➢ Tiêu thụ năng lượng thấp,cho phép ứng dụng được trong nhiều thiết bị, bao gồm thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
➢ Giá thành hạ (giá của một con chip Bluetooth đang giảm dần).
➢ Khoảng cách giao tiếp giữa 2 thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngồi trời và 5m trong tòa nhà.
➢ Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access Point có thể lên đến 100m ngoài trời và 30m trong nhà.
Bluetooth sử dụng băng tầng đăng ký 2.4GHz trên dãy băng tầng ISM. Tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải lấy trực tiếp nhau.
Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thơng qua các chuẩn “Bluetooth Profiles” , do đó độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.
Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói và 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân.
4.4 Tông quan App diều khiển thiết bị bằng bluetooth
MIT App Inventor dành cho Android là một ứng dụng web nguồn mở ban đầu được cung cấp bởi Google và hiện tại được duy trì bởi Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT). Nền tảng cho phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành Android (OS). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người dùng kéo và thả các khối mã (blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị Android. Đến thời điểm hiện tại 07/2017, phiên bản iOS của nền tảng này đã bắt đầu được đưa vào thử nghiệm bởi Thunkable, là một trong các nhà cung cấp ứng dụng web cho ngơn ngữ này.
4.5 Ý tưởng mơ hình
Lên kế hoạch thực hiện mơ hình từ ý tưởng và thực hiện hóa ý tưởng đo đạc chọn vật liệu linh kiện để tiến hành xây dựng lên mơ hình thực tế, ở đây vật liệu để sử dụng làm mơ hình sản phẩm là bìa fomex với ưu điểm dễ tìm kiếm giá thành thấp dễ dàng gia cơng theo kích thước đã đo đạc định hình theo ý muốn.
Hình 4. 15: Lên kế hoạch làm mơ hình
Sau khi xác định được hình dạng của mơ hình sẽ tiến hành thi cơng, đo đạc gia cơng vật liệu theo kích thước xác định được vẽ phác thảo trước trên bề mặt vật liệu đảm bảo độ chính xác cao. Hiện tại mơ hình xây dựng với kích thước dài rộng cao tương ứng với 70x50x28 đơn vị đo centimet.
Sau khi đã được cắt thành các phôi theo mẫu tiến hành gắn kết các thiết bị lên gồm quạt đèn công tắc tượng trưng cho các thiết bị điều khiển so với thực tế. mơ hình sẽ được xây dựng theo phương pháp cho thiết bị và dây dẫn sẽ đi âm trong tường đảm bảo được độ an tồn và thẩm mỹ cho mơ hình.
Các hệ thống điện sau khi đã được lắp đặt hoàn tất đảm bảo chắc chắn ổn định sẽ tiến hành dựng các phơi tường cịn lại để che đi các đường dây dẫn và các khuyết điểm khi lắp các thiết bị điện, giúp tăng độ cứng vững chắc cho mơ hình tăng tính thẩm mỹ hiện đại cho mơ hình sản phẩm.
Về mặt nền móng giá đỡ tồn bộ cho cả mơ hình sẽ được thiết kế xây dựng trên cấu trúc các thanh ngang dọc được cắt xếp đan xen theo các khớp với nhau đảm bảo khả năng chịu lực từ tác động vật lý đạt tối ưu nhất . Hệ thống điện cũng được đi âm từ mặt tường xuống đến nền móng và đi gọn gàng thành các bó dây đảm bảo sự an tồn thẩm mỹ.
Cuối cùng là q trình hồn thiện mơ hình sản phẩm và trang trí mơ hình tăng tính thẩm mỹ, cảm quan, tạo cho người xem cảm thấy sản phẩm mơ hình trở nên chân thật hơn có chiều sâu.
Hình 4. 17: Cách đi dây cho mơ hình
4.6 Thiết kế hệ thống
Sơ đồ kết nối giữa các khối với nhau
Cam :12V ; Vàng : 4,2V ; Tím : 5V ; Xanh dương : Dây tín hiệu ; Xanh lá : Dịng điện chờ tín hiệu từ trung tâm điều khiển đến Relay.
Module Sim800L Module Bluetooth HC-05 Fan 1 Lamp 2 Lamp 3 Lamp 1 Fan 2
Module RELAY 5 kênh
Module micro SD card Touch 1F Touch 1L Touch 3L Touch 2L Touch 2F Arduino Nano LCD Ngày giờ P:…W I:...A LM 2596 4.2V cho module sim Nguồn điện 12V Cảm biến dòng
điện ACS-712 Giao thức I2C
MP1584 5V
Module thời gian thực DS1307
Mơ hình hệ thống điều khiển thơng qua module sim 800L từ xa qua cú pháp tin nhắn và báo quá tải của hệ thống.
Mơ hình hệ thống điều khiển thông qua module Bluetooth khi sử dụng tại nhà và hiển thị trạng thái bật bắt trên app điều khiển điện thoại.
Hoạt động của ACS712 trong hệ thống
Đối với hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ thì cảm biến đo dòng điện ACS712 là linh kiện khơng thể thiếu để có thể thực hiện được đề tài.
Nhiệm vụ của cảm biến trong hệ thống chịu trách nhiệm đo đạc dòng điện tiêu thụ của tất cả các thiết bị từ bản thân hệ thống đến dòng điện của thiết bị tiêu thụ sau đó xuất tín hiệu từ chân Vout với dạng tín hiệu giá trị trả ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dịng điện cần đo và đưa vào Arduino từ đó Arduino sẽ đọc tín hiệu ADC và quy đổi ra trị số dịng điện và tính tốn cơng suất mà hệ thống và thiết bị đang tiêu thụ.
Module sim 800L
Hệ thống truyền phát thông tin và điều khiển thiết bị sử dụng module sim 800L sẽ hoạt động dựa trên các câu lệnh được thiết lập cho việc truyền dẫn tín hiệu khi điện năng sử dụng bị quá tải vượt định mức cài đặt của hệ thống và nhận tín hiệu điều khiển từ xa thơng qua sử dụng cú pháp tin nhắn để điều khiển.
LM 2596 4.2V cho module sim
Module Sim800L Arduino Nano MP1584 5V Arduino Nano Nguồn điện 12V Cảm biến dịng điện ACS-712 MP1584 5V
Tín hiệu q tải truyền đi sẽ được xuất từ arduino đến module sim để mã hóa tín hiệu, truyền dẫn đến địa chỉ là số điện thoại đã được thiết lập và cũng có thể điều khiển bật tắt thông qua cú pháp tin nhắn gửi đến số điện thoại được lắp bên trong module sim, sau khi nhận được tín hiệu module sim sẽ giải mã và xuất ra tín hiệu đưa đến Arduino từ đó arduino sẽ đọc tín hiệu và tắt thiết bị được yêu cầu theo cú pháp trong tin nhắn, tín hiệu báo hiệu được gửi đi có nội dung là Overload và các tín hiệu gửi về điều khiển thiết bị được soạn với nội dung gồm FAN1_ON/OFF, FAN2_ON/OFF, LAMP1_ON/OFF, LAMP2_ON/OFF, LAMP3_ON/OFF.
Dưới đây là đoạn mã set 2 số điện thoại mà module sim làm nhiệm vụ gửi và nhận tín hiệu. mySerial.print("AT+CMGF=1\r"); mySerial.print("AT+CMGS=\"+84961975196\"\r"); mySerial.print("Overload"); delay(100); Module bluetooth HC05
Hệ thống điều khiển thiết bị thông qua bluetooth tại nhà sử dụng thiết bị di động để truyền tín hiệu điều khiển, phương thức điều khiển dựa trên một app được viết riêng cho thiết bị với hình thức đơn giản tiện lợi dễ dàng cài đặt trên thiết bị di động theo định dạng file APK.
Module Bluetooth HC-05 MP1584 5V Arduino Nano
Tín hiệu điều khiển thơng qua bluetooth từ thiết bị di động sẽ truyền đến module HC-05 sau khi được kết nối với nhau, mã pin kết nối 1234, khi đã kết nối thành công thì tín hiệu điều khiển sẽ truyền thơng suốt với nhau, ngoài việc điều khiển bật tắt được thiết bị thì đi kèm theo đó khơng đơn thuần chỉ là việc truyền và gửi tín hiệu điều khiển mà cịn có thể hiện được trạng thái thiết bị đang bật hoặc tắt trên app điều khiển trên thiết bị di động dù điều khiển thủ công bằng công tắc chạm hay điều khiển qua module sim thì việc hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị luôn được cập nhật lên app điều khiển khi được kết nối thông qua giao thức UART. Các thông tin truyền dẫn thông qua bluetooth sau khi được tiếp nhận bởi module HC-05 sẽ được truyền đến Arduino để xử lý việc ra lệnh điều khiển thiết bị điện hoặc so sánh với trạng thái hiện tại của thiết bị để gửi tín hiệu trạng thái hoạt động của thiết bị đến di động hiển thị trên app điều khiển.
Module thời gian thực DS1307 và module micro SD card
Trong hệ thống giám sát điện năng, để có thể thực hiện được đúng chức năng mà từ mục đích ban đầu đề ra để giám sát hoạt động sử dụng năng lượng. Để có thể đưa ra một hướng đi mới trong việc tiết kiệm năng lượng thì hai thành phần chính khơng thể thiếu ở đây chính là hệ thống thời gian thực dùng để quy chiếu với điện năng được tiêu thụ và hệ thống bộ nhớ lưu trữ các số liệu thời gian tiêu thụ và số liệu năng lượng đã tiêu thụ từ đó sẽ cho ra các số liệu hay biểu đồ hằng ngày hằng giờ vào những khoảng thời gian nào năng lượng tiêu thụ cao nhất hoặc ít nhất giúp cho việc thay đổi
Module thời gian thực DS1307 MP1584 5V Arduino Nano Module micro SD card
thói quen sử dụng thiết bị điện trở nên tiết kiệm và tích cực hơn giảm được sự quá tải vào các khung giờ cao điểm.
Đối với module thời gian thực DS1307 có khả năng lưu trữ thời gian được thiết lập đến 10 năm nên việc sử dụng cho hệ thống là rất hiệu quả và đem lại tính ổn định cao việc quy chiếu thời gian lên số liệu điện năng sử dụng sẽ được Arduino đọc tín hiệu thời gian từ module thời gian thực sau đó quy chiếu với số liệu mà cảm biến ACS712 đo được và tính tốn chính xác dịng điện đang hoạt động và công suất đang tiêu thụ và ghi chép các thông tin này vào module lưu trữ dữ liệu micro SD card, sử dụng module thời gian DS1307 mà không cần lo lắng việc bảo dưỡng thay thế trong một thời gian dài, từ đó càng tăng phần giá trị hoạt động ổn định của hệ thống.
Hệ thống sẽ cần một bộ lưu trữ dữ liệu sau khi đo đạc quy chiếu các số liệu với thời gian mục đích để xem xét lại tồn bộ q trình sử dụng năng lượng để có cơ sở thay đổi thói quen sử dụng và các vấn đề liên quan khác, việc sử dụng module micro SD card thay cho SD card nhằm mục đích giảm được kích thước của hệ thống sẽ nhỏ gọn và thơng dụng hơn so với SD card chi phí cũng rẻ hơn dễ dàng truy xuất thông tin từ nhiều thiết bị cơ bản như điện thoại di động, các số liệu và thời gian công suất tiêu thụ được Arduino xử lý và đưa đến module micro SD card ghi chép lại theo định dạng file txt có thể xem dữ liệu thơng qua một số phần mềm như Excel, Note pad.
Công tắc chạm và Module relay 5 kênh
Touch 1F Touch 1L Touch 2L Touch 2F Arduino Nano Fan 1 Lamp 2 Lamp 3 Lamp 1 Fan 2
Module RELAY 5 kênh Nguồn điện 12V
MP1584 5V
Công tắc cảm ứng chạm
Hệ thống bật tắt thủ công vẫn được sử dụng để trong trường hợp cơ bản khi khơng có thiết bị di động trong tầm tay hoặc dành cho những cá nhân ưa thích sự truyền thống nhưng vẫn có sự hiện đại tiện lợi khi cần, ở đây chúng ta sẽ dùng loại công tắc cảm ứng chạm để cho hệ thống trở nên hiện đại hơn và thao tác bật tắc cũng đơn giản và tiện lợi hơn so với việc sử dụng công tắc nút nhấn hay nút gạt và cũng có thể thay đổi được trạng thái của cơng tắc từ nhấn giữ hoặc nhấn nhả một cách linh hoạt so với loại truyền thống chỉ có một trong hai trạng thái, thay vì phải lần mị tìm cơng tắc nhấn hoặc gạt trong mơi trường khơng có ánh sáng, chúng ta chỉ cần đưa tay gần đến vùng ước chừng lắp đặt công tắc cảm ứng chạm và lướt qua khi đó sẽ cảm ứng được và bật thiết bị cần bật, cơng tắc cảm ứng chạm có thể cảm ứng xuyên qua các vật liệu phi kim như nhựa giấy. và các tín hiệu bật tắt thiết bị điều được thông qua arduino để xử lý và ra lệnh đế module relay 5 kênh để bật tắt cách ly nguồn điện với tín hiệu điều khiển đảm bảo được sự an toàn cho hệ thống trung tâm.
Module Relay 5 kênh
Để điều khiển được thiết bị điện có cơng suất lớn u cầu hệ thống điều khiển cũng phải chịu được dịng tải lớn, ở đây chúng ta khơng thể điều khiển trực tiếp từ tín hiệu arduino mà phải qua thiết bị trung gian có khả năng chịu được dịng tải cơng suất lớn hơn đảm bảo cho thiết bị điện hoạt động an toàn, ổn định và bảo vệ được hệ thống trung tâm điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển là module relay 5 kênh có cơng suất tải lớn và có thể cách ly nguồn điện của thiết bị và nguồn tín hiệu điều khiển riêng biệt bằng linh kiện có tên là Opto quang được tích hợp sẵn trên module, tránh được nguy cơ hệ thống điều khiển trung tâm bị xâm nhập bởi nguồn điện có hiệu điện thế lớn gây hư hỏng và mất an toàn.
Khi Arduino nhận tín hiệu điều khiển bật hoặc tắt thiết bị từ các nguồn tín hiệu như module sim, module Bluetooth, công tắc chạm cảm ứng, tương ứng với thiết bị cần điều khiển khi đó Arduino sẽ xuất ra tín hiệu điều khiển đến module Relay và
thông qua linh kiện có tên là Opto quang gián tiếp điều khiển Relay đóng hoặc ngắt nguồn điện cho thiết bị cần điều khiển.
Giao thức I2C và hiển thị thông tin lên LCD 16x2
LCD trong hệ thống là thành phần quan trọng khơng kém gì các thiết bị khác việc sử dụng LCD trong hệ thống giúp người dùng cảm quang được hệ thống có đang hoạt động đúng với nhiệm vụ khơng, bằng cách hiển thị lên màn hình LCD các dữ liệu quan trọng như ngày giờ công suất tiêu thụ đặc biệt là hiển thị dòng điện đang chạy trên toàn bộ hệ thống và thiết bị, giúp người dùng xem xét và giám sát có điều chỉnh kịp thời hơn so với việc phải trích xuất dữ liệu tiêu thụ từ bộ lưu trữ micro SD card.
Mặc dù LCD là thành phần rất quan trọng trong hệ thống nhưng việc dùng LCD để hiển thị thông tin cần rất nhiều chân xuất dữ liệu từ vi xử lý trung tâm là Arduino vấn đề sẽ phát sinh và không đủ chân điều khiển cho các thiết bị khác trong hệ thống, giải pháp để rút gọn số chân điều khiển của vi xử lý từ 6 chân còn 2 chân sẽ dùng module truyền giao thức I2C sẽ giải quyết được vấn đề.
Hệ thống điều khiển trung tâm toàn bộ sẽ được đặt trong một hộp kín trong suốt vừa có thể quan sát, theo dõi q trình vận hành có tính thẩm mỹ cao, đảm bảo an toàn cho hệ thống và tránh các tác nhân không cần thiết tác động vào bên trong.
LCD Ngày giờ P:…W I:...A Giao thức I2C MP1584 5V Arduino Nano
Toàn bộ hệ thống điều khiển được đặt bên trong hộp kín trong suốt.
4.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống
THI CƠNG
5.2 Chương trình chính
Tập lệnh Giải thích
AT+CMGF=1 Cấu hình tin nhắn dạng ký tự
AT+CNMI=1,2,0,0,0 Hiển thị nội dung tin nhắn trực tiếp
AT+CMGL=\"REC UNREAD Chế độ văn bản SMS, nhận các tin nhắn
chưa đọc
TCCR1A và TCCR1B Là 2 thanh ghi điều khiển hoạt động của
T/C1
TCNT1 Là thanh ghi 16 bit, lưu giá trị thực của
T/C1 cho phép đọc và ghi trực tiếp.
ICR1 Giá trị thanh ghi ICR1 sẽ được cập nhập
theo thanh ghi TCNT1
OCR1A và OCR1B Lưu trữ giá trị so sánh ở kênh A và kênh
B khi T/C1 hoạt động, giá trị TCNT1 được tăng dần, giá trị này liên tục được