Thiết kế công tắc thông minh điều khiển 6 bóng đèn cho trang trại chăn nuôi có cùng công suất pđm = 40w, cos

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
====o0o====

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT
BỊ ĐIỆN THÔNG MINH
Tên đề tài:
Thiết kế cơng tắc thơng minh điều khiển 6 bóng đèn cho trang trại chăn ni có
cùng cơng suất Pđm = 40W, cos𝝋 = 0,9, Uđm = 220V, f=50Hz
Giáo viên hướng dẫn: TS.Phạm Văn Cường

Nhóm : 11
Sinh viên :

Lớp: EE6050001

Trần Huy Phú

2019600949

Phạm Quốc Tuấn

2019600218

Lưu Minh Tân

2019600129

Nguyễn Tú

2019600462

Lê Quốc Việt

2019601017

Năm 2022


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ
NỘI

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT BỊ ĐIỆN THƠNG MINH
Nhóm 11
STT

Họ và tên

MSV

Lớp-Khóa

1

Trần Huy Phú

2019600949

Điện 1-K14

2

Phạm Quốc Tuấn

2019600218

Điện 1-K14

3

Lưu Minh Tân

2019600129

Điện 1-K14

4

Nguyễn Tú

2019600462

Điện 1-K14

5

Lê Quốc Việt

2019601017

Điện 1-K14

Giáo viên hướng dẫn : TS. Phạm Văn Cường
NỘI DUNG

Đề tài: Thiết kế công tắc thông minh điều khiển 6 bóng đèn cho trang trại chăn ni
có cùng cơng suất, cơng suất mỗi bóng Pđm = 40W, cos𝝋 = 0,9,
Uđm = 220V, f=50Hz
PHẦN THUYẾT MINH

1. Tổng quan chung về thiết bị điện thông minh
2. Thiết kế cơng tắc thơng minh điều khiển cho 6 bóng đèn
- Điều khiển thông qua Wifi
- Điều khiển không giới hạn khoảng cách (có mạng intenet)
3. Xây dựng mơ hình thực nghiệm
4. Đánh giá kết quả
Ngày giao đề tài: 17/07/2022

Ngày hoàn thành: 04/09/2022
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Phạm Văn Cường


Mục lục

Danh mục hình ảnh........................................................................................................5
Lời nói đầu.....................................................................................................................4
Chương 1: Tổng quan về công tắc điện thông minh.....................................................5
1.1 Khái niệm về thiết bị thông minh........................................................................5
1.2 Công tắc điện thông minh....................................................................................5
1.3 IoT.......................................................................................................................7
1.3.1 Khái niệm về IoT..........................................................................................7
1.3.2 Cấu trúc của IoT...........................................................................................7
1.4 Giao tiếp thế giới thực.........................................................................................9
1.4.1 Khái niệm về WIFI.......................................................................................9
1.4.2 Khái niệm về Internet.................................................................................10
1.5 Độ an tồn và tính bảo mật của cơng tắc điện thơng minh...............................11
1.5.1 Độ an tồn...................................................................................................11
1.5.2 Tính bảo mật...............................................................................................11
Chương 2: Thiết kế cơng tắc thơng minh điều khiển bóng đèn..................................13
2.1 Ứng dụng Blynk................................................................................................13
2.2 Sơ đồ khối của mơ hình.....................................................................................13
2.3 Ngun lí hoạt động của mơ hình......................................................................14
2.4 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển..............................................................15
2.4.1 Lựa chọn thiết bị có trong mơ hình............................................................15
2.4.2 Lưu đồ thuật tốn........................................................................................17
2.4.3 Chương trình nạp vào nodeMCU...............................................................18
2.4.4 Cài đặt và tạo giao diện trên app Blynk.....................................................20
Chương 3: Mơ hình thực nghiệm................................................................................28
3.1 Giới thiệu mơ hình.............................................................................................28
3.2 Vận hành mơ hình.............................................................................................29


3.2.1 Khi mơ hình chưa hoạt động......................................................................29
3.2.2 Khi mơ hình hoạt động...............................................................................31

Kết luận.......................................................................................................................33
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................34


Danh mục hình ảnh
Hình 1. 1: Cơng tắc thơng minh....................................................................................5
Hình 1. 2: IoTs...............................................................................................................7
Hình 1. 3: Cấu trúc của IoT...........................................................................................8
Hình 1. 4: Wifi...............................................................................................................9
Hình 1. 5:Internet.........................................................................................................10
Hình 1. 6: Địa chỉ IP....................................................................................................11
Hình 2. 1: Các nền tảng của Blynk..............................................................................13
Hình 2. 2: Sơ đồ khối..................................................................................................14
Hình 2. 3: Module relay 1 kênh 5V-220V 10A...........................................................15
Hình 2. 4: Module NodeMCU ESP8266.....................................................................15
Hình 2. 5: Bóng đèn.....................................................................................................15
Hình 2. 6: Cơng tắc......................................................................................................15
Hình 2. 7: Module NodeMCU ESP8266 CP2102.......................................................16
Hình 2. 8: Lưu đồ thuật tốn.......................................................................................17
Hình 2. 9: App Blynk..................................................................................................21
Hình 2. 10: Nhập email và mật khẩu...........................................................................22
Hình 2. 11: Thêm dự án...............................................................................................23
Hình 2. 12: Đặt tên dự án............................................................................................24
Hình 2. 13: Set up giao diện điều khiển......................................................................25
Hình 2. 14: Cài đặt cho nút ấn.....................................................................................26
Hình 2. 15: Giao diện sau khi cài đặt..........................................................................27
Hình 3. 1: Mặt trước của mơ hình..............................................................................28
Hình 3. 2: Mặt sau mơ hình.........................................................................................29
Hình 3. 3: Mơ hình khi chưa nhấn cơng tắc................................................................29
Hình 3. 4: Cơng tắc trên app chưa được bật................................................................30

Hình 3. 5: Công tắc trên app được bật lên...................................................................31


Hình 3. 6: Đèn khi được bật........................................................................................32


Lời nói đầu
Trong những năm gần đây, IoT đang là một khái niệm quen thuộc, là câu "cửa
miệng" trong các hội thảo về khoa học công nghệ. Việc ứng dụng IoT vào mọi mặt
của đời sống đang trở nên vô cùng cấp bách và cần thiết. Theo xu hướng đó nhóm em
quyết định chọn Đề tài: Thiết kế cơng tắc thơng minh điều khiển 6 bóng đèn cho trang
trại chăn ni có cùng cơng Pđm=40W, cos𝝋 = 0,9, Uđm = 220V, f=50Hz . Với mục
đích có được kiến thức nền tảng của môn học, làm nền cho các dự án lớn hơn sau này
như ngôi nhà thông minh, hay điều khiển trong cơng nghiệp sử dụng IOTs,...
Ngồi việc hồn thành báo cáo với những cơng việc trên thì nó cịn có ý nghĩa
sâu sắc đối với sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên được thực hành những kiến
thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản phẩm công nghiệp,
được sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trước chỉ nằm trên trang giấy.
Trong q trình tiến hành khơng thể khơng gặp những khó khăn vấp phải, Tuy nhiên
do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc giải quyết đề tài
khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm của thầy.


5

Chương 1: Tổng quan về công tắc điện thông minh
1.1 Khái niệm về thiết bị thông minh
Thiết bị điện thông minh cho phép kết nối các thiết bị trong nhà với nhau để
tạo thành một mạng lưới thuận tiện cho việc giám sát, điều khiển từ xa và có khả
năng tự động xử lý và thông báo đến cho người dùng. Đem lại sự an toàn, tiện nghi

và tiết kiệm.
1.2 Công tắc điện thông minh
Công tắc thông minh là loại cơng tắc giúp người dùng có thể đóng/mở các thiết
bị điện như: Bóng đèn, quạt,... thơng qua thao tác cực kì đơn giản là chạm vào phím
cảm ứng hoặc có thể điều khiển từ xa bằng điện thoại hay máy tính bảng.
Cơng tắc điện thơng minh là thiết bị điện thơng minh cho phép người sử dụng
có thể điều khiển, giám sát hoạt động đối tượng cần điều khiển bằng cách trực tiếp
hoặc gián tiếp thơng qua wifi, bluetooth,…

Hìình11..1:Cơng ttắc tthơng miinh
sNgun lí hoạt động
Cơng tắc điện có ngun lý hoạt động tương đối đơn giản:
Khi chúng ta đóng cơng tắc: cực động sẽ tiếp xúc với cực tĩnh làm kín mạch
cho dịng điện chạy qua và thiết bị sẽ hoạt động, gửi tín hiệu điến vi điều khiển.
Khi cắt công tắc: cực động tách khỏi cực tĩnh làm hở mạch sẽ làm ngắt điện


6
khỏi thiết bị, gửi tín hiệu đến vi điều khiển.
Thiết lập nút ấn online trên các app để có thể điều khiển được thiết bị thông
qua việc giao tiếp và đồng bộ dữ liệu của vi điều khiển.
Ngoài ra, khi bạn ra khỏi nhà vẫn có thể điều khiển các thiết bị trong nhà được,
đây là đặc điểm mà rất nhiều người u thích và tin dùng.
Ưu điểm:
- An tồn, chống rị rỉ điện
Cơng tắc thơng minh được thiết kế mặt kính cường lực bao phủ hồn tồn cách
điện giúp hạn chế tối đa trường hợp chập cháy, rò rỉ điện, đảm bảo an toàn tuyệt đối
cho người sử dụng.
Trong trường hợp có sự cố điện, bạn hồn tồn có thể dùng điều khiển từ xa để
ngắt điện mà không cần dùng tay bấm/gạt trực tiếp như công tắc cơ truyền thống.

- Điều khiển mọi lúc, mọi nơi
Với tính năng điều khiển từ xa, bạn sẽ không cần di chuyển đến tận nơi có ổ
cắm nhiều lần để bật/tắt thiết bị. Đặc biệt với những ai hay qn thì cơng tắc thông
minh sẽ là giải pháp tối ưu.
Những lúc ở xa nhà, bạn chỉ cần chạm vào màn hình điện thoại hoặc máy tính
bảng là có thể dễ dàng tắt các thiết bị khơng cần thiết. Nhờ đó mà tiết kiệm được điện
năng đồng thời nâng cao tuổi thọ cho các thiết bị điện tử trong nhà. Ngoài ra bạn có
thể chia sẻ thiết bị kết nối trong nhà giữa các thành viên trong gia đình mà khơng cần
kết nối một thiết bị nhiều lần.
Dễ lắp đặt, cài đặt, cấu hình thiết bị, bất cứ thợ điện hoặc người dùng hiểu cơ
bản về điện đều có thể lắp đặt được.
- Không cần phát sinh thêm bộ điều khiển trung tâm để chuyển ngôn ngữ
truyền thông sang router wifi.
-

Không bị phụ thuộc vào bộ điều khiển trung tâm. Khi bộ điều khiển

trung tâm hỏng hoặc mất kết nối, mọi công tắc vẫn hoạt động độc lập.
-

Không bị hiện tượng thắt nút cổ chai khi phát sinh lỗi.

Nhược điểm:Giá thành khá cao.
Ứng dụng:


7
Công tắc thông minh được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực,
ngành nghề, có thể sử dụng theo từng mục đích khác nhau.
Ứng dụng cơng tắc thơng minh trong biệt thự, nhà ở, khu dân cư: Dùng làm

công tắc cho hệ thống đèn chiếu sáng như ở cổng nhà, sân vườn, ban công, hoặc ở
những nơi bạn không tiện dùng tay để bật/tắt điện, hay không thể thao tác trong một
số trường hợp xác định khác.
Ứng dụng trong các nhà hàng, quán rượu, khách sạn: Dùng l [1]àm công tắc
cho các hệ thống chiếu sáng, hệ thống máy điều hịa, máy nóng lạnh. Cho phép bạn
kiểm tra và giám sát hoạt động của các thiết bị một cách dễ dàng. Có thể ngắt hoạt
động của các thiết bị ở những phòng trống hay ở những khu vực cần thiết khác nhờ
những cảm biến tự động hay điều khiển từ xa.
Ứng dụng của công tắc thông minh trong nông nghiệp: Dùng để bật tắt máy
tưới, máy sục khí hồ cá, soi sáng vườn tược, máy ấp,… một cách tự động.
1.3 IoT
1.3.1 Khái niệm về IoT
IoT viết tắt Internet of Things là mạng lưới thiết bị kết nối Internet hay Internet
kết nối vạn vật. Trong đó tồn bộ vật dụng được tích hợp các bộ phận điện tử, phần
mềm, cảm biến để trở nên thông minh hơn. [1]


8

Hình 1. 2: IoTs
Ứng dụng của IoT trong đời sống : các thiết bị trong nhà thông minh, thiết bị
theo dõi sức khỏe, thành phố thông minh hay là trang trại thông minh,…
IoT giúp việc theo dõi, điều khiển, truy cập, thu thập số liệu một cách chính
xác và nhanh chóng ở mọi lúc mọi nơi là xu hướng phát triển của thế giới.
1.3.2 Cấu trúc của IoT
Cấu trúc của IoT gồm có 4 giai đoạn đó là: lớp cảm biến, lớp mạng, lớp xử lí dữ
liệu và lớp thực thi thông minh.


9

Lớp
cảm

Hìình11..3:Cấu ttrrúc của IIoT
biến:
Là các cảm biến nhận diện được những thay đổi thơng số vật lí của mơi trường
như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,…và gửi dữ liệu thu thập được qua mạng
Lớp mạng:
Là mạng lưới mạng internet, mạng nội bộ có chức năng tổng hợp, chuyển đổi
dữ liệu analog của cảm biến sang digital và truyền dẫn dữ liệu đó.
Lớp xử lí dữ liệu:
Đây là nơi xử lí các dữ liệu của IoT. Tại đây, dữ liệu được tiếp nhận sau đó
phân tích và xử lí trước khi gửi dữ liệu đến trung tâm dữ liệu, đây còn là nơi dữ liệu
được theo dõi và quản lí.
Lớp thực thi thông minh:
Đây là lớp cuối cùng của IoT, là nơi dữ liệu đã được xử lí sẽ ứng dụng vào các
mục đích như chăm sóc sức khỏe, nơng nghiệp, chăn nuôi, nhà ở,…
1.4 Giao tiếp thế giới thực
1.4.1 Khái niệm về WIFI


1
WIFI viết tắt của từ Wireless Fidelity là hệ thống mạng khơng dây sử dụng
sóng vơ tuyến, giống như điện thoại, truyền hình và radio.
Hệ thống này đã được sử dụng rất phổ biến ở nhiều quốc gia vùng lãnh thổ,
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như kinh doanh, hộ gia đình, và các điểm phát WIFI
cơng cộng.

Hình 1. 4: Wifi

Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WIFI gần giống với các sóng vơ tuyến sử dụng
cho các thiết bị như điện thoại, truyền hình, … nó có thể chuyển và nhận sóng vơ
tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vơ tuyến và ngược lại.
Tuy nhiên, sóng Wifi có một số khác biệt so với các sóng vơ tuyến khác ở chỗ:
- Chúng truyền và phát tín hiệu ở 2,4GHz, 5GHz, 60GHz, có thể thấy tần số này
cao hơn so với tần số được sử dụng trong điện thoại 50MHz và radio 100MHz.
Chuẩn Wi-Fi 802.11:
- Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trong lĩnh vực này. Đây là một chuẩn
chậm nhất và rẻ nhất, nên nó ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác.
- Chuẩn 802.11n cũng phát ở tần số 2,4 GHz, nhưng nhanh hơn
- Chuẩn 802.11a, tốc độ xử lý đạt 300 megabit/s.
- Chuẩn 802.11ac phát ở tần số 5 GHz.


1
- Chuẩn 802.11ad phát ở tần số 60 GHz.
1.4.2 Khái niệm về Internet
Internet là một hệ thống thơng tin tồn cầu, có thể được truy nhập cơng
cộng gồm nhiều mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống này sẽ truyền thơng
tin theo kiểu chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng
đã được chuẩn hóa (địa chỉ IP). Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính
nhỏ của các doanh nghiệp, các viện nghiên cứu và các trường đại học hay của người
dùng cá nhân.
Chuyển gói dữ liệu (packet switching) là một loại kĩ thuật gửi dữ liệu từ máy
tính nguồn tới nơi nhận (máy tính đích) qua mạng dùng một loại giao thức thoả mãn
3 điều kiện sau:
- Dữ liệu cần vận chuyển được chia nhỏ ra thành các gói có kích thước và định
dạng xác định.
- Mỗi gói như vậy sẽ được chuyển riêng rẽ và có thể đến nơi nhận bằng các
đường truyền khác nhau. Như vậy, chúng có thể dịch chuyển trong cùng thời

điểm
- Khi tồn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận thì chúng sẽ được hợp lại thành dữ
liệu ban đầu.

Hình 1. 5:Internet
Địa chỉ IP bất kỳ thiết bị mạng nào bao gồm bộ định tuyến, bộ chuyển mạch
mạng, máy vi tính, máy chủ hạ tầng, máy in, máy fax qua Internet, và vài loại điện
thoại tham gia vào mạng đều có địa chỉ riêng, và địa chỉ này là đơn nhất trong phạm
vi của một mạng cụ thể. Vài địa chỉ IP có giá trị đơn nhất trong phạm vi Internet toàn


1
cầu, trong khi một số khác chỉ cần phải đơn nhất trong phạm vi một cơng ty.

Hình 1. 6: Địa chỉ IP
1.5 Độ an tồn và tính bảo mật của cơng tắc điện thơng minh
1.5.1 Độ an tồn
Vấn đề an tồn với các thiết bị điện thơng minh, người dùng không cần phải
chạm tay trực tiếp vào công tắc để bật/ tắt thiết bị mà chỉ cần một cái chạm nhẹ trên
smartphone hoặc có thể điều khiển bằng giọng nói.
Trong trường hợp bắt buộc phải chạm vào công tắc để tắt bật thiết bị thì khi đó
các nút cơng tắc thơng minh cũng sẽ được làm bằng mặt kính cách điện. Do đó, bàn
tay của người dùng sẽ khơng tiếp xúc trực tiếp với nguồn điện, trách được rủi ro điện
giật.
1.5.2 Tính bảo mật
- Chứng thực (Authentication) giúp ngăn chặn các truy cập bất hợp pháp vào hệ
thống.
- Mã hóa (Encryption) đảm bảo tính bảo mật khi truyền tải thơng tin.
- Thỏa thuận khóa (Key agreement) được thực hiện trước khi mã hóa để
cung cấp các khả năng an ninh mạng nâng cao.

Giải pháp bảo mật:


1
Sử dụng nguồn internet riêng cho hệ thống công tắc thơng minh. Vì khi sử
dụng chung hệ thống internet rất dễ bị người lạ truy cập vào để hệ thống cơng tắc
thơng minh, làm mất tính bảo mật của hệ thống.
Đặt mật khẩu mạnh sử dụng kí tự đặc biệt, số, chữ viết hoa để tăng tính bảo
mật cho hệ thống.


1

Chương 2: Thiết kế công tắc thông minh điều khiển bóng đèn
2.1 Ứng dụng Blynk
Với đề tài về cơng tắc thơng minh này, nhóm quyết định sẽ tạo ra 1 mơ hình
cơng tắc thơng minh với chức năng cơ bản là có thể điều khiển từ xa (qua app Blynk)
và điều khiển trực tiếp bằng công tắc vật lý.
Blynk là một phần mềm mã nguồn mở được thiết kế cho các ứng dụng
IoT(Internet of Things). Ứng dụng giúp người dùng điều khiển phần cứng từ xa, có
thể hiển thị dữ liệu cảm biến, lưu trữ dữ liệu, biến đổi dữ liệu hoặc làm nhiều việc
khác. Nền tảng Blynk có ba phần chính:
- Blynk App – Ứng dụng Blynk cho phép khởi tạo giao diện cho các dự án.
- Blynk Server – Chịu trách nhiệm giao tiếp qua lại hai chiều giữa điện thoại và
phần cứng.
- Blynk Library – Thư viện chứa các nền tảng phổ biến, giúp việc giao tiếp phần
cứng với Server dễ dàng hơn.

Hìình22..1:Các nền ttảng của Bllynk
2.2 Sơ đồ khối của mơ hình

1

Hình 2. 2: Sơ đồ khối
2.3 Ngun lí hoạt động của mơ hình
Module thu/phát wifi esp 8266 NodeMCU sẽ kết nối router wifi để gửi dữ liệu
đến Blynk server thông qua mã “auth token” nhận được. Dữ liệu được gửi từ module
NodeMCU và app Blynk sẽ được đồng bộ. Sau đó từ Blynk server, module
NodeMCU sẽ đọc dữ liệu và điều khiển ON/OFF bóng đèn ( khi điều khiển trên app
Blynk). Còn app Blynk, từ Blynk server cũng sẽ đọc dữ liệu và hiển thị trên app
Blynk ( khi điều khiển bằng công tắc vật lý).
Vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình đã được nạp vào từ trước đó để đưa tín
hiệu đầu ra tương ứng với các tín hiệu đầu vào, sau đó tín hiệu từ vi điều khiển sẽ
được đưa đến relay. Relay có nhiệm vụ đóng cắt điện cho phụ tải.


1
2.4 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển
2.4.1 Lựa chọn thiết bị có trong mơ hình

Hìình22..43:Module
NodeMCU ESP8266

Hìình22..65:Bóng
đèn

Hình

2

.43:MModoudulelererlealya
y11kêknêhnh5V5V- - 220V
10A

Hìình22..56:Cơng ttắc

Thơng số kỹ thuật
 Module
- IC chính: ESP8266 Wifi SoC.
- Phiên bản firmware: Node MCU.
- Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102
- GPIO tương thích hồn tồn với firmware - Node MCU.


1
- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.