Lập trình đối tượng trín Blynk

6. Tởng quan tình hình nghiín cứu của đề tăi

3.5.3. Lập trình đối tượng trín Blynk

Câc đối tượng được lựa chọn trín giao diện sẽ được lập trình bởi câc đoạn code trín phần mềm Arduino IDE để thực hiện chức năng tương ứng từng đối tượng trín Blynk. Bảng 3.2 thể hiện ý nghĩa của một số lệnh cơ bản được sử dụng trong chương trình.

Bảng 3.2. Ý nghĩa của câc lệnh lập trình đối tượng trín Blynk.

Stt Code Ý nghĩa

1 Blynk.virtualWrite(V0,

voltage);

Ghi giâ trị voltage ra biến ảo V0

2 BLYNK_WRITE(V10) {

if(param.asInt() == 0) {

digitalWrite(relay1, HIGH);

Đọc giâ trị biến ảo V10 vă ghi giâ trị đĩ ra chđn relay1 trín Arduino

(tức lă dùng nút nhấn Blynk trín smartphone để đĩng/cắt relay của phần mạch lực)

} if(param.asInt() == 1) { digitalWrite(relay1, LOW); } }

Toăn bộ đoạn code của chương trình được viết trín phần mềm Arduino IDE để thực hiện toăn bộ câc chức năng đê trình băy của hệ thống được thể hiện như trong phần Phụ lục 2.

3.6.Kết luđ̣n chương 3

Câc phương phâp đo lường điện âp trị hiệu dụng, dịng điện trị hiệu dụng được trình băy, so sânh hiệu quả vă lựa chọn để thiết kế chương trình phần mềm nhằm đo lường câc đại lượng điện như điện âp trị hiệu dụng, dịng điện trị hiệu dụng, cơng suất tâc dụng, hệ số cơng suất vă điện năng tiíu thụ của phụ tải. Chức năng quản lý nhu cầu của phụ tải (DSM) cũng được nghiín cứu đưa văo mơ hình hệ thống thực nghiệm.

Bín cạnh đĩ, câc phần mềm ứng dụng để viết vă nạp chương trình cho bo mạch Arduino đê được giới thiệu câc chức năng cơ bản. Trong đĩ, Blynk lă một ứng dụng IoT được âp dụng để thiết kế chương trình phần mềm cho hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng thơng minh của đề tăi. Câc giao diện của phần mềm đê được tâc giả thiết kế để thực hiện câc chức năng quản lý, giâm sât vă điều khiển của hệ thống.

CHƯƠNG 4

CÂC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1.Mở đầu

Sau khi thiết kế phần cứng vă phần mềm của hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng thơng minh, đề tăi tiếp tục đi văo thực nghiệm để thu thập kết quả so sânh, đânh giâ vă phđn tích hiệu quả của hệ thống đê thiết kế. Với đối tượng lă hệ thống một pha 220VAC vă tính thơng dụng, nín câc tải gia dụng được tâc giả sử dụng để lăm thực nghiệm trong chương năy. Chẳng hạn như: Đỉn sợi đốt, nồi cơm điện, băn lă, mây sấy tĩc, mây quạt,… với giới hạn dịng điện cho phĩp của mỗi mạch lă 20A. Hệ thống thực nghiệm được thiết lập trong đề tăi năy cĩ cấu trúc như Hình 4.1.

Dựa văo nguyín lý của Hình 2.2, một số quy ước đối với phần sơ đồ mạch lực vă câc ký hiệu của câc đại lượng đo lường như sau:

Mạch 1: Mạch tởng.

Mạch 2: Mạch tải 1 (Cấp điện cho 4 bĩng đỉn sợi đốt 4×60 W). Mạch 3: Mạch tải 2 (Cấp điện cho mây sấy tĩc 750 W)

U1: Điện âp của mạch 1.

I1, I2, I3: Dịng điện của mạch 1, mạch 2 vă mạch 3. P1, P2, P3: CSTD của mạch 1, mạch 2 vă mạch 3. Q1, Q2, Q3: CSPK của mạch 1, mạch 2 vă mạch 3.

A1, A2, A3: Điện năng tiíu thụ của mạch 1, mạch 2 vă mạch 3. Sau khi kết nối phần mạch lực vă cấp nguồn cho mạch điều khiển vă đo lường thì hệ thống sẽ bắt đầu lăm việc bình thường. Khai bâo tăi khoản vă mật khẩu của mạng internet wifi tại nơi đặt hệ thống để kết nối hệ thống với internet wifi. Khi đĩ, câc thơng số đo được sẽ hiển thị trực tiếp lín măn hình LCD của hệ thống giúp ta cĩ thể giâm sât được trạng thâi vận hănh của hệ thống tại chỗ. Ngoăi ra, để cĩ thể giâm sât, điều khiển từ xa thơng qua smartphone thì smartphone cũng phải được kết nối với mạng internet wifi (cĩ thể cùng mạng hoặc khâc mạng với internet wifi kết nối với hệ thống), thì lúc năy ta cĩ thể mở ứng dụng Blynk trín smartphone để thực hiện câc chức năng điều khiển, giâm sât vă quản lý hệ thống theo câc kịch bản như sau:

Kịch bản 1: Chế độ lăm việc bình thường.

Kịch bản 2: Chế độ quản lý nhu cầu phụ tải (DSM).

Kịch bản 3: Chế độ bảo vệ quâ/thấp âp.

4.2.Kịch bản 1: Chế độ lăm viị́c bình thường

Đối với kịch bản năy, tâc giả tiến hănh thu thập câc kết quả thực nghiệm từ những nội dung như sau:

- Giâm sât câc thơng số của ba mạch trín smartphone.

- Giâm sât đồ thị câc thơng số của ba mạch trín smartphone. - Điều khiển câc mạch thơng qua smartphone.

- Chế độ bâo câo (Reports).

Câc kết quả chế độ năy được thể hiện trực tiếp trín câc giao diện của chương trình như trong Hình 4.2.

(a) (b) (c)

Hình 4.2. Kết quả ở chế độ bình thường.

Câc kết quả hiện thị trín giao diện nhĩm 1 (Hình 4.2a) lă điện âp (V), dịng điện (A), CSTD (W) vă điện năng tiíu thụ (Wh) của mạch tởng, mạch tải 1 vă mạch tải 2 tương ứng. Câc kết quả năy cho thấy hệ thống đo chính xâc kết quả so với thơng số của hệ thống vă tải được sử dụng để lăm thực nghiệm trong mục năy. Đối với kết quả trín nhĩm 2 (Hình 4.2b) lă chỉ thể hiện cho thơng số đo được đối với mạch tởng bao gồm: Điện âp (V), dịng điện (A), CSTD (W) vă CSPK (VAr) dưới dạng Gauge để phục vụ việc theo dõi vă giâm sât chức năng bảo vệ quâ/thấp âp của hệ thống. Trong khi đĩ, câc kết quả thể hiện trong giao diện của nhĩm 3 (Hình 4.2c) lă thể hiện dưới dạng đồ thị để giúp khâch hăng cĩ thể giâm sât trực quan hình dạng thay đởi của

câc đại lượng đo được. Nghĩa khâch hăng cĩ thể sử dụng kết quả năy để theo dõi khi năo điện âp, cơng suất tiíu thụ tăng/giảm. Bín cạnh đĩ, toăn bộ dữ liệu của câc đồ thị năy cĩ thể được xuất ra toăn bộ file *.csv để phục vụ cơng việc khâc khi cần thiết.

Như vậy việc giâm sât thơng số đo lường tại mỗi thời điểm cĩ thể được thực hiện bằng câch quan sât thơng số trín giao diện của chương trình. Ngoăi ra, để cĩ thể thực hiện chế độ bâo câo vă lưu trữ câc thơng số vận hănh cũng như lượng điện năng tiíu thụ của phụ tải, chúng ta cĩ thể sử dụng biểu tượng Reports trín giao diện nhĩm 1 để lựa chọn 1 trong 4 phương thức bâo câo như đê trình băy ở trín (Hình 4.3a). Sau đđy lă một ví dụ minh họa được tiến hănh thực nghiệm từ chương trình, cụ thể lă kết quả được xuất ra file *.csv như Hình 4.3b.

(a) (b)

Hình 4.3. (a) Giao diện lựa chọn phương thức bâo câo; (b) Dạng file *.csv trong Excel của bâo câo phương thức One-time.

Trong quâ trình lăm thực nghiệm mơ hình, câc thơng số đo được ghi lại bằng câch nhấn nút Report trín giao diện giâm sât của smartphone. Trong mục năy, tâc giả đê lăm thực nghiệm văo thời điểm từ 15 giờ 17 phút đến 15 giờ 33 phút ngăy 06/6/2019 để thu thập kết quả. Cứ sau 01 phút sẽ lấy mẫu một lần 7 bộ thơng số đo được bao gồm: U (V), I1 (A), P1 (W), A1 (Wh), I2 (A), P2 (W), A2 (Wh), I3 (A), P3 (W) vă A3 (Wh). Kết quả file bâo câo được xuất ra dưới dạng file *.csv như trong Phụ lục 3. Dựa trín kết quả của file bâo câo đĩ, trong mục năy tâc giả tiến hănh vẽ câc đồ thị của 7 bộ thơng số đĩ như câc Hình 4.4 đến Hình 4.13. 218 219 220 221 222 223 224 225 226 U ( V ) Time

Hình 4.4. Điện âp U ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 I1 (A ) Time

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 P 1 (W) Time

Hình 4.6. CSTD P1 ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019.

0 10 20 30 40 50 60 70 A 1 (Wh ) Time

Hình 4.7. Điện năng A1 ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 I2 (A ) Time

0 50 100 150 200 250 300 P 2 (W) Time

Hình 4.9. CSTD P2 ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 A 2 (Wh ) Time

Hình 4.10. Điện năng A2 ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 I3 (A ) Time

0 100 200 300 400 500 600 700 800 P 3 (W) Time

Hình 4.12. CSTD P3 ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019.

0 5 10 15 20 25 30 35 A 3 (Wh ) Time

Hình 4.13. Điện năng A3 ghi được từ 15h17 đến 15h33 ngăy 6/6/2019. Qua câc kết quả đo đạc trong câc hình trín cho thấy điện âp nguồn dao động trọng phạm vi từ 220 V đến 226 V đảm bảo về chất lượng điện âp như Hình 4.4. Dịng điện (cơng suất) của phụ tải được thay đởi bằng câch bật/tắt câc cơng tắc của 4 bĩng đỉn sợi đốt vă mây sấy tĩc trong khoảng thời gian thực nghiệm nín ta thu được kết quả câc đồ thị dịng điện vă cơng suất thay đởi. Riíng đối với điện năng tiíu thụ của mạch tởng A1 vă mạch tải 4 bĩng đỉn thì tăng lũy tích dần theo thời gian vì cơng suất tối thiểu trong khoảng thời gian thực nghiệm lă cơng suất của 01 bĩng đỉn. Cịn đối với mạch tải mây sấy tĩc thì cĩ lúc bật cĩ lúc tắt (Hình 4.11, Hình 4.12). Khi tắt mây sấy

tĩc thì điện năng tiíu thụ sẽ bằng với giâ trị trước đĩ; nếu sau đĩ nĩ được bật trở lại thì điện năng tiíu thụ lại tiếp tục tăng dần lín như Hình 4.13. Tương tự, với chức năng report trong 01 ngăy cũng được kiểm chứng trong đề tăi năy bằng câch kích hoạt chức năng report của hệ thống trong ngăy 11/6/2019 vă ta thu được kết quả như câc Hình 4.14 đến Hình 4.17.

Hình 4.14. Điện âp ghi được của ngăy 11/6/2019.

Hình 4.16. Cơng suất tâc dụng ghi được của ngăy 11/6/2019.

4.3.Kịch bản 2: Chế độ quản lý nhu cầu phụ tải (DSM)

Dựa theo thuật tôn DSM đê trình băy trong chương 3, ở mục năy, mạch tải 4 bĩng đỉn sợi đốt được giả định lă tải quan trọng cịn mạch tải mây sấy tĩc được giả định lă tải khơng quan trọng. Khi CSTD của mạch 1 (tải tởng) mă vượt quâ giâ trị Pmax thì cắt mạch tải mây sấy tĩc vă khi CSTD của mạch 1 mă nhỏ hơn giâ trị Pmin thì đĩng mạch tải mây sấy tĩc. Do đĩ, đối với kịch bản năy, tâc giả tiến hănh thu thập câc kết quả thực nghiệm từ những nội dung như sau:

- Căi đặt giâ trị CSTD nhỏ nhất (Pmin) vă CSTD lớn nhất (Pmax). - Kích hoạt chức năng DSM.

- Thay đởi tải để kiểm nghiệm chức năng DSM.

- Giâm sât sự thay đởi của đồ thị điện âp, dịng điện, cơng suất.

Sau khi hệ thống đê lăm việc bình thường ta thực hiện câc bước sau để kích hoạt chức năng DSM của hệ thống:

Bước 1: Căi đặt giâ trị CSTD nhỏ nhất Pmin = 150 W.

Bước 2: Căi đặt giâ trị CSTD lớn nhất Pmax = 850 W.

Bước 3: Bật chức năng DSM.

Bước 4: Bật tải mây sấy tĩc.

Bước 5: Bật lần lượt cơng tắc của 4 bĩng đỉn sợi đốt vă quan sât CSTD

của mạch tởng thay đởi. Khi P1 > Pmax = 850W thì hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi cắt mạch mây sấy tĩc.

Bước 6: Tắt lần lượt từng bĩng đỉn sợi đốt vă quan sât CSTD của mạch

tởng thay đởi. Khi P1 < Pmin = 150W thì hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi đĩng mạch mây sấy tĩc.

Thực hiện theo câc bước như trín, kết quả thực nghiệm của chức năng DSM của hệ thống thu được trín giao diện giâm sât đồ thị theo thời gian thực như Hình 4.18. Trong đĩ, đường mău xanh lă CSTD P1, đường mău văng lă

CSTD P2 vă đường mău đỏ lă CSTD P3. Khi chức năng DSM đê được kích hoạt, thời điểm khoanh trịn thứ nhất trong Hình 4.18 lă giai đoạn mă hệ thống tự động đĩng mạch mây sấy tĩc bởi vì P1 < Pmin = 150W. Cịn thời điểm khoanh trịn thứ hai lă giai đoạn mă hệ thống tự động cắt mạch mây sấy tĩc bởi vì P1 > Pmax = 850W.

P1 < Pmin = 150 W

(Đĩng mạch mây sấy tĩc)

P1 > Pmax = 850 W

(Cắt mạch mây sấy tĩc)

Hình 4.18. Kết quả thực nghiệm chức năng DSM.

4.4.Kịch bản 3: Chế độ bảo vị́ quâ/thấp âp

Đối với kịch bản năy, tâc giả giả định điện âp nguồn thay đởi vă tiến hănh thu thập câc kết quả thực nghiệm theo câc bước như sau:

Bước 1: Căi đặt giâ trị điện âp nhỏ nhất Umin = 198V.

Bước 2: Căi đặt giâ trị điện âp nhỏ nhất Umax = 242V.

Bước 3: Kích hoạt chức năng bảo vệ quâ/thấp âp.

Bước 4: Tăng điện âp nguồn lín 250V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi cắt mạch tởng đồng thời hiển thị đỉn hiệu overvoltage vă gửi tin nhắn cảnh bâo overvoltage đến số điện thoại của người dùng.

Bước 5: Giảm âp xuống 230V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi đĩng lại mạch tởng đồng thời tắt đỉn hiệu overvoltage. Lúc năy, hệ thống trở lại lăm việc bình thường.

Bước 6: Tiếp tục giảm xuống 190V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi cắt mạch tởng đồng thời hiển thị đỉn hiệu undervoltage vă gửi tin nhắn cảnh bâo undervoltage đến số điện thoại của người dùng.

Bước 7: Tăng âp trở lại 230V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi đĩng lại mạch tởng đồng thời tắt đỉn hiệu undervoltage. Lúc năy, hệ thống trở lại lăm việc bình thường.

4.5.Kết luđ̣n chương 4

- Qua quâ trình thực nghiệm vă những kết quả đê đạt được như đê trình băy ở trín cho thấy rằng hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng thơng minh đê thiết kế đạt được câc yíu cầu đặt ra. Đảm bảo độ chính xâc trong đo lường, giâm sât vă điều khiển của hệ thống.

- Chương trình phần mềm trín smartphone thơng qua mạng internet wifi hoặc 3G hoặc 4G cĩ thể điều khiển, giâm sât vă quản lý được hệ thống. Tất cả câc thơng số đo lường được cập nhật liín tục theo thời gian thực, đồ thị theo thời gian cũng được âp dụng để theo dõi quâ trình lăm việc của hệ thống.

- Việc căi đặt câc thơng số đối với chế độ quản lý nhu cầu phụ tải (DSM) vă chế độ bảo vệ quâ/thấp âp đều cĩ thể thiết lập từ phần mềm trín thiết bị smartphone/PC. Trong trường hợp nếu cĩ sự cố xảy ra ở phía nguồn thì hệ thống sẽ gửi tin nhắn qua điện thoại đến người vận hănh biết.

- Chế độ bâo câo điện năng tiíu thụ định kỳ theo 1 trong 4 phương thức: bâo câo một lần, bâo câo hăng ngăy, bâo câo hăng tuần hoặc bâo câo hăng thâng câc thơng số đo lường vă điện năng tiíu thụ của phụ tải đến email của khâch hăng cũng được kiểm chứng trong chương năy.

KẾT LUẬN VĂ KIẾN NGHỊ 1. Kết luđ̣n

Đề tăi “Nghiín cứu thiết kế hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng

thơng minh” được tâc giả nghiín cứu từ lý thuyết đến thực tiễn. Với sự ứng

dụng rộng rêi của bo mạch Arduino, đề tăi đê âp dụng nĩ nhằm thiết kế câc yíu cầu đê đặt ra của đề tăi. Câc linh kiện điện tử chẳng hạn như câc cảm biến điện âp, cảm biến dịng điện, măn hình LCD, relay,… được tâc giả lựa chọn trong việc thiết kế phần cứng của hệ thống. Câc thiết kế nhỏ gọn, giâ thănh thấp nhưng vẫn đâp ứng được đầy đủ câc chức năng của việc quản lý vă giâm