Đang tải... (xem toàn văn)
Giám sát điện năng ở một khu vực rộng lớn, bán kính tầm 1km.Giám sát điện năng theo thời gian thực.Có giao diện để giám sát, thống kê điện năng.Và hệ thống đã đạt được các yêu cầu như đã đề ra:Khoảng cách giữa thiết bị đo và nhận khoảng >1km.Thời gian đo thông số và đưa dữ liệu lên web và app 95%.Giá thành một bộ thiết bị < 3 triệu VNĐ.Sử dụng những module có sẵn như Arduino, Wemos, Lora.Giới hạn về phạm vi truyền gói tin của LORA.Sử dụng thư viện giao tiếp RS485 có sẵn.Giao diện web ở mức độ tầm trung.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TỪ XA Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa Sinh viên: NGUYỄN VĂN HỌC MSSV: 15151153 ĐỖ PHÚ LỘC MSSV: 15151177 TP HỒ CHÍ MINH - 7/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TỪ XA Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa Sinh viên: NGUYỄN VĂN HỌC MSSV: 15151153 ĐỖ PHÚ LỘC MSSV: 15151177 Hướng dẫn: PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN TP HỒ CHÍ MINH - 7/2019 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên: Nguyễn Văn Học MSSV: 15151153 Tel: 0386981897 Email: 15151153@student.hcmute.edu.vn Họ tên: Đỗ Phú Lộc MSSV: 15151177 Tel: 0937359661 Email: 15151177@student.hcmute.edu.vn Thông tin đề tài Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế thi công hệ thống giám sát điện từ xa Mục đích đề tài: Tự động hóa q trình giám sát điện năng, góp phần giảm chi phí công sức giám sát Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Tự Động Điều Khiển, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ 3/2019 đến 6/2019 Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Nghiên cứu sử dụng đồng hồ đo điện EM368 - Giao tiếp đồng hồ EM368 board điều khiển Arduino - Nghiên cứu LORA, cách hoạt động LORA sử dụng chúng để truyền thông tin - Nghiên cứu đưa liệu lên internet thông qua vi điều khiển ESP8266 - Nghiên cứu lập trình giao diện web cho người dùng Lời cam đoan sinh viên Chúng – Nguyễn Văn Học Đỗ Phú Lộc cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân chúng tơi hướng dẫn PGS.TS Trương Đình Nhơn Các kết công bố ĐATN trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2019 SV thực đồ án Nguyễn Văn Học Đỗ Phú Lộc Giáo viên hướng dẫn xác nhận mức độ hoàn thành cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 2019 Xác nhận Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) LỜI CẢM ƠN Chúng xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy khoa Điện Điện Tử trường Đại học sư phạm kỹ thuật TpHCM, đặc biệt Thầy Trương Đình Nhơn dạy bảo truyền đạt kiến thức quý báu cho suốt năm học trường Xin chân thành cám ơn người bạn nhóm, người thân giúp đỡ động viên trình học tập thực đề tài Một lần xin chân thành cảm ơn! TpHCM, ngày tháng 07 năm 2019 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Văn Học Đỗ Phú Lộc MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH CÁC TỪ VIẾT TẮT LORA: Long Range Radio TTL: Transistor – Transistor Logic UART: Universal Asynchronous Receiver - Transmitter PWM: Pulse-Width Modulation RF: Radio Frequency LCD: Liquid Crystal Display PCB: Printed Circuit Board LỜI MỞ ĐẦU Với tình hình dân số ngày tăng, nhu cầu tự động hóa cần thiết sống, hệ thống IOT có mặt ngày nhiều lĩnh vực sản xuất, nông nghiệp, chăn nuôi… Giám sát điện không nằm ngoại lệ Ngày thuật ngữ kiểm toán lượng trở thành lĩnh vực quan tâm phương diện xã hội đời sống Kiểm toán lượng hoạt động nhằm đánh giá thực trạng hoạt động hệ thống tiêu thụ lượng doanh nghiệp Từ xác định khu vực sử dụng lượng lãng phí để đưa giải pháp nhằm sử dụng lượng hiệu Kiểm toán lượng giúp doanh nghiệp xác định khuynh hướng tiêu thụ lượng tiềm tiết kiệm lượng loại thiết bị khác như: Động cơ, máy bơm, hệ thống thơng gió, điều hồ khơng khí, Hệ thống giám sát điện tự động cho phép người dùng nắm thông số điện vào thời điểm ngày cách nhanh chóng, xác nhờ thiết bị thơng minh, mà khơng cần phải diện khu vực tiêu thụ lượng Với hệ thống giám sát điện tự động, tranh quản lý, vận hành khu vực tiêu thụ nhiều lượng trở nên sáng sủa hơn, khơng tiết giảm đáng kể chi phí giám sát, giảm thiểu sai sót nhập tay liệu mà giảm bớt vất vả cho thân người tham gia vào q trình giám sát Chính mà nhóm chúng tơi định thực đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.1.1 Bộ giám sát lượng Sense Bộ giám sát Sense giúp cung cấp nhìn sâu sắc việc sử dụng lượng hoạt động gia đình bạn thơng qua ứng dụng iOs, Android web Hình 1.1: Bộ giám sát Sense Trang Các tính nởi bật: - Theo dõi sử dụng lượng theo thời gian: Đặt mục tiêu theo dõi tiến trình - bạn qua tháng để đảm bảo bạn hướng Xác định nguồn sử dụng hoang phí lượng Giữ an toàn đảm bảo cách kiểm tra liệu lò sửa mở, bàn ủi - rút chưa Lắp đặt dễ dàng Giá bán: 299$ 1.1.1.2 Ổ cắm thơng minh Etrekcity Hình 1.2: Ổ cắm thông minh Etrekcity Hoạt động với Amazon Alexa Google Assistant để điều khiển giọng nói Cấp nguồn cho thiết bị bạn mà khơng cần nhấc ngón tay Trang Theo dõi việc sử dụng lượng cho thiết bị kết nối tìm thiết bị sử dụng nhiều lượng Bạn cắt giảm hiệu sử dụng để tiết kiệm tiền cho hóa đơn tiền điện Dễ dàng cài đặt kết nối ổn định Được điều khiển từ thiết bị khác quản lý nhà bạn điện thoại thông minh máy tính bảng bạn từ đâu Hãy sẵn sàng để có ngơi nhà thơng minh tạo lịch trình tùy chỉnh để tự động bật tắt thiết bị điện tử thiết bị gia dụng đèn, đèn Giáng sinh, máy pha cà phê, v.v 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2.1 Hệ thống giám sát điện EMS Các thông số kỹ thuật hệ thống: - Model thiết bị: ECA-GPIs4.4EPOWER ECA-GPIs6.6CE cho phép quản lý nhiều đồng hồ đo điện hơn, cầu hình mạnh sử dụng chíp SoC 800Mhz - chạy hệ điều hành Linux Đo giám sát thông số đo điện Volt, Ampe, Tần số, Hệ số, Kwh, KVA - từ xa qua mạng Internet GPRS Lưu trữ liệu đám mây lưu trữ liệu thiết bị, với dung lượng - nhớ 8GB Quản lý nhiều điểm đo khu vực khác nhà máy rộng hàng - 1000 m2 Cảnh báo ngưỡng ngưỡng cho thông số đo Cảnh báo qua email, SMS, lối điều khiển Tính tốn giá điện theo giờ: cao điểm, thấp điểm, bình thường điện - lực quy định với nhà máy sử dụng biến áp từ 25KVA trở lên Có ghi cảnh báo, ghi liệu liên tục Dữ liệu lưu trữ đám mây, hiển thị đồ thị thời gian thực, tải file excel liệu Trang 10 Hình 3.15: Lưu đồ giải thuật mạch đo điện truyền trung tâm điều khiển 3.2 NGHIÊN CỨU, CHỌN THIẾT BỊ, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NHẬN DỮ LIỆU THÔNG SỐ ĐIỆN NĂNG VÀ GỬI LÊN WEB 3.2.1 Sơ đồ khối mạch nhận liệu thông số điện gửi lên web Trang 44 Khối đo nhận liệu có nhiệm vụ nhận thơng số từ LORA sau xử lý thơng số đưa lên web Để thực điều này, khối bao gồm: - Nguồn 5V cung cấp cho vi điều khiển Một vi điều khiển để nhận liệu từ thu phát sóng RF LORA gửi lên web - server Một thu phát sóng LORA nhận liệu từ mạch đo truyền cho vi điều khiển xử lý Hình 3.16: Sơ khối mạch nhận thông tin gửi lên database web server 3.2.2 Các thiết bị chọn sử dụng để thiết kế 3.2.2.1 Wemos D1 R2 Trang 45 Hình 3.17: Wemos D1 R2 WeMos D1 board mạch phát triển dựa Module Esp8266-12E thiết kế theo tiêu chuẩn board mạch Arduino UNO, tương thích với Arduino IDE NodeMCU WeMos D1 tích hợp Wifi, dễ dàng thực ứng dụng thu thập liệu điều khiển thiết bị thông qua Wifi Wemos D1 có khả chuyển đởi điện áp board, cho phép cấp điện áp DC 9-24V để chuyển đởi thành 5V với dòng tối đa 1A Thơng số kỹ thuật: - Vi điều khiển: ESP8266EX Điện áp hoạt động: 3.3V Số chân I/O: 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân - D0) Số chân Analog Input: (điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash: 4MB Điện áp vào: 9-24V Điện áp ra: 5V - Dòng max: 1A Giao tiếp: Cable Micro USB Wifi: 2.4 GHz Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Trang 46 - Tích hợp giao thức TCP/IP Kích thước: 68.6mm x 53.4mm (2.701" x 2.102") Lập trình ngơn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua Hình 3.18: Các chân Wemos D1 R2 3.2.2.2 LORA Như trình bày phần trước 3.2.3 Lập trình điều khiển Trang 47 Lưu đồ điều khiển: Hình 3.19: Lưu đồ giải thuật khối nhận liệu đưa lên web CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 THI CÔNG PHẦN CỨNG 4.1.1 Thiết kế PCB mạch đo gửi liệu Trang 48 Chúng sử dụng phần mềm Altium 15 để thiết kế mạch PCB Mạch đo gửi liệu gồm có Arduino Mega, LORA, mạch chuyển đởi giao tiếp UART sang RS485 Hình 4.1: Sơ đồ kết nối mạch đo gửi liệu Mạch bố trí hợp lý thẩm mỹ trước dây Mạch tương đối đơn giản nên cần dây lớp Sau dây mạch phủ mass Hình 4.2: Mạch nhận gửi liệu lên web sau dây Mạch sau hồn thành có kích thước 15.5 x 6.5 x 1.7 (cm) Nhỏ gọn tiện lợi Trang 49 Hình 4.3: Mạch đo gửi liệu sau hoàn thành 4.1.2 Thiết kế PCB mạch nhận đưa liệu lên WEB Mạch nhận đưa liệu lên Web gồm có Wemos LORA Trang 50 Hình 4.4: Sơ đồ kết nối mạch nhận gửi liệu lên web Mạch bố trí hợp lý thẩm mỹ trước dây Mạch tương đối đơn giản nên cần dây lớp Sau dây mạch phủ mass Hình 4.5: Mạch nhận gửi liệu lên web sau dây Trang 51 Mạch sau hồn thành có kích thước 10.5 x 6.5 x 1.5 (cm) Hình 4.6: Mạch nhận gửi liệu lên web sau hoàn thành 4.2 MƠ HÌNH HỒN CHỈNH Sau hồn tất khối, nhóm chúng tơi kết nối chúng lại với Hai khối truyền khối nhận lắp đặt cạnh cho thuận tiện việc trình bày báo cáo, thực tế chúng nơi khác Trang 52 Hình 4.7: Mơ hình hồn chỉnh 4.3 GIAO DIỆN GIÁM SÁT Nhóm sử dụng giao diện lập trình ngơn ngữ PHP Dưới giao diện đăng nhập vào hệ thống Ta tạo xóa tài khoảng user Trang 53 Hình 4.8: Giao diện đăng nhập hệ thống Giao diện giám sát active power Có nhiều tab để người dùng giám sát từ nhiều khu vực mà không bị lẫn lộn Giao diện cung cấp thêm bảng thống kê giá trị min, max ngày Ngồi có biểu đồ biểu diễn liệu theo tuần Hình 4.9: Giao diện giám sát active power Ngồi có chế độ lọc liệu để người dung thuận tiện việc tìm kiếm Trang 54 Hình 4.10: Giao diện lọc liệu Giao diện giám sát power factor 1, 2, trung bình Hình 4.11: Giao diện giám sát power factor CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trang 55 5.1 KẾT LUẬN 5.1.1 Những công việc thực Trong suốt thời gian thực đề tài, nhóm nghiên cứu học nhiều kiến thức thực tiễn củng cố thêm lý thuyết thiếu hạn chế thời gian học trường Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thi công hệ thống giám sát điện từ xa” kết hợp nhiều kiến thức từ nhiều lĩnh vực Công nghệ thông tin, Vi điều khiển, IOT, …v.v Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, nhóm đã thực mục tiêu đề ra: - Giám sát điện khu vực rộng lớn, bán kính tầm 1km Giám sát điện theo thời gian thực Có giao diện để giám sát, thống kê điện Và hệ thống đạt yêu cầu đề ra: - Khoảng cách thiết bị đo nhận khoảng >1km Thời gian đo thông số đưa liệu lên web app 95% Giá thành thiết bị < triệu VNĐ 5.1.2 Những mặt hạn chế - Sử dụng module có sẵn Arduino, Wemos, Lora Giới hạn phạm vi truyền gói tin LORA Sử dụng thư viện giao tiếp RS485 có sẵn Giao diện web mức độ tầm trung - 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Dựa nghiên cứu thành công hạn chế đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thi công hệ thống giám sát điện từ xa”, phát triển: Trang 56 - Tự thiết kế board mạch cho riêng khơng sử dụng module có - sẵn Phát triển chức điều khiển cho hệ thống Phát triển giao diện web thêm phần chuyên nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, “Giáo trình Điện tử bản”, Nhà xuất ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2013 Trang 57 [2] Marco Schwartz, “Internet of Things with ESP8266”, Packt Publishing, 2016 [3] Semtach, “What is LoRa?” https://www.semtech.com/lora/what-is-lora [4] ECAPRO, “Giám sát điện năng, quản lí lượng EMS” https://ecapro.com.vn/tin-tuc/tin-sn-phm/243-giamsatquanlydiennangems [5] SENSE, SENSE Product https://sense.com/ [6] Aruino.vn, “Tìm hiểu Modbus RTU” http://arduino.vn/bai-viet/6741-clone-bai-1-tim-hieu-modbus-rtu-di-nhanh-vao-ungdung [7] Bkaii.com.vn, “Khái niệm RS485” https://bkaii.com.vn/tin-nganh-2/100-khai-niem-co-ban-ve-giao-tiep-truyen-thong-rs485-rs485 [8] Bkaii.com.vn, “Khái niệm LORA” https://bkaii.com.vn/tin-tuc/135-khai-niem-co-ban-ve-lora Trang 58 ... hay tải • Tạo báo cáo dạng bảng, dạng đồ thị, xuất file Excel nhanh chóng, giảm thời gian, chi phí nhân cơng cho việc ghi chép liệu tay từ đồng hồ cơ, nhập vào file Excel tạo báo cáo tháng • Giảm... ngừa khả bị điện lực phạt có phi thấp nhờ báo động Theo dõi toàn tải nhà xưởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc lên kế hoạch - tiết kiệm Có khả tạo báo cáo điện tiêu thụ dạng bảng, dạng đồ thị,... excel tạo báo cáo tháng Giảm sơ sót q trình thu thập liệu tay, tăng độ xác - lường Kiểm soát liệu điện liên tục 24 /7 ngày nơi đâu Trang 11 - Khả đáp ứng nhanh với cố điện thông qua cảnh báo, giảm