4.2.1. Thi công bo mạch
Bản vẽ trên phần mềm thiết kế:
Hình 4.1: Bản vẽ thiết kế khối đo.
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
83
Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch:
Hình 4.2: Mô phỏng 3D của mạch.
Sơ đồ mạch in của mạch:
Bảng 4. 1: Danh sách các linh kiện của mạch.
ST T
Tên linh kiện Giá
trị Dạng vỏ Chú thích 1 Arduino Nano 5V Dạng cắm Loại ATMEG A 328P 2 NodeMCU-Lua-Wifi- V3.0 5V Module Có gắn chip wifi esp826 3 Điện trở 10kΩ Dạng cắm Thêm trở 33Ω, 330Ω 4 Tụ điện. 10uF Dạng cắm Tụ hóa, tụ giấy
5 Led đơn. 2 cái Led
cắm
Màu xanh, màu đỏ
6 Header. 2 lỗ Thêm hàng rào cái,hàng rào đực
7 LM2576 5V Dạng cắm 5 chân tín hiệu 8 Diode 1N58 22 Dạng cắm Diode zener 9 Cuộn cảm 220 μH Dạngcắm Kích thước hơi to
10 Cảm biến Hall 100A 1 cái Khối Thiết bị đóng gói
11 Cảm biến điện áp 1 cái Module Thiết bị đóng gói
12 Mô-đun DS1307 5V Module Cấp thời gian thực
13 Eeprom 24LC512 5V Dạng IC Sử dụng đế 8 chân
14 Module giao tiếp I2C 5V Module IC chính PCF8574
15 Module LCD 20x4 5V Module Gắn với vỏ ngoài
16 Domino cắm nguồn 3 cái Dạng
Mạch sau khi tiến hành in và rửa mạch.
Hình 4.4: Mạch sau khi tiến hành in và rửa mạch.
4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra
Để lắp ráp khối đo trước tiên phải thực hiện lắp ráp trên testboard để kiểm tra độ chính xác của mạch, xem xét sai số và các vị trí kết nối linh kiện.
Sau đó tiến hành thi công một số mạch chạy thử nghiệm
Trong quá trình chạy làm bo mạch thử nghiệm có xảy ra nhiều vấn đề làm cho mạch không hoạt động ổn định được như cần phải cấp nguồn riêng để ổn định dòng cho module sim900A. Khối đo dòng điện và điện áp thì kết nối các chân và nguồn với arduino uno, còn các module còn lại thì kết nối với Module NodeMCU ESP8266.
Sau khi tiến hành thi công một số mạch chạy thử nghiệm nhóm đã tiến hành kết nối thêm một số module khác như IC 24LC512 để lưu trữ dữ liệu, hay LCD 20x4 để hiển thị.
Bo mạch sau khi hoàn chỉnh:
Mạch sau khi hoàn chỉnh đã chạy ổn định hơn với các giá trị đo hiển thị lên LCD. Các module hoạt động bình thường, tuy nhiên cần bố trí lại linh kiện hợp lý và đẹp mắt hơn, giảm bớt số lượng dây nổi.
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
Sau khi đã hoàn thiện mạch ta tiến hành đóng gói sản phẩm cho đẹp mắt và gọn gàng dễ sử dụng.
Hình 4.7: Mô hình đóng gói của sản phẩm.
Mô hình gắn LCD, các led và nút nhấn được hiển thị bên ngoài để người dùng tiện quan sát.
Hình 4.8: Bo mạch bên trong của sản phẩm.
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG4.4.1. Lưu đồ giải thuật 4.4.1. Lưu đồ giải thuật
Hệ thống “giám sát điện năng tiêu thụ” được xây dựng với yêu cầu chính là giám sát, cảnh báo và thống kê được các giá trị dòng điện, điện áp và tính toán công suất và điện năng tiêu thụ, sau đó dữ liệu dòng điện, điện áp, công suất, điện năng và thời gian được lưu lại để làm tài liệu thống kê tính toán sau này khi cần thiết.
Về trình tự điều khiển hệ thống: Đầu tiên, cấp nguồn cho hệ thống. Sau khi được cấp nguồn các thiết bị đo tiến hành đo dòng điện, điện áp, tính toán công suất và điện năng sau đó dữ liệu được truyền sang bộ xử lý trung tâm, bộ xử lý trung tâm sẽ hiển thị dữ liệu truyền gửi dữ liệu đó lên website quản lý, đồng thời cài đặt giá trị công suất quá mức và gửi lại sang thiết bị đo, thiết bị đo kiểm tra giá trị cài đặt và tiến hành so sánh, nếu quá giá trị cài đặt thì gửi tin nhắn đến cho người sử dụng.
BẮT ĐẦU KHAI BÁO THƯ VIỆN
Đ NHẤN NÚT S NHẬN DỮ LIỆU == TRUE Đ HIỂN THỊ LCD GỬI DỮ LIỆU
KHỞI TẠO THÔNG SỐ LCD
S KẾT NỐI WIFI Đ S SỐ LẦN GHI >0 Đ KẾT THÚC GIẢM SỐ LẦN XUỐNG 1 TĂNG SỐ LẦN LÊN 1 ĐỌC DỮ LIỆU EEPROM GỬI DỮ LIỆU LÊN
DATABASE
GHI DỮ LIỆU EEPROM
Bộ xử lý trung tâm được tích hợp thêm eeprom giúp lưu trữ dự liệu khi mất wifi và khi wifi được kết nối thì dữ liệu sẽ được cập nhật lại.
Việc cảnh cáo ngoài tin nhắn thì còn có led báo trực tiếp trên mạch ngoài ra còn có led báo kết nối được wifi.
Lưu đồ giải thuật chính cho hệ thống:
S
Hình 4. 9: Lưu đồ giải thuật chính của hệ thống.
72
KHAI BÁO BIẾN
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
BẮT ĐẦU
KHAI BÁO THƯ VIỆN
S NHÂN DỮ LIỆU == TRUE
Đ
CÔNG SUẤT > GIÁ TRỊ ĐỌC EEPROM S
Đ S i<1 I=0 Đ GỬI TIN NHẮN I++ GHI VÀO EEPROM HỆ THỐNG
GỬI DỮ LIỆU
ĐỌC CẢM BIẾN VÀ TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐIỆN NĂNG KHAI BÁO BIẾN
Giải thích lưu đồ giải thuật chính:
Bước đầu tiên, khai báo các thư viện, biến cần thiết cho hệ thống, sau đó khởi tạo thông số cho LCD. Khi dữ liệu nhận từ khối đo đúng thì dữ liệu sẽ được hiển thị ra bên ngoài LCD. Khi nút nhấn gửi dữ liệu cho phép dữ liệu gửi thì dữ liệu sẽ được gửi và đồng thời nếu có kết nối wifi thì dữ liệu sẽ được gửi lên database, sau đó kiểm tra số lần ghi dữ liệu vào EEPROM có vượt lớn hơn 0 không, nếu lớn hơn thì cho gọi hàm đọc dữ liệu EEPROM, mỗi lần đọc thì giảm số lần ghi đi 1 đơn vị và gửi dữ liệu lên database rồi quay về kiểm tra lại số lần ghi có còn lớn hơn 0 không nếu không lớn hơn thì kết thúc một vòng lặp. Nếu không có tín hiệu WiFi hoặc có WiFi mà không có Internet thì tiến hành lưu dữ liệu vào EEPROM và tăng số lần ghi lên 1 rồi kết thúc một vòng lặp.
Lưu đồ chương trình đo:
Hình 4. 10: Lưu đồ chương trình đo.
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
91
Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình đo:
Đầu tiên ta khai báo thư viện và khai báo biến, tiếp đến đọc giá trị cảm biến và tính toán công suất và điện năng tiêu thụ sau đó nhưng thông số đó được gửi sang trung tâm hệ thống và khi khối đo nhận được tín hiệu cài đặt từ trung tâm hệ thống thì giá trị cài đặt đó sẽ được lưu vào 1 địa chỉ trong bộ nhớ khối đo và giá trị đó sẽ được so sánh và công suất được tính toán, nếu công suất lớn hơn sẽ gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng.
4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiểna. Giới thiệu phần mềm lập trình a. Giới thiệu phần mềm lập trình
Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino. Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++. Arduino IDE có thể chạy trên 3 nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, Macintoshosx và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi trường này lập trình hoàn toàn miễn phí.
b. Thao tác cài đặt
Bước 1: Truy cập vào địa chỉ https://www.arduino.cc/en/Main/Software để tải phần mềm Arduino. Bấm vào mục Windows ZIP file for non admin install như hình 4.11, sau đó chọn JUST DOWNLOAD, để tải phần mềm.
Bước 2: Sau khi đã tải được phần mềm, tiến hành cài đặt phần mềm. Cài đặt xong chúng ta có giao diện hiển thị như 4.12.
Hình 4.12: Giao diện phần mềm.
c. Hướng dẫn sử dụng
Chú thích:
• 1: Biên dịch và kiểm tra lỗi lập trình.
• 2: Gửi mã đến Board.
• 3: Tạo cửa sổ mới.
• 4: Mở chương trình đã được lưu trước.
• 5: Lưu chương trình đang soạn thảo.
• 6: Mở cửa sổ Serial Monitor để gửi và nhận giữ liệu giữa máy tính và Board Arduino.
• 7: Tên của chương trình đang soạn thảo.
• 8: Vùng viết chương trình.
• 9: Gửi báo lỗi hoặc chương trình upload thành công.
• 10: Vùng gửi thông báo.
• 11: Hiển thị trông tin của Arduino đang kết nối.
Vì môi trường lập trình là ngôn ngữ C, nên người dùng khi đã có kiến thức về ngôn ngữ C, thì có thể thao tác lập trình rất là dễ dàng.
d. Giới thiệu về phần mềm lập trình cho ESP8266 ESP-12E NodeMCU
ESP8266 ESP-12E NodeMCU có môi trường lập trình giống Arduino, cũng sử dụng phần mềm Arduino IDE. Nhưng để sử dụng được thì trước tiên máy tính phải tải Driver cho Module ESP8266 ESP-12E NodeMCU.
Bước 1: Truy cập vào địa chỉ để tải Driver về.
https://www.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp- drivers.
Bước 2: Vào chương trình Arduino IDE, Vào File→ Preferences, vào textbox Additional Board Manager URLs thêm đường link sau vào
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json Click OK để chấp nhận.
Hình 4.14: Thêm đường link để tải driver.
Tiếp theo Tool→Board→Boards Manager, đợi một lát để chương trình tìm kiếm. Ta kéo xuống và click vào ESP8266 by ESP8266 Community, click vào Install. Chờ phần mềm tự động download và cài đặt.
Kết nối Module vào máy tính. Vào Tool→Board→NodeMCU 0.9 (ESP-12 Module).
Hình 4.16: Chọn mudule NodeMCU 0.9.
Sau khi chọn đúng tên Module, và cổng COM giao tiếp, chúng ta đã có thể lập trình cho ESP8266 ESP-12E NodeMCU.
e. Chương trình hệ thống
Code chương trình được bỏ trong phụ lục.
4.4.3. Phần mềm lập trình Web Servera. Giới thiệu phần mềm lập trình Web. a. Giới thiệu phần mềm lập trình Web.
Phần mềm Adobe Dreamweaver CS6 là một phần mềm thiết kế web chuyên nghiệp cung cấp giao diện với những hình ảnh trực quan cho việc thiết kế và chỉnh sửa các trang web HTML và các ứng dụng di động. Dreamweaver CS6 có thể hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như php, asp, java…đặc điểm nổi bật của Dreamweaver CS6 chính là tính năng xem trước khi bạn đang viết code, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho công việc của các lập trình viên, tránh được những sai xót đáng tiết trong quá trình làm việc, giúp tăng hiệu quả làm việc.
Cách cài đặt phần mềm Adobe Dreamweaver CS6
• Bước 1: Truy cập vào địa chỉ https://www.adobe.com để download file cài đặt.
• Bước 2: Sau khi tải về thành công. Mở thư mục chứa tìm đến file cài đặt. Sau đó nhấn chuột phải chọn Run as administrations như hình 4.17.
Hình 4.17: File cài đặt Adobe Dreamweaver CS6.
• Bước 3: Cửa sổ mới hiện ra màn hình chào mừng và giới thiệu về Adobe dreamweaver. Tiến hành chọn Accept để sang bước tiếp theo như hình 4.18.
Hình 4.18: Nhấn Accept để chấp nhận.
• Bước 4: Ở bước này nếu có key để sử dụng Adobe dreamweaver thì điền vào mục Provide a serial number, nếu bạn muốn dùng Adobe dreamweaver ở phiên bản miễn phí thì chọn Install this product as a trial, chọn ngôn ngữ sử dụng rồi sau đó nhấn next để sang bước tiếp theo như hình 4.19.
• Bước 5: Nhìn sang bên phải bạn cài thêm các chương trình bổ sung khác như Adobe air, Adobe media player… Nếu không muốn cài thêm các chương trình này bạn chỉ cần bỏ tích. Ở mục Location chọn nơi để cài
Adobe dreamweaver. Sau khi đặt các tùy chọn xong nhấn Install để bắt đầu cài đặt chương trình vào máy như hình 4.20.
Hình 4. 20: Nhấn Install để cài đặt.
• Bước 6: Đợi tới khi chương trình chạy xong như hình 4.21.
Sau khi quá trình cài đặt hoàn tất nhấn Done như hình 4.22.
Hình 4.22: Nhấn Done để hoàn tất quá trình cài đặt.
Cách sử dụng phần mềm Adobe Dreamweaver CS6
• Bước 1: Mở Adobe Dreamweaver CS6 lên có giao diện như hình 4.23.
• Bước 2: Vào file chọn New để tạo project mới như hình 4.31
Hình 4.24: Tạo project mới.
• Bước 3: Trong thư mục Page Type chọn ngôn ngữ thiết kế web (HTML, PHP, CSS, Java, XML…). Ở đây em chọn PHP (1) sau đó nhấn Create (2) như hình 4.25 để tạo chương trình mới.
Hình 4.25: Lựa chọn ngôn ngữ thiết kế và tạo chương trình.
• Bước 4: Khung soạn thảo hiện ra để chúng ta có thể viết code như hình 4.33
Tab Code (1): Viết các lệnh code.
Tab Split (2) : Chế độ xem 2 cột, cột bên trái là mã code cột bên phải là thiết kế.
Hình 4.26: Khung soạn thảo code.
b. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình PHP
PHP là viết tắt Hypertext Preprocessor một ngôn ngữ lập trình kịch bản mã nguồn mỡ được chạy ở phía server-side (máy chủ) nhằm sinh ra mã HTLM trên Client (máy khách). Mã lệnh PHP có thể được nhúng vào trong trang HTML nhờ sử dụng cặp thẻ PHP <? Php ?>.
Ví dụ về chương trình PHP được nhúng vào trang HTML. <!DOCTYPE html>
<html> <head>
<title>Nhúng mã PHP và trang HTML</title> </head>
<body> <?php
echo "Xin chào PHP!"; ?>
</html>
Với chương trình trên sẽ xuất ra màn hình dòng chữ “Xin chào PHP!”. Một số quy tắt trong PHP:
• Mã lệnh của chương trình cần đặt trong thẻ <? Php ?>.
• Sử dung dấu ; để kết thúc 1 câu lệnh.
• Văn bản cần đặt trong dấu nháy đơn ‘ ’ hoặc dấu nháy kép “ ”.
Mã lệnh (Soure Code) trong PHP là một tập hợp các hướng dẫn được viết để yêu cầu máy tính thực hiện một số tác vụ nhất định. Mã lệnh được viết dưới dạng văn bản và con người có thể đọc được.
<? php
Echo 1 + 1; ?>
Ví dụ đoạn mã lệnh trên sẽ yêu cầu máy tính thực hiện phép toán cộng giữa 2 số và sau đó hiển thị ra màn hình kết quả.
PHP là ngôn ngữ kịch bản, ngôn ngữ kịch bản là một nhánh của ngôn ngữ lập trình. Tập tin chức mã lệnh viết bằng ngôn ngữ kịch bản có thể chạy trực tiếp trên máy tính mà không phải chuyển sang một định dạng khác.
PHP là ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở điều này có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng PHP miễn phí. PHP có thể được chạy trên nhiều nền tản hệ điều hành khác nhau như Windown, Mac OS và Linux.
Các tập tin PHP chứa mã lệnh viết bằng ngôn ngữ PHP <?php
for ($i = 0; $i < 10; $i++)
{
echo "$i <br>";
} ?>
Tập tin được tạo nhờ sử dụng chương trình hiệu chỉnh văn bản và được lưu trên máy tính (hoặc máy chủ) với phần mở rộng là .php.
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
5.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT
5.1.1 Cảm biến
Trong đề tài có sử dụng cảm biến biến dòng điện Hall 100A YHDC. Để đo dòng điện có giá trị điện lớn áp từ các đường dây điện sau đo chuyển về các giá trị chuyển đổi sang dòng nhỏ.
Hình 5.1: Cảm biến dòng diện Hall 100A YHDC.
Với loại cảm biến thuộc loại cảm biến có ngõ ra dòng, chúng ta phải thiết kế một mạch chuyển đổi sang điện áp để có thể đo được. Từ giá trị điện áp đo được từ mạch chuyển đổi ta suy ngược để có giá trị dòng điện của cuộn dây.
Sau khi tiến hành đo thực nghiệm trên các tải là bếp điện, tủ lạnh thì kết quả thu được với giá trị có sai số khoảng ±5%.
Nhóm đã tiến hành tìm hiểu và tìm một số nguyên nhân gây ra sai số như là: do mạch chuyển đổi từ dòng sang áp chưa đạt được độ chính xác cao, độ sai số của cảm biến.
Tóm lại sau thời gian nghiên cứu và tham khảo, cũng đã hiểu và áp dụng được nguyên lý hoạt động và sử dụng.
Ngoài ra còn sử dụng module cảm biến điện áp zmpt101b. Khi kết nối điện lưới AC vào cảm biến sẽ lấy mẫu vào và ra đưa ra điện áp tương tự, trong khoảng 0 đến