Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu việc xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm thực hành mạch điện xoay chiều. Nội dung chính của bài viết là xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm, thực hành theo dõi kết quả và cài đặt trực tiếp trên thiết bị.
Trang 1Xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều của phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện – Điện tử trường Đại học Mỏ - Địa chất
Nguyễn Trường Giang1
1 Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT
Quá trình:
Nhận bài 15/6/2021
Chấp nhận 17/8/2021
Đăng online 20/12/2021
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu việc xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệmthực hành mạch điện xoay chiều Nội dung chính của bài báo là xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm, thực hành theo dõi kết quả và cài đặt trực tiếp trên thiết bị Số liệu đo được hiển thị và lưu trữ theo thời gian thực trên thiết bị và các thiết bị khác như smartphone, máy tính bảng, có kết nối 4G, wifi Các kết quả thực nghiệm đo đối với các bài thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều cho kết quả tốt, chứng tỏ khả năng sẵn sàng thay thế cho các thiết
bị đo công suất cũ, hỏng
© 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất cả các quyền được bảo đảm
Từ khóa:
Bộ đo công suất; ứng
dụng theo dõi công suất
1 Mở đầu
Hiện nay hầu hết các đồng hồ đo công suất tác
dụng trong các bài thí nghiệm thực hành đều là
đồng hồ cơ, thời gian được trang bị đã lâu nên nhu
cầu cải tiến và thay thế bằng các đồng hồ kỹ thuật
số với tinh năng vượt trội và độ chính xác cao là
cần thiết Áp dụng những công nghệ tiên tiến, sử
dụng các module đo công suất chuyên dụng kết
hợp với bộ vi xử lý ESP8266 tác giả đã chế tạo bộ
đồng hồ đo công suất, đo dòng điện và điện áp,
phù hợp với các bài thí nghiệm, thực hành đo các
thông số trong mạch điện xoay chiều
2 Thiết bị phần cứng và kết quả nghiên cứu
chế tạo
2.1 Thiết bị phần cứng
Uno, tương thích với chương trình Arduino IDE Module này được tích hợp WiFi nên dễ dàng thực hiện các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị thông qua WiFi Hình 1 là hình ảnh và sơ
đồ chân, hình 2 là sơ đồ nguyên lý module WeMosD1 mini
Trang 2Hình 2 Sơ đồ nguyên lý module WeMosD1 mini
2.1.2 Module đo lường PZEM004T
Hình 3 là hình ảnh và hình 4 mô tả sơ đồ khối
module PZEM004T
Module có các chức năng sau:
Đo các thông số (điện áp, dòng điện, công suất
tác dụng và năng lượng)
Báo động quá tải, quá điện áp
Giao tiếp nối tiếp (giao tiếp TTL), sử dụng chức
năng này để giao tiếp với các thiết bị đầu cuối
thông qua các chân đọc và thiết lập thông số
Hình 3 Hình ảnh module PZEM-004T
Hình 4 Sơ đồ khối module PZEM004T 2.1.3 Màn hình cảm ứng (LCD TFT 2.4 SPI ILI9341 TOUCH)
Màn hình LCD TFT cảm ứng điện trở 2,4 inch ILI9341 giao tiếp SPI Hình 5 và hình 6 là hình ảnh
và sơ đồ chânmàn hình cảm ứng LCD TFT ILI9341
a
b a) Mặt trước; b) Mặt sau
Hình 5 Hình ảnh màn hình cảm ứng LCD TFT
ILI9341
Trang 3Hình 6 Sơ đồ chân màn hình cảm ứng LCD TFT
2.4 SPI ILI9341 TOUCH
Định dạng hiển thị:
Công suất: phạm vi đo 0÷22kW
Trong khoảng 0÷1kW, định dạng hiển thị
000÷999.9;
Trong khoảng 1÷22kW định dạng hiển thị
1.000 ÷22.00
Điện năng: khoảng đo 0÷9999kWh
Trong khoảng 0 ÷ 10kWh, định dạng hiển thị
0.000 ÷ 9.999;
Trong khoảng 10 ÷ 100kWh, định dạng hiển
thị 10.00 ÷ 99.99;
Trong khoảng 100 ÷ 1000kWh, định dạng
hiển thị 100.0 ÷ 999.9;
Trong khoảng 1000 ÷ 9999kWh, định dạng
hiển thị 1000 ÷ 9999
Điện áp: phạm vi đo : 80 ÷ 260VAC
Định dạng hiển thị là 110.0 ÷220.0
Dòng điện: phạm vi đo: 0÷ 100A
Định dạng hiển thị: 00.00 ÷ 99.99
cần nguồn 5VDC cho các module LCD, vi điều khiển Vì vậy tác giả chỉ sử dụng 01 đầu vào nguồn
AC và chuyển sang 5VDC thông qua module nguồn HLK-PM01 cấp cho các module trong mạch Hình ảnh module nguồn HLK-PM01 được
mô tả trên hình 7
Hình 7 Hình ảnh module nguồn HLK-PM01
2.2 Thiết kế, chế tạo bộ đo công suất
2.2.1 Thiết kế sơ đồ khối
Sơ đồ khối của thiết bị bao gồm các khối như hình 8
Hình 8 Sơ đồ khối của bộ đo công suất
Chức năng các khối:
Khối nguồn: nguồn điện xoay chiều 220VAC được dùng để cấp cho đầu vào và nguồn xoay chiều trên module PZEM004T Nguồn 5VDC được chuyển đổi từ nguồn xoay chiều thông qua module nguồn HLK- PM01 có chức năng cấp
Trang 4Khối xử lý trung tâm: sử dụng module vi điều
khiển WeMos D1 mini kết nối với các thiết bị
ngoại vi và giao tiếp với server thông qua WiFi Để
đo dữ liệu thu thập được từ module PZEM004T
thông qua ứng dụng trên smartphone hoặc máy
tính, tác giả sử dụng giao thức MQTT theo mô
hình Publish/Subscribe
Khối hiển thị: sử dụng màn hình cảm ứng LCD
TFT 2.4 SPI ILI9341để dễ dàng theo dõi các thông
số điện đo được và cài đặt các tham số cho thiết bị
2.2.2 Kết nối chân linh kiện
Linh kiện các khối được kết nối theo sơ đồ chân
hình 9
Hình 9 Sơ đồ kết nối chân linh kiện
2.2.3 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
Tác giả đã sử dụng phần mềm Arduino IDE để
xây dựng, biên dịch và nạp chương trình điều
khiển cho bộ đo công suất
Hình 10 Giao diện lập trình và biên dịch trên
Arduino IDE
3 Kết quả đạt được
Từ các phân tích về thiết kế, tác giả đã chế tạo thành công bộ đo công suất, với màn hình LCD TFT màu 2.4 inch có cảm ứng và giao diện trực quan Ngoài ra, bộ đo công suất có ứng dụng hỗ trợ theo dõi trên smartphone và hỗ trợ kết nối với
ứng dụng bên thứ 3 như Home Assistant
Các chức năng chính của bộ đo công suất: Hiển thị kết quả đo điện áp, tần số, dòng điện, công suất, số điện hằng ngày, hằng tháng, tổng số điện đã sử dụng
Lưu kết quả đo (số điện) trên thiết bị, kể cả khi mất kết nối internet
Hỗ trợ ứng dụng hiển thị trên smartphone
Hỗ trợ kết nối với Home Assistant
Có giao thức kết nối MQTT
Kết quả đo tương đương với các thiết bị đo chuyên dụng (đã được kiểm định) trong phòng
thí nghiệm
Trang 5Hình 11 Hình ảnh bộ đo công suất sau khi hoàn
thiện
Hình 12 Hình ảnh đấu nối bộ đo công suất trong
bài thí nghiệm mạch điện và kết quả đo được
4 Kết luận
Trong bài báo tác giả đã tổng kết lại quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ đo công suất Dựa trên các phần mềm mã nguồn mở, tác giả
đã tạo ra giao diện riêng để thực hiện việc cài đặt
và kết nối thiết bị
Các kết quả thực nghiệm đo đối với các bài thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều cho kết quả tương đương với thiết bị đo chuẩn của phòng thí nghiệm
Tài liệu tham khảo
[1]http://allaboutcircuits.com/projects/breadbo ard-and-program-an-esp-01-circuit-with-the-arduino-ide/
[2] http://arduino.cc/en/Main/Software