THIẾT kế VÀ THI CÔNG bộ THU THẬP THÔNG TIN TẠI CHỖ, từ XA CHO mô HÌNH NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI TÍCH hơp PHÁT điện, nước NÓNG, LỌC nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/81

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THU THẬP
THÔNG TIN TẠI CHỖ, TỪ XA CHO MÔ HÌNH
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TÍCH HƠP PHÁT
ĐIỆN, NƯỚC NÓNG, LỌC NƯỚC

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/81

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Thời đại ngày càng phát triển, con người ngày càng có nhu cầu cao về chất lượng
cuộc sống và việc tiết kiệm năng lượng. Đề tài lần này sẽ cung cấp một giải pháp vừa
tạo ra năng lượng vừa đáp ứng các nhu cầu hằng ngày của con người. Đó là hệ thống
máy nước nóng năng lượng mặt trời kết hợp tạo ra điện năng. Hệ thống sẽ tạo ra lượng
nước nóng thường xuyên và điện năng phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời.

Ưu điểm:
-

Được sử dụng một nguồn năng lượng miễn phí và có khả năng tái tạo.
Giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, sự độc lập trong sử dụng năng

-

lượng và giúp cải thiện an ninh năng lượng.
Cực kì phù hợp cho những nơi có cường độ ánh sáng mạnh và thời gian chiếu

-

sáng dài.
Góp phần bảo vệ môi trường.
Tiết kiệm được chi phí cho người sử dụng.
Thay thế cho các thiết bị có chức năng tương đương.

Nội dung đề tài
 Tìm hiểu về hệ thống máy nước nóng năng lượng mặt trời.
 Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ, cảm biến đo dòng, cảm biến đo điện áp, cách
điều khiển van điện từ, máy bơm AC.
 Thực hành lập trình về Arduino.
 Thực hiện làm mô hình hoàn chỉnh.
 Tạo giao diện điều khiển, giám sát trên Raspberry Pi 3 và lưu Database trên
SQLite3.

CHƯƠNG 2. Ý TƯỞNG CHO ĐỀ TÀI
Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/81

Sơ đồ khối cho mạch:

Hình 2-1 Sơ đồ khối

Hình 2-2 Sơ đồ mạch
Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/81

1.1Khối nguồn
-

Sử dụng nguồn 220VAC cho máy bơm.

-

Nguồn 24VDC dùng để điều khiển van.

-

Nguồn 5V DC dùng cấp cho Adruino và cảm biến (nguồn phải được lọc để
đảm bảo cung cấp ổn định nguồn điện cho arduino vì rất dễ bị nhiễu do dùng
chung nguồn với động cơ bơm).

1.2Khối điều khiển
Dùng Arduino Mega 2560 để lập trình điều khiển và nhận tín hiệu từ các ngo
vào, ngo ra digital, analog , truyền thông.

1.3Khối thiết bị chấp hành, giám sát
Bao gồm điều khiển van, động cơ và nhận tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ, đo

dòng điện, điện áp.
Cụ thể:
-

Van dầu: chân 39, Van nước chân 41.
Bơm: chân 51
Cảm biến nhiệt độ: các chân: 22, 24, 26, 23, 25, 27, 28, 30, 32, 29, 31, 33, 10,

-

11, 12, 13.
Cảm biến dòng: chân A1.
Cảm biến áp: chân A0.

1.4Khối truyền thông
Dự án sử dụng LoRa (dùng chân RX, TX trên Arduino nhận và gửi tín hiệu đến
máy chủ) cho việc truyền thông dự liệu trong phạm vi 3000m, với các ưu điểm như tiết
kiệm năng lượng mà vẫn truyền được đi xa, có tính ổn định cao.

1.5Khối lưu data và giám sát trên Internet
Raspberry Pi 3 được sử dụng như một máy chủ trong dự án, có chức năng truyền
tín hiệu điều khiển, nhận tín hiệu phản hồi từ arduino, lưu dữ liệu vào Database (phần
mềm được sử dụng để làm Database là SQLite3).

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU CÁC THÀNH PHẦN

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/81

Hình 3-1 Sơ đồ nối cảm biến với chân Arduino

1.6Bộ điều khiển Arduino
1.1.1 Tổng quan về Arduino
Arduino là một bảng mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivrea (nước Ý), nhằm
xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường bên ngoài được thuận
lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế dựa trên trên
nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.

Hình 3-2 Các dạng Arduino hiện nay

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/81

Phần mềm: Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng
đa nền tảng được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngôn ngữ lập
trình xử lý (Processing programming language) và project Wiring. Nó được thiết kế
cho người mới muốn khám phá lĩnh vực phát triển phần mềm. Bao gồm một chương
trình với các chức năng như đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, và tự động
canh lề, cũng như compile và upload chương trình lên board trong một lần nhấn
chuột. Mỗi chương trình hoặc code được gọi là sketch.
Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE hỗ trợ một
thư viện phần mềm được gọi là "Wiring" , nhằm giúp các thao tác input/output được

dễ dàng hơn. Người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạo ra một chương trình vòng
thực thi (cyclic executive) có thể chạy được:
• Setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết
lập các cài đặt.
• Loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch.

Hình 3-3 Giao diện lập trình Arduino IDE

1.1.2 Arduino Mega 2560:

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/81

Hình 3-4 Vietduino Mega 2560

Hệ thống giám sát và điều khiển sử dụng con Vietduino Mega 2560 là phiên bản
có chức năng, kích thước, hình dạng và cách sử dụng tương tự với Arduino Mega 2560
R3 nhưng được cải tiến để khắc phục 3 nhược điểm chính mà board Arduino thông
thường gặp phải:
•
-

Nguồn điện:

Arduino Mega 2560 R3 sử dụng IC chuyển nguồn tuyến tính LM1117 5VDC có
dòng đầu ra thấp và rất nóng khi cấp điện áp đầu vào cao (khắc phục: Vietduino

Mega 2560 sử dụng mạch nguồn xung với dải điện áp đầu vào linh hoạt
4.5~35VDC, dòng đầu ra tối đa lên đến 1.5A, mạch nguồn phát nhiệt thấp với
hiệu suất chuyển đổi cao và khả năng tiết kiệm năng lượng vượt trội.).

-

IC chuyển nguồn 3.3VDC của Arduino Mega 2560 R3 có dòng đầu ra tối đa
150mA, trong khi ở Vietduino Mega 2560 là 700mA đủ khả năng cấp nguồn
cho các module Wifi phổ biến hiện nay như ESP8266, ESP32,...mà không cần
thêm bất kỳ mạch nguồn phụ trợ nào.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/81

•
-

IC nạp:

Arduino Mega 2560 R3 sử dụng vi điều khiển ATmega16U2 giả lập chức năng
USB UART, thường bị mất firmware khi sử dụng lâu hoặc cháy thạch anh dẫn
đến không nhận cổng USB trong khi Vietduino Mega 2560 sử dụng IC chức
năng USB UART chuyên dụng CP2102 cho độ ổn định và độ bền cao, vì là IC
chức năng và có thạch anh tích hợp bên trong nên sẽ tránh được các trường hợp
lỗi của Arduino Mega 2560.
•

-

Chức năng cách ly nguồn cổng USB khi cấp nguồn ngoài:

Ở các phiên bản Arduino Mega 2560 sản xuất tại China thì chức năng cách ly
nguồn cổng USB khi cấp nguồn ngoài từ chân Vin hoặc Jack DC không hoạt
động trong khi Vietduino Mega 2560 khắc phục hoàn toàn nhược điểm này với
khả năng cách ly nguồn cổng USB tự động khi cấp nguồn ngoài giúp bảo vệ
cổng USB máy tính của bạn an toàn hơn.
Thông số kĩ thuật:

-

Tương thích hoàn toàn so với Arduino Mega 2560 R3.

-

IC nạp và giao tiếp UART CP2102 tương thích với tất cả các hệ điều hành phổ
biến nhưWindows, Mac, Linux,..

-

Vi điều khiển chính: ATmega2560

-

Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng Micro USB.

-

Nguồn ngoài từ giắc DC tròn hoặc chân Vin từ 4.5~35VDC.

-

Tốc độ thạch anh: 16Mhz

-

Dòng đầu ra chân 5VDC khi cấp nguồn từ:

-

Cổng DC hoặc Vin: Max 1.5A

-

Số chân Digital: 54 (hỗ trợ 15 chân PWM)

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/81

-

Cổng USB: 500mA

-

Số chân Analog: 16

-

Dòng ra tối đa trên GPIO: 20mA

-

Dòng ra tối đa trên chân cấp nguồn 3.3VDC: 700 mA (Lastest version)

-

Dung lượng bộ nhớ Flash: 256 KB, 8 KB used by bootloader.

-

EEPROM: 4 KB

-

SRAM: 8 KB

-

Kích thước: 101.52 x 53.3 mm

Hình 3-5 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560

1.7Relay
1.1.3 Module 4 Relay Kích H/L (5VDC)
Rơ le (hay rơ le điện) là một công tắc được vận hành bằng điện. Rơ le được sử
dụng khi cần kiểm soát một mạch điện bằng một tín hiệu công suất thấp (với đầy đủ
cách điện giữa kiểm soát và mạch điều khiển), hoặc trong trường hợp một số mạch
phải được kiểm soát bởi một tín hiệu. Rơ le được dùng rộng rãi trong trao đổi điện
thoại và các máy điện toán thời kỳ đầu với vai trò điều hành mạch lôgic. Một loại rơle

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/81

có thể xử lý công suất cao cần thiết để trực tiếp kiểm soát một động cơ điện hoặc mức
tải khác được gọi là một contactor
Module 4 Relay kích H/L (5VDC) sử dụng nguồn 5VDC để nuôi mạch, tín hiệu
kích có thể tùy chọn kích mức cao (High - 5VDC) hoặc mức thấp (Low - 0VDC) qua
Jumper trên mỗi relay. Thích hợp cho các thiết bị sử dụng mức tín hiệu 5VDC như Vi
điều khiển,....
Trong dự án lần này Relay được sử dụng để điều khiển ON/OFF các van điện từ
24VDC.
Thông số kĩ thuật sản phẩm:
-

-

Điện áp nuôi mạch: 5VDC.
Tín hiệu kích: High (5VDC) hoặc Low (0VDC) chọn bằng Jumper.

Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA/1Relay
Relay trên mạch:
• Nguồn nuôi: 5VDC.
• Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
Kích thước: 72 (L) * 55 (W) * 19 (H) mm.

Hình 3-6 Module 4relay

1.1.4 Relay bán dẫn SSR-40DA SSR40DA 40A
Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/81

Relay bán dẫn (hay còn gọi là SSR) là thiết bị chuyển mạch điện tử không tiếp
xúc hiệu suất cao sử dụng công nghệ và thiết bị tiên tiến của nước ngoài, có thể đóng
ngắt liên tục không phụ thuộc số lần đóng ngắt.

Hình 3-7 Sơ đồ ngõ vào, ra cho relay bán dẫn

Solid State Relay SSR-40 DA Fotek chính hãng được sản xuất bởi chính hãng
Fotek với chất lượng, độ bền cao và độ ổn định vượt trội so với các loại làm giả, nhái
trên thị trường. Solid State Relay SSR-40 DA Fotek là loại relay bán dẫn với điện áp
đầu vào DC Input 4~32VDC, đầu ra đóng ngắt tải AC mắc nối tiếp 24~380VAC dòng
điện tối đa 40A, sử dụng cho các ứng dụng cần điều khiển tải AC bằng tín hiệu DC
yêu cầu tần số đóng ngắt lớn, độ bền cao.
Relay bán dẫn SSR-40DA SSR40DA có dòng 40A được sử dụng trong mô hình
để điều khiển máy bơm 220VAC.

Thông số kĩ thuật:
-

Mã sản phẩm: SSR-40 DA.
Điện áp đóng ngắt tải AC mắc nối tiếp: 24 ~ 380VAC.
Điện áp kích: 4~32VDC.
Dòng tải: max
Kích thước: 45 x 60 x 23mm.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/81

Hình 3-8 Hình thực tế của relay bán dẫn

1.8Cảm biến nhiệt độ
1.1.5 Cảm biến nhiệt độ RTD
1.1.1.1 Giới thiệu
• Cấu tạo: Cảm biến RTD có thể được chế tạo từ platin, đồng hoặc niken. Platin được sử
dụng phổ biến nhất vì độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt và tuyến tính trong một
phạm vi nhiệt độ rộng và nó thể hiện sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi mức độ thay đổi
nhiệt độ.
• Nguyên lí hoạt động: hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của kim loại tăng lên khi
nhiệt độ tăng lên – hiện tượng đó gọi là gọi là nhiệt điện trở suất. Do đó, đo nhiệt độ
Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/81

có thể được suy ra bằng cách đo điện trở của cảm biến RTD.

Hình 3-9 Sơ đồ nguyên lí cảm biến nhiệt độ RTD

Khi nhiệt độ môi trường tăng hoặc giảm, điện trở RAB (điện trở của RTD) sẽ
tăng hoặc giảm theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tăng thì điện trở tăng, nhiệt độ giảm
thì điện trở giảm). Đo giá trị điện trở đó ta có thể suy ra ngược lại giá trị của nhiệt độ.
1.1.1.2 Cảm Biến Nhiệt Độ Thermocouple RTD PT100 Loại B
Cảm biến nhiệt độ thermocouple RTD PT100 loại B là loại được dùng để đo
nhiệt độ cao với sai số rất nhỏ chỉ từ 0.2 độ C trở xuống, khoảng đo từ -50 đến 500 độ
C. Ngoài ra dây cảm biến được làm bằng sợi thủy tinh cho độ bền, độ chịu nhiệt và độ
cách nhiệt cao, đầu cảm biến được làm bằng thép không gỉ 304 và đổ keo đặc chống
nước, dễ sử dụng, chiều dài không hạn chế, độ chính xác cao.
Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ Thermocouple RTD PT100 Loại B :
-

Cảm biến nhiệt độ thermocouple RTD PT100 loại B 1.5m chụi nhiệt cao.

-

Dây dẫn bằng sợi thủy tinh dài 1.5m.

-

Có đầu dò bằng thép không rỉ 304 đổ keo chống nước.

-

Nhiệt độ hoạt động : từ -50 đến 500 độ C.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/81

-

Độ sai số < 0.2 độ C.

-

3 loi dây.

Hình 3-10 Cảm biến nhiệt độ Thermocouple RTD PT100

1.1.6 Cảm biến nhiệt độ Thermocouple Loại K
1.1.1.3 Giới thiệu
Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
Nguyên lí hoạt động: Dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở một đầu khác với
nhiệt độ ở đầu còn lại. Hiện tượng này được biết đến như là hiệu ứng Seebeck,
đây là cơ sở để đo nhiệt độ cặp nhiệt điện. Khi nhiệt độ môi trường tăng hoặc
giảm, tác động lên đầu nóng của thermocouple, do hiệu ứng Seebeck nên hiệu
điện thế VAB ở đầu lạnh của thermocouple sẽ tăng hoặc giảm theo nhiệt độ môi
trường (nhiệt độ tăng thì hiệu điện thế tăng, nhiệt độ giảm thì hiệu điện thế

giảm). Đo giá trị điện áp VAB ta có thể suy ra ngược lại giá trị của nhiệt độ.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/81

Hình 3-11 Nguyên lí hoạt động cảm biến nhiệt độ Thermocouple

1.1.1.4 Cảm biến nhiệt độ Thermocouple Loại K
Có nhiều loại thermocouple, lỗi loại được ký hiệu bằng một chữ cái (K, J, E, T,
N, R, S, B,…) cho tùy mức nhiệt độ và có thể nhận diện được chúng bằng màu dây
dẫn của cảm biến. Cảm biến nhiệt độ loại K là loại có 2 dây ra, tín hiệu đưa về là dạng
điện áp mV, đối với loại K thì điện áp thay đổi là từ 0-50mV. Nhiệt độ tăng thì áp sẽ
tăng. Cảm biến nhiệt độ thermocouple loại K (cặp nhiệt điện loại K) là loại
thermocouple được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghiệp bởi ưu điểm
bền và đo được ở nhiệt độ cao.
Thông số sản phẩm:
-

Loại K Type.
Dải nhiệt độ đo : 0-400°C.
Đường kính đầu đo: 6mm.
chất liệu và chiều dài: thép không gỉ 3M.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/81

Hình 3-12 Cảm biến nhiệt độ Thermocouple Loại K

1.9Bộ chuyển tín hiệu cho cảm biến nhiệt độ
1.1.7 Mạch chuyển tín hiệu RTD to Digital MAX31865 PT100/PT1000
Mạch chuyển tín hiệu RTD to Digital MAX31865 PT100/PT1000 được sử dụng
để khuếch đại và chuyển tín hiệu từ các loại cảm biến Platinum RTD như
PT100/PT1000 sang Digtal chuẩn giao tiếp SPI để có thể dễ dàng giao tiếp với Vi điều
khiển Arduino, mạch có chất lượng linh kiện và gia công tốt, độ bền và độ ổn định cao,
phù hợp cho các ứng dụng đo nhiệt độ cần độ chính xác cao sử dụng PT100/PT1000.
Thông số kĩ thuật:
-

IC chính: RTD to Digital MAX31865

-

Điện áp sử dụng: 3~5VDC

-

Điện áp giao tiếp: 3~5VDC

-

Sử dụng cho các loại cảm biến RTD: PT100 / PT1000,...

-

Chuẩn giao tiếp: SPI

-

Kích thước: 28 x 26mm

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/81

Hình3-13 Bộ chuyển tín hiệu MAX31865 PT100/PT1000

1.1.8 Mạch khuếch đại tín hiệu Max6675 dùng cho cảm biến cặp nhiệt điện
Mạch khuếch đại tín hiệu Max6675 là một công cụ chuyển đổi tín hiệu điện áp từ
cặp nhiệt điện (loại K) thành tín hiệu số (ADC). Max6675 cho vi điều hiển bao gồm
các cảm biến bù nhiệt, điều chỉnh, điều khiển kỹ thuật số và giao tiếp SPI.
Thông số kĩ thuật:
-

Áp hoạt động: 3V đến 5.5V
Thích hợp với cặp nhiệt điện loại K
Tích hợp bù nhiệt bên trong
Độ phân giải 12bit
Nhiệt độ hoạt động: -20 ~ 85 độ C
Tầm đo: 0 ~ 700 độ C

Giao tiếp SPI

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/81

Hình 3-14 Bộ chuyển tín hiệu Max6675

1.10 Cảm biến đo dòng điện Hall ACS712 20A
Module cảm biến dòng điện ACS712 20A sử dụng IC ACS712ELC-20B dựa
trên hiệu ứng Hall chuyển dòng điện cần đo thành giá trị hiệu điện thế.
ACS712 là IC cảm biến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall. Các chân
ACS712 sẽ xuất ra một tín hiệu analog ở chân Vout biến đổi tuyến tính theo Ip (dòng
điện cần đo) được lấy mẫu thứ cấp DC(hoặc AC) trong phạm vi cho phép. Tụ Cf(theo
sơ đồ) dùng để chống nhiễu.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/81

Hình 3-15 Sơ đồ mạch cảm biến đo dòng điện Hall ACS712

-

 Ưu điểm và thông số kĩ thuật:
Đường tín hiệu Analog có độ nhiễu thấp.
Thời gian tăng của đầu ra để đáp ứng với đầu vào là 5µs.
Nguồn : 5VDC.
Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ.
Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A.
ACS 712 20A (x20B):
Điện áp ra cực kỳ ổn định.
Ip: 20A đến - 20A
Độ nhạy: 180 - 190 mV/A.

Hình 3-16 Cảm biến đo dòng điện Hall ACS712

1.11 Cảm biến đo áp 0-25V DC
Module đo điện áp 0-25V DC thích hợp cho vi điều khiển, mạch sử dụng nguồn
arduino, nhỏ gọn, chi phí thấp.
Thông sô kĩ thuật:
-

Kích thước: 25 x 13 mm
Điện áp đầu vào không lớn hơn 5Vx5 = 25 V (nếu sử dụng 3.3V, điện áp đầu
vào không lớn hơn 3.3Vx5 = 16.5 V).

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/81

-

Điện áp tối thiểu của đầu vào điện áp module phát hiện là 0.00489Vx5 =

-

0.02445 V.
Điện áp phạm vi phát hiện: DC 0.02445V
Dải điện áp đầu vào: 0 - 25 V DC
Điện áp analog độ phân giải: 0.00489 V
Giao Diện đầu ra:
"+" kết nối với 5/3. 3 V
"s" kết nối với AD pins
"-" kết nối với GND
DC giao diện đầu vào: màu đỏ cực dương với VCC, cực âm với GND
Cũng có thể sử dụng I2C LCD1602 để hiển thị điện áp.

Hình 3-17 Cảm biến đo áp 0-25V DC

1.12 Động cơ AC
1.1.9 Khái niệm
Động cơ AC (hay động cơ điện xoay chiều) là động cơ điện được dẫn động bằng
dòng điện xoay chiều (AC).
1.1.10 Cấu tạo
Động cơ AC sẽ bao gồm hai phần cơ bản, một stator bên ngoài có các cuộn dây
được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường quay và một rotor bên trong được gắn
vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai. Từ trường rotor có thể được tạo ra bởi
các nam châm vĩnh cửu, hoặc cuộn dây điện DC hoặc AC.
1.1.11 Nguyên lí làm việc của động cơ

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/81

Hai loại động cơ AC thường được sử dụng là động cơ cảm ứng điện từ và động
cơ đồng bộ. Động cơ cảm ứng điện từ (hoặc động cơ không đồng bộ) thường phụ
thuộc vào sự khác biệt nhỏ về tốc độ giữa từ trường quay stator và tốc độ trục rotor
được gọi là sự trượt tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor. Kết quả là, động
cơ cảm ứng điện từ không thể tạo ra moment xoắn bằng với tốc độ đồng bộ khi hiện
tượng cảm ứng (hoặc trượt) không liên quan quan hoặc ngừng tồn tại. Ngược lại, động
cơ đồng bộ không phụ thuộc vào cảm ứng điện từ - trượt trong hoạt động và sử dụng
nam châm vĩnh cửu, các cực từ lồi hoặc cuộn dây rôto độc lập. Động cơ đồng bộ tạo ra
mô-men xoắn danh định bằng chính xác với tốc độ đồng bộ. Hệ thống động cơ đồng
bộ nguồn đôi rô-to dây quấn không chổi than có một cuộn dây rôto độc lập được kích
thích không phụ thuộc vào nguyên tắc cảm ứng - trượt của dòng điện. Động cơ đồng
bộ nguồn đôi rotor dây quấn không chổi than là động cơ đồng bộ có thể hoạt động
bằng chính xác tần số nguồn cấp hay bằng bội số của tần số cung cấp. Các loại động
cơ khác bao gồm động cơ dòng điện xoáy, máy móc chuyển mạch cơ học AC và DC,
trong đó tốc độ phụ thuộc vào kết nối cuộn dây và điện áp.

Hình 3-18 Máy bơm 220V

1.13 Van điện từ 24V
Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/81

Van Solenoid (Solenoid valve) là loại van được đóng, mở van bằng nam châm
điện khi điện áp 24V vì vậy có cơ chế đóng mở rất nhanh, độ hoạt động ổn định, độ
bền cao, tốn ít năng lượng và có cấu tạo đơn giản trong vá trình vận hành và bảo trì
van khi hư hỏng.
Van điện từ chịu nhiệt TPC DWS-10 có ưu điểm chịu được nhiệt độ từ 0 đến 180
độ C nên được sử dụng cho dự án lần này dùng để đóng mở việc lưu thông và điều tiết
dầu trong đường ống.

Hình 3-19 Van điện từ

1.14 Mạch thu phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m
1.1.12 Khái niệm
Mạch thu phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m sử dụng chip SX1278
của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (Long Range Radio), chuẩn
LORA mang đến hai yếu tố quan trọng là là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát
siêu xa ( Ultimate long range wireless solution), ngoài ra nó còn có khả năng cấu hình
bằng phần mềm riêng để tạo thành mạng nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất
nhiều trong các nghiên cứu về IoT.
Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/81

Mạch thu phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m được tích hợp phần
chuyển đổi giao tiếp SPI của SX1278 sang UART giúp việc giao tiếp và sử dụng rất dễ

dàng, thuận tiện, chỉ cần kết nối với Software của hãng để cấu hình địa chỉ , tốc độ và
công suất truyền là có thể sử dụng. Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến
915MHz cho từng khu vực khác nhau.
1.1.13 Nguyên lí hoạt động
Lora sử dụng giải thuật điều chế Chirp Spread Spectrum: dữ liệu liệu sẽ được
băm ra bằng các xung cao tần để tạo ra tín hiệu có dãi tần số cao hơn tần số của dữ liệu
gốc sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal trước
khi truyền ra anten để gửi đi.
1.1.14 Thông số kĩ thuật
Thông số kĩ thuật:
-

Model: E32-TTL-100 RF
IC chính: SX1278 từ SEMTECH.
Điện áp giao tiếp: TTL
Điện áp hoạt đông: 2.3 - 5.5 VDC
Giao tiếp UART Data bits 8, Stop bits 1, Parity none, tốc độ từ 1200 - 115200.
Tần số: 410 - 441Mhz
Khoảng cách truyền tối đa trong điều kiện lý tưởng: 3000m
Công suất: 20dbm (100mW)
Tốc độ truyền: 0.3 - 19.2 Kbps ( mặc định 2.4 Kbps)
512bytes bộ đệm.
Hỗ trợ 65536 địa chỉ cấu hình.
Kích thước: 21x36mm.

Lưu ý: chân M0,M1 nối GND để truyền nhận bình thường hoặt nối với GPIO của vi
điều khiển để thay đổi các Mode.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/81

Hình 3-20 Mạch thu phát RF UART Lora SX1278

1.1.15 Mạch chuyển USB-UART
Cần mua thêm mạch chuyển USB-UART để kết nối máy tính. Mạch chuyển giao
tiếp USB UART SX1278 được sử dụng với mạch thu phát RF UART Lora SX1278 để
có thể giao tiếp giữa mạch và máy tính thông qua cổng USB, giúp cấu hình với
Software hoặc truyền nhận dữ liệu trực tiếp với máy tính( hoặc Raspberry) dễ dàng.
Mạch chuyển giao tiếp USB UART Lora SX1278 có thiết kế nhỏ gọn bao gồm
IC chuyển USB UART CP2102 có khả năng nhận Driver trên hầu hết các hệ điều
hành, mạch được thiết kế thêm Jumper M0, M1 để thiếp lập các chế độ truyền nhận,
cấu hình cho mạch thu phát RF UART Lora SX1278, mạch còn có led hiển thị trạng
thái truyền nhận.

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích
hơp phát điện, nước nóng, lọc nước


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/81

Hình 3-21 Mạch chuyển USB-UART

Hình 3-22 Giao diện cài đặt thông số cho Lora

Thiết kế và thi công bộ thu thập thông tin tại chỗ, từ xa cho mô hình năng lượng mặt trời tích

hơp phát điện, nước nóng, lọc nước