồng thời khi khắc phục sự cố cũng ít tốn thời gian và tiền bạc hơn.
ff TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Trịnh Anh Qn XÂY DỰNG MƠ HÌNH Ổ CẮM THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: CNKT Điện tử Viễn thơng Cán hướng dẫn: ThS Nguyễn Cơng Nam HÀ NỘI-2018 TĨM TẮT Tóm tắt: Ổ cắm thơng minh nhu cầu cần thiết thiếu đời sống xã hội, từ người hộ gia đình đến khu chế xuất, nhà máy, xí nghiệp, Xuất phát từ nhu cầu thực tế ứng dụng công nghệ vi điều khiển nhà khoa học nghiên cứu loại ổ cắm thơng minh có nghĩa chúng ưu việt ổ cắm thông thường Chúng thực chức báo cháy, hẹn tắt thiết bị, Trên thực tế hộ dân cư, xí nghiệp lớn thường hay lắp đặt hệ thống ổ cắm điện này,không đảm bảo an tồn cho mạng lưới điện cơng ty mà xảy cố ý muốn chũng giúp giảm thiểu thiệt hại người vật chất Đồng thời khắc phục cố tốn thời gian tiền bạc Từ khóa: ESP-01, ACS712-5A, Arduino Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Xác nhận GVHD LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “Xây dựng mơ hình ổ cắm thơng minh” cơng trình nghiên cứu riêng em, không chép người khác Các số liệu, kết đồ án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu khơng nêu trên, em xin hồn toàn chịu trách nhiệm đề tài Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người cam đoan MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ổ CẮM THÔNG MINH 1.1 Tìm hiểu thiết bị điện thơng minh 1.2 Tìm hiểu loại ổ cắm thơng minh 1.3 Lựa chọn phương án thi công CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG .9 2.1 Module Wifi ESP8266-01 2.1.1 Giới thiệu dòng chip wifi ESP 8266 2.1.2 Giới thiệu ESP-01 sử dụng 11 2.2 Module đo dòng ACS712-5A .14 2.3 LCD – Liquid Crystal Display 17 2.4 Các linh kiện khác 20 2.4.1 Tìm hiểu Arduino 20 2.4.1.1 Chức bo mạch Arduino 22 2.4.1.2 Chuẩn giao tiếp .23 2.4.1.3 Lí lựa chọn Arduino 23 2.4.2 Lập trình cho Arduino 24 2.4.2.1 Giới thiệu Arduino IDE 24 2.4.2.2 Giao diện Arduino IDE 25 2.4.2.3 Cấu trúc chương trình Arduino IDE 25 2.5 Giao tiếp với điện thoại .28 2.5.1 Giới thiệu Blynk .28 2.5.2 Cơ sở kết nối bảo mật .31 2.5.2.1 Giao tiếp Wifi 31 2.5.2.2 Bảo mật 33 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 38 3.1 Sơ đồ khối .38 3.2 Sơ đồ nguyên lý 40 3.3 Nguyên lý hoạt động 40 3.3.1 Mô mạch 40 3.3.2 Sơ đồ mạch in 41 3.3.3 Kết sau thực nghiệm .44 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45 PHỤ LỤC 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh Smart TV Hình 1.2 Hình ảnh Camera thơng minh Hình 1.3 Hình ảnh cách kết nối thông minh Hình 1.4 Cách hoạt động ổ cắm điện Handy Switch .4 Hình 1.5 Cơng tắc Handy Switch Hình 1.6 Ổ cắm Pumping Tap Hình 1.7 Cách hoạt động ổ cắm Pumping Tap Hình 1.8 Ổ cắm chống tải Hình 1.9 Ổ cắm điện thơng minh Timer .7 Hình 1.10 Ổ cắm tích hợp USB Hình 1.11 Sơ đồ khối ổ cắm điện thông minh Hình 2.1 Các chip ESP phổ biến thị trường .9 Hình 2.2 Sơ đồ chân sơ đồ khối chip ESP 8266 .11 Hình 2.3 Sơ đồ chân ESP-01 .13 Hình 2.4 Hình ảnh thực tế ACS 712 14 Hình 2.5 Sơ đồ chân ACS712 15 Hình 2.6 Sơ đồ chân ACS 712-5A .16 Hình 2.7 LCD 1604 17 Hình 2.8 LCD 12864 17 Hình 2.9 LCD 1602 xanh .18 Hình 2.10 Sơ đồ chân LCD 1602 .20 Hình 2.11 Arduino board 20 Hình 2.12 Arduino UNO R3 21 Hình 2.13 Arduino Leonardo .21 Hình 2.14 Arduino Uno R3 SMD .22 Hình 2.15 Giao diện IDE 25 Hình 2.16 Vùng thông báo IDE 25 Hình 2.17 Blynk 28 Hình 2.18 Mơ hình hoạt động Blynk 29 Hình 2.19 Giao diện hỗ trợ Blynk 30 Hình 2.20 Token bảo mật dự án Blynk .31 Hình 2.21 Các tầng giao thức TCP/IP 36 Hình 2.22 Qúa trình đóng mở gói liệu TCP/IP 37 Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát 38 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán .39 Hình 3.3 Sơ đồ ngun lí mạch 40 Hinh 3.4 Mô mạch 40 Hình 3.5 Sơ đồ mạch in .41 Hình 3.6 Mạch sau thi công 42 Hình 3.7 Thơng số hiển thị LCD 42 Hình 3.8 Thơng sơ hiển thị Smartphone .43 Hình 3.9 Thơng số thực nghiệm 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông sô so sánh loại module ESP8266 10 Bảng 2.2 Thông số chip ESP-8266 01 12 Bảng 2.3 Thông sô kĩ thuật ACS 712 15 Bảng 2.4 Thông số ACS 712-5A .16 Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật LCD 1602 18 Bảng 2.6 Chức chân LCD 19 Bảng 2.7 Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp 26 Bảng 3.1 Khảo sát điện tiêu thụ sau 3h .44 DANH MỤC BẢNG VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Từ viết tắt Viết đầy đủ tiếng Anh Viết đầy đủ tiếng Việt IoT Internet of Things Internet vạn vật Intergrated Development Môi trường phát triển tích Environment hợp MCU Microcontroller Unit Bộ vi điều khiển LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng IDE WPA/WPA2 Wifi protected access/ Wifi protect access SDA Serial Data Line SCL Serial Clock Line TCP Transmission Control Protocol Bảo vệ truy cập wifi Đường truyền liệu Đường truyền xung đồng hồ Giao thức điều khiển truyền vận MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển xã hội lồi người nhu cầu sử dụng điện người tăng cách chóng mặt Do bảo vệ hệ thống điện phòng ngừa rủi ro điện nhu cầu cấp bách người sử dụng Việc tích hợp vi mạch vi xử lý thông minh vào ổ cắm thông thường bước tiến đột phá giải vấn đề Ổ cắm thông minh nhu cầu cần thiết xã hội tương lai Do có khả ưu việt nên loại ổ cắm ưu tiên dần thay loại ổ cắm truyền thống xí nghiệp hộ gia đình Bởi loại ổ cắm ngày phát triển nhỏ gọn thông minh chúng đánh giá cao việc chống rủi ro bảo toàn hệ thống sau phục hồi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ổ CẮM THÔNG MINH 1.1 Tìm hiểu thiết bị thơng minh Thiết bị điện thông minh thiết bị điện sản xuất dựa trí thơng minh người Chúng thể điều khiển tự động theo ý kiến người mà khơng cần hoạt động thủ cơng Có thể điều khiển từ xa qua máy tính bảng,điện thoại hay điều khiển giọng nói Hiện thiết bị điện thông minh sản xuất phát triển mạnh mẽ Tại Viêt Nam có nhiều thi hay startup liên qua đến lĩnh vực điện tử thông minh Có thể nói thiết bị thơng minh đa dạng tính mẫu mã Có thể kể đến như: - Cảm biến khói - Cảm biến hồng ngoại - Camera - Điều khiển trung tâm nhà thơng minh - Cảm biến tự động đóng mở cửa Một số hình ảnh thiết bị điện thơng minh: Hình 1.1 Hình ảnh Smart TV Tầng ứng dụng: Tầng ứng dụng tầng mơ hình TCP/IP bao gồm tiến trình ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng Có nhiều ứng dụng cung cấp tầng này, mà phổ biến Telnet: sử dụng việc truy cập mạng từ xa, FTP (File Transport Protocol) dịch vụ truyền tệp tin, EMAIL: dịch vụ truyền thư tín điện tử, WWW (World Wide Web) Phương thức hoạt động giao thức TCP/IP: Hình 2.22 Quá trình đóng mở gói liệu TCP/IP Khi truyền liệu, trình tiến hành từ tầng xuống tầng dưới, qua tầng liệu thêm vào thông tin điều khiển gọi Header Khi nhận liệu trình xảy ngược lại liệu truyền từ tấng lên qua tầng phần Header tương ứng lấy đến tầng liệu khơng phần Header 37 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG 3.1 Sơ đồ khối ❖ Sơ đồ khối Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát ❖ Yêu cầu cần đạt: - Thiết bị kết nối với điểm phát sóng wifi thiết lập sẵn - Người dùng điều khiển bật/tắt chuyển đổi chế độ hoạt động thiết bị thông qua điện thoại sử dụng wifi/3G/4G Nhận thông báo trạng thái hoạt động thiết bị - Thiết bị hiển bị thông số điện áp tải lên LCD Smart phone 38 Hình 3.2 Sơ đồ thuật tốn 39 3.2 Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ nguyên lý mạch mô phần mềm Altium: Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch 3.3 Ngun lý hoạt động 3.3.1 Mơ mạch Hình 3.4 Mô mạch 40 Cách hoạt động: Khi cấp nguồn cho mạch, nguồn hạ từ 220v xuống 3,3V 5V để hoạt động linh kiện mạch Arduino lúc kết nối với module ESP-01 qua hai cổng UART ảo Tx Rx đồng thời kết nối với Blynk thông qua module Khi có tín hiệu bật ổ cắm từ phần mềm Blynk ESP-01 trả Arduino điều khiển đóng relay, lúc cảm biến ACS 712 tính toán trả liệu chân A0 kết nối với Arduino đầu Qua Arduino đọc giá trị quy đổi chúng đại lượng điện, đồng thời hiển thị lên LCD trả giá trị Blynk thông qua ESP-01 3.3.2 Sơ đồ mạch in Hình 3.5 Sơ đồ mạch in Sau thi công xong mạch, nạp code vào ESP8266-01 cấp nguồn cho mạch, mạch hoạt động hiển thị công suất LCD Smartphone 41 Hình 3.6 Mạch sau thi cơng Hình 3.7 Thơng số hiển thị LCD 42 Hình 3.8 Thơng số hiển thị Smartphone Trên Blynk có tích hợp biểu đồ hiển thị cơng suất thống kê theo “Trực tiếp tiếng, ngày, tuần tháng” Qua biết lượng tiêu thụ thiết bị điện đồng thời giải vấn đề tổn thất điện tiền điện tháng 43 3.3.3 Kết sau thực nghiệm Khảo sát lượng điện tiêu thụ bóng đèn 60W sau 3h trường hợp quên tắt thiết bị điện cắm vào ổ điện Bảng 3.1 Khảo sát lượng điện tiệu thụ sau 3h STT Loại Tổng 1h 2h 3h Ổ cắm thường 60Wh 60Wh 60Wh 360Wh Ổ cắm thông minh 5Wh 5Wh 5Wh 15Wh Vậy sau khảo sát lượng điện tiêu thụ, ổ cắm thông minh tiết kiệm 345Wh so với ổ cắm thông thường nhờ dùng khả bật tắt từ xa Hình 3.9 Thơng số thực nghiệm 44 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tóm tắt kết đạt được: ➢ Nắm bắt hệ thống Arduino ➢ Sử dụng thành thạo phần mềm công cụ hỗ trợ việc xây dựng sản phẩm ➢ Thiết kế thành công ổ cắm điện thông minh Hạn chế: ➢ Mạch đơn giản, chưa tích hợp nhiều ứng dụng ➢ Thi công chưa tối ưu hóa Hướng phát triển: ➢ Tích hợp thêm ứng dụng khác chức khác vào ổ điện ➢ Sử dụng linh kiện có giá thành hợp lý để phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế ➢ Có thể lắp đặt áp dụng vào thực tế phát triển thành hệ thống hoàn chỉnh 45 PHỤ LỤC Chương trình chính: Chương trình nạp vào board Arduino Uno R3 #define BLYNK_PRINT Serial #include #include #include #include "ACS712.h" LiquidCrystal lcd(8,7,6,5,4,3,2); char auth[] = "51583dfb895a4071a173dd82597158fe"; // Your WiFi credentials // Set password to "" for open networks char ssid[] = "ATULA07"; char pass[] = "1234567896969"; // esp-rx A3 // esp-tx A4 #include SoftwareSerial EspSerial(A3, A4); // RX, TX // Your ESP8266 baud rate: #define ESP8266_BAUD 9600 ESP8266 wifi(&EspSerial); ACS712 sensor(ACS712_05B, A0); #define Relay_pin A5 #define ACS712_pin A0 float i_tb; float P, C, P_now; int32_t count=0, time_start, time_now, time_run; int mode=0, button_relay=0; float ampe_now, ampe_avg, ampe_hour; 46 void setup() { // put your setup code here, to run once: lcd.begin(16, 2); Serial.begin(9600); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Khoi Dong"); EspSerial.begin(ESP8266_BAUD); Blynk.begin(auth, wifi, ssid, pass); pinMode(Relay_pin, OUTPUT); pinMode(ACS712_pin, INPUT); sensor.calibrate(); time_start = millis(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("O Cam Thong Minh"); } BLYNK_WRITE(V3) { button_relay = param.asInt()+0; /* if (button_relay) { digitalWrite(Relay_pin, HIGH); } else { digitalWrite(Relay_pin, LOW); } */ } 47 void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: Blynk.run(); Serial.println(button_relay); if(button_relay==1) { Serial.println("Do dien nang"); digitalWrite(Relay_pin,1); time_now = millis(); float U = 220; int i=0; float I =0; I = sensor.getCurrentAC(); time_run = time_now - time_start; if(time_run >1000) { time_start = millis(); //gán lại giá trị P_now = I*U; P = P + I*U; C = P/3600; Blynk.virtualWrite(V1, C); Blynk.virtualWrite(V2, P_now); } //ampe_now = ampe_now + I; //ampe_avg = ampe_now/time_run; //ampe_hour = (ampe_avg*time_run)/3600; // ampe hour // = U*ampe_hour; lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(C); lcd.print("Wh"); lcd.setCursor(10, 1); lcd.print(P_now); lcd.print("W"); } 48 else { digitalWrite(Relay_pin,0); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("OFF"); Serial.println("Tat o cam"); } } 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TS Phan Đình Duy, “Vi điều khiển”, Đại học Quốc gia Tp HCM, 2016 [2] ThS Trần Thu Hà, “Điện tử bản”, Đại học Quốc gia Tp HCM, 2013 [3] Nguyễn Đình Phú, “Vi xử lý”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, 2014 Websites [1] https://dientu360.com [2] http://adruino.vn [3] https://esp8266.vn/introduction/esp-module [4] https://iotmaker.vn/esp01.html 50 51 ... nối khơng dây Hình 1.3 Hình ảnh cách kết nối thơng minh 1.2 Tìm hiểu ổ cắm điện thơng minh Ổ cắm thông minh phát minh tuyệt vời thời đại ngày Từ ý tưởng ban đầu kéo dài ổ cắm ổ cắm di động, tăng... thêm số đầu ổ cắm, lắp them đèn báo áp ổ cắm, làm ổ cắm có cầu trì, làm ổ cắm có áp tơ mát,làm ổ cắm đa năng,…Đến nay, ổ cắm điện bổ sung công hoàn thiện đến mức người ta phải gọi ổ cắm điện khí... .4 Hình 1.5 Cơng tắc Handy Switch Hình 1.6 Ổ cắm Pumping Tap Hình 1.7 Cách hoạt động ổ cắm Pumping Tap Hình 1.8 Ổ cắm chống tải Hình 1.9 Ổ cắm điện thơng minh