Đồ án Thiết kế, thi công hệ thống quản lý tiết kiệm điện trong trường học (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, thi công hệ thống quản lý tiết kiệm điện trong trường học (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TIẾT KIỆM ÐIỆN TRONG TRƯỜNG HỌC GVHD: THS. NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: LÊ MINH HUY MSSV: 12141554 SVTH: PHẠM PHÚ KHÔI MSSV: 12141115 SKL004434 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. PHẦN A GIỚI THIỆU
3. TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Minh Huy MSSV: 12141554 Phạm Phú Khôi MSSV: 12141115 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khoá: 2012 Lớp: 12141DT1 TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG TRƢỜNG HỌC I. NHIỆM VỤ: 1. Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu về STM8S003F3P6 và phần mềm lập trình IAR. - Tìm hiểu về UART, GSM Module sim900. - Tìm hiểu về màn hình 4D-system và lập trình trên phần mềm Workshop. - Tìm hiểu về hệ thống máy tính chủ. 2. Nội dung thực hiện: - Thiết kế và thi công các bo mạch điều khiển đèn, quạt giao tiếp qua chuẩn RS-485. - Thiết kế và thi công bảng điều khiển sử dụng màn hình cảm ứng. - Phát triển phần mềm quản lý và điều khiển trên máy tính. - Tích hợp hệ thống. - Viết báo cáo luận văn. - Báo cáo đề tài tốt nghiệp. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/3/2016 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/7/2016 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP i
4. IV.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Bình CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ThS. Nguyễn Thanh Bình BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
5. TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Minh Huy Lớp: 12141DT1B MSSV: 12141554 Họ tên sinh viên 2: Phạm Phú Khôi Lớp: 12141DT1B MSSV: 12141115 Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG TRƢỜNG HỌC Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iii
6. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trƣớc đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trƣớc đó. Ngƣời thực hiện đề tài Ngƣời thực hiện đề tài Lê Minh Huy Phạm Phú Khôi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iv
7. LỜ I CÁ M ƠN Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG TRƢỜNG HỌC” do giảng viên –ThS. Nguyễn Thanh Bình hƣớng dẫn đã đƣợc hoàn thiện. Trong suốt thời gian nghiên cứu và theo đuổi đề tài, chúng em đã gặp một số vƣớng mắc nhất định và đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý báu Trƣớc tiên, cho phép chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viênThS. Nguyễn Thanh Bìnhđã tin tƣởng giao đồ án, chỉ đạo và hƣớng dẫn tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chúng em cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện Tử, các bạn lớp 12141DT1B đã động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp cho chúng em đƣợc hoàn thành đề tài đúng tiến độ đƣợc giao. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để có đƣợc tƣơng lai, theo đuổi ƣớc mơ và sự nghiệp. Đây là một đề tài mới ở Việt Nam trong khi năng lực của nhóm còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án còn thiếu sót. Chúng em rất mong nhận đƣợc nhiều hơn nữa ý kiến phê bình của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để chúng em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình. Chúng em xin chân thành cảm ơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP v
8. MỤC LỤC Trang PHẦN A i GIỚI THIỆU i MỤC LỤC vi DANH SÁCH HÌNH x DANH MỤC BẢNG xiii TÓM TẮT xiv PHẦN B NỘI DUNG Chƣơng 1 3 TỔNG QUAN 3 1.1 Đặt vấn đề 4 1.2 Mục tiêu 4 1.3 Nội dung nghiên cứu 5 1.4 Giới hạn 5 1.5 Bố cục đề tài 6 Chƣơng 2 7 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1 Kit Arduino 8 2.1.1 Lịch sử ra đời của Arduino 8 2.1.2 Các loại board mạch của Arduino 9 2.1.3 Một số ứng dụng nổi bật của board Arduino 10 2.1.4 Tổng quan về Kit Arduino Mega 2560 11 2.1.5 Cấu trúc phần mềm và lập trình cho Arduino 13 2.2 Vi điều khiển STM8S003F3P6 14 2.2.1 Tổng quan về STM 14 2.2.2 Mô tả 16 2.2.3 Tính năng 16 2.2.4 Sơ đồ khối 18 2.2.5 Bộ xử lý trung tâm 18 2.2.6 Single wire interface module (SWIM) and debug module (DM) 19 2.2.7 Bộ nhớ flash và dữ liệu EEPROM 19 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP vi
9. 2.2.8 Bộ điều khiển xung Clock 19 2.2.9 Quản lý nguồn điện 20 2.2.10 Giao thức truyền thông 20 2.2.11 Khảo sát sơ đồ chân VĐK STM8S003F3P6 22 2.2.12 Thiết kế phần cứng cho VĐK STM8S003F3P6 25 2.3 Phần mềm nạp chƣơng trình cho VĐK STM8S003F3P6 27 2.3.1 Giới thiệu sơ lƣợc phần mềm 27 2.3.2 Mô tả thƣ viện STM8S standard firmware library 27 2.3.3 Thiết lập cho STVP chân VĐK STM8S003F3P6 29 2.4 Relay 30 2.4.1 Relay là gì? 30 2.4.2 Các loại relay và cách xác định trạng thái 33 2.4.3 Giới thiệu về Relay bán dẫn SSR (Solid State Relay) 35 2.4.4 So sánh relay điện từ và relay bán dẫn 36 2.5 Giới thiệu về chuẩn truyền thông RS485 38 2.5.1 Mạng RS485 38 2.5.2 Giới thiệu về IC MAX485 42 2.6 Giới thiệu về Module Sim900 44 2.6.1 Giới thiệu 44 2.6.2 Thông số kỹ thuật và chức năng các chân của Module sim900 45 2.6.3 Ứng dụng của Module sim 900 46 2.7 Chip DS1307 46 2.8 Giới thiệu về 4DGL 48 2.8.1 Giới thiệu 48 2.8.2 4D Arduino Adapter Shield 50 2.8.3 Màn hình uLCD-43 D / DT / DCT 51 Chƣơng 3 58 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 58 3.1 Giới thiệu 59 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 60 3.2.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 60 3.2.2 Sơ đồ khối máy chủ 61 3.2.3 Sơ đồ khối từng phòng 61 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP vii
10. 3.2.4 Tính toán và thiết kế mạch 62 Chƣơng 4 69 THI C ÔN G HỆ THỐ NG 69 4.1 Giới thiệu 70 4.2 Thi công hệ thống 70 4.2.1 Thi công board mạch 70 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 73 4.3 Đóng gói và thi công mô hình 75 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 75 4.3.2 Thi công mô hình 76 4.4 Lập trình hệ thống 77 4.4.1 Lƣu đồ giải thuật 77 4.4.2 Phần mềm IAR lập trình cho vi điều khiển STM8S003F3P 80 4.4.3 Phần mềm Visual Studio 2012 thiết kế giao diện cho máy tính chủ 89 4.4.4 Tổng quan về phần mềm Workshop tạo giao diện màn hình 98 4.5 Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng và thao tác điều khiển 103 4.5.1 Hƣớng dẫn sử dụng 103 4.5.2 Quy trình thao tác 104 Chƣơng 5 105 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 105 5.1 Bộ vi điều khiển 106 5.1.1 Arduino Mega 2560 106 5.1.2 Vi điều khiển STM8S003F3P6 107 5.2 Phần mềm quản lý dữ liệu 107 5.3 Phần mềm Workshop và màn hình 4D system 109 Chƣơng 6 110 KẾ T LUẬN VÀ HƢ ỚNG PHÁT TRIỂ N 110 6.1 Kết luận 111 6.2 Hƣớng phát triển 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 PHẦN C 111 PHỤ LỤC 111 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP viii
11. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ix
12. DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 2.1 Những thành viên khởi xƣớng Arduino 8 Hình 2.2Máy in 3D Makerbotđiều khiển bằng Arduino Mega2560 10 Hình 2.3 Thiết bị bay không ngƣời lái UAV 11 Hình 2.4 Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano và camera CMUCam 11 Hình 2.5 Sơ đồ các linh kiện của Arduino Mega 13 Hình 2.6Phần mềm lập trình cho Arduino 14 Hình 2.7 Vi điều khiển STM8S003F3P6 15 Hình 2.8Sơ đồ khối VĐK STM8S003F3P6 18 Hình 2.9Sơ đồ chân VĐK STM8S003F3P6 22 Hình 2.10Sơ đồ kết nối cho VĐK STM8S003F3P6 25 Hình 2.11Kết nối tụ ngoài CEXT vào chân VCAP 25 Hình 2.12Cách tổ chức các file trong thƣ viện 28 Hình 2.13Mạch nạp ST- Link V2 29 Hình 2.14Cấu hình chƣơng trình nạp cho VĐK 30 Hình 2.15Sơ đồ nguyên lý mạch relay 31 Hình 2.16Cấu tạo relay 32 Hình 2.17Module relay kích mức cao 33 Hình 2.18 Module relay kích mức thấp 33 Hình 2.19Relay bán dẫn của hãng Omron 36 Hình 2.20IC MAX485 42 Hình 2.21Sơ đồ chân MAX485 43 Hình 2.22Sơ đồ kết nối MAX485 với VĐK 43 Hình 2.23Module sim 900 44 Hình 2.24Chức năng các chân của Module sim900 45 Hình 2.25Ứng dụng của Module sim900 46 Hình 2.26Hai gói cấu tạo chip DS1307 47 Hình 2.27Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307 47 Hình 2.28Tổ chức bộ nhớ của DS1307 48 Hình 2.29Sơ đồ khối bên trong DIABLO16 49 Hình 2.304D Arduino Adaptor Shield 50 Hình 2.31Màn hình uLCD-43 D / DT / DCT 51 Hình 2.32Các chân sử dụng của màn hình 52 Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 60 Hình 3.2 Sơ đồ khối máy chủ 61 Hình 3.3 Sơ đồ khối từng phòng 61 Hình 3.4 Mạch điều khiển nạp cho VĐK 62 Hình 3.5 Thiết kế module sử dụng MAX485 64 Hình 3.6 OPTO PC817 64 Hình 3.7 Thiết kế module Relay đóng cắt 65 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP x
13. Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý thiết kế mạch nguồn 69 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 69 Hình 4.1 Sơ đồ mạch Layout khối nguồn 70 Hình 4.2 Sơ đồ mạch Layout khối điều khiển 70 Hình 4.3 Sơ đồ Layout dùng Relay điện từ 71 Hình 4.4 Sơ đồ Layout Module điều khiển dùng Relay SSR 71 Hình 4.5 Sơ đồ Layout Module điều khiển dùng Relay điện từ 71 Hình 4. 6Module nguồn sau khi hoàn thành 73 Hình 4. 7Tiến hành kiểm tra nguồn ra 73 Hình 4.8Module Relay điện từ 74 Hình 4.9Module Relay bán dẫn SSR 74 Hình 4.10Mạch điều khiển sau khi hoàn thành 74 Hình 4.11 Thiết kế mô hình dùng phần mềm Autocad2007 75 Hình 4.12 Mô hình thực tế sau khi lắp ráp 76 Hình 4.13Phần mềm lập trình IAR 80 Hình 4.14Giao diện làm việc 81 Hình 4.15Tạo project mới 82 Hình 4.16Hoàn thành khởi tạo 82 Hình 4.17Cấu hình cho project 83 Hình 4.18Chọn VĐK làm việc 84 Hình 4.19Chọn phần mềm nạp 84 Hình 4.20 Tạo thƣ mục chứa file source cho project 85 Hình 4.21Nhập tên folder 85 Hình 4.22Thêm file source của thƣ viện và file main 85 Hình 4.23Chọn file GPIO 86 Hình 4.24Cấu hình đƣờng dẫn đến các file header 87 Hình 4.25Hoàn thành cấu hình đƣờng dẫn 87 Hình 4.26Tạo file hex sau khi hoàn thành code 88 Hình 4.27 Phần mềm Visual Studio 89 Hình 4.28 Tạo một project mới 90 Hình 4.29 Tạo một file .cpp 91 Hình 4.30 Kết quả sau khi Build chƣơng trình 92 Hình 4.31 Giao diện làm việc của Visual Studio 93 Hình 4.32 Thêm cửa sổ vào giao diện làm việc 94 Hình 4.33 Giao diện chính 94 Hình 4.34 Giao diện đăng nhập sử dụng 95 Hình 4.35 Thông tin sử dụng phòng 95 Hình 4.36 Quản lý thông tin thiết lập 96 Hình 4.37 Quản lý thông tin phòng 96 Hình 4.38 Cài đặt trạng thái thiết bị 97 Hình 4.39Cài đặt thông tin 98 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xi
14. Hình 4.40Cửa sổ làm việc của phần mềm 99 Hình 4.41 Tạo một project mới (cách 1) 100 Hình 4.42 Tạo một project mới (cách 2) 100 Hình 4.43 Chọn màn hình làm việc 101 Hình 4.44 Cửa sổ chọn môi trƣờng làm việc 101 Hình 4.45 Cửa sổ làm việc của môi trƣờng Visi-genie 102 Hình 4.46 Giao diện điều khiển chính của hệ thống 102 Hình 4.47 Giao diện điều khiển đèn 103 Hình 4.48 Giao diện điều khiển quạt 103 Hình 5.1 Cửa sổ nhập trạng thái thiết bị 107 Hình 5.2 Tin nhắn yêu cầu gửi từ máy chủ xuống 108 Hình 5.3 Xuất file pdf về thông tin các phòng 108 Hình 5.4 Cách để giao tiếp với button 109 Hình 5.5 Cách để giao tiếp với button 109 Hình 5.6 Cách để giao tiếp với button 109 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xii
15. DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 12 Bảng 2.2 Các tính năng của dòng STM8S003XX 16 Bảng 2.3 Chức năng các chân VĐK STM8S003F3P6 24 Bảng 2.4 Điều khiện hoạt động của VĐK STM8S003F3P6 26 Bảng 2.5 So sánh Relay bán dẫn và Relay điện từ 37 Bảng 2.6 Chức năng các chân của Module Sim900 45 Bảng 2.7 Điều kiện hoạt động của 4D Arduino Adaptor Shield 51 Bảng 2.8 Cấu hình các chân Pinout của màn hình 52 Bảng 2.9 Hàm set chân IO là chân nhận tín hiệu 53 Bảng 2.10 Hàm set chân IO là chân truyền tín hiệu 54 Bảng 2.11 Hàm set tốc độ Baud cho COM0 55 Bảng 2.12 Hàm set tốc độ baud cho cổng COM yêu cầu 56 Bảng 2.13 Hàm hiểm tra nhận dữ liệu từ cổng COM 57 Bảng 2.14 Hàm truyền một byte dữ liệu đến cổng COM 58 Bảng 4.1 Danh sách linh kiện 72 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xiii
16. TÓM TẮT Ngày nay xã hội ngày càng phát triển, nguồn năng lƣợng cần để cung cấp cho hoạt động sản xuất và sinh hoạt ngày càng tăng trong khi đó nguồn năng lƣợng lại có hạn và đang cạn kiệt. Ngày 14 tháng 4 năm 2006, Thủ tƣớng chính phủ đã ký Quyết định số 79/2006/QĐ-TTg phê duyệt Chƣơng trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả nhằm từng bƣớc đạt đƣợc mục tiêu tiết kiệm 5-8% tổng mức tiêu thụ năng lƣợng vào năm 2015, giảm một phần mức đầu tƣ phát triển hệ thống cung ứng năng lƣợng, mang lại lợi ích về kinh tế - xã hội, đồng thời góp phần bảo vệ môi trƣờng, khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lƣợng, thực hiện phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Trong tờ trình Chính phủ về dự án Luật Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả, Bộ Công thƣơng dự báo, đến cuối thế kỷ này, các nguồn năng lƣợng của VN sẽ trở nên khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ dần cạn kiệt. Trong khi đó, tình trạng lãng phí năng lƣợng trong sản xuất công nghiệp, xây dựng dân dụng và giao thông vận tải (GTVT) của nƣớc ta hiện nay là rất lớn. Hiệu suất sử dụng nguồn năng lƣợng trong các nhà máy nhiệt điện đốt than, dầu của nƣớc ta chỉ đạt đƣợc từ 28-32%, thấp hơn so với các nƣớc phát triển khoảng 10%, hiệu suất các lò hơi công nghiệp chỉ đạt khoảng 60%, thấp hơn mức trung bình của thế giới khoảng 20%. Năng lƣợng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm các ngành công nghiệp chính của nƣớc ta cao hơn nhiều so với các nƣớc phát triển. Sử dụng hiệu quả năng lƣợng đã trở thành vấn đề đặc biệt quan trọng khi hao tổn năng lƣợng trong sản xuất, giao thông của nƣớc ta đang quá cao và Việt Nam đang trở thành nƣớc nhập khẩu năng lƣợng. Đó là vấn đề đƣợc nêu ra tại hội thảo về dự án Luật Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả do Ủy ban Khoa học - Công nghệ và Môi trƣờng của Quốc hội tổ chức ngày 26.8 ở TP.HCM. (theo báo Thanh Niên). Trong bối cảnh thế giới phải đối mặt với sự khan hiếm các nguồn năng lƣợng truyền thống và năng lƣợng tái tạo cũng có nhiều hạn chế thì việc sử dụng tiết kiệm năng lƣợng có ý nghĩa rất quan trọng. Bên cạnh đó, chúng ta cần phải tiết kiệm năng lƣợng để chống hiện tƣợng ấm lên toàn cầu, sự nóng lên của trái đất. Việt Nam là một trong những nƣớc sẽ phải chịu tác động rất ghê gớm do tác động này nên chúng ta cần phải có trách nhiệm đối với chính tƣơng lai của hành tinh cũng nhƣ đất nƣớc của BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xiv
17. chúng ta. Có thể nói vấn đề tiết kiệm năng lƣợng đã trở nên rất cấp thiết trong toàn xã hội hiện nay. Tiết kiệm năng lƣợng là sử dụng năng lƣợng hiệu quả, đúng lúc, đúng chỗ và không lãng phí nhƣng vẫn đáp ứng nhu cầu. Nƣớc ta đƣợc đánh giá là có tiềm năng về sản xuất điện, tuy nhiên, chúng ta lại bị thụ động vào mùa khô, thị trƣờng điện độc quyền và cơ sở vật chất, truyền tải điện Bắc - Nam còn chƣa đảm bảo. Thêm vào đó, càng ngày nƣớc ta càng phải đối đầu với tình trạng thiếu điện trầm trọng, phải nhập khẩu điện từ nƣớc ngoài, cắt điện thƣờng xuyên, nhiều nơi chỉ đƣợc phát điện 3 đến 4 giờ một ngày. Vì vậy, chúng ta cần phải tiết kiệm điện nhiều nhất có thể để hạn chế tình trạng thiếu điện nhƣ hiện nay. Tiết kiệm điện chính là tiết kiệm tiền cho bản thân, gia đình bạn, cho công ty, đất nƣớc và cho toàn thế giới. Nó góp phần tiết kiệm lƣợng điện không cần thiết và hạn chế phần nào sự thiếu điện tại khu vực bạn sinh sống. Bên cạnh đó, tiết kiệm điện còn góp phần gìn giữ tài nguyên, môi trƣờng cho thế hệ tƣơng lai. Ngày nay, khi nền giáo dục của cả nƣớc đang trên đà phát triển, chất lƣợng dạy học ngày càng đƣợc nâng cao. Để thực hiện đƣợc điều đấy thì việc hiện đại hóa các trang thiết bị trong trƣờng học cũng là một điều thiết yếu. Từ đây đặt ra vấn đề làm thế nào để sử dụng tốt và thật hiệu quả các thiết bị điện trong trƣờng học. Đây là vấn đề hết sức quan trọng vì mỗi năm một trƣờng đại học phải mất hàng tỉ đồng cho các chi phí liên quan đến tiền điện. Nếu sự dụng không hợp lý các thiết bị điện trong trƣờng học sẽ gây lãng phí điện năng, tăng thêm chi phí cho nhà trƣờng và xa hơn nữa là tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên của đất nƣớc. Trong khi việc sử dụng các nguồn năng lƣợng sạch nhƣ: năng lƣợng mặt trời, gió, thủy triều vẫn chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi, hoặc vẫn chƣa đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng thì nhu cầu về sử dụng điện năng vẫn ngày một tăng cao. Điều này đòi hỏi cần phải có một biện pháp hiệu quả và ngay lập tức để khắc phục tình trạng này. Thay vì trông đợi vào những nguồn năng lƣợng khác thì trƣớc hết chúng ta nên tập trung sử dụng những thiết bị điện đang có một cách hợp lý và hiệu quả nhất. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xv
18. Xuất phát từ vấn đề thực tế về tiết kiệm năng lƣợng của toàn xã hội và yêu cầu về tiết kiệm năng lƣợng trong trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, và nhất là niềm đam mê học hỏi và nghiên cứu. Nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG TRƢỜNG HỌC” sao cho đề tài gần gũi với thực tế và có thể góp phần vào việc tiết kiệm năng lƣợng của nhà trƣờng. Đề tài này đƣợc thiết kế để điều khiển thiết bị trong trƣờng, mọi thiết bị đều nằm dƣới sự quản lý của một hệ thống chủ, cấp quyền hoạt động cho các thiết bị nhƣ: đèn, quạt, máy chiếu, âm thanh tuỳ theo số lƣợng sinh viên của lớp mà các thiết bị sẽ đƣợc cài đặt ON/OFF cho phù hợp. Do hệ thống dùng GSM Module Sim900 nên việc cài đặt là chỉ một lần duy nhất cho một học kỳ, giúp tiết kiệm chi phí.Những thiết bị đƣợc cài đặt cho phép từ máy chủ mới có thể sử dụng. Việc cài đặt nhƣ vậy nhằm tránh sự rãi rác số lƣợng sinh viên trong lớp, kéo theo việc sử dụng các thiết bị không cần thiết. Ở mỗi lớp sẽ có một bảng điều khiển dùng màn hình 4D system thay cho các contact truyền thống. Khi nhận đƣợc tin nhắn từ hệ thống máy chủ, Module Sim900 đƣợc kết nối với Arduino sẽ yêu cầu Arduino gửi dữ liệu cho phép mở thiết bị nếu có tác động bật thiết bị từ màn hình. Ngƣợc lại, nếu máy chủ không cấp quyền thì cho dù có tác động màn hình thì thiết bị cần mở cũng không thể sử dụng. Để điều khiển các thiết bị khác nhau trong một lớp học thì mỗi board mạch điều khiển cần có một Switch để gán địa chỉ cứng cho mỗi thiết bị. Mỗi nút nhấn trên màn hình điều khiển sẽ có một địa chỉ mềm tƣơng ứng. Khi tác động vào nút nhấn sẽ có một địa chỉ truyền đi cho tất cả các board. Nếu trùng với địa chỉ của thiết bị nào thì thiết bị đó sẽ đƣợc mở. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xvi
19. PHẦN B NỘI DUNG
20. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 1 TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
21. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Nói về tiết kiệm điện, có rất nhiều biện pháp để thực hiện. Tuy nhiên, trong thực hiện mỗi biện pháp, đạt hiệu quả hay không còn phụ thuộc rất nhiều vào ý thức tự giác của mỗi ngƣời. Nhƣ chúng ta đã biết để làm thay đổi thói quen, ý thức của một ngƣời là điều vô cùng khó khăn và để mỗi ngƣời hình thành đƣợc thói quen, ý thức tự giác tiết kiệm điện lại là chuyện càng khó hơn. Đây là công việc rất nặng nề không thể hoàn thành một sớm một chiều mà đòi hỏi phải có thời gian. Tại sao chúng ta cần phải tiết kiệm điện năng? Cứ 1 KW điện phát ra tƣơng đƣơng với 0.7 đến 1 Kg khí CO2 thải ra môi trƣờng, gây ra hiện tƣợng nóng dần lên của trái đất. Sự nóng dần lên của trái đất, lƣợng khí thải CO2 ngày càng tăng, môi trƣờng ngày càng ô nhiễm luôn là một trong những vấn đề quan trọng hang đầu đối với nhân loại. Sự cạn kiệt dần nguồn năng lƣợng của trái đất đặt ra nhiều thách thức đối với mỗi chúng ta. Cuộc khủng hoảng năng lƣợng đang trở nên hết sức cấp bách, không chỉ đe doạ đến tăng trƣởng kinh tế thế giới, mà còn đe doạ trực tiếp hoà bình, an ninh quốc tế. Nguồn cung cấp điện luôn thiếu và là vấn đề khó khan đối với bất cứ quốc gia nào. Hầu hết năng lƣợng điện bây giờ đƣợc tạo ra từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Vì vậy nếu không tiết kiệm điện thì sẽ dẫn đến việc cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên. 1.2 Mục tiêu Mục tiêu của hệ thống là quản lý một cách tốt nhất và tối ƣu nhất tất cả các thiết bị điện trong phòng học nói riêng và các thiết bị điện trong toàn trƣờng nói chung. Đơn giàn là tất cả các thiết bị nhƣ: đèn, quạt, máy chiếu, máy lạnh đều nằm dƣới sự quản lý của hệ thống máy tính chủ. Tùy thuộc vào tiết học, số lƣợng sinh viên, nhu cầu sử dụng các thiết bị điện hay thời gian sử dụng các thiết bị mà chỉ những thiết bị điện nào đƣợc hệ thống máy chủ cho phép hoạt động thì mới có thể sử dụng trong phòng bất BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4