Luận Văn Thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ trong hộ gia đình

TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N – I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P-Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH CÔNG NGH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
GIÁM SÁT I N N NG TIÊU TH
TRONG H

GIA ÌNH

GVHD: ThS. Nguy n Tr
SVTH: Nguy n V n Cang
MSSV: 14141020
SVTH: Nguy n Chí D ng
MSSV: 14141047

Tp. H Chí Minh - 7/2018

ng Duy


TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N – I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P-Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
GIÁM SÁT I N N NG TIÊU TH
TRONG H GIA ÌNH
GVHD: Ths.Nguy n Tr

ng Duy

SVTH: Nguy n V n Cang

MSSV: 14141020
SVTH: Nguy n Chí D ng
MSSV: 14141047

Tp. H Chí Minh - 7/2018


TR
B

NG H. S PH M K THU T
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
TP. H CHÍ MINH
C L P - T DO - H NH PHÚC
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P-Y SINH
Tp. HCM, ngày 29 tháng 6 n m 2018

NHI M V
H tên sinh viên:
Chuyên ngành:
H đào t o:
Khóa:
I. TểN

ÁN T T NGHI P

Nguy n V n Cang
Nguy n Chí D ng
K thu t đi n t , truy n thông

i h c chính quy
2014

MSSV: 14141020
MSSV: 14141047
Mã ngành: 141
Mã h :
1
L p:
14141DT

TÀI: THI T K

VÀ THI CÔNG H TH NG GIÁM SÁT
N NG TIÊU TH TRONG H GIA ÌNH.

I N

II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
- Thi t k h th ng đo dòng đi n và đi n áp c a l i đi n gia đình.
- Tính toán công su t và đi n n ng.
- Giao ti p b x lý trung tâm, báo s c quá công su t.
- K t n i Internet g i d li u.
2. N i dung th c hi n:
- Nhi m v 1: Giao ti p các mô - đun v i Vi đi u khi n.
- Nhi m v 2: Giao ti p gi a các Client-Client-Server.
- Nhi m v 3: Thi t k các m ch đo l ng, giao ti p, mô hình h th ng.
- Nhi m v 4: Hi n th thông tin và qu n lý d li u trên Web và h th ng c nh báo khi
có s c .

III. NGÀY GIAO NHI M V :
27/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 29/06/2018
V. H VÀ TểN CÁN B H NG D N:
ThS.Nguy n Tr
CÁN B H

NG D N

BM. I N T

ng Duy

CỌNG NGHI P - Y SINH

ii


TR
B

NG H. S PH M K THU T
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
TP. H CHệ MINH
C L P - T DO - H NH PHÚC
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P-Y SINH
Tp. HCM, ngày 27 tháng 03 n m 2018

L CH TRÌNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P

H tên sinh viên 1: Nguy n V n Cang
L p:
14141DT1A
MSSV: 14141020
H tên sinh viên 2: Nguy n Chí D ng
L p:
14141DT2A
MSSV: 14141047
Tên đ tài: Thi t k và thi công h th ng giám sát đi n n ng trong h gia đình.

Tu n/ngày

N i dung

1

Tìm hi u v đ tài, l a ch n h ng xây d ng và
tham kh o m t s h th ng đã có.

2

L a ch n, tìm hi u cách th c ho t đ ng c a m t
s c m bi n, vi đi u khi n.

3

Ti n hành th c nghi m h th ng qua các lo i vi

đi u khi n, các mô- đun giao ti p khác nhau.

4

L p trình cho vi đi u khi n sau khi đã l a ch n
xong vi đi u khi n và các thi t b mong mu n.

5

Ki m tra ho t đ ng c a h th ng, ch nh s a.

6

Ti n hành l p trình trang web, g i d li u.

7

Thi t k h th ng, v s đ m ch nguyên lý, thi t
k m ch in.

8

Ti n hành làm m ch, ki m th và ch nh s a các
l i, sau đó hoàn ch nh b ng các phiên b n khác..

9

Thi t k mô hình cho các thi t b đo và thi t b
trung tâm.

10

Ti n hành th nghi m h th ng trong th c t
kho ng cách mong mu n.

11

Xác nh n
GVHD

óng gói thi t b b ng thành m t s n ph m hoàn
ch nh.
iii


12

Vi t báo cáo.

13

Vi t báo cáo, thi t k powerpoint.
GV H NG D N
(Ký và ghi rõ h và tên)

iv


L I CAM OAN
tài này là do nhóm t th c hi n d a vào m t s tài li u tr

t tài li u hay công trình đã có tr c đó.

Ng

c đó và không sao chép

i th c hi n đ tài

Nguy n V n Cang

Nguy n Chí D ng

v


L IC M

N

Em xin g i l i c m n sâu s c đ n Th y Nguy n Tr ng Duy_ Gi ng viên b môn
i n t Công Nghi p - Y Sinh đã tr c ti p h ng d n và t n tình giúp đ t o đi u ki n đ
hoàn thành t t đ tài.
Em xin g i l i chân thành c m n các th y cô trong Khoa
nh ng đi u ki n t t nh t cho em hoàn thành đ tài.

i n- i n T đã t o

Em c ng g i l i đ ng c m n đ n các b n trong l p 1414DT1 và 1414DT2 đã chia
s trao đ i ki n th c c ng nh nh ng kinh nghi m quý báu trong th i gian th c hi n đ tài.
Xin chân thành c m n!

Ng

i th c hi n đ tài

Nguy n V n Cang

Nguy n Chí D ng

vi


M CL C
Trang bìa .................................................................................................................... i
Nhi m v đ án ......................................................................................................... ii
L ch trình .................................................................................................................. iii
Cam đoan................................................................................................................... v
L i c m n ................................................................................................................ vi
M c l c .................................................................................................................... vii
Li t kê hình v ........................................................................................................... x
Li t kê b ng v ........................................................................................................ xii
Tóm t t.................................................................................................................... xiii
Ch

ng 1. T NG QUAN ......................................................................................... 1
TV N

1.1

................................................................................................ 1

1.2 M C TIÊU .................................................................................................... 1
1.3 N i DUNG NGHIÊN C U ......................................................................... 2
1.4 GI I H N ..................................................................................................... 2
1.5 B
Ch

C C ......................................................................................................... 3

ng 2. C

S

LÝ THUY T ............................................................................ 5

2.1 QUY TRÌNH TH C HI N H TH NG .................................................. 5
2.1.1

Mô t quy trình đo đi n n ng .............................................................. 5

2.1.2

Mô t quy trình giám sát và c nh báo ................................................ 5

2.2 GI I THI U PH N C NG ....................................................................... 6
2.2.1

C m bi n bi n dòng Hall 100A YHDC ............................................... 6

2.2.2

Module c m bi n đi n áp AC .............................................................. 7

2.2.3

Vi i u Khi n Arduino Nano .............................................................. 9

2.2.4

Module chuy n giao ti p LCD sang I2C .......................................... 11

2.2.5

Module LCD 20x4............................................................................... 13

2.2.6

Module NodeMCU ESP8266. ............................................................ 20

2.2.7

Module Sim900A. ............................................................................... 25

2.2.8

ng h th i gian th c DS1307 ......................................................... 27

2.2.9

IC EEPROM 24LC512....................................................................... 29

2.2.10 IC ngu n LM2576............................................................................... 29
vii


2.3 CÁC CHU N GIAO TI P. ....................................................................... 32
2.3.1

Chu n giao ti p UART. ...................................................................... 32

2.3.2

Chu n giao ti p I2C............................................................................ 33

2.4 GI I THI U PH N M M. ...................................................................... 38
2.4.1

Ph n m m l p trình Arduino IDE 1.8.1 ........................................... 38

2.4.2

Ph n m m thi t k m ch Altium ....................................................... 40

Ch

ng 3. TệNH TOÁN VÀ THI T K ............................................................. 43

3.1 GI I THI U ............................................................................................... 43
3.2 TệNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG ............................................. 43
3.2.1

Thi t k s đ kh i h th ng .............................................................. 44

3.2.2

Tính toán và thi t k m ch ................................................................ 45

Ch

ng 4. THI CÔNG H TH NG .................................................................... 65

4.1 GI I THI U ............................................................................................... 65
4.2 THI CÔNG H TH NG ........................................................................... 65
4.2.1

Thi công bo m ch................................................................................ 65

4.2.2

L p ráp và ki m tra ............................................................................ 68

4.3

ÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................. 70

4.4 L P TRÌNH H TH NG ......................................................................... 71

Ch

4.4.1

L u đ gi i thu t ................................................................................ 71

4.4.2

Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n .............................................. 74

4.4.3

Ph n m m l p trình Web Server ...................................................... 78

ng 5.

K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ .......................................... 87

5.1 K T QU KH O SÁT .............................................................................. 87
5.1.1

C m bi n .............................................................................................. 87

5.1.2

Vi đi u khi n ....................................................................................... 88

5.1.3

M t s mô-đun khác và các chu n giao ti p .................................... 89

5.2 K T QU TH C NGHI M ..................................................................... 90

Ch

5.2.1

M t s hình nh v h th ng. ............................................................. 91

5.2.2

Website ................................................................................................ 95

ng 6. K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N ......................................... 97

6.1 K T LU N ................................................................................................. 97
viii


6.2 H

NG PHÁT TRI N ............................................................................. 97

Tài li u tham kh o .................................................................................................. 98
Ph l c ................................................................................................................... 100

ix


LI T KÊ HÌNH V
Hình 2. 1: C m bi n dòng đi n Hall 100A YHDC. ...................................................... 6

Hình 2. 2: M t c t k thu t chi ti t Hall 100A YHDC. ................................................ 7
Hình 2. 3: Module c m bi n đi n áp. ............................................................................ 8
Hình 2. 4: Arduino Nano. .............................................................................................. 9
Hình 2. 5: Module giao ti p I2C. ................................................................................. 11
Hình 2. 6: Giao ti p v i LCD qua m ch chuy n I2C. ................................................ 12
Hình 2. 7: LCD 20x4. ................................................................................................... 13
Hình 2. 8: Gi n đ th i gian chu k đ c c a LCD. .................................................... 16
Hình 2. 9: Gi n đ th i gian chu k ghi c a LCD. .................................................... 17
Hình 2. 10: S đ kh i c a b đi u khi n LCD.......................................................... 18
Hình 2. 11: Module NodeMCU ESP8266 V3. ............................................................ 20
Hình 2. 12: Chip ESP8266. ......................................................................................... 22
Hình 2. 13: S đ chân ESP8266. ............................................................................... 23
Hình 2. 14: Module Sim 900A. .................................................................................... 25
Hình 2. 15: K t n i Module Sim 900A v i arduino. ................................................... 26
Hình 2. 16: Hai gói c u t o chip DS1307. .................................................................. 27
Hình 2. 17: M ch đ ng h th i gian th c DS1307. ................................................... 28
Hình 2. 18: M t tr c và sau c a Module IC th i gian th c DS1307. ..................... 28
Hình 2. 19: IC Eeprom 24LC512. ............................................................................... 29
Hình 2. 20: IC n áp LM2576. .................................................................................... 30
Hình 2. 21: C u t o c a LM2576. ............................................................................... 31
Hình 2. 22: Mô t giao ti p UART. ............................................................................. 32
Hình 2. 23: C u trúc m t khung d ki u trong chu n giao ti p UART. .................. 32
Hình 2. 24: M ng I2C v i nhi u thi t b và 2 đi n tr kéo lên cho SDA, SCL. ........ 34
Hình 2. 25: Gi n đ xung c a SCL và SDA. .............................................................. 35
Hình 2. 26: Gi n đ xung khi có REPEAT START. .................................................. 35
Hình 2. 27: Gi n đ xung khi có Address Packet Format. ........................................ 37
Hình 2. 28: Gi n đ xung đ nh d ng gói d li u trong I2C. ..................................... 38
Hình 2. 29: Khung truy n d li u trong I2C. ............................................................. 38
Hình 2. 30: Giao di n Arduino IDE v i project m i (sketch m i). ........................... 39
Hình 2. 31: Biên d ch thành công. .............................................................................. 40

Hình 2. 32: Màn hình kh i đ ng c a Altium 16. ....................................................... 41
Hình 2. 33: C a s làm vi c thi t k m ch nguyên lý Altium.................................... 41
Hình 2. 34: C a s thi t k PCB. ................................................................................ 42
Hình 3. 1: S đ kh i toàn h th ng. .......................................................................... 44
Hình 3. 2: S đ kh i c a kh i đo dòng đi n. ............................................................ 46
Hình 3. 3: K t n i ngõ ra c m bi n dòng đi n Hall v i Arduino. ............................. 47
Hình 3. 4: o dòng đi n thông qua đi n áp trên 2 đ u đi n tr . ............................... 48
Hình 3. 5: Thêm 2 đi n tr phân áp. ........................................................................... 49
Hình 3. 6: Bi u đ ngõ ra khi ch a đ c g n t C1. ................................................. 49
Hình 3. 7: Ngõ ra sau khi g n t C1. .......................................................................... 50
Hình 3. 8: Cách k t n i đúng c a Hall 100A YHDC v i đ ng dây......................... 51
Hình 3. 9: S đ nguyên lý kh i đo dòng đi n............................................................ 52
Hình 3. 10: S đ kh i c a kh i đo đi n áp................................................................ 52
Hình 3. 11: Module c m bi n đi n áp. ........................................................................ 53
ix


Hình 3. 12: M ch c m bi n đi n áp - b ng thông (~ 50 Hz). .................................... 53
Hình 3. 13: c tính đ u ra c a ZMPT101B………………………………………..54
Hình 3. 14: S đ nguyên lý kh i đo đi n áp. ............................................................. 54
Hình 3. 15: S đ kh i c a kh i x lý trung tâm. ...................................................... 55
Hình 3. 16: S đ nguyên lý kh i hi n th . ................................................................. 57
Hình 3. 17: S đ chân IC 24LC512. .......................................................................... 59
Hình 3. 18: Ch n các giá tr cho t_r và C_b ............................................................... 61
Hình 3. 19: S đ nguyên lý m ch ngu n. ................................................................. 62
Hình 3. 20: S đ nguyên lý toàn m ch. ..................................................................... 64
Hình 4. 1: B n v thi t k kh i đo. .............................................................................. 65
Hình 4. 2: Mô ph ng 3D c a m ch. ............................................................................ 66
Hình 4. 3: M ch in c a m ch. ..................................................................................... 66
Hình 4. 4: M ch sau khi ti n hành in và r a m ch. .................................................. 68

Hình 4. 5: Mô hình thi công th nghi m. ................................................................... 68
Hình 4. 6: Bo m ch tháo r i LCD. .............................................................................. 69
Hình 4. 7: Mô hình đóng gói c a s n ph m. .............................................................. 70
Hình 4. 8: Bo m ch bên trong c a s n ph m. ............................................................ 71
Hình 4. 9: L u đ gi i thu t chính c a h th ng....................................................... 72
Hình 4. 10: L u đ ch ng trình đo. .......................................................................... 73
Hình 4. 11: T i ph n m m. .......................................................................................... 74
Hình 4. 12: Giao di n ph n m m. ............................................................................... 75
Hình 4. 13: H ng d n s d ng ph n m m. .............................................................. 75
Hình 4. 14: Thêm đ ng link đ t i driver. ................................................................ 77
Hình 4. 15: Nh n Install đ cài đ t. ............................................................................ 77
Hình 4. 16: Ch n mudule NodeMCU 0.9. .................................................................. 78
Hình 4. 17: File cài đ t Adobe Dreamweaver CS6. .................................................... 79
Hình 4. 18: Nh n Accept đ ch p nh n. ..................................................................... 80
Hình 4. 19: Nh n ch n Next đ ti p t c. .................................................................... 80
Hình 4. 20: Nh n Install đ cài đ t. ............................................................................ 81
Hình 4. 21: Ch ng trình đang cài đ t vào máy. ....................................................... 81
Hình 4. 22: Nh n Done đ hoàn t t quá trình cài đ t................................................ 82
Hình 4. 23: Giao di n Adobe Dreamweaver CS6. ...................................................... 82
Hình 4. 24: T o project m i......................................................................................... 83
Hình 4. 25: L a ch n ngôn ng thi t k và t o ch ng trình. ................................. 84
Hình 4. 26: Khung so n th o code. ............................................................................. 85
Hình 5. 1: C m bi n dòng di n Hall 100A YHDC. .................................................... 87
Hình 5. 2: Module c m bi n đi n áp. .......................................................................... 88
Hình 5. 3: Module NodeMCU ESP8266 ..................................................................... 89
Hình 5. 4: Quá trình đo đi n n ng tiêu th . ............................................................... 91
Hình 5.5. Báo cáo sai s thông qua phép đo nhi u giá tr dòn đi n .......................... 92
Hình 5.6. o dòng đi n ho t đ ng c a bàn i b ng đ ng h .................................... 93
Hình 5.7. K t qu dòng đi n c a bàn i b ng thi t b . ............................................... 93
Hình 5.8. K t qu đo đi n áp 2 ngu n ........................................................................ 94

Hình 5.9. i n áp trên 2 ngu n do b ng m ch đo. .................................................... 94
Hình 5.10. Qu n lý d li u qua b ng l u tr . ............................................................ 95
Hình 5.11. L u tr c s d li u ................................................................................. 96
Hình 5. 12: C nh báo qua tin nh n...................................................................................96
x


LI T KÊ B NG
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B

ng 2. 1: Thông s c b n c a c m bi n hall 100A YHDC....................................... 7
ng 2. 2: Thông s k thu t c a module c m bi n đi n áp. ...................................... 8
ng 2. 3: Ch c n ng các chân c a module c m bi n đi n áp. .................................. 9
ng 2. 4: Thông s c b n c a Arduino Nano. ........................................................ 10
ng 2.5. S đ chân c a module I2C ........................................................................ 11

ng 2. 6: a ch c a module giao ti p I2C. ............................................................. 12
ng 2. 7: Các chân LCD 20x4. .................................................................................. 13
ng 2. 8: Các l nh đi u khi n LCD. ......................................................................... 15
ng 2. 9: Thông s th i gian c a LCD. .................................................................... 17
ng 2. 10: B ng mã ASCII. ....................................................................................... 19
ng 2. 11: Thông s k thu t c a ESP8266 NodeMCU. ......................................... 21
ng 2. 12: Ch c n ng các chân ESP8266. ............................................................... 23
ng 2. 13: Các thông s c a Eeprom 24LC512. ....................................................... 29
ng 3. 1: C u hình đ a ch cho EEPROM 24LC512. .............................................. 59
ng 3. 2: Thông s c b n c a hall 100A YHDC. .................................................... 61
ng 4. 1: Danh sách các linh ki n c a m ch. .......................................................... 67

xii


TÓM T T
V i nhu c u giám sát đi n n ng tiêu th t xa. Chúng tôi đã xây d ng m t h th ng
giám sát đi n n ng bao g m các thi t b g n tr c ti p trên ngu n đi n, b x lý trung
tâm và website và b c nh báo.
H th ng s th c hi n nh ng nhi m v là qu n lý giá tr dòng đi n, đi n áp, công
su t và đi n n ng h ng h ng ngày, h ng gi , t ng h p và đ

c l u l i. Khi ng

i dùng

mu n xem l i b t c lúc nào c ng có th truy c p đ tra c u.
Khi có các s c , s có c nh báo cho ng

i dùng nh m giúp cho ng

i dùng có

nh ng tác đ ng s m nh t.
Các tr

ng h p s c m t k t n i internet thì d li u s đ

và khi có k t n i tr l i s đ

c l u l i trong b nh

c g i lên website.

Nh v y, h th ng có vai trò là giám sát, qu n lý d li u theo th i gian th c, thông
báo s c , đ a ra d li u th ng kê cho ng

i dùng.

xiii


NG 1. T NG QUAN

CH

Ch

ng 1. T NG QUAN

TV N

1.1.

Trong cu c s ng hi n đ i, n ng l

ng là y u t quy t đ nh trong m i quá trình s n

xu t, lao đ ng c ng nh sinh ho t c a con ng

i. T công nghi p, nông nghi p, d ch v

th m chí đ n nghiên c u khoa h c, khám phá thiên nhiên đ u c n n ng l
là n ng l
n ng l

ng, đ c bi t

ng đi n. Ngày nay, h u h t các thi t b trong h gia đình đ u s d ng ngu n
ng đi n. Chính vì v y, nhu c u s d ng điên n ng tr thành m t ph n không

th thi u trong cu c s ng h ng ngày.[7]
Trong quá trình s d ng đi n n ng tiêu th cho các thi t b đi n trong gia đình khó
ki m soát đ
bình th

c các v n đ không mong mu n nh đi n n ng tiêu th t ng cao so v i

ng ho c các thi t b đi n v

t quá công su t cho phép hay th m chí là các s

c v đi nầ Nhóm đã đ a ra gi i pháp là xây d ng m t h th ng giám sát các s c v
quá dòng hay quá áp c ng nh qu n lý s thay đ i đi n n ng tiêu th đ thông báo cho
ng

i s d ng m i lúc, m i n i.[7]
H th ng c ng ng d ng Internet of things (IOT) đ qu n lý d li u trên internet

và có th giám sát m i n i có Internet và các thi t b đi n t thông minh nh đi n tho i
thông minh, laptop.
V i h th ng giám sát, qu n lý m ng l
bi t đ

c đi n n ng tiêu th trong nhà

i đi n trên, ng

i dùng có th tr c ti p

m i n i t đó phát hi n ra nh ng s c , đ ng

th i đ a ra các bi n pháp k p th i và h p lý nh m gi m thi u thi t h i.

1.2. M C TIÊU
Thi t k và thi công h th ng đo đi n n ng m t cách chính xác, tr c quan. Hi n
th và c p nh t thông tin nhanh chóng trên màn hình LCD, c nh báo khi quá công su t
cài đ t. Xây d ng đ

c website qu n tr đ ng th i c p nh t c s d li u lên database

thông qua m ng Internet, đ ng ký đ

c tên mi n cho website.

ng d ng đi u khi n và qu n lý thông qua đ
tr

tài nghiêm c u nh m

ng truy n Internet, h

ng t i m t môi

ng IOT hi n đ i và phát tri n.

1
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


NG 1. T NG QUAN

CH

1.3. N I DUNG NGHIÊN C U
• Tìm hi u v đ tài, l a ch n h

ng xây d ng và tham kh o m t s h th ng đã

có.
• L a ch n tìm hi u cách th c ho t đ ng c a m t s c m bi n, vi đi u khi n.
• Ti n hành th c nghi m h th ng qua các lo i vi đi u khi n, các module giao
ti p khác nhau.
• L p trình cho vi đi u khi n sau khi đã l a ch n xong vi đi u khi n và các thi t
b mong mu n.
• Thi t k s đ kh i h th ng, v s đ m ch nguyên lý, thi t k m ch in và thi
công m ch.
• Ti n hành l p trình trang web.
• K t n i m ch ph n c ng v i web, g i d li u.
• Ti n hành làm m ch, ki m th và ch nh s a các l i, sau đó hoàn ch nh b ng các
phiên b n khác.
• Thi t k mô hình.
• Ti n hành th nghi m h th ng trong th c t .
•

óng gói thi t b thành m t s n ph m hoàn ch nh.

• Vi t sách lu n v n.
• Báo cáo đ tài t t nghi p.

1.4. GI I H N
tài xây d ng mô hình có m t s gi i h n, v i các c m bi n, module có s n trên
th tr

ng nên có đ nh y và sai s nh t đ nh. S d ng 2 b vi x lý đ x lý đo và các

tác v khác, ngoài ra vi c tính toán công su t xoay chi u có thông s h s công su t vì
v n ch a tìm đ

c gi i pháp đo chính xác nên h s công su t l y s d ng v i giá tr

b ng 1.

2
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


NG 1. T NG QUAN

CH
1.5. B

C C
tài h th ng giám sát đi n n ng trong h gia đình th c hi n đ

ch

c chia làm các

ng sau:
 Ch

ng 1: T ng quan.

 Ch

ng 2: C c lý thuy t.

 Ch

ng 3: Thi t k và tính toán.

 Ch

ng 4: Thi công h th ng.

 Ch

ng 5: K t qu , nh n xét và đánh giá.

 Ch

ng 6: K t lu n và h

Nôi d ng tóm l
 Ch

c c a các ch

ng phát tri n.
ng nh sau:

ng 1: T ng quan.

Trong ch

ng này t p trung gi i thi u v các công ngh truy n thông không dây,

c ng nh các u nh

c đi m khi s d ng module. T đó đ a ra quy t đ nh s d ng

module cho đ tài.
 Ch

ng 2: C s lý thuy t.

Trình bày s l

c v các module đ

c s d ng v ph n c ng, tài nguyên, ph n

m m c ng nh kh n ng giao ti p, k t n i gi a các thi t b .
 Ch

ng 3: Thi t k và tính toán.

T các yêu c u c ng nh nhi m v c a đ tài nhóm đã h th ng thành s đ kh i.
Thi t k ph n c ng: d a trên s đ kh i ti n hành thi t k k t n i các module l i
v i nhau t o thành m t h th ng đáp ng ch c n ng.
Thi t k ph n m m: Trình bày l u đ thu t toán đ gi i quy t các yêu c u đã đ

c

đ t ra, t i u hi u qu ho t đ ng.
 Ch

ng 4: Thi công h th ng.

T các s đ nguyên lý thi t k , s đ m ch in c ng nh s đ b trí linh ki n.
Ti n hành thi công bao g m thi công các bo m ch, cho đ n k t n i các module trong h
th ng l i v i nhau và cu i cùng là đóng gói.
 Ch

ng 5: K t qu , nh n xét và đánh giá.

3
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 1. T NG QUAN
Ti n hành l p ráp m ch th c t ch y th nghi m đ quan sát đ

c ng nh

c đ chính xác

n đ nh c a h th ng và dòng đi n t m ch ngu n có đ đáp ng cho các thi t

b ho c module trong m ch.
 Ch

ng 6: K t qu và h

Trình bày k t qu c ng nh
a ra h

ng phát tri n.
u và nh

c đi m còn m c ph i và gi i pháp.

ng phát tri n và kh n ng áp d ng th c t .

4
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Ch

ng 2. C

S

LÝ THUY T

2.1. QUY TRÌNH TH C HI N H TH NG
H th ng giám sát đi n n ng tiêu th đ
đ

c đo thông qua các c m bi n dòng, áp và

c x lý qua Arduino Nano k t n i v i Internet thông qua module wifi ESP8266 ho t

đ ng d

i s đi u khi n c a b x lý trung tâm là NodeMCU ESP8266. Các thông tin

v dòng đi n, đi n áp, công su t và đi n n ng tiêu th s đ
khi đ

c đ a lên Web Server sau

c đo đ giám sát quá trình ho t đ ng. Nh ng thông s v đi n n ng c ng đ

hi n th qua LCD và s đ

c c nh báo cho ng

c

i dùng khi đi n n ng quá m c cho phép

thông qua tin nh n.

2.1.1. Mô t quy trình đo đi n n ng
Quá trình đo s đ

c c m bi n dòng và c m bi n áp đo hai thông s dòng đi n và

đi n áp. T hai thông s dòng đi n và đi n áp có th tính toán ra công su t và đi n n ng
tiêu th , sau khi qua đo và tính toán nh ng thông s trên s đ
đ

c hi n th trên LCD và

c l u tr trên web server.
D li u đ a lên web server s đ

c b o v khi m t k t n i wifi thông qua

EEPROM, khi m t k t n i wifi d li u s đ

c l u vào EEPROM và khi đ

ck tn i

wifi tr l i d li u s c p nh t ti p t c mà không m t đi d li u c .[6]

2.1.2. Mô t quy trình giám sát và c nh báo
Nh ng thông tin v dòng đi n, đi n áp, công su t và đi n n ng tiêu th s đ
giám sát b i ng

i s d ng thông qua Web Server. D li u v nh ng thông s s đ

c p nh t liên t c theo đúng ng
tr

ng mong mu n c a ng

ng h p trên đ ng

h th ng s c nh báo cho ng

i s d ng có th x lý.

c

i s d ng, n u có s c ho c

ng h p s d ng quá m c công su t cho phép thì h th ng s c nh báo cho ng

d ng v tr

c

is

d dàng nh n bi t thông báo

i s d ng trên web server, tin nh n và thi t b đo.[6]

5
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 2. C

LÝ THUY T

GI I THI U PH N C NG

2.2.

H th ng đ


S

c thi t k có s d ng các module, các thi t b sau:

Thi t b đ u vào là dòng đi n và đi n áp đ c t c m bi n dòng đi n Hall 100A
YHDC và module c m bi n đi n áp.



Thi t b đ u ra g m có các led đ n báo k t n i, c nh báo s c , LCD 20x4ầ



Thi t b x lý kh i đo là vi đi u khi n Arduino Nano.



Thi t b x lý trung tâm là module NodeMCU ESP8266.



Thi t b không dây truy n nh n là module sim900A, module wifi ESP8266.



Các chu n truy n d li u UART, I2C, Internet.



Thi t b cung c p ngu n 5V thông qua m ch ngu n thi t k .



Thi t b l u tr là b nh EEPROM 24LC512.



Thi t b đ ng h th i gian th c là mô-đun DS1307.



Thi t b giao di n giám sát websever g m laptop, smartphone.

2.2.1. C m bi n bi n dòng Hall 100A YHDC
C m bi n dòng đi n xoay chi u có ch c n ng chuy n đ i dòng đi n t l n sang
nh sau đó đ

c chuy n đ i qua đi n áp. Ng

i s d ng có th bi t đ

c dòng đi n

AC d a vào vi c đo đi n áp ngõ ra.

Hình 2.1: C m bi n dòng đi n Hall 100A YHDC.

6
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Thông s k thu t:
B ng 2. 1: Thông s c b n c a c m bi n hall 100A YHDC.
Model

STC -013

Dòng ngõ vào

0- 100 A AC

Dòng ngõ ra

0- 50 mA AC

Nhi t đ làm vi c
Kích th

-25 – 70 C

c

13 mm x 13 mm

B n v c t k thu t và c u t o:

Hình 2. 2: M t c t k thu t chi ti t Hall 100A YHDC.

2.2.2. Module c m bi n đi n áp AC
Module c m bi n đi n áp là m t module có ch c n ng đo đi n áp AC. Khi k t
n i đi n l

i AC vào c m bi n s l y m u vào và ra đ a ra đi n áp t

kho ng 0 đ n 5V. Là c m bi n lý t

ng t , trong

ng cho vi c đo đi n áp.

7
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Hình 2.3: Module c m bi n đi n áp.
Thông s k thu t:
B ng 2.2: Thông s k thu t c a module c m bi n đi n áp.

Chipset

ZMPT101B

Lo i võ

OEM

i n áp ho t đ ng
Gi i h n đi n áp đo
Nhi t đ
Kích th

5V
n 250V
-40 đ n 85oC

c

Chân ra

50x20x21.5
Analog

8
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Ch c n ng các chân:
B ng 2.3: Ch c n ng các chân c a module c m bi n đi n áp.
Chân

Mô t

VCC

u vào 5V

OUT

Chân đi n áp đ u ra

GND

0V

GND

0V

N

u vào trung tính

L

u vào pha

2.2.3. Vi i u Khi n Arduino Nano
Arduino là m t nên t ng đi n t v i mã ngu n m , v i ph n c ng và ph n m m
linh ho t d dàng cho ng

i s d ng.

Hình 2. 4: Arduino Nano.
Arduino Nano là phiên b n nh g n c a Arduino Uno v i cùng vi đi u khi n

ATmega328P có th l p trình tr c ti p b ng máy tính và đ c bi t h n c đó là kích th
c a nó. Kích th

c

c c a Arduino Nano c c kì nh (1.85cm x 4.3cm), vì giá r h n

9
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Arduino Uno nh ng dùng đ

c t t c các th vi n c a IDE. Cáp k t n i đ

c dùng đ

n p Arduino là cáp mini USB.

M t s thông s c b n:
B ng 2. 4: Thông s c b n c a Arduino Nano.
Vi đi u khi n

Atmega328(h 8bit)

i n áp ho t đ ng

5V – DC

T n s ho t đ ng

16 MHz

Dòng tiêu th

30 mA

i n áp vào khuyên dùng

7 – 12 VDC

i n áp vào gi i h n

6 – 20 VDC

S chân Digital I/O

14 (6 chân PWM)

S chân Analog

8 (đ phân gi i 10 bit)

Dòng t i đa trên m i chân I/O

40 mA

Dòng ra t i đa(5V)

500 mA

Dòng ra t i đa(3.3V)

50 mA

B nh flash

32 KB (AT mega328) v i 2 KB dùng b i
bootloader.

SRAM

2 KB (AT mega328)

EEPROM

1 KB (AT mega328)

Kích th

c

1.85cm x 4.3cm

10
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

2.2.4. Module chuy n giao ti p LCD sang I2C
đi u khi n và hi n th đ
c n có ít nh t là 10 đ
2đ
đ

c kí t t vi đi u khi n xu t ra màn hình LCD20x4

ng n i đ n chân c a vi đi u khi n (8 đ

ng data t D0 – D7 và

ng đi u khi n RS, RW) n u bit DL (data length) =1 ho c c n ít nh t 6 đ
ng data t D4 – D7 và 2 đ

ng (4

ng đi u khi n RS, RW) n u bit DL=0. Chính vì đi u

này đã làm cho m ch khi thi t k r

m rà, khó vi t codeầNh ng v i module chuy n

đ i I2C ta ch c n 2 chân SDA và SCL n i v i vi đi u khi n là ta có th đi u khi n và
hi n th trên màn hình LCD. Hình nh module I2C nh hình 2.5.

Hình 2.5: Module giao ti p I2C.
B ng 2.5. S đ chân c a module I2C
Chân

Tên chân

I/O

Ch c n ng

1

GND

Ngu n

Chân n i mass

2

VCC

Ngu n

Chân n i đi n áp +5V

3

SDA

I/O

Chân truy n nh n d li u

4

SCL

CLK

Chân nh n xung clock

A0

A0

Jumber

Chân thi t l p đ a ch A0

A1

A1

Jumber

Chân thi t l p đ a ch A1

A2

A2

Jumber

Chân thi t l p đ a ch A2

Backlight

Jumber

Chân đi u khi n đèn n n c a LCD

Contrast

Pot

Chân đi u khi n đ t

ng ph n c a LCD
11

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH