Chương 3 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2 Thiết kế sơ đồ các khối
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa gồm các khối nguồn, khối relay, vi điều khiển trung tâm ESP8266. Các module khác như Pzem004T, LCD I2C. Các khối được lựa chọn tính toán xử lý các nhiệm vụ riêng biệt để kết hợp với nhau thành một khối thống nhất để tạo thành một thống điều khiển thiết bị từ xa hoàn chỉnh.
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống
3.2.2 ESP8266
Module ESP8266 vi xử lý trung tâm đảm nhận vai trò điều khiển các thiết bị thông qua relay (đèn, quạt, và các thiết bị khác). Kết nối với Raspberry Pi thông qua giao thức MQTT để truyền thông tin và điều khiển các thiết bị từ xa. Gửi thông báo đến telegram khi có các thiết bị bật tắt
Nguyên lý hoạt động của ESP8266
Khi có nguồn cung cấp cho vi điều khiển ESP8266. Kết nối với Raspberry Pi thông qua giao thức MQTT để truyền thông tin và điều khiển. ESP8266 sẽ nhận lệnh và điều khiển Relay (bật/tắt các thiết bị thông qua relay dựa trên lệnh từ vi xử lý trung tâm).
Thiết bị vẫn hoạt động bằng công tắc vật lý khi hệ thống không thể kết nối intermet.
Lưu đồ thuận toán ESP8266:
Hình 3.5: Lưu đồ thuận toán ESP8266
3.2.3 Module Relay
Module Relay bật/tắt các thiết bị thông qua relay dựa trên lệnh từ vi xử lý trung tâm. Module relay 4 kênh là một thiết bị điều khiển công suất, được sử dụng để bật/tắt các thiết bị điện như đèn, quạt, hoặc các thiết bị điện khác
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý của relay Nguyên lý hoạt động của relay 4 kênh:
Cấu trúc cơ bản module relay 4 kênh thường có bốn relay độc lập, mỗi relay điều
khiển một kênh riêng biệt. Mỗi relay bao gồm một cuộn dây và các cặp tiếp điểm chuyển động được kích hoạt bởi cuộn dây.
Nguyên tắc hoạt động cơ bản mỗi relay được kết nối với một nguồn điện DC thấp (thường là 5V) thông qua cuộn dây. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, năng lượng từ dòng điện này sẽ tạo ra một trường từ và làm cuộn dây hấp thụ. Việc hấp thụ này sẽ khiến cơ cấu chuyển động trong relay chuyển động và tiếp điểm được kích hoạt.
Tiếp điểm chuyển động relay có hai loại tiếp điểm, tiếp điểm thường mở (NO) và tiếp điểm thường đóng (NC). Trong trạng thái không kích hoạt, tiếp điểm NO mở và tiếp điểm NC đóng. Khi cuộn dây được kích hoạt, cơ cấu chuyển động sẽ làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm, mở tiếp điểm NC và đóng tiếp điểm NO.
Kết nối với thiết bị điện thiết bị điện cần được điều khiển (ví dụ: đèn, quạt) được
kết nối với tiếp điểm NO và COM (Common) của relay. Khi relay được kích hoạt, tiếp điểm NO đóng nối, tạo ra một mạch điện liên tục và cho phép dòng điện chạy qua thiết bị điện.
Kết nối với vi xử lý trung tâm (ESP8266) relay có thể được kết nối với vi xử lý trung tâm, thông qua các chân kích hoạt cuộn dây của relay. Vi xử lý trung tâm có thể gửi tín hiệu điện (5V) đến chân kích hoạt để kích hoạt relay và điều khiển thiết bị điện.
Sơ đồ nối dây của hệ thống
Hình 3.7: Sơ đồ đi dây hệ thống điều khiển thiết bị Nguyên lý hoạt động và kết nối hệ thống điều khiển thiết bị từ xa
Mạch được thiết kế và sử dụng GPIO D1, D2, D5 và D6 của ESP8266 để điều
khiển module relay 4 kênh. Và GPIO SD3, D3 được kết nối bằng các công tắc vật lý thủ công để điều khiển module relay theo cách thủ công. Nguồn của vi điều khiển và các module khác sử dụng nguồn một chiều 5VDC từ module LM2596 kết hợp nguồn DC12V.
3.2.4 Module đo điện PZEM-004T
Hình 3.8: Sơ đồ đi dây hiển thị thông số LCD
Kết nối đi dây của hệ thống đo các thông số điện và hiển thị LCD
ESP8266 giao tiếp với module Pzem004t thông qua giao tiếp UART chân D3, D4 trên vi điều khiển nối với TX, RX trên module Pzem004t. ESP8266 giao tiếp với LCD qua chân D1, D2 thông qua giao tiếp I2C và hiển thị các thông số lên màn hình.
Lưu đồ thuận toán và nguyên lý hoạt động hệ thống đo thông số dòng điện
Khi có nguồn cấp cho vi điều khiển, module Pzem004t và LCD. Khởi tạo và thiết lập các thư viện và biến cần thiết. Cài đặt địa chỉ của màn hình LCD. ESP8266 lấy dữ liệu từ Pzem-004t sử dụng thư viện Pzem để đọc dữ liệu như điện áp, dòng điện, công suất, và năng lượng từ Pzem-004t. Sau khi đọc giá trị từ Pzem004t, vi điều khiển ESP8266 sẽ hiển thị các thông số lên màn hình LCD
Hình 3.9: Lưu đồ thuận toán đọc và hiển thị thông số lên LCD
Khi có nguồn cấp cho vi điều khiển, module Pzem004t và LCD. Khởi tạo và thiết lập các thư viện và biến cần thiết. Cài đặt địa chỉ của màn hình LCD. ESP8266 lấy dữ liệu từ Pzem-004t sử dụng thư viện Pzem để đọc dữ liệu như điện áp, dòng điện, công suất, và năng lượng từ Pzem-004t. Sau khi đọc giá trị từ Pzem004t, vi điều khiển ESP8266 sẽ hiển thị các thông số lên màn hình LCD
3.2.5 Điều khiển từ app inventor:
- Tạo giao diện điều khiển từ xa trên điện thoại di động.
- Cho phép người dùng đặt hạn giờ để tự động bật/tắt thiết bị.
- Gửi lệnh điều khiển và hạn giờ đặt từ người dùng đến vi xử lý trung tâm thông qua giao thức MQTT.
App điện thoại:
Hình 3.10: App điện thoại