Nghiên cứu, thi công hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát điện năng

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THI CÔNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG GVHD: GVC.Ths Trương Ngọc Anh SVTH: 1- Nguyễn Trung Nghĩa – 16141207 2- Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi – 16141226 Tp Hồ Chí Minh - 07/2020 I TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 13 tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên nghành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thơng Đại học quy 2015 MSSV: 16141207 MSSV: 16141226 Mã ngành: 141 Mã hệ : 14 Lớp : 16141DT NGHIÊN CỨU – THI CÔNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG II NHIỆM VỤ: Các số liệu ban đầu: - Tài liệu nghiên cứu module ESP8266 NodeMCU v1.0 ngôn ngữ lập trình - Tài liệu nghiên cứu module đo điện AC PZEM-004T v30 - Tài liệu nghiên cứu Amazon Web Services - Tài liệu nghiên cứu ngôn ngữ lập trình thiết kế giao diện web HTML, CSS, JavaScript, PHP phần mềm mô website – XAMPP Nội dung thực hiện: - Kết nối phần cứng, kiểm tra hoạt động - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU v1.0 đo điện - Lập trình thiết kế giao diện web - Thiết lập, cài đặt Cloud Server để phân vùng lưu trữ liệu trang web - Thi cơng mạch - Thiêt kế thi cơng mơ hình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 23/03/2020 10/07/2020 GVC.Ths Trương Ngọc Anh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 13 tháng năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Trung Nghĩa Lớp: 16141DT2 MSSV: 16141207 Họ tên sinh viên: Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi Lớp: 16141DT2 MSSV: 16141226 Tên đề tài: Nghiên cứu, thi công hệ thống thu thập liệu giám sát điện Tuần/ngày Nội dung cần thực Tuần Gặp GV môn để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, nhận giấy giới thiệu làm đồ án Gặp GVHD để chọn đề tài (8/3 – 14/3) Tuần GVHD tiến hành xét duyệt đề tài viết đề (15/3 – 21/3) cương nộp lại Tuần (22/3 – 28/3) - Phác thảo đồ án - Phân chia công việc Tuần (29/3 – 4/4) - Tìm hiểu module đo điện PZEM004T Tuần (5/4 – 11/4) Tuần (12/4 – 18/4) Xác nhận GVHD - Tìm hiểu cách thức giao tiếp module ESP8266 - Tìm hiểu phương thức gửi liệu từ module wifi ESP8266 lên sever - Tìm hiểu chức Realtime module ESP8266 - Xây dựng sơ đồ khối, giải thích chức cho khối - Tính tốn chọn lựa chọn linh kiện cho khối Tuần (19/4 – 25/4) - Vẽ sơ đồ nguyên lý, giải thích hoạt động mạch ii - Thiết kế sơ đồ xếp linh kiện, module Tuần (26/4 – 2/5) Tuần (3/5 – 9/5) Tuần 10 (10/5 – 16/5) Tuần 11 (17/5 – 23/5) Tuần 12 (24/5 – 30/5) - Thiết kế phần cứng - Lập trình cho module ESP8266 thu nhận liệu từ module đo điện - Chạy mơ - Nghiên cứu, tìm hiểu bước đưa liệu từ ESP8266 lên hệ quản trị sở liệu - Tìm hiểu cách thức tạo nên website - Tìm hiểu phần tử tạo nên website - Báo cáo tiến độ - Lên ý tưởng, thiết kế website - Tìm hiểu Php MySQL - Tìm hiểu Javascript - Khởi tạo sở liệu - Đưa liệu từ ESP8266 lên hệ quản trị sở liệu Tuần 13 (31/5 – 6/6) Tuần 14 (7/6 –13/6) Tuần 15 (14/6 – 20/6) - Hoàn thành website - Hoàn thành đưa liệu phần cứng lên website - Tiến hành làm mô hình hệ thống - Thi cơng phần cứng, hồn thiện mơ hình - Chạy thử nghiệm, kiểm tra hoạt động cân chỉnh hệ thống - Viết báo cáo Tuần 16 Hoàn thiện ĐATN gởi cho GVHD để (21/6 – 27/6) xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo Tuần 17 (28/6 – 4/7) -Nộp ĐATN vào ngày 03/07/2020 -Làm slide -Chuẩn bị cho ngày bảo vệ -In giấy tờ, phiếu điểm để bảo vệ iii Tuần 18 (5/7– 11/7) Bảo vệ ĐATN Khoa dự kiến từ ngày 10 đến ngày 20/07/2020 GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi v LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trương Ngọc Anh _ Giảng viên mơn Vi Xử Lý, người Thầy đồng nhóm suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Thầy ln nhiệt tình, giúp đỡ nhóm lúc khó khăn nhất, nhờ chúng tơi học hỏi nhiều điều, có nhiều kinh nghiệm để vững bước tiến tới công việc tương lại Chúng xin gửi lời chúc sức khỏe may mắn đến Thầy Trương Ngọc Anh, mong thầy giữ gìn sức khỏe giữ vững tinh thần yêu nghề Xin chân thành cảm ơn đến tác giả tài liệu hướng dẫn, tài liệu tham khảo, video internet đóng góp, chia sẻ cho kiến thức quý báu để học hỏi trình làm đồ án Xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử, giảng viên trường DHSPKT Tp.HCM dạy cho sinh viên kiến thức tảng, lấy làm sở để làm đồ án tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn thân thiết đến người bạn hữu, sinh viên trường DHSPKT Tp.HCM đồng hành, chia sẻ kiến thức quý báu, hỗ trợ lẫn suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt xin gửi lời biết ơn đến cha mẹ, bậc phụ huynh sinh viên đỡ đần, nuôi nấng, hỗ trợ chúng tơi khoản kinh phí, ăn, ở, người cho hội, sức khỏe, luôn tạo điều kiện cho học để trưởng thành, nhờ chúng tơi có hội để thực hoàn thành đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Vũ Hoàng Anh Phi vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii 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 GIỚI THIỆU MODULE ESP8266 NODEMCU V1.0 2.1.1 Sơ đồ chân 2.1.2 Thông số phần cứng 2.1.3 Chuẩn giao tiếp SPI 2.1.4 Một số loại ESP8266 bán thị trường 2.2 Giới thiệu module PZEM-004T 2.3 MODULE hiển thị 2.3.1 Module LCD 20x4 2.3.2 Module chuyển đổi giao tiếp I2C 10 2.4 Khái quát mạng không dây 11 2.4.1 Giới thiệu 11 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động 12 2.4.3 Một số chuẩn WiFi 12 2.5 Webserver sở liệu 14 2.5.1 Phần mêm mô trang web XAMPP 14 2.5.2 Tổng quan webserver ngôn ngữ lập trình trang web 14 2.5.3 Tổng quan hệ quản trị sở liệu MySQL 17 2.5.4 Amazon Web Services 19 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ 22 vii 3.1 Giới thiệu 22 3.2 Tính toán thiết kế 22 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 22 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 29 3.2.3 Thiết kế mơ hình thiết bị 31 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 33 4.1 Giới thiệu 33 4.2 Thi công hệ thống 33 4.2.1 Thi công board mạch 33 4.2.2 Sắp xếp linh kiện cho tủ điện 34 4.2.3 Lắp ráp kiểm tra 35 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình 37 4.3.1 Đóng gói điều khiển 37 4.3.2 Thi công mơ hình 38 4.4 Lập trình hệ thống 40 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 40 4.4.2 Phần mềm lập trình 41 4.4.3 Cài đặt Amazon EC2 48 4.4.4 Tạo tên miền 57 4.4.5 Thiết lập Cloud Server 61 4.4.6 Đưa liệu lên Cloud Server 67 4.5 Hướng dẫn sử dụng 69 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 71 5.1 Kết đạt 71 5.1.1 Kết phần cứng 72 5.1.2 Kết phần mềm 76 5.2 Nhận xét đánh giá 81 5.2.1 Về phần cứng 81 5.2.2 Về phần mềm 81 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 6.1 KẾT LUẬN 82 6.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 85 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Sơ đồ chân module NodeMCU ESP8266 Hình 2.2 Sơ đồ khối minh họa chuẩn truyền SPI Hình 2.3 Module đo điện AC PZEM-004T Hình 2.4 Sơ đồ nối dây PZEM thiết bị Hình 2.5 Hình ảnh LCD 20x4 Hình 2.6 Module chuyển đổi giao tiếp I2C 11 Hình 2.7 Sơ đồ mơ tả ngun tắc hoạt động WiFi 12 Hình 2.8 Bảng điều khiển XAMPP 14 Hình 2.9 Sơ đồ tương tác hệ quản trị CSDL với người dùng 18 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 22 Hình 3.2 Sơ đồ nối dây khối cảm biến dòng khối đo điện năng, vi điều khiển 25 Hình 3.3 Sơ đồ nối dây khối hiển thị 28 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 30 Hình 3.5 Tủ điện 31 Hình 3.6 Mặt trước tủ điện 32 Hình 4.1 Sơ đồ mạch in 33 Hình 4.2 Sắp xếp, bố trí linh kiện 35 Hình 4.3 Cố định linh kiện 36 Hình 4.4 Mặt sau nắp tủ điện 37 Hình 4.5 Đóng gói điều khiển 38 Hình 4.6 Mặt trước mơ hình thiết bị 39 Hình 4.7 Mặt đáy mơ hình thiết bị 39 Hình Lưu đồ giải thuật cho ESP8266 40 Hình 4.9 Lưu đồ giải thuật xử lý trang web 41 Hình 4.10 Chọn tải Arduino IDE 42 Hình 4.11 Chọn tải phần mềm 42 Hình 4.12 Giao diện khởi động 43 Hình 4.13 Thêm đường dẫn cài đặt board ESP8266 44 Hình 4.14 Cài đặt board ESP8266 cho phần mềm 44 Hình 4.15 Cài drive kết nối với board ESP8266 45 Hình 4.16 Tự động cập nhật drive 46 Hình 4.17 Cách thêm thư viện Arduino IDE 47 Hình 4.18 Chọn thư mục chứa thư viện tải 47 Hình 4.19 Chọn board lập trình 48 Hình 4.20 Trang Amazon web services 49 Hình 4.21 Tạo tài khoản AWS 49 Hình 4.22 Tạo tài khoản AWS 50 Hình 4.23 Nhập thẻ visa 50 Hình 4.24 Đăng nhập vào bảng điều khiển 51 Hình 4.25 Chọn phương thức đăng nhập 51 Hình 4.26 Nhập mật đăng nhập 52 Hình 4.27 Bảng điều khiển 52 Hình 4.28 Chọn dịch vụ EC2 53 ix PHỤ LỤC  Chương trình ESP8266 PHỤ LỤC #include #include #include #include #include #include #include PZEM004Tv30 pzem(13, 12); // rx,tx LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); const char* ssid = "realme Pro"; const char* password = "123456789"; char host[] = "18.136.205.59"; WiFiClient client; void setup() { Serial.begin(115200); Wire.begin(2, 0); lcd.clear(); lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.home(); Serial.println(); Serial.println(); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected"); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85 PHỤ LỤC // Start the server Serial.println("Server started"); Serial.print(WiFi.localIP()); delay(1000); Serial.println("connecting "); } void loop() { float voltage = pzem.voltage(); if ( !isnan(voltage) ) { Serial.print("Voltage: "); Serial.print(voltage); Serial.println("V"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("U= "); lcd.print(voltage); lcd.print("V"); } else { Serial.println("Error reading voltage"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("U.Error!"); } float current = pzem.current(); if ( !isnan(current) ) { Serial.print("Current: "); Serial.print(current); Serial.println("A"); lcd.print(" I= "); lcd.print(current); lcd.print("A"); } else { Serial.println("Error reading current"); lcd.print("I.Error!"); } float power = pzem.power(); if ( !isnan(power) ) { Serial.print("Power: "); Serial.print(power); Serial.println("W"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("P= "); lcd.print(power); lcd.print("W"); } else { Serial.println("Error reading power"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("P.Error!"); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 86 PHỤ LỤC float energy = pzem.energy(); if ( !isnan(energy) ) { Serial.print("Energy: "); Serial.print(energy, 3); Serial.println("kWh"); lcd.print(" E= "); lcd.print(energy); lcd.print("kWh"); } else { Serial.println("Error reading energy"); lcd.print("E0.Error!"); } float frequency = pzem.frequency(); if ( !isnan(frequency) ) { Serial.print("Frequency: "); Serial.print(frequency, 1); Serial.println("Hz"); } else { Serial.println("Error reading frequency"); } float pf = pzem.pf(); if ( !isnan(pf) ) { Serial.print("PF: "); Serial.println(pf); } else { Serial.println("Error reading power factor"); } Serial.println(); delay(1000); if (client.connect(host, 80)) { Serial.println("connected"); client.print(String("GET https://")+host+("/dataEsp8266/insert.php?voltage=") + voltage + ("¤t=") + current + ("&power=") + power + ("&energy=") + energy + ("&id=1")+ " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + host + "\r\n" + "Connection: close\r\n\r\n"); } else { Serial.println("connection failed"); } delay(9000); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 87 PHỤ LỤC  Chương trình xử lý liệu để đưa lên sở liệu Tên file : insert.php BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 89 PHỤ LỤC  Chương trình trang điều hướng Tên file : index.php  Chương trình trang giám sát tổng quát Tên file : home.php overload { background: #dc3545 !important; } overload-rsp { background: #dc3545 !important; } Giám sát tổng quát BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 90 PHỤ LỤC

Công suất tiêu thụ :

kW.h

Điện áp : V

Dòng điện : A

kW.h BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 91 PHỤ LỤC