Luận văn Giám sát mức tiêu thụ điện năng của mô hình một xưởng sản xuất sử dụng hệ thống IoT (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Giám sát mức tiêu thụ điện năng của mô hình một xưởng sản xuất sử dụng hệ thống IoT (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÔ HÌNH MỘT XƯỞNG SẢN XUẤT SỬ DỤNG HỆ THỐNG IoT GVHD: TS.NGUYỄN THỊ LƯỠNG SVTH: PHẠM NGỌC ANH MSSV: 09101004 SVTH: TRẦN THANH DUY MSSV: 11941006 S K L 0 0 4 3 6 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017
2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG 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 09 tháng 1 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Ngọc Anh MSSV: 09101004 Trần Thanh Duy MSSV: 11941006 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÔ HÌNH MỘT XƢỞNG SẢN XUẤT SỬ DỤNG HỆ THỐNG IoT. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Tính toán công suất cho các thiết bị có công suất thấp. Nghiên cứu về ngôn ngữ lập trình mới Nodejs. 2. Nội dung thực hiện: Khảo sát module wifi ESP8266 Khảo sát cảm biến dòng điện ACS712 Khảo sát kit Raspberry Pi B+ Lập trình webserver trên kit Raspberry Pi B+ Tính công suất vẽ đồ thị cho các thiết bị giám sát. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/01/2017 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thị Lƣỡng CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY ii
3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG 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 17 tháng 10 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Ngọc Anh Lớp: 091011A MSSV: 09101004 Họ tên sinh viên 2: Trần Thanh Duy Lớp: 119410DT MSSV: 11941006 Tên đề tài: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG MỘT XƢỞNG SẢN XUẤT SỬ DỤNG HỆ THỐNG IoT. Xác nhận Tuần Nội dung GVHD 1 Thầy trƣởng BM phân công GVHD. Tiến hành liên hệ và gặp GVHD. 2 GVHD xác nhận đề tài đƣợc chọn chính thức. Tiến hành viết đề cƣơng cho đề tài. 3 + 4 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của Module Wifi ESP8266, các module cảm biến dòng điện ACS712 và thiết bị lên quan. Khảo sát mô hình các thiết bị của một xƣởng sản xuất. Báo cáo tiến độ cho GVHD. 5 Khảo sát, thiết kế mạch nguyên lý. 6 Tính toán chọn thiết bị thực nghiệm cho đề tài. 7 Xây dựng hệ thống giám sát mức tiêu thụ điện năng qua web server tiến hành test mạch trên testboard. Báo cáo tiến độ cho GVHD. 8 + 9 Tiến hành thi công mạch(kết nối các thiết bị, module liên quan ). Báo cáo tiến độ cho GVHD. 10 + 11 Lập trình cho việc lấy dữ liệu từ cảm biến, vẽ đồ thị mức tiêu thụ điện năng theo thông tin cập nhật trong PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY iii
4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG thời gian qui định của xƣởng sản xuất. 12 Thi công mô hình xƣởng sản xuất, lắp đặt thiết bị và mạch điều khiển vào mô hình. 13 Kiểm tra sự hoạt động ổn định của mạch, hoàn chỉnh mạch về nguyên lý cũng nhƣ về thẩm mỹ. Báo cáo tiến độ cho GVHD. 14 Viết báo cáo, luận văn tốt nghiệp. 15 Gửi GVHD báo cáo luận văn tốt nghiệp xem xét chỉnh sửa và trao đổi với GVHD các vấn đề liên quan. GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY iv
5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm tự nghiên cứu thực hiện dựa vào một số tài liệu trƣớc đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trƣớc đó. Nhóm thực hiện đề tài Phạm Ngọc Anh Trần Thanh Duy PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY v
6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG LỜI CẢM ƠN Qua một khoảng thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài Khóa Luận Tốt Nghiệp nhóm đã hoàn thành đề tài đƣợc giao. Chúng em xin gởi đến tất cả Thầy Cô trong Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh nói chung và Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện tử nói riêng lời cảm ơn chân thành, Thầy Cô đã cung cấp cho chúng em những kiến thức bổ ích nhất về kỹ năng cũng nhƣ kiến thức chuyên môn để chúng em có thể thực hiện tốt đề tài khóa luận tốt nghiệp. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Lƣỡng ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cô rất nhiệt tình trong việc hƣớng dẫn cũng nhƣ đóng góp ý kiến giúp chúng em hoàn thành đề tài tốt nhất. Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến bạn bè đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng nhƣ những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Và cuối cùng chúng em gởi lời cảm ơn đến cha mẹ. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài Phạm Ngọc Anh Trần Thanh Duy PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY vi
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU 2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4. GIỚI HẠN 2 1.5. BỐ CỤC 2 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. CÁCH TÍNH ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ CỦA ĐỘNG CƠ. 4 2.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG. 5 2.2.1. Khảo sát Module Wifi ESP8266 5 2.2.2. Khảo sát cảm biến dòng ACS712. 9 2.2.3. Khảo sát kit Raspberry Pi B+ để lập trình tạo Web server 11 2.2.4. Một số thiết bị có liên quan khác. 14 Chƣơng 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 18 3.1. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG 18 3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống 18 3.1.2. Chức năng của từng khối trong hệ thống. 19 3.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH 20 3.2.1. Khối nguồn 22 Chƣơng 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 23 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG 23 4.1.1 Thi công bo mạch 23 4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra 24 4.2. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 26 4.2.1 Lƣu đồ giải thuật 26 PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY vii
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG 4.2.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 32 Chƣơng 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 42 5.1. KẾT QUẢ THI CÔNG 42 5.1.1.Kết quả thi công phần cứng. 42 5.1.2. Kết quả thi lập trình cho webserver. 44 5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ. 48 Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 50 6.1KẾT LUẬN 50 6.2. HƢỚNG PHÁT TRIỂN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY viii
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 2.1. Hình thông số kỹ thuật của một máy điều hòa. 5 Hình 2.2. Hình Module Wifi ESP8266. 6 Hình 2.3. Hình sơ đồ chân của ESP8266. 7 Hình 2.4. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của ACS712 9 Hình 2.5. Hình ảnh Raspberry Pi Model B+ 11 Hình 2.6. Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi model B+ 12 Hình 2.7. Các phụ kiện đi kèm với Raspberry Pi. 13 Hình 2.8. Biến áp 12VDC 14 Hình 2.9. Relay 12VDC 14 Hình 2.10. Sơ đồ chân của relay 12VDC 14 Hình 2.11. IC ổn áp 7805 và sơ đồ chân. 15 Hình 2.12. Một mạch nguồn đơn giản dùng IC 7805 15 Hình 2.13. IC AMS1117 và sơ đồ nguyên lý. 16 Hình 2.14. USB to UART FT232RT 16 Hình 2.15. Kết nối giữa USB to UART với ESP8266. 17 Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống. 18 Hinh 3.2. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch. 21 Hình 3.2. Khối mạch ổn áp 5V 22 Hình 4.1. Lớp dƣới của mạch. 23 Hình 4.2. Lớp trên của mạch. 24 Hình 4.3. Các công tắc và ổ điện cấp nguồn 220V. 24 Hình 4.4. Mạch nguồn. 25 Hình 4.5. Module ESP8266, relay 12V và còi chip. 25 Hình 4.6. Hình IC ổn áp AMS1117 và cảm biến dòng ACS712 25 Hình 4.7. Lƣu đồ chính của chƣơng trình. 26 Hình 4.8. Lƣu đồ kết nối với server. 27 Hình 4.9. Lƣu đồ khi tiến hành đăng kí tài khoản ngƣời sử dụng. 29 Hình 4.10. Lƣu đồ khi tiến hành đăng nhập vào hệ thống. 31 Hình 4.11. Giao diện lập trình của Arduino IDE. Error! Bookmark not defined. Hình 4.12. Cài đặt thƣ viện và chức năng nạp code cho IDE 33 Hình 4.13. Cài đặt ESP8266 34 Hình 4.14. Cài đặt ESP8266 34 Hình 4.14. Chọn port để nạp chƣơng trình cho ESP8266. 36 Hình 4.15. tiến hành ssh cho raspberry pi B+ 36 PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY ix
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG hình 4.16. Giao diện của Raspberry pi B+ khi đang nhập xong. 37 Hình 4.17. Giao diện khi kết nối port 3000 38 Hình 5.1. Lớp trên của mạch điều khiển. 43 Hình 5.2. Lớp dƣới của mạch điều khiển. 44 Hình 5.3. Màn hình giao diện chung.(hình a, b, c) 45 Hình 5.5. Giao diện khi tiến hành đăng kí tài khoản. 46 Hình 5.7. Kết quả lƣu trữ giá trị dòng điện và công suất theo thời gian. 47 Hình 5.8. Giao diện khi chúng ta giới hạn giá trị dòng điện qua thiết bị. 48 PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY x
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1. Các lệnh AT chung. 7 Bảng 2.2. Các lệnh AT để cấu hình Module Wifi 7 Bảng 2.3. Các lệnh AT với Module Wifi cấu hình là station/client 8 Bảng 2.4. Các lệnh AT với Module Wifi cấu hình là Access point 8 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện điển hình. 24 PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY xi
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG TÓM TẮT Trong đề tài “Giám sát mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị trong một xƣởng sản xuất sử dụng hệ thống IoT” này, sẽ thực hiện chức năng cập nhật thông tin về giá trị về dòng điện qua mạch trong thời gian quy định tiến hành vẽ đồ thị mức tiêu thụ điện năng trong thời gian quy định đó, đƣa ra cảnh báo nếu giá trị dòng điện vƣợt quá giới hạn quy định. Đề tài cho phép ngƣời dùng tự cài đặt giá trị dòng điện giới hạn để có thể thực hiện việc tiết kiệm điện năng tiêu thụ một cách tốt nhất. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY xii
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, năng lƣợng điện phục vụ đời sống của chúng ta nó đƣợc lấy từ nhiều nguồn khác nhau nhƣ: sức nƣớc, sức gió, từ ánh sáng mặt trời, từ năng lƣợng hạt nhân nguyên tử Tuy nhiên không vì thế mà chúng ta sử dụng một cách lãng phí nguồn năng lƣợng đó đƣợc. Hiện nay trên thế giới đang có chiến dịch Giờ Trái đất đây là sáng kiến của Quỹ Quốc tế về bảo vệ thiên nhiên (WWF) khuyên các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh tắt đèn điện và các thiết bị điện không ảnh hƣởng lớn đến sinh hoạt trong một giờ đồng hồ vào lúc 8h30 đến 9h30 tối (giờ địa phƣơng) ngày thứ bảy cuối cùng của tháng ba hàng năm. Ý nghĩa của Chiến dịch Giờ Trái đất nhằm khuyến khích hành động xa hơn một giờ tắt đèn. Mỗi hành động nhỏ sẽ mang đến ý nghĩa lớn góp phần thay đổi nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trƣờng, tiết kiệm năng lƣợng, ứng phó với biến đổi khí hậu.Tính đến nay đã có khoảng 7000 thành phố thuộc 172 quốc gia và vùng lãnh thổ hƣởng ứng Chiến dịch. Vì vậy, nhóm chọn đề tài “GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ TRONG MỘT XƢỞNG SẢN XUẤT SỬ DỤNG HỆ THỐNG IoT” để tiến hành giám sát khả năng tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện trong một xƣởng sản xuất nhằm thực hiện chính sách tiết kiệm năng lƣợng cho một công ty, xí nghiệp xa hơn là cho cả thế giới và thực hiện chiến dịch bảo vệ môi trƣờng. Đề tài thực hiện bằng việc cập nhật thông tin dữ liệu từ cảm biến dòng ACS712 theo từng khoảng thời gian quy định đƣa về cho hệ thống khối xử lý trung tâm Module wifi ESP8266, truyền lên webserver sử dụng ngôn ngữ Nodejs để lập trình cho webserver tiến hành phân tích và vẽ biểu đồ về năng lƣợng điện tiêu thụ của các thiết bị đó. Từ việc nhận đƣợc kết quả từ biểu đồ chúng ta có thể đƣa ra các giải pháp tiết kiệm năng lƣợng một cách tốt nhất. Có thể cho hệ thống cảnh báo các trƣờng hợp thiết bị sử dụng quá giới hạn điện năng quy định. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 1
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG 1.2. MỤC TIÊU Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Nodejs để lập trình cho webserver. Tìm hiểu về phần cứng của module wifi ESP8266, cách lập trình và nạp chƣơng trình cho module. Thi công mô hình một xƣởng sản xuất. Kiểm tra tính ổn định hoạt động của mạch. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Thiết kế và thi công mô hình mạch. Tính toán chọn linh kiện phù hợp cho mạch, và các động cơ cần thiết cho mô hình. Khảo sát các hệ thống và lắp đặt thiết bị trong một xƣởng sản xuất rồi lắp đặt thiết bị cho phù hợp. Xây dựng mô hình và thiết lập sơ đồ khối cho toàn bộ hệ thống. Thiết kế và khảo sát mạch nguyên lý. Tính toán chọn linh kiện thực nghiệm. Thi công mô hình thực nghiệm. Lập trình webserver để nhận dữ liệu và cập nhật dữ liệu. Kiểm tra, hiệu chỉnh mô hình. Viết luận văn tốt nghiệp. 1.4. GIỚI HẠN Một số giới hạn của đề tài nhƣ là: Mô hình xƣởng sản xuất có kích thƣớc là một hình vuông 50cm. Mô hình xƣởng chỉ sử dụng hai động cơ để đo công suất. Động cơ xoay chiều có công suất thấp nhƣ: nồi cơm điện Kim Cƣơng 0.6 lít, 350W, bình đun nƣớc siêu tốc 1.5 lít, 1500W. Sử dụng cảm biến dòng ACS712 có giới hạn đo là 20A. 1.5. BỐ CỤC Chƣơng 1: Tổng Quan PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 2
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Trong chƣơng này sẽ giới thiệu về tổng quan, lý do chọn đề tài, các nội dung sẽ đƣợc nghiên cứu thực hiện trong đề tài. Một số hạn chế trong quá trình thực hiện đề tài và bố cục sẽ thực hiện trong quá trình thực hiện đề tài. Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chƣơng sẽ dựa vào các lý thuyết tính toán công suất đã học để tính toán giá trị công suất của thiết bị. Tìm hiểu lý thuyết(các thông số cơ bản, nguyên lý hoạt động, sơ đồ cấu trúc của module ) cũng nhƣ cách kết nối của các module và thiết bị liên quan trong đề tài. Chƣơng 3: Tính Toán và Thiết Kế. Tiến hành thiết kế sơ đồ khối của toàn mạch, tính toán chọn linh kiện cho các khối chức năng nhƣ là: khối nguồn, kết nối mạch với khối điều khiển trung tâm, chọn linh kiện cho khối cảnh báo chuông. Sau đó sử dụng phần mềm Proteus vẽ mạch nguyên lý hoàn chỉnh. Chƣơng 4: Thi Công Hệ Thống. Chƣơng sẽ đƣa ra kết quả thi công của mạch điều khiển, kết quả thực hiện của toàn đề tài. Nêu ra các lƣu đồ giải thuật, giải thích các lƣu đồ, giới thiệu phần mềm lập trình cho vi điều khiển cũng nhƣ lập trình webserver. Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng cho cả hệ thống. Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Tiến hành tổng kết lại những gì đã đạt đƣợc trong thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài, kết quả sai số, tính ổn định của hệ thống. Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển Kết luận về phần trăm đạt đƣợc của đề tài và hƣớng phát triển của đề tài. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 3
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. CÁCH TÍNH ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ CỦA ĐỘNG CƠ. Công suất điện của một động cơ là công suất tiêu thụ điện năng của động cơ đó và có trị số bằng điện năng mà động cơ tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Hoặc bằng tích hiệu điện thế cấp vào cho động cơ và cƣờng độ dòng điện chạy qua động cơ đó: (2.1) Trong đó: P: là công suất của động cơ(đơn vị: kW hoặc W) A: điện năng tiêu thụ của động cơ. t: là thời gian động cơ hoạt động(đơn vị: h). U: là hiệu điện thế nguồn cấp vào(đơn vị: V). I: là dòng điện nguồn vào(đơn vị: A). Vì vậy, điện năng tiêu thụ của động cơ đƣợc tính theo công thức. A = P.t (2.2) Ví dụ: Một động cơ điện gia dụng trong nhà chúng ta nhƣ máy điều hòa. Thì hiện nay các sản phẩm thiết bị điện gia dụng hiện nay đang đƣợc lƣu thông trên thị trƣờng đều bắt buộc phải ghi những thông số kỹ thuật nhƣ công suất tiêu thụ, số seri, nơi sản xuất, dòng điện định mức . Thông qua những chỉ số này ngƣời sử dụng có thể dễ dàng tính đƣợc lƣợng điện năng tiêu thụ của thiết bị đó trong một tháng PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 4
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Hình 2.1. Hình thông số kỹ thuật của một máy điều hòa. Theo nhƣ thông số kỹ thuật của một máy điều hòa nhƣ trên thì chúng ta có thể tính điện năng tiêu thụ của sản phẩm trong vòng một ngày nhƣ sau: - Công suất của máy điều hòa: 1200W = 1,2kW - Thời gian hoạt động cho trung bình là: 10h.  Lƣợng điện năng tiêu thụ trong một ngày là: A = 1,2 x 10 = 12kWh Từ tính toán trên chúng ta có thể tính toán khả năng tiêu thụ điện năng của từng thiết bị trong vòng một tháng. Từ đó, đƣa ra những giải pháp tiết kiệm năng lƣợng cho gia đình, xa hơn là cho công ty, xí nghiệp và cho cả nƣớc. 2.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG. 2.2.1. Khảo sát Module Wifi ESP8266 ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và lƣu trữ tốt, cung cấp khả năng vƣợt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ thống khác hoặc đóng vai trò nhƣ một giải pháp độc lập. Module Wifi ESP8266 cung cấp khả năng kết nối mạng wifi đầy đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản hoặc sử dụng nhƣ một access point. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 5
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Hình 2.2. Hình Module Wifi ESP8266. a) Các thông số kỹ thuật ESP8266 Wifi 802.11 b/g/n Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2 Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200 Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point Hỗ trợ các chuẩn bảo mật nhƣ: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể đƣợc sử dụng nhƣ là bộ vi xử lý ứng dụng SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART Làm việc nhƣ các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con. b) Sơ đồ chân của ESP8266 Hình 2.3. Hình sơ đồ chân của ESP8266. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 6
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG URXD(RX): dùng để nhận tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển. UTXD (TX): dùng để truyền tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển. VCC: đầu vào 3.3V GPIO 0: kéo xuống thấp cho chế độ upload bootloader RST: chân reset cứng của module, kéo xuống mass để reset GPIO 2: thƣờng đƣợc dùng nhƣ một cổng TX trong giao tiếp UART để debug lỗi CH_PD: kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại module, nối với mức cao GND: nối với mass c) Các tập lệnh AT của ESP8266 Bảng 2.1. Các lệnh AT chung. AT Kiểm tra lệnh luôn trả về “OK” AT + RST Khởi động lại module AT + GMR Truy vấn phiên bản Firmware Bảng 2.2. Các lệnh AT để cấu hình Module Wifi 1 = station 2 = AT + CWMODE Cài đặt chế độ Access Point 3 AT + CWMODE = 1 = = Both AT + Truy vấn chế độ AT + CWMODE? CWMODE? cài đặt AT + Truy vấn các chế AT + CWMODE? CWMODE? độ có thể cài đặt 0 = 1 kênh kết AT + CIPMUX = Cài đặt số lƣợng nối 1 = nhiều AT + CIPMUX = 1 các kênh kết nối kênh kết nối PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 7
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Cài đặt chế độ 0 = transparent AT + CIPMODE AT + CIPMODE = 1 dữ liệu 1 = data Truy vấn chế độ AT + CIPMODE AT + CIPMODE? dữ liệu cài đặt Bảng 2.3. Các lệnh AT với Module Wifi cấu hình là station/client AT + CWJAP = AT + CWJAP = Kết nối với một mạng wifi , “MLAB”,”1235678” Truy vấn mạng wifi đang AT + CWJAP? AT + CWJAP? kết nối. Truy vấn mạng wifi có thể AT + CWLAP AT + CWLAP kết nối Đóng kết nối wifi với một AT + CWQAP AT + CWQAP Access Point AT + CIFSR Xem địa chỉ IP của module AT + CIFSR Bảng 2.4. Các lệnh AT với Module Wifi cấu hình là Access point AT + CWSAP = AT + CWSAP = Cài đặt các thông số , , “MLAB”, cho Access Point , “12345678”,5,3 Xem cài đặt hiện tại AT + CWSAP? AT + CWSAP? của Access Point Danh sách các station AT + CWLIF AT + CWLIF đang kết nối Ngoài những tập lệnh trên còn rất nhiều tập lệnh khác nữa của Module wifi ESP8266. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 8
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG 2.2.2. Khảo sát cảm biến dòng ACS712. Hình 2.4. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của ACS712 Cảm biến dòng điện ACS712 là một IC cảm biến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall. ACS xuất ra 1 tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo sự thay đổi của dòng điện đƣợc lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), trong phạm vi đã cho. Tụ (Cf theo sơ đồ) đƣợc dùng với mục đích chống nhiễu và có giá trị tùy thuộc vào từng mục đích sử dụng. IC cảm biến dòng tuyến tính dựa vào hiệu ứng Hall, đƣợc tích hợp đầy đủ với chất dẫn dòng điện trở thấp và độ cách điện 2.1kV RMS. a) Đặc điểm và lợi ích của ACS712. Đƣờng tín hiệu analog độ nhiễu thấp. Thời gian tăng của ngõ ra để đáp ứng với dòng ngõ vào là 5µs. Băng thông 80kHz. Tổng lỗi ngỏ ra tại TA = 25°C là 1.5%. Dạng đóng gói SOIC8 với các chân nhỏ. Điện trở dây dẫn trong 1.2mΩ. Điện áp cách điện tối thiểu 2.1kV RMS từ chân 1-4 đến chân 5-8. Nguồn vận hành đơn 5V. Độ nhạy ngõ ra từ 66 đến 185mV/A. Điện áp ngõ ra tƣơng ứng với dòng DC hoặc AC. Điện áp offset (lệch) ngõ ra cực kỳ ổn định. Sự trễ từ gần bằng zero. Ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với ngõ vào từ nguồn cung cấp. PHẠM NGỌC ANH – TRẦN THANH DUY 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4