Thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ kết hợp với điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua internet và lora

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Hồng Sơn MSSV: 15141268 Nguyễn Lâm Hoàng Minh Tuấn MSSV: 15141320 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2015 Lớp: 15141DT I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ KẾT HỢP VỚI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA THÔNG QUA INTERNET VÀ LORA II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Các loại vi điều khiển: Arm STM32F103, Arduino Nano, Esp 8266 V12 - Các loại Module: Lora – E32 TTL 100, đo điện PZEM004T, sim 800L - Màn hình hiển thị: LCD 16x02, LCD_TFT 2.4 inch - Cảm biến khí gas MQ2 - Điều khiển thiết bị điện: relay, transistor, diode - Nguồn: module hạ áp AC – DC, pin dự phòng mạch sạc pin Nội dung thực - Tìm hiểu tham khảo tài liệu, giáo trình, nghiên cứu chủ đề, nội dung liên quan đến đề tài - Tìm hiểu cơng nghệ Lora, IoT - Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển - Thiết kế ứng dụng điều khiển hệ điều hành Android - Chạy thử nghiệm hệ thống - Chỉnh sửa lỗi xuất - Đánh giá kết thực - Viết báo cáo luận văn i - Báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Duy Thảo BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Võ Hồng Sơn Lớp: 15141DT1C MSSV:15141268 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Lâm Hoàng Minh Tuấn Lớp: 15141DT1A MSSV:15141320 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ KẾT HỢP VỚI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA QUA INTERNET VÀ LORA Xác nhận Tuần/ngày Nội dung Tuần 1,2 Gặp GVHD để lựa chọn đề tài tốt nghiệp GVHD 18/02-03/03 viết đề cương chi tiết Tuần 3,4,5 Tìm hiểu linh kiện sử dụng mạch 04/03-24/03 Thiết kế sơ đồ ngun lí Tuần 6,7,8,9 Lập trình vi điều khiển điều khiển giao tiếp 25/03-21/04 với module mạch Tuần 10,11 Thiết kế App Android, truyền nhận liệu 22/04-05/05 Firebase với App với Esp8266 Tuần 12 06/05-12/05 Tuần 13,14,15 13/05-09/06 Đóng hộp mơ hình, kiểm tra hoạt động hệ thống Kiểm tra sửa lỗi hệ thống Viết báo cáo hoàn chỉnh GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Võ Hồng Sơn Nguyễn Lâm Hoàng Minh Tuấn iv LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Duy Thảo trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài Chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Chúng em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 15141DT chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn đến cha mẹ tạo điều kiện tốt kinh tế tinh thần để hoàn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Võ Hồng Sơn Nguyễn Lâm Hoàng Minh Tuấn v MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v LIỆT KÊ HÌNH .viii LIỆT KÊ BẢNG xii TÓM TẮT .xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG 2.2 CÔNG NGHỆ IOT 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.3.1 Vi điều khiển 2.3.2 Module WiFi ESP 8266 2.3.3 Module Lora E32 – TTL – 100 11 2.3.4 Module đo điện PZEM – 004T 13 2.3.5 Module Sim 800L 15 2.3.6 Module chuyển đổi nguồn điện AC – DC 16 2.3.7 Module hiển thị 17 2.3.8 Cảm biến khí Gas MQ-2 20 2.3.9 Relay tiếp điểm khí 21 2.3.10 Pin mạch sạc 22 2.4 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 23 2.4.1 Chuẩn truyền thông UART 23 2.4.2 Chuẩn truyền thông SPI 25 2.4.3 Chuẩn giao tiếp I2C 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1 GIỚI THIỆU 28 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28 vi 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 28 3.2.2 Tính tốn mạch điện 30 3.2.3 Thiết kế khối 32 3.2.4 Sơ đồ ngun lí tồn mạch 40 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.1 GIỚI THIỆU 42 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.2.1 Thi công board mạch 42 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 44 4.2.3 Thi công, đóng gói mơ hình 45 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 48 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 48 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 63 4.3.3 Phần mềm lập trình giao diện điều khiển 66 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 68 4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 68 4.4.2 Qui trình thao tác 69 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 72 5.1 GIỚI THIỆU 72 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 72 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 74 5.3.1 Cấp nguồn kết nối Wifi cho board mạch (Master) 74 5.3.2 Kết nối Master với Slave 76 5.3.3 Đăng nhập ứng dụng điện thoại 77 5.3.4 Cài đặt thông số cho ứng dụng 82 5.3.5 Giám sát điều khiển trực tiếp board mạch 83 5.3.6 Cảnh báo rò rỉ khí Gas qua tin nhắn SMS gọi 85 5.3.7 Hệ thống hoạt động điện 87 5.4 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 88 5.4.1 Nhận xét 88 5.4.2 Đánh giá 88 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90 6.1 KẾT LUẬN 90 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 92 vii LIỆT KÊ HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Board STM32F103C8T6 BlueBill .6 Hình 2.2: Board STM32F103C8T6 BlueBill với GPIO Hình 2.3: Board Arduino Nano Hình 2.4: Arduino Nano GPIO Hình 2.5: ESP – 12 10 Hình 2.6: Module Lora E32 – TTL – 100 11 Hình 2.7: Mạch nguyên lý nối dây với vi điều khiển .12 Hình 2.8: Dạng sóng module truyền liệu qua vi điều khiển 12 Hình 2.9: Dạng sóng module nhận liệu khơng dây .12 Hình 2.10: Module PZEM - 004T 13 Hình 2.11: Sơ đồ nối dây để sử dụng module PZEM 004T .14 Hình 2.12: Module SIM800L 15 Hình 2.13: Các chân kết nối module SIM800L 15 Hình 2.14: Module Hi-Link chuyển đổi nguồn AC-DC 16 Hình 2.15: LCD 16x02 .17 Hình 2.16: Module chuyển đổi I2C cho LCD 16x02 .18 Hình 2.17: Màn hình LCD TFT 2.4inch 19 Hình 2.18: Module cảm biến khí gas MQ2 20 Hình 2.19: Relay 5V .21 Hình 2.20: Pin lipo 2000 mAh 3.7v 22 Hình 2.21: Mạch sạc pin TP4056 .22 Hình 2.22: Gói liệu truyền UART 23 Hình 2.23: Sóng truyền UART 24 Hình 2.24: Quá trình truyền UART 24 Hình 2.25: Quá trình nhận UART 24 Hình 2.26: Truyền liệu SPI 26 Hình 2.27: Bus I2C thiết bị ngoại vi .26 Hình 2.28: Trình tự truyền bit đường truyền 27 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 28 Hình 3.2: BJT điều khiển Relay .30 Hình 3.3: Mạch Enable nguồn điện dùng Mosfet FDN340P 31 Hình 3.4: Transistor BJT điều khiển Buzzer VDC .31 Hình 3.5: Kết nối PZEM với ARM 32 Hình 3.6: Kết nối PZEM với Arduino 32 viii Hình 3.7: Kết nối cảm biến khí Gas với Arduino Nano 33 Hình 3.8: Kết nối Module SIM800L với vi điều khiển ARM 33 Hình 3.9: Kết nối ESP8266 V12E với vi điều khiển ARM .34 Hình 3.10: Kết nối LORA với ARM 34 Hình 3.11: Kết nối LORA với Arduino 34 Hình 3.12: Khối điều khiển công suất ngõ Board mạch 35 Hình 3.13: Khối điều khiển công suất ngõ Board mạch phụ 36 Hình 3.14: Kết nối LCD TFT với ARM 36 Hình 3.15: Kết nối LCD 1602 với Arduino .36 Hình 3.16: Mạch chuyển nguồn .37 Hình 3.17: Khối nguồn pin dự phòng 38 Hình 3.18: Mạch điều khiển phụ (Slave) 40 Hình 4.1: Bố trí linh kiện mặt Board mạch (Master) .42 Hình 4.2: Bố trí linh kiện mặt Board mạch (Master) 42 Hình 4.3: Bố trí linh kiện mặt cho Board mạch phụ (Slave) 43 Hình 4.4: Mặt phía Board mạch phụ (Slave) 44 Hình 4.5: Hình ảnh thực tế Board mạch sau hàn linh kiện 44 Hình 4.6: Hình ảnh thực tế Board mạch phụ sau hàn linh kiện 45 Hình 4.7: Hình ảnh hộp bảo vệ Board mạch 45 Hình 4.8: Hình ảnh thực tế bên hộp Board mạch (Master) 46 Hình 4.9: Hình ảnh thực tế bên hộp Board mạch phụ (Slave) 46 Hình 4.10: Hình ảnh thực tế hộp nút nhấn điều khiển tay 47 Hình 4.11: Hình ảnh hồn chỉnh giám sát điều khiển 47 Hình 4.12: Lưu đồ chương trình Board mạch .48 Hình 4.13: Lưu đồ chương trình khởi tạo hệ thống 51 Hình 4.14: Lưu đồ chương trình gửi nhận liệu với Slave .52 Hình 4.15: Lưu đồ chương trình đọc cảm biến PZEM 52 Hình 4.16: Lưu đồ chương trình Arduino Nano 53 Hình 4.17: Lưu đồ chương trình kiểm tra nút nhấn 54 Hình 4.18: Lưu đồ chương trình kiểm tra cảm biến khí gas .55 Hình 4.19: Chương trình gửi liệu qua Board mạch 55 Hình 4.20: Chương trình nhận liệu từ Board mạch 56 Hình 4.21: Lưu đồ chương trình ESP 8266 57 Hình 4.22: Lưu đồ chương trình tạo liệu gửi lên Firebase 58 Hình 4.23: Chương trình ứng dụng điện thoại .59 ix Hình 4.24: Chương trình phòng khách .60 Hình 4.25: Chương trình cài đặt thơng số tính tiền 61 Hình 4.26: Chương trình tính tiền điện .62 Hình 4.27: Giao diện phần mềm STM32 CubeMx 63 Hình 4.28: Giao diện phần mềm Keil ARM 64 Hình 4.29: Giao diện phần mềm Arduino IDE 65 Hình 4.30: Giao diện phần mềm Android Studio 66 Hình 4.31: Giao diện phần lập trình giao diện 67 Hình 4.32: Giao diện phần lập trình Java 67 Hình 4.33: Màn hình giám sát board mạch 69 Hình 4.34: Màn hình giám sát điều khiển board mạch 69 Hình 4.35: Màn hình đăng nhập ứng dụng .70 Hình 4.36: Màn hình giám sát thiết bị điện .70 Hình 4.37: Màn hình điều khiển thiết bị điện ứng dụng 71 Hình 4.38: Màn hình Menu cài đặt 71 Hình 5.1: Màn hình thơng báo cấu hình kết nối wifi .74 Hình 5.2: Màn hình cấu hình kết nốí wifi điện thoại .75 Hình 5.3: Màn hình lúc hệ thống khởi động xong 75 Hình 5.4: Kết nối tín hiệu phòng khách phòng bếp 76 Hình 5.5: Kết nối tín hiệu phòng khách phòng ngủ 76 Hình 5.6: Màn hình đăng nhập 77 Hình 5.7: Nhập tài khoản mật sai 77 Hình 5.8: Màn hình giám sát điện phòng khách .78 Hình 5.9: Màn hình điều khiển thiết bị điện phòng khách 78 Hình 5.10: Màn hình Menu cài đặt 79 Hình 5.11: Màn hình giám sát điều khiển thiết bị điện phòng ngủ 79 Hình 5.12: Chờ cập nhật liệu khiển thiết bị 80 Hình 5.13: Thiết bị bật 80 Hình 5.14: Thiết bị phòng khách bật 80 Hình 5.15: Bật thiết bị board mạch phụ .81 Hình 5.16: Thiết bị phòng bếp 82 Hình 5.17: Bật thiết bị phòng ngủ 82 Hình 5.18: Màn hình Menu cài đặt chức tương ứng 83 Hình 5.19: Màn hình cài đặt liên quan đến tiền điện .83 Hình 5.20: Điều khiển trực tiếp phòng khách .83 x CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Sau trình vận hành thử hệ thống, nhóm có đánh giá sau đây: Hệ thống hoạt động mục tiêu đề ban đầu ổn định Mơ hình có tính thẩm mỹ, an tồn dễ sử dụng Tuy nhiên thời gian đáp ứng điều khiển thiết bị chưa nhanh (thời gian từ lúc nhấn nút điều khiển đến lúc thiết bị bật trung bình từ 5s đến 10s) tượng nhiễu xung điện từ relay đóngcắt tải có cơng suất lớn đơi xảy BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 89 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau khoảng thời 15 tuần nghiên cứu tìm hiểu, nhóm hồn thành đồ án thi cơng mơ hình theo u cầu đặt ban đầu Trong trình thực hiện, nhóm thu kết định - Sản phẩm đạt yêu cầu giám sát thông số điện năng, trạng thái thiết bị thông qua hình hiển thị Internet - Sản phẩm đạt yêu cầu điều khiển bao gồm: + Điều khiển qua app Android: điều khiển tất khối + Điều khiển thủ công: dùng nút nhấn khối Master điều khiển điều khiển Slave; điều khiển nút nhấn trực tiếp Slave - Khi có rò rỉ khí gas thơng báo đến người dùng tin nhắn gọi, đồng thời ngắt điện hệ thống để hạn chế rủi ro - Sản phẩm trì điện nhờ nguồn pin dự phòng - App điện thoại bảo mật tài khoản gmail, dễ dàng sử dụng 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Mở rộng số thiết bị cần điều khiển với công suất lớn - Mở rộng thêm nhiều Slave để mở rộng mạng lưới giám sát điều khiển - Phát triển thêm hệ thống dập lửa phát có cháy xảy - Thêm camera giám sát nhà thông qua web android - Phát triển ứng dụng điều khiển thiết bị website điều khiển thiết bị giọng nói BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Trần Thu Hà – Trương Thị Bích Ngà – Nguyễn Thị Lưỡng – Bùi Thị Tuyết Đan – Phù Thị Ngọc Hiếu – Dương Thị Cẩm Tú, Giáo trình Điện tử bản, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [2] Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi điều khiển, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi xử lý nâng cao, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, Giáo trình Kỹ thuật số, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [6] Hồng Ngọc Văn, Giáo trình Điện tử cơng suất, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 2007 [7] Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Quang Hiệp, Giáo trình Lập trình Android bản, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2015 [8] Nguyễn Văn Hiệp, Giáo trình Lập trình Android ứng dụng điều khiển, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2016 [9] Nguyễn Lâm Hồng Minh Tuấn – Dương Quốc Trung, Đồ án môn học 1: Truyền liệu hai board Arduino, 2017 [10] Nguyễn Lâm Hồng Minh Tuấn – Trần Văn Trí, Đồ án môn học 2: Điều khiển cánh tay robot điện thoại Android, 2018 [11] Võ Hồng Sơn – Nguyễn Xuân Tiến, Đồ án môn học 2: Cánh tay robot thông minh bậc, 2018 [12] Huỳnh Xuân Dũng – Trần Nhật Minh, Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống IoT điều khiển giám sát nhà, 2018 Trang web tham khảo [1] www.alldatasheet.com [2] www.hshop.vn [3] www.arduino.vn [4] www.instructables.com BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 91 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Giao thức kết nối WiFi: Wifi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) hệ thống mạng khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến, giống điện thoại di đơng, truyền hình radio Kết nối Wifi thường lựa chọn hàng đầu nhiều kỹ sư tính thơng dụng kinh tế hệ thống wifi mạng LAN với mơ hình kết nối phạm vi địa lý có giới hạn Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với sóng vơ tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động thiết bị khác Nó chuyển nhận song vô tuyến, chuyển đổi mã nhị phân sang sóng vơ tuyến ngược lại Tuy nhiên, sóng WiFi có số khác biệt so với sóng vơ tuyến khác chỗ: chúng truyền phát tín hiệu tần số 2.4 GHz GHz Tần số cao so với tần số sử dụng cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay truyền hình Tần số cao cho phép tín hiệu mang theo nhiều liệu - Chuẩn: 802.11n - Dãy tần số hoạt động: 2.4 GHz and GHz bands - Khoảng cách: 50m - Tốc đô ̣xử lý tối đa: 600 Mbps Giao thức I2C Điều kiện START STOP (START and STOP conditions) START STOP điều kiện bắt buộc phải có thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với thiết bị bus I2C START điều kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu giao tiếp, STOP báo hiệu kết thúc giao tiếp Ban đầu chưa thực trình giao tiếp, hai đường SDA SCL mức cao (SDA = SCL = HIGH) Lúc bus I2C coi rỗi (“bus free”), sẵn sàng cho giao tiếp Hai điều kiện START STOP thiếu việc giao tiếp thiết bị I2C với BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 92 PHỤ LỤC Hình Điều kiện start stop Điều kiện START: chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp đường SDA đường SCL mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu điều kiện START Điều kiện STOP: chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao đường SDA đường SCL mức cao Cả hai điều kiện START STOP tạo thiết bị chủ Sau tín hiệu START, bus I2C coi trạng thái làm việc (busy) Bus I2C rỗi, sẳn sàng cho giao tiếp sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ Sau có điều kiện START, q trình giao tiếp, có tín hiệu START lặp lại thay tín hiệu STOP bus I2C tiếp tục trạng thái bận Tín hiệu START lặp lại START (Repeated START) có chức giống khởi tạo giao tiếp Truyền liệu: Mỗi xung clock có bit liệu truyền Mức tín hiệu SDA thay đổi xung clock mức thấp, ổn định xung clock mức cao Thiết bị tớ lấy mẫu liệu xung clock mức cao Hình Truyền liệu I2C BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 93 PHỤ LỤC Tính toán mạch 1.1 Tính toán điện trở hạn dòng cho LED Hình Tính trở hạn dòng cho LED Chọn VLED = 2V, dòng điện qua LED: ILED = mA =>R = 𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝐿𝐸𝐷 𝐼𝐿𝐸𝐷 = 5−2 −3 10 =1kΩ 1.2 Tính toán phân cực Transistor BJT điều khiển LED báo nguồn Hình LED báo nguồn LED màu xanh LED báo nguồn từ mạch giảm áp, LED hoạt động LED báo thơng thường trình bày LED màu đỏ LED mạch chuyển sang dùng nguồn từ pin dự phòng Phần trình tính tốn mạch điều khiển để điều khiển LED Chọn VLED = 2V, dòng điện qua LED: ILED = mA => 𝑅1 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝐿𝐸𝐷 𝐼𝐿𝐸𝐷 = 3,7 − 10−3 = 566,6667 => Chọn điện trở 𝑅1 = 560 Ω LED báo nguồn pin dự phòng sáng khơng có nguồn từ mạch giảm áp Từ yêu cầu đó, ta chọn Transistor BJT A1015 loại PNP để điều khiển LED - Transistor dẫn bão hòa: VCE = = > Có dòng điện chạy qua cuộn dây từ nguồn +3,7V qua điện trở R1, qua LED đỏ => LED đỏ sáng A1015 dẫn: IBB < 0, VBE = 0,7 Chọn R5 = 100 k Ω BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 94 PHỤ LỤC = −𝐼𝐵𝐵 = − 𝑉𝐵𝐸(𝑆𝑎𝑡) 𝑅4 − 𝑉𝐵𝐸(𝑆𝑎𝑡) 𝑅5 = Chọn hFE (A1015) = 70 => −𝐼𝐵𝐵 = => 𝑅4 = - 4,3 −𝐼𝐵𝐵 = 4,3 42.86 − 0,7 𝑅4 𝐼𝐶(𝑆𝑎𝑡) ℎ𝐹𝐸 − = 0,7 100.103 70 (1) = 42.86 µA = 100,326 k Ω => Chọn 𝑅4 = 100 k Ω Transistor ngưng dẫn: VCE = VCC = 5V => Khơng có dòng điện chạy qua LED => LED tắt A1015 ngưng dẫn: IBB = 0, VBE = Module Lora 2.1 Chế độ hoạt động Module Lora Module cấu hình truyền nhận liệu hai chế độ: - Fixed mode: Module giao tiếp với module khác khác tần số phát với module truyền cần biết địa tần số có hai module truyền nhận với Hình Chế độ Fixed mode - Broadcast mode: Chế độ trái ngược hoàn toàn với fixed mode, module truyền tất module cấu hình chế độ broadcast mode có tần số phát nhận đượ liệu Hình Chế độ Broadcast mode BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 95 PHỤ LỤC 2.2 Phần mềm cấu hình cho Module LORA E32-TTL-100 nhà sản xuất Sau đưa Module Mode (Sleep) ta kết nối Module với USB TTL bật phần mềm lên Nếu kết nối thành công ta thấy giao diện giống hình phía trên: Click chọn “GetParam” để đọc thơng số cấu hình Module Chọn thơng số cần cấu hình như: Address, Channel, tốc độ baudrate, parity,… sau click vào tùy chọn “SetParam” để lưu cấu hình cài đặt vào nhớ Epprom Hình Giao diện phần mềm cấu hình cho Module LORA Khung truyền giao tiếp Module PZEM Bảng Khung truyền giao tiếp với Module PZEM 004T STT Chức Byte đầu Data1 – Data5 Byte cuối Đọc điện áp B0 C0 A8 01 01 00 1A Phản hồi A0 00 E6 02 00 00 (230.2 V) 88 Đọc dòng điện B1 C0 A8 01 01 00 1B Phản hồi A1 00 11 20 00 00 (17.32 A) D2 Đọc công suất tiêu thụ B2 C0 A8 01 01 00 1C Phản hồi A2 08 98 00 00 00 (2200 W) 42 Đọc điện tiêu thụ B3 C0 A8 01 01 00 1D BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 96 PHỤ LỤC Phản hồi A3 01 86 9F 00 00 (99999 Wh) C9 Đặt địa module B4 C0 A8 01 01 00 (192.168.1.1) 1E Phản hồi A4 00 00 00 00 00 (cài đặt thành công) A4 Đặt ngưỡng báo động A5 C0 A8 01 01 14 (20 kWh) 33 Phản hồi B5 00 00 00 00 00 (cài đặt thành công) A5 Khảo sát số tập lệnh AT thường sử dụng Module SIM800L Các lệnh AT hướng dẫn sử dụng để điều khiển modem AT cách viết gọn chữ Attention Mỗi dòng lệnh bắt đầu với “AT” hay “at” Đó lý lệnh modem gọi lệnh AT Nhiều lệnh sử dụng để điều khiển modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-up modems), chẳng hạn ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) ATO (return to online data state) hỗ trợ modem GSM/GPRS điện thoại di động Bên cạnh lệnh AT thông dụng này, modem GSM/GPRS điện thoại di động hỗ trợ lệnh AT đặc biệt cơng nghệ GSM Nó bao gồm lệnh liên quan tới SMS AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê tin nhắn SMS) AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS) Ngoài ra, modem GSM hỗ trợ lệnh AT mở rộng Cú pháp lệnh AT phân chia thành loại: cú pháp có cấu trúc bản, cú pháp có cấu trúc tham số S, cú pháp có cấu trúc mở rộng Với cú pháp nêu lệnh hoạt động nhiều chế độ khác Các chế độ thống kê bảng bên sau: Bảng Một số tập lệnh AT cho module SIM800L Loại lệnh Ví dụ Thống kê lại tham số câu lệnh Lệnh kiểm tra AT+=? giá trị thiết lập cho tham số Đọc nội dung tin nhắn gửi đến, kiểm Lệnh đọc AT+? tra giá trị tin nhắn mặt liệu Được sử dụng để thiết lập giá trị cho Lệnh thiết lập AT+= tham số Thực thi gọi tiến hành bên Lệnh thực thi AT+ Module sim Cú pháp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 97 PHỤ LỤC Các lệnh LCD Bảng Các lệnh LCD 16x02 Lệnh RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 NOP 0 0 0 0 0 Clear display 0 0 0 0 Cursor home 0 0 0 0 Entry mode set 0 0 0 I/D S Display control 0 0 0 D C B Cursor/display shift 0 0 S/C R/L 0 Function set 0 0 DL N M G Set CGRAM addr 0 Character Generator RAM Set DDRAM addr 0 Display data ram address 10.Buzy flag & Addr 0 BF Address counter 11.Read data 1 Read data 12.Write data Write data Giải thích lệnh: - Lệnh xố hình “Clear Display”: thực lệnh LCD bị xoá đếm địa xoá - Lệnh di chuyển trỏ đầu hình “Cursor Home”: thực lệnh đếm địa xoá 0, phần hiển thị trở vị trí gốc bị dịch trước Nội dung nhớ RAM hiển thị DDRAM không bị thay đổi - Lệnh thiết lập lối vào “Entry mode set”: lệnh dùng để thiết lập lối vào cho kí tự hiển thị, bit ID = trỏ tự động tăng lên có byte liệu ghi vào hiển thị, ID = trỏ khơng tăng: liệu ghi đè lên liệu cũ Bit S = cho phép dịch chuyển liệu nhận byte hiển thị BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 98 PHỤ LỤC Lệnh điều khiển trỏ hiển thị “Display Control”: lệnh dùng để điều - khiển trỏ (cho hiển thị bit D = 1, tắt hiển thị bit D = 0), tắt mở trỏ (mở trỏ bit C = 1, tắt trỏ bit C = 0), nhấp nháy trỏ (cho nhấp nháy bit B = 1, tắt bit B = 0) Lệnh di chuyển trỏ “Cursor /Display Shift”: lệnh dùng để điều khiển - di chuyển trỏ hiển thị dịch chuyển (SC = cho phép dịch chuyển, SC = khơng cho phép), hướng dịch chuyển (RL = dịch phải, RL = dịch trái) Nội dung nhớ DDRAM khơng đổi Lệnh thiết lập địa cho nhớ RAM phát kí tự “Set CGRAM Addr”: lệnh - dùng để thiết lập địa cho nhớ RAM phát kí tự Lệnh thiết lập địa cho nhớ RAM hiển thị “Set DDRAM Addr”: lệnh - dùng để thiết lập địa cho nhớ RAM lưu trữ liệu hiển thị Hai lệnh cuối lệnh đọc lệnh ghi liệu LCD - Thống kê linh kiện sử dụng Bảng Thống kê linh kiện sử dụng board mạch STT Tên linh kiện Số lượng Ghi Kit STM32F103C8T6 Vi điều khiển board mạch Kit Arduino Nano Vi điều khiển board mạch phụ ESP8266 v12 Module Wifi Module SIM800L Module LORA E32 TTL Cảm biến khí Gas MQ-2 Module PZEM004T Module đo thông số điện LCD 16x2 Hiển thị thông số điện LCD TFT 2.4inch Hiển thị thông số điện 10 Module nguồn Hạ áp 220VAC => 5VDC/1A 11 Mạch sạc pin Sạc cho pin dự phòng 12 Pin sạc 3.7V/2000mAh Pin dự phòng 13 Relay 5VDC 14 Arduino (9), ARM STM32 (5) 14 LED màu đơn 3mm 32 LED báo 15 LED màu đơn 3mm LED báo nguồn Module thu-phát RF tầm xa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 99 PHỤ LỤC 17 Diode 1N4007 14 18 Tụ 1000uF/25V Lọc điện áp DC sau ổn áp 19 Tụ gốm 104 12 Lọc điện áp DC sau ổn áp 20 Transistor C1815 18 Kích đóng-ngắt Relay 21 Transistor A1015 Dùng cho mạch chuyển nguồn 22 Mosfet FDN340P Điều khiển Enable nguồn điện 23 IC AMS1117 3.3VDC Ổn áp 3.3VDC cho ESP8266 24 Terminal HB9500-8P Kết nối với thiết bị điện 25 Terminal HB9500-2P Kết nối với nguồn điện 220VAC 26 Header 27 Dây Bus + đầu 28 Dây Bus + đầu 29 Dây Bus 30 Nút nhấn chân 31 Hàng rào đực, 32 Điện trờ loại 33 Module I2C LCD Chuyển đổi giao tiếp I2C => LCD 34 Buzzer 5VDC Báo cháy Kiểm tra nguồn cung cấp cho mạch điều khiển điều khiển thiết bị Khi relay tác động, đòng điện mạch tăng đột ngột dòng tiêu thụ relay lớn (khoảng 70mA) nên gây tượng sụt áp board mạch Hiện tượng gọi nhiễu ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động mạch Cụ thể đề tài nhóm thực gặp tượng Nhóm nhiều thời gian để khắc phục tượng nhiều cách khác Cuối cùng, nhóm khắc phục nhiễu Kết thực trình hình phía dưới: BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 100 PHỤ LỤC Hình 8: Dạng sóng điện áp nguồn cấp cho relay relay đóng Hình 9: Dạng sóng điện áp nguồn cấp cho tồn hệ thống relay đóng Như Hình thể relay đóng, dòng diện tăng đột ngột dẫn đến tượng sụt áp nguồn cung cấp (khoảng 150mV, thời gian 400ms) Hiện tượng sụt áp ảnh hưởng đến toàn hệ thống làm vi điều khiển bị reset, module hoạt động khơng ổn định Nhóm dùng linh kiện có chức cách BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 101 PHỤ LỤC ly nguồn điện (DC-DC), kết đạt Hình 9, điện áp nguồn cung cấp ổn định nguồn cấp cho relay có thay đổi Tương tự relay cắt, nguồn cung cấp ổn định Hiện tượng sụt áp nguồn làm ảnh hưởng đến phần tử khác mạch khắc phục Hình 10: Dạng sóng điện áp nguồn cấp cho relay relay cắt Hình 11: Dạng sóng điện áp nguồn cấp cho tồn hệ thống relay cắt BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 102 ... dụng thi t bị cách tối ưu Với mong muốn kết hợp giám sát điều khiển thi t bị từ xa, chúng em bắt tay vào thực đề tài Thi t kế thi công hệ thống giám sát điện tiêu thụ kết hợp với điều khiển thi t. .. sát điện tiêu thụ kết hợp với điều khiển thi t bị điện từ xa thơng qua Internet Lora Người dùng giám sát điều khiển thi t bị điện từ xa nơi lúc miễn điện thoại phải có hệ điều hành Android kết. .. nối Internet BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU Thi t kế thi công hệ thống giám sát điện tiêu thụ kết hợp với điều khiển thi t bị điện từ xa thông qua Internet Lora