Thiết kế thiết bị giám sát tiêu thụ điện năng trong gia đình và cảnh báo an toàn điện

Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa bằng sóng vô tuyến RF bao gồm các khối chức năng sau:  Công tơ điện tử có tích hợp

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

- -

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ THIẾT BỊ GIÁM SÁT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG TRONG GIA ĐÌNH VÀ CẢNH BÁO AN TOÀN ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN BÁ HIẾU – B17DT072

Nhóm:

Hệ:

Hà Nội, 2021

Chúng em xin cảm ơn tất cả các thầy giáo đã tận tình chỉ dạy những kiến thức quý báu để chúng em có thể hoàn thành được đồ án cũng như những hành trang cần thiết để

em có thể bước trên con đường sự nghiệp sau này

Nhóm em xin được gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Ngọc Minh, đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài nghiên cứu này Mặc dù công việc rất bận rộn nhưng Thầy vẫn luôn dành thời gian hướng dẫn chỉ bảo tận tình để em có thể hoàn thành tốt đề tài Mặc dù đã cố gắng hết sức xong không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn để chúng

em có thể hoàn thành tốt hơn báo cáo này

Cuối cùng chúng em xin kính chúc các thầy, các cô, gia đình và bạn bè dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 5

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 8

1.1 Tầm quang trọng của quản lý và giám sát năng lượng 8

1.2 Giới thiệu một số hệ thống giám từ xa trong thực tế: 8

1.2.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF 8

1.2.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện 9

1.3 Công nghệ IOT 11

1.3.1 Mô tả hoạt động một mạng IoT 11

1.3.2.Giao thức truyền tải dữ liệu 14

1.4.Ý tưởng thiết kế 15

1.4.1.Giới thiệu 15

1.4.2 Đề xuất ý tưởng thiết kế 15

1.5 Kết luận chương 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI 17

2.1 Vi điều khiển ESP8266 17

2.1.1 Giới thiệu về ESP8266 17

2.1.2 Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU 17

2.2 Các Module và khối chức năng 18

2.2.1 Điện áp xoay chiều 18

2.2.2 Cảm biến dòng 21

2.2.3 Cảm biến nhiệt độ DHT11 28

2.2.4 Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C 29

2.2.5 Mạch chuyển đổi tương tự ADS1115 30

2.2.6 Module phím cảm ứng chạm TTP223 31

2.3 Tìm hiểu cách hiển thị data lên Web 31

2.3.1 Tìm hiểu kết nối MQTT 31

2.3.2 Tìm hiểu nodejs 33

2.3.3 Tìm hiểu CSDL mysql 34

2.3.4 Tìm hiểu HTML và CSS 37

2.4 Kết luận chương 38

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 39

3.1 ESP8266 với các module 40

3.1.1 Đo điện áp xoay chiều 40

3.1.2 Cảm biến dòng 42

3.1.2 DHT11 42

3.2 ESP8266 với Wifi, MQTT 43

3.2.1 Kết nối wifi 43

3.2.2 MQTT 43

3.2.2.1 Kết nối MQTT 43

3.2.2.2 Public bản tin ESP lên Broker 44

3.3 Lấy data từ MQTT lưu vào CSDL Mysql 45

3.2.1 Tạo CSDL trong Mysql 45

3.2.2 Lấy data và lưu vào CSDL 45

3.4 Hiện thị Web 46

3.4.1 Đẩy dữ liệu lên Web 46

3.4.2 Thiết kế Web và hiện thị dữ liệu 47

3.4.2.1 Xây dựng giao diện hiện thị bằng HTML/CSS/BOOTSTRAP4 47

3.4.2.2 Giao diện 57

3.5 Thiết kế mạch 57

3.5.1 Nguyên lý 57

3.5.2 PCB 58

3.7 Kết luận chương 58

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ KHẢO SÁT, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 59

4.1 Kết quả khảo sát 59

4.1.1 Khảo sát đo điện áp 59

4.1.2 Khảo sát đo dòng điện 59

4.2 Nhận xét và đánh giá 60

4.3 Kết luận chương 61

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một số loại cảm biến……… ……… …12

Hình 1.2 Bluetooth……… …13

Hình 1.3 WiFi……… 13

Hình 1.4 Giao diện người dùng……….… 14

Hình 1.5 Sơ đồ một hệ thống IOT……… 15

Hình 1.6 Giao thức truyền của MQTT……… 15

Hình 2.1 Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU .……… … 18

Hình 2.2 Cảm biến dòng……… 18

Hình 2.3 Cuộn dây Rogowski……… … 20

Hình 2.4 Hiệu ứng điện từ……… ….21

Hình 2.5 Hiệu ứng Hall……… 22

Hình 2.6 Các dạng hiệu ứng Hall……….23

Hình 2.7 Cảm biến dòng ASC712……….….… 23

Hình 2.8 Cảm biến dòng không tiếp xúc……… 24

Hình 2.9 Dòng điện xoay chiều……… 25

Hình 2.10 So sánh dòng điện 1 chiều và xoay chiều……… … 26

Hình 2.11 Bộ khuếch đại so sánh ……… 28

Hình 2.12 Cảm biến DHT11……… 29

Hình 2.13 Sơ đồ chân của LCD 16x2……….… 30

Hình 2.14 Module ADS1115………30

Hình 2.15 Module phím cảm ứng chạm TTP223……….31

Hình 2.16 Vị trí giao thức MQTT trong một hệ thống IOT……….…………32

Hình 2.17 Sơ đồ giao thức MQTT……… 33

Hình 2.18 Hình ảnh biểu tượng của NodeJS……….…… 34

Hình 2.19 Hình ảnh về biểu tượng MySQL……… …… 35

Hình 2.20 Mô hình Client-Server của MySQL……… … 36

Hình 2.21 Sơ đồ MySQL vận hang ……… … 37

Hình 2.22 Hình ảnh biểu tượng của HTML và CSS……….…… …37

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối hệ thống và lưu đồ thuật toán ………… …….…… …39

Hình 3.2 Giảm điện áp sử dụng Op-Amp……….41

Hình 3.3 Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều………42

Hình 3.4 Kết nối WiFI và địa chỉ WiFi………43

Hình 3.5 Kết nối MQTT……… ……….… 44

Hình 3.6 Pub dữ liệu ESP……… 45

Hình 3.7 Dữ liệu trong CSDL MySQL………46

Hình 3.8 Bố cục Web……… 47

Hình 3.9 Trạng thái dữ liệu giám sát………49

Hình 3.10 Đồ thị nhiệt độ và độ ẩm……… 50

Hình 3.11 Biểu đồ cường độ và công suất……… …52

Hình 3.12 Giao diện hiện thị dữ liệu………57

Hình 3.13 Nguyên lý mạch điện……… …57

Hình 3.14 PCB mạch điện………58

Hình 4.1 Khảo sát đo dòng điện……… ……60

LỜI MỞ ĐẦU

Nhu cầu quản lý, giám sát cũng như kiểm soát việc đo điện năng, các thông số: điện

áp, dòng điện, các chỉ tiêu chất lượng điện năng từ xa là rất cần thiết cho các nhà quản

lý, các công ty điện lực và cá nhân Mặc dù đã đạt đến một mức độ thành công nhất định, tuy nhiên các hệ thống quản lý và giám sát điện năng hiện nay chi phí rất cao và hạn chế

về việc truy cập từ xa Ngoài ra, xu hướng hiện nay là sử dụng các thiết bị thông minh: điện thoại smart phone, máy tính bảng …để truy cập và giám sát từ xa Trong xu thế mới này, hệ thống hỗ trợ việc quản lý, giám sát việc đo điện năng và các thông số hệ thống điện từ xa bằng Internet là cần thiết để tìm ra hướng tiện nghi và kinh tế phục vụ các nhà quản lý,các công ty điện lực

Với mong muốn giải quyết đươc phần nào những khó khăn và tìm ra môt hướng đi

mớ i cho ngành điên Việt Nam, chúng em đã bắt tay vào nghiên cứu và thưc hiêṇ đề tài

“Giám sát điện năng qua internet” Trên cơ sở tìm hiểu về IoT nhằm giám sát điện năng

và các thông số khác của hệ thống điện từ xa qua internet, qua viêc̣ truy cập vào trang web, người dùng có thể giám sát từ xa ở moi nơi mọi lúc Điểm nổi bât của đề tài này là

có thể giám sát điên năng đồng thời hai hay nhiều thiết bi ̣điên thông qua ̣internet, và kiểm soát thông qua viêc đo, lưu trữ các thông số điện liên tục tại các thời điểm trong

ngày

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Quản lý và giám sát năng lượng là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng trong các tổ chức thương mại, công nghiệp và chính phủ trong những năm gần đây đang phải chịu những áp lực to lớn về kinh tế và môi trường Giám sát và quản lý năng lượng giúp giảm sự phu ̣thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng trở nên cạn kiệt Khi tiêu thu ̣nhiều năng lượng, doanh nghiêp cũng như các hộ gia đình sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu nguồn cung cấp nghiêm trọng kèm theo nguy

cơ tăng giá năng lượng dẫn đến ảnh hưởng tới lợi nhuận của tổ chức, bằng việc quản lý năng lượng doanh nghiệp và các hô ̣gia đình có thể giảm nguy cơ này bằng cách kiểm soát nhu cầu năng lượng, tiết kiệm điện trên dây chuyền sản xuất từng bước tăng hiệu quả việc đầu tư vào giá thành cho sản phẩm

Lợi ích đem lại khi sử dụng hê ̣thống giám sát và quản lý năng lượng :

- Giảm thời gian chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các đồng hồ đo, nhập vào file excell báo cáo mỗi tháng

- Giảm được sai sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay

- Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24 giờ tại bất kì trạm làm việc nào

- Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liêu được thu thập đầy đủ, có ghi lại dạng sóng của nguồn điên khi sự cố xảy ra

Đây là một trong những đề tài đang được tìm hiểu và nghiên cứu rất nhiều để đưa ra giải pháp giúp ngành điện Việt Nam giải quyết đươc những khó khăn nêu trên

1.2 Giới thiệu một số hệ thống giám từ xa trong thực tế:

1.2.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF

Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa bằng sóng vô tuyến RF bao gồm các khối chức năng sau:

 Công tơ điện tử có tích hợp tính năng thu phát tín hiệu vô tuyến RF lắp tại các hộ khách hàng sử dụng điện, có chức năng đo đếm, lưu trữ năng lượng vào bộ nhớ không dây và truyền về bộ thu thập tín hiệu di động khi nhận được lệnh

 Bộ thu thập tín hiệu di động (Handheld Unit) bao gồm: máy tính cầm tay (Handheld Unit) được tích hợp module thu phát tín hiệu vô tuyến RF bên trong, với chương trình thu thập số liệu do Công ty tự phát triển Trên máy tính cầm tay sẽ giúp người ghi ra lệnh đọc chỉ số công tơ trong phạm vi phủ sóng dựa vào danh sách và số liệu khách hàng sử dụng điện được tao ra ̣ từ

cơ sở dữ liệu kinh doanh điện năng Toàn bộ dữ liệu ghi được sẽ được ghép nối vào cơ sở dữ liệu kinh doanh điện năng một cách tự động mà không cần phải tốn nhiều thao tác thủ công như trước đây

Giải pháp này có các ưu điểm:

 Không phụ thuộc vào khoảng cách, không phụ thuộc vào vị trí điểm đầu, điểm cuối khi có sự thay đổi về vị trí lắp đặt công tơ, hay vị trí trung tâm thì không bị thay đổi về thiết bị

 Thiết bị modem gọn nhẹ, thông dụng, dễ dàng lắp kèm với công tơ

 Cước phí tính theo lưu lượng (KB) thấp, rất phù hợp với hệ thống không yêu cầu truyền theo thời gian thực

Nhược điểm:

 Do sử dụng đường truyền không dây, truyền qua mạng di động, nên tín hiệu

có thể bị ảnh hưởng khi thời tiết xấu, do đó cần cân nhắc chọn dịch vụ của nhà cung cấp mạng có mật độ phủ sóng rộng, chất lượng tín hiệu tốt

1.2.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện

Hệ thống đo đếm công tơ từ xa truyền qua đường dây điện CollectricTM là hệ thống đo lượng điện năng tiêu thụ theo thời gian thực Với hệ thống này, không cần cử nhân viên đi ghi chỉ số công tơ tại các hộ gia đình

Hệ thống Collectric gồm 5 thiết bị cơ bản sau:

 RTU: là thiết bị đầu cuối một chiều được lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài các công tơ ở vị trí thuận tiện RTU sẽ đếm vòng quay của đĩa, biến thành tín hiệu điện, điều chế tín hiệu, truyền số liệu đã thu được và các thông tin khác về thiết bị tâp trung

 TRPU: là thiết bị đầu cuối hai chiều, nó vừa có tính năng của một RTU vừa

có chức năng thông tin hai chiều bao gồm lệnh quản lý bảng thời gian sử dụng để tính các mức giá khác nhau tại thiết bị tập trung, TRPU còn có thể truyền thông tin sắp xếp theo bảng chữ cái hay chữ số nhận được từ thiết bị tâp trung ̣ tới khách hàng, nó còn có thể lặp tín hiệu như một bộ lặp, nếu có lắp đặt thêm bộ điều khiển tải nó có thể tự động đóng cắt tải theo lệnh từ trung tâm

 CONCENTRATOR: là thiết bị tâp trung ̣ lắp đặt trên lưới điện hạ thế ứng với một trạm Thiết bị này có thể thu thập và xử lý dữ liệu cho 1250 công

tơ Dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối được tập trung tại bộ trung tâm và được truyền về máy tính trung tâm qua các cách khác nhau Thiết bị tập trung cũng có thể truyền lệnh quản lý và các chỉ thị khác tới các thiết bị đầu cuối hai chiều

 MICROTERMINAL: là thiết bị thu thập dữ liệu cầm tay là cầu nối giữa thiết bị tập trung với máy tính trung tâm, nó nhận dữ liệu từ bộ trung tâm

và truyền về máy tính trung tâm Nó còn được dùng để lập trình cho các thiết bị tâp trung, RTU, TRPU, và đọc các số liệu từ các thiết bị này để đưa vào máy tính

 MAIN COMPUTER: chứa các phần mềm cần thiết cho quá trình vận hành

hệ thống Colletric Nó thu nhận dữ liệu từ các bộ trung tâm để sử dụng cho các mục đích của ngành điện Kĩ thuật truyền thông: sử dụng công nghệ

PLC truyền thông tin thông qua lưới điện hạ thế (từ trạm biến áp đến các

hộ gia đình) Tại các trạm biến áp (vốn có nhiệm vụ chuyển các dòng điện cao thế thành hạ thế và đưa đến hộ tiêu dùng), một modem tốc độ cao HE (HeadEnd) sẽ nối giữa đường hạ thế và hệ thống cáp quang truyền thông backbone Nhiệm vụ của modem HE là điều chế các tín hiệu truyền thông của cáp quang thành tín hiệu thông tin có tần số 1,6 - 80 Mhz ( Tùy vào từng hãng mà sử dụng những dãy tần số khác nhau) để truyền vào lưới điện

hạ thế và ngược lại Các tín hiệu thông tin sau khi điều chế sẽ được truyền

đi song song với tín hiệu điện trên lưới điện hạ thế đến các toà nhà Tại đây, một modem PLC (CPE lắp đặt tại gia đình) sẽ nhận các tín hiệu thông tin, giải điều chế, tái tạo lại tín hiệu thông tin ban đầu để có thể sử dụng Internet hoặc dùng điện thoại, fax Moderm PLC cũng có thể đảo ngược quá trình này để gửi các tín hiệu thông tin đã điều chế đến modem HE

Ưu điểm:

 Mạng lưới điện có mặt ở hầu khắp mọi nơi

 Mạng điện hạ thế có thể được dùng để thiết lập một cơ sở hạ tầng mạng sẵn

có cho hàng triệu khách hàng, doanh nghiệp riêng biệt trên toàn thế giới,

có đường dẫn tới tận các ổ cắm điện phục vụ cho cả thiết bị gia đình và thiết bị điện công nghiệp

 PLC có thể cung cấp khả năng truy cập tốc độ cao, tốc độ truyền thông đã đạt tới hành trăm Mb/s - Mạng lưới đường dây điện đã được xây dựng nên

có lợi thế về chi phí đầu tư cơ bản, cơ sở hạ tầng đường dây điện đã có sẵn, nên nó có thể cho phép cạnh tranh với giá rẻ hơn các kỹ thuật truy cập viễn thông nội vùng khác (thường yêu cầu vốn đầu tư cơ bản lớn)

Nhược điểm:

 Đường dây truyền tải điện không phải được thiết kế để dành cho truyền dữ liệu, do đó có rất nhiều vấn đề cần được khắc phục Công suất nhiễu trên đường dây điện lực là tập hợp tất cả các nguồn nhiễu khác nhau thâm nhập vào đường dây và vào máy thu Các tải được kết nối vào mạng như ti vi, máy tính, máy hút bụi phát nhiễu và lan truyền qua đường dây điện; các

hệ thống truyền thông khác cũng có thể đưa thêm nhiễu vào máy thu

 Đường dây điện được ra đời phục vụ cho việc truyền năng lượng điện chứ không nhằm mục đích truyền thông tin Khi đưa thông tin truyền trên đó, ta sẽ gặp phải rất nhiều yếu tố gây nhiễu cho tín hiệu Tuy nhiên, chúng ta đang sống trong thời đại của kỹ thuật số, sự phổ biến của internet và các thiết bị di động thông minh đã tạo nên khái niệm mới là IoT (Internet of Things – Internet vạn vật), do đó vấn đề ứng dụng các thành tựu này vào việc giám sát và điều khiển mọi thứ một cách dễ dàng đã đươc̣ áp dụng vào

thưc tế trong cuộc sống

1.3 Công nghệ IOT

Từ khi khái niệm IoT ra đời vào năm 1999, Internet of things (IoT) đã đi từ một giấc

mơ đơn thuần và mông lung tới sự thực hiện hữu và rõ ràng Nguyên nhân chính có thể

là việc sử dụng rộng rãi giao thức Internet (IP), sự phát triển phổ cập của máy tính, và

sự phát triển không ngừng của phân tích dữ liệu Ngoài ra còn một số nhân tố khác cũng tạo ra sự phát triển của ngành Tới 2020, số thiết bị được kết nối bởi IoT được ước tính lên tới 20,4 tỉ Mặc dù có sự phát triển không ngừng, khái niệm IoT lại thường không rõ ràng, mờ mịt, một cái gì đó chỉ được biết đến như là một thuật ngữ trừu tượng

Định nghĩa của một hệ thống IoT đã biến đổi nhiều lần do việc sử dụng của nhiều công nghệ khác nhau gồm thống kê thời gian thực, học máy, cảm biến và hệ thống nhúng Các phân ngành hệ thống nhúng, mạng cảm biến không dây, hệ thống điều khiển tự động (bao gồm tự động hóa nhà và tòa nhà) đều kết hợp để cho phép sự vận hành của IoT

Vậy định nghĩa IoT là gì, rất khó để có một câu trả lời chắc chắn và dứt khoát Theo website Trendmicro, IoT có thể được mô tả là “một sự mở rộng của Internet

và các liên kết mạng khác tới các cảm biến và thiết bị khác nhau (còn gọi là các “things”) cho phép kể cả các vật đơn giản như bóng đèn, khóa và cửa thông khí một mức độ tính toán và phân tích cao hơn”

Theo “các cân nhắc về kiến trúc trong kết nối mạng thiết bị thông minh” của Hội đồng kiến trúc mạng (Internet Architecture Board) Khái niệm IoT “biểu thị một xu hướng mà một số lượng lớn các thiết bị nhúng áp dụng các dịch vụ liên lạc được cung cấp bởi các giao thức mạng Rất nhiều thiết bị nhúng trên, thường được gọi là các “vật thông minh”, không được vận hành trực tiếp bởi con người mà đóng vai trò như các thành phần trong các tòa nhà hoặc phương tiện giao thông, hoặc được trải ra trong môi trường.”

Khả năng tương tác cao là một trong những khía cạnh chủ chốt của IoT đã và đang đóng góp cho sự phổ biến ngày càng cao của nó Các thiết bị được kết nối, hay các “vật thông minh” trong IoT như chúng thường được gọi, có khả năng thu thập và chia sẻ dữ liệu từ môi trường xung quanh chúng với các thiết bị và mạng khác Qua việc phân tích

và xử lý dữ liệu, các thiết bị có thể thực hiện chức năng của chúng mà không cần hoặc cần rất ít sự điều khiển của con người

1.3.1 Mô tả hoạt động một mạng IoT

Các thiết bị làm nên IoT có thể là bất cứ thứ gì từ một máy theo dõi vận động đơn giản đến phương tiện giao thông thông minh Bất kể tính năng chúng cung cấp cho người dùng là gì, các thiết bị đó đều cần có các thành phần sau để chúng có thể hoạt động đúng cách là thành phần của một hệ thống IoT

 Các cảm biến: Dữ liệu đầu tiên được thu thập từ môi trường cho hệ thống IoT bắt đầu xử lý bởi các cảm biến trong thiết bị có thể đo đạc các thay đổi hoặc hiện tượng trong môi trường Loại dữ liệu được đo bởi một thiết bị phụ thuộc vào chức năng của nó: Có thể là nhịp tim, nhiệt độ môi trường, độ ẩm, âm thanh hoặc khoảng cách tới vật gần nhất

Hình 1.1 Một số loại cảm biến

 Định danh: Dữ liệu cần phải được giao tiếp tới các thiết bị ở phần còn lại của mạng Để cho việc giao tiếp này có ý nghĩa thì mỗi thiết bị phải có một phương thức định danh để phân biệt nó với các thiết bị khác trong mạng ví dụ như địa chỉ IP

 Các cơ cấu chấp hành: Phần lớn các thiết bị IoT đều có khả năng thực hiện chức năng chính của chúng mà không cần sự tương tác của người dùng Các thiết bị IoT cần có khả năng tự thực hiện thay đổi nào đó dựa vào dữ liệu từ các cảm biến của chúng và các phản hồi sau đó từ mạng Ví dụ, một bóng đèn thông minh có thể bật tắt từ xa qua điều khiển của người dùng Một van thông minh có thể mở và đóng tự động dựa vào dữ liệu thu thập được về mực nước,

áp suất nước mà van điều khiển

 IoT gateway: IoT gateway đóng vai trò là cầu nối cho dữ liệu của các thiết bị khác nhau có thể đến được cloud Nó còn giúp thông dịch các giao thức của nhiều thiết bị IoT khác nhau thành một giao thức chuẩn chung và lọc dữ liệu không cần thiết được thu thập

 Cloud: Cloud là nơi mà tất cả dữ liệu từ các thiết bị khác nhau được thu thập

và từ đó các phần mềm có thể tiếp cận chúng nhằm thực hiện xử lý dữ liệu Bởi phần lớn việc xử lý dữ liệu thực hiện trên đám mây nên nó giảm đi khối lượng công việc của gateway và các thiết bị

 Kết nối thiết bị với thiết bị: Cần có một cách để các thiết bị trong cùng mạng IoT có thể giao tiếp và trao đổi thông tin trực tiêp với nhau Liên lạc giữa các thiết bị thường được thực hiện thông qua các giao thức như Bluetooth, Z-wave

và Zigbee

có chức năng hỗ trợ các thiết bị khác nhau hoạt động được với nhau mặc dù khác giao thức

 Giao diện người dùng: Cung cấp cho người dùng dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị và cho phép người dùng gửi các lệnh điều khiển hệ thống Ví dụ cụ thể

dữ liệu sau khi được xử lý được cung cấp cho người dùng qua tin nhắn, email, một trình hiển thị kiểu app hoặc Web Sau khi dữ liệu được hiển thị người dùng có thể qua giao diện để thực hiện điều khiển lại hệ thống cụ thể như tắt chuông báo động, tắt thiết bị cảm biến…

Hình 1.4 Giao diện người dùng

Tóm lại: Một hệ thống IoT bao gồm các thiết bị cảm biến “nói chuyện” với cloud trực tiếp hoặc gián tiếp qua gateway, hoặc với lẫn nhau thông qua một phương thức kết nối nào đó Các cảm biến khi thu thập dữ liệu có thể dựa vào đó tự động thực hiện một chức năng nào đó Khi dữ liệu đã đến được đám mây, phần mềm sẽ xử lý nó và thực hiện một chức năng, ví dụ gửi tin đến người dùng hoặc tự động điều chỉnh các cảm biến

và thiết bị không cần người dùng Các dữ liệu và thông báo từ hệ thống được đưa tới người dùng thông qua giao diện người dùng, từ đó họ có thể theo dõi hoặc điều khiển trực tiếp hệ thống

Hình 1.5 Sơ đồ một hệ thống IOT

1.3.2.Giao thức truyền tải dữ liệu

Có 5 giao thức truyền tải dữ liệu phổ biến có thể được sử dụng trong các mô hình là: MQTT, CoAP, AMQP và DDS

MQTT là một giao thức kết nối máy với máy, một giao thức mã nguồn mở để

truyền các messages giữa nhiều Client (Publisher và Subscriber) thông qua một Broker trung gian, được thiết kế để đơn giản và dễ dàng triển khai Giao thức này

nhẹ đến mức nó có thể được hỗ trợ bởi một số thiết bị đo lường và giám sát nhỏ nhất và nó có thể truyền dữ liệu qua các mạng có khả năng tiếp cận, đôi khi liên tục Kiến trúc MQTT dựa trên Broker trung gian và sử dụng kết nối TCP long-lived từ các Client đến Broker

Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi là mqtt client - gọi tắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker) Mỗi client sẽ đăng ký một vài kênh (topic), ví dụ như " /client1 /channel1 " , " /client1 / channel2 " Quá trình đăng ký này gọi là "subscribe" Mỗi client sẽ nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gửi dữ liệu và kênh đã đăng ký Khi một client gửi

dữ liệu tới kênh đó, gọi là "publish"

Hình 1.6 Giao thức truyền của MQTT

MQTT thì nhẹ nhàng hơn và nhanh Nó mất rất ít bytes cho việc kết nối với server và quá trính kết nối có thể giữ trạng thái xuyên suốt Ưu điểm là giao tiếp sẽ mất ít dữ liệu và thời gian hơn HTTP protocol, nên có thể được sử dụng cho truyền thông 2 chiều thông qua các mạng có độ trễ cao và độ tin cậy thấp, nó cũng tương thích với các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp Vì vây MQTT phù hợp để chon làm giao thức truyền thông chính trong đề tài "Giám sát điên năng qua internet "

 Đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng điện

1.4.2 Đề xuất ý tưởng thiết kế

Nhu cầu quản lý, giám sát cũng như kiểm soát việc đo điện năng, các thông số: điện áp, dòng điện, các chỉ tiêu chất lượng điện năng từ xa là rất cần thiết cho các nhà quản lý, các công ty điện lực và cá nhân Mặc dù đã đạt đến một mức độ

thành công nhất định, tuy nhiên các hệ thống quản lý và giám sát điện năng hiện nay chi phí rất cao và hạn chế về việc truy cập từ xa Ngoài ra, xu hướng hiện nay

là sử dụng các thiết bị thông minh: điện thoại smart phone, máy tính bảng …để truy cập và giám sát từ xa

Trong xu thế mới này, hệ thống hỗ trợ việc quản lý, giám sát việc đo điện năng

và các thông số hệ thống điện từ xa bằng Internet là cần thiết để tìm ra hướng tiện nghi và kinh tế phục vụ các nhà quản lý, các công ty điện lực

1.5 Kết luận chương

Giám sát quản lí năng lượng là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng cho tổ chức Hầu hết tầm qua trọng này xuất phát từ nhu cầu về toàn cầu về tiết kiệm năng lượng.Nhu cầu này ảnh hưởng đến giá năng lượng, mục tiêu giảm phát thải và các luật lệ liên quan, tất

cả điều này dãn đến các lí do thuyế phục cho việc tại sao cần tiết kiệm năng lượng cho doanh nghiệp, hoặc cho hộ gia đình

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI

2.1.1 Giới thiệu về ESP8266

ESP8266 là một vi mạch trong gói QFN có khả năng của cả bộ TCP/IP và bộ vi điều khiển ESP8266 cung cấp giải pháp WiFi tích hợp cao đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng IoT (Internet of Things) như chi phí thấp, sử dụng năng lượng hiệu quả, hiệu suất đáng tin cậy và thiết kế nhỏ gọn Nó được sản xuất bởi Espressif Systems ở Thượng Hải, Trung Quốc

ESP8266 có khả năng kết nối mạng WiFi, có thể hoạt động như một thiết bị slave cho một bộ vi điều khiển master hoặc như một ứng dụng độc lập Khi chúng ta nói thiết

bị slave cho vi điều khiển master, điều đó có nghĩa là nó có thể sử dụng làm bộ điều hợp WiFi cho bất kỳ vi điều khiển nào sử dụng giao tiếp SPI hoặc UART Trong khi sử dụng độc lập, nó có thể thực hiện được các chức năng của một bộ vi điều khiển và mạng WiFi ESP8266 dựa trên dòng L106 Diamond của Tensilica, là bộ xử lý 32-bit và có SRAM trên chip Đồng thời tích hợp module nguồn, balun RF, bộ thu và phát RF, bộ thu và phát tương tự, băng tần số, bộ khuếch đại, bộ lọc và một số thành phần tối thiểu khác

2.1.2 Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU

ESP8266 NodeMCU (Node MicroController Unit) là một môi trường phát triển phần mềm và phần cứng mã nguồn mở được xây dựng trên một hệ thống trên chip (SoC) được gọi là ESP8266 ESP8266 được thiết kế và sản xuất bởi Espressif Systems, chứa các thành phần quan trọng của một máy tính: CPU, RAM, mạng (WiFi), thậm chí cả hệ điều hành và SDK hiện đại

Board mạch thu phát wifi ESP8266 NodeMCU với kích thước nhỏ gọn, giá rẻ được dùng nhiều cho các thiết bị IoT, các ứng dụng cần kết nối mạng wifi Các module ESP8266 được sử dụng rộng rãi nhất là ESP-01, ESP8266 NodeMCU (ESP8266-12E)

và Wemos D1 Mini Hình bên dưới cho thấy sơ đồ chân của Kit

NodeMCU ESP8266-12E:

Hình 2.1 Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU (ESP8266-12E)

Thông số kỹ thuật:

 WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

 Điện áp hoạt động: 5VDC thông qua cổng micro USB

 Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

 Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

 Bộ nhớ Flash: 4MB

 Giao tiếp: Cable Micro USB ( tương đương cáp sạc điện thoại )

 Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2

 Tích hợp giao thức TCP/IP

 Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, MicroPython,

2.2 Các Module và khối chức năng

2.2.1 Điện áp xoay chiều

1 Các đặc điểm của dòng điện xoay chiều:

Dòng điện xoay chiều là dòng điện rất quen thuộc, được sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất Dòng điện xoay chiều hay còn được gọi là dòng điện AC (Alternating Curent) Đây là dòng điện có cường độ và chiều thay đổi theo thời gian, sự thay đổi này tuần hoàn với một chu kỳ nhất định Dòng điện xoay chiều được tạo ra do biến đổi nguồn điện một chiều hoặc từ các máy phát xoay chiều Trong sinh hoạt, thường sử dụng dòng điện xoay chiều 1 pha, tức là truyền tài điện gồm 1 dây pha và 1 dây trung tính

Hình 2.9: Dòng điện xoay chiều

Các đại lượng của dòng điện xoay chiều

 Công suất dòng điện xoay chiều:

𝑃 = 𝑈 𝐼 cos⁡(∝) Trong đó:

P: Công suất của dòng điện xoay chiều (W)

U: Điện áp (V)

I: Cường độ dòng điện (I)

α: độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp

 Chu kỳ và tần số

Chu kỳ dòng điện xoay chiều ký hiệu T(s) là khoảng thời gian mà dòng điện xoay chiều trở lại vị trí ban đầu

Tần số điện xoay chiều ký hiệu f(Hz) đại lượng thể hiện số lần lặp lai trạng thái

cũ của dòng điện xoay chiều trong một giây

Công thức liên hệ:

𝑓 = ⁡1𝑇

(Với f là tần số, T là chu kỳ)

2 Điểm khác nhau giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

Hình 2.10 So sánh dòng điện 1 chiều và xoay chiều

 Các nhà máy phát điện và các loại máy phát điện sản xuất ra dòng điện xoay chiều mà chúng ta sinh hoạt hằng ngày, vì dòng điện này dễ truyền tải đi xa Điều này giúp cho những vùng quê xa nhà máy vẫn có thể có nguồn điện sử dụng Khác với dòng điện xoay chiều, dòng điện một chiều đều được sản xuất từ: ắc quy, pin và năng lượng mặt trời… nên thường không truyền tải điện đi xa vì có thể mất rất nhiều năng lượng

 Dòng điện một chiều có tần số trực tiếp bằng 0 nên chỉ có thể chảy theo một hướng nhất định Ngược lại, nguồn phát dòng điện xoay chiều thường có tần số

là 50Hz và 60Hz, nên có thể đảo ngược

 Một điểm dễ phân biệt hơn là các bản vẽ mạch điện, hầu như các dạng sóng biểu thị dòng điện một chiều là một đường thẳng Trong khi đó, điện xoay chiều lại được thể hiện dưới dạng đa dạng như dạng hình sin, hình tam giác, hình vuông

và hình thang

3 Các đo điện áp xoay chiều:

Có 2 phương pháp đo điện áp xoay chiều phổ biến thường được sử dụng:

 Sử dụng biến áp: thay đổi giá trị điện áp giữa đầu vào và đầu ra theo một tỉ lệ được quy định bởi số vòng dây cuộn sơ cấp/thứ cấp của máy biến áp

 Sử dụng bộ khuếch đại vi sai: lấy giá trị điện áp đầu ra bằng vi sai giá trị điện áp đầu vào, giá trị vi sai được khuếch đại theo một hệ số xác định

Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp đo sử dụng bộ khuếch đại vi sai bởi các ưu điểm sau:

- Về kích thước: nhỏ gọn, phù hợp để tích hợp vào các thiết bị sẵn đang được sử dụng

- Về khả năng đáp ứng: với yêu cầu về điện áp đo và công suất, mức tiêu thu điện năng,… phương pháp đo này đáp ứng tốt

- Về độ phức tạp: thiết kế đơn giản, tối ưu, thay đổi dễ dàng

- Về chi phí: tối ưu về chi phí do linh kiện kèm theo đơn giản, giá thành thấp

Nguyên lý đo điện áp sử dụng bộ khuếch đại vi sai:

Với yêu cầu đo giá trị điện áp xoay chiều có giá trị trong dải 200 VAC – 330 VAC, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu lý thuyết về điện áp xoay chiều và lựa chọn phương án đo dựa vào bộ khuếch đại vi sai Trong nghiên cứu, nhóm sử dụng vi điều khiển để đọc và

sử lý các giá trị, tác vụ do vậy để đo được điện áp xoay chiều có giá trị lớn cần xử lý điện áp trước khi đưa vào vi điều khiển để đo và xử lý Do các chân tín hiệu(I/O) của vi điều khiển có khả năng chịu điện áp đầu vào thấp (3.3V và 5V) nên điện áp trước khi đưa vào cần biến đổi có giá trị nằm trong khoảng giới hạn Phương pháp được đưa ra đó

là hạ điện áp đầu vào xuống mức thấp, cụ thể là sử dụng bộ khuếch đại vi sai để làm nhiệm vụ này

Hình 2.11 Bộ khuếch đại so sánh

Điện áp xoay chiều được đưa vào đầu vào, tương ứng với đầu hai điện trở R1 và R4, giá trị điện áp sẽ được so sánh trên 2 cửa thuân(+) và cửa đảo (-) của bộ khuếch đại thuật toán (Op-amp), giá trị điện áp sai lệch (vi sai) giữa hai cực sẽ được khuếch đại với một hệ số được xác định Điện áp vi sai khuếch đại được đưa ra đầu ra và đưa vào chân I/O của vi điều khiển

Các thông số của mạch:

 Điện áp đầu ra nằm trong dải: 0 – 3.9V AC

 Hệ số khuếch đại được quy định bởi giá trị điện trở R6 , hệ số: 0.0091

Sau khi điện áp đưa vào chân vi điều khiển đã xử lý để nằm trong giới hạn, điện áp đầu vào sẽ tỉ lệ với giá trị điện áp vi điều khiển đo được theo tỉ lệ chính là hệ số

khuếch đại

2.2.2 Cảm biến dòng

Cảm biến dòng điện là một thiết bị phát hiện dòng điện trong dây và tạo ra tín hiệu

tỷ lệ với dòng điện đó Tín hiệu được tạo ra có thể là điện áp hoặc dòng điện hoặc thậm chí là đầu ra kỹ thuật số Tín hiệu được tạo ra sau đó có thể được sử dụng để hiển thị dòng điện đo được trong ampe kế hoặc có thể được lưu trữ để phân tích thêm trong hệ thống thu thập dữ liệu hoặc có thể được sử dụng cho mục đích điều khiển

Hình 2.2 Cảm biến dòng

Hai phương pháp dùng cảm biến dòng điện hiện nay

Cảm biến dòng điện trực tiếp:

Cảm biến dòng điện trực tiếp phụ thuộc vào định luật Ohm Bằng cách đặt một điện trở shunt sắp xếp với tải hệ thống, một điện áp được tạo ra trên điện trở shunt tỷ lệ thuận với dòng tải hệ thống Điện áp trên shunt có thể được đo bằng các bộ khuếch đại vi sai,

ví dụ như các bộ khuếch đại dòng shunt Nó thường được thực hiện cho dòng tải <100A

Cảm biến dòng điện gián tiếp:

Cảm biến dòng điện gián tiếp phụ thuộc vào định luật Ampe và Faraday Bằng cách đặt một vòng dây quanh một dây dẫn mang dòng điện, một điện áp được cảm ứng trên vòng dây tỷ lệ với dòng điện Phương pháp cảm biến loại này được sử dụng cho dòng tải 100A – 1000A

Các phương pháp đo dòng điện

Một số phương pháp đo dòng điện mà chúng ta có thể kể đến như:

 Cảm biến hiệu ứng hall đo dòng điện

 Máy biến áp hoặc ampe kìm, (chỉ phù hợp với dòng điện xoay chiều)

 Loại biến áp Fluxgate, (phù hợp với dòng điện AC hoặc DC)

 Điện trở Shunt, có điện áp tỷ lệ thuận với dòng điện qua nó

 Cảm biến dòng quang, sử dụng giao thoa kế để đo sự thay đổi pha trong ánh sáng

do từ trường tạo ra

 Cuộn dây Rogowski, thiết bị để đo dòng điện xoay chiều (AC) hoặc xung dòng tốc độ cao…

Hình 2.3 Cuộn dây Rogowski

Cảm biến Hall đo dòng điện là một loại cảm biến dòng dựa trên hiện tượng Hiệu ứng Hall được phát hiện bởi Edwin Hall vào năm 1879

Cảm biến Hall đo dòng điện có thể đo tất cả các loại tín hiệu dòng (tức là AC, DC hoặc dòng xung)

Những cảm biến này hiện đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp vì các ứng dụng rộng lớn và loại tín hiệu đầu ra mà chúng cung cấp, có thể được thao tác và có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau

Cảm biến đo dòng điện

Cảm biến dòng CT là một phần mở rộng của công nghệ cuộn dây Rogowski trong

đó lõi không khí được thay thế bằng vật liệu tập trung từ thông bên trong cuộn dây Với

từ thông chứa trong cuộn dây thay vì đi qua nó, sẽ thu được mối quan hệ trực tiếp giữa dòng điện cuộn dây và dòng điện trong dây dẫn tạo ra trường

Hình 2.4 Hiệu ứng điện từ

Cảm biến dòng điện cung cấp những lợi ích quan trọng so với cảm biến điện trở đơn giản Nó có khả năng cách ly điện, tránh hao tổn và không cần nguồn điện bên ngoài Công suất thấp hơn của cảm biến dòng CT cho phép mức tín hiệu cao hơn nhiều, cải thiện đáng kể môi trường nhiễu tín hiệu của hệ thống điều khiển

Máy biến dòng (CT) thường được sử dụng trong các hệ thống công suất cao để đo dòng điện Hạn chế lớn là kích thước và chi phí lớn và cũng không có khả năng phát hiện dòng điện một chiều

Cảm biến Hall đo dòng điện

Nguyên lý hiệu ứng Hall nói rằng khi một dây dẫn mang dòng điện được đặt trong

từ trường, một điện áp sẽ được tạo ra vuông góc với hướng của trường và dòng chảy

Hình 2.5 Hiệu ứng Hall

Khi một dòng điện không đổi được truyền qua một tấm vật liệu bán dẫn mỏng, sẽ không có sự khác biệt tại các tiếp điểm đầu ra nếu từ trường bằng không Tuy nhiên, khi

có từ trường vuông góc, dòng điện bị biến dạng Sự phân bố mật độ điện tử không đồng đều tạo ra sự khác biệt rõ rệt trên các đầu ra Điện áp này được gọi là điện áp Hall Nếu dòng điện đầu vào được giữ không đổi, điện áp Hall sẽ tỷ lệ thuận với cường độ của từ trường

Điện áp Hall là tín hiệu mức thấp từ 20 đến 30 microvolt trong một từ trường của một gauss Một tín hiệu có cường độ này đòi hỏi nhiễu thấp, trở kháng cao, khuếch đại vừa phải

Hình 2.6 Các dạng hiệu ứng Hall

Cảm biến Hall được dựa trên các công nghệ như: mạch điện tử, mạch vòng lặp hở, mạch vòng lặp kín… Chúng có thể được sử dụng để đo dòng điện DC, AC và xung, với

sự cách ly điện giữa các mạch sơ cấp và thứ cấp

Cảm biến đo dòng điện xoay chiều

Khi muốn đo dòng điện xoay chiều, thông thường với một số loại cảm biến đo dòng thông dụng thì yêu cầu phải cắt dây và nối trực tiếp cảm biến vào 2 đầu mạch, điều này khá là nguy hiểm Khi cần đo dòng với các nguồn rất lớn thì không khả thi

Cảm biến dòng điện ACS712 (Hall Effect Current Sensor) dựa trên hiệu ứng Hall

để đo dòng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối, giá trị trả ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dòng điện cần đo nên rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, thích hợp với các ứng dụng cần đo dòng AC/DC với độ chính xác cao

Sơ đồ chân ACS712:

Hình 2.7 Cảm biến dòng ACS712

1) Đo dòng điện DC:

Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, khi dòng điện đi từ Ip+ đến Ip- Vout sẽ ra mức điện áp tương ứng 2.5~5VDC tương ứng dòng 0~Max, nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5~0VDC tương ứng với 0~(-Max)

Khi cấp nguồn 5VDC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp) thì Vout = 2.5VDC, khi dòng Ip( dòng của tải) bằng Max thì Vout=5DC, Vout sẽ tuyến tính với dòng Ip trong khoản 2.5~5VDC tương ứng với dòng 0~Max, để kiểm tra có thể dùng đồng hồ VOM thang đo DC để đo Vout

2) Đo dòng điện AC:

Khi đo dòng điện AC, do dòng điện AC không có chiều nên không cần quan tâm chiều, khi cấp nguồn 5DC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino) thì Vout = 2.5VDC, khi có dòng xoay chiều Ip (dòng AC) do dòng xoay chiều

độ lớn thay đổi liên tục theo hàm Sin, nên điện thế Vout sẽ có độ lớn tuyến tính với dòng điện AC từ 0~5VDC tương ứng với (-Max)~Max (dòng xoay chiều), để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo AC đo Vout

Khi muốn đo dòng điện xoay chiều, với một số loại cảm biến đo dòng thông dụng chúng ta thường phải cắt dây và nối trực tiếp vào cảm biến, điều này khá là nguy hiểm, với dòng điện rất lớn thì không khả thi

Cảm biến đo dòng xoay chiều không tiếp xúc là giải pháp phù hợp, sử dụng phương pháp đo cảm ứng mà không cần phải can thiệp trực tiếp vào đường dây

Với cảm biến đo dòng xoay chiều có thể ứng dụng vào các bài toán như đo dòng của các động cơ xoay chiều AC, thiết bị công suất lớn, hay bất kỳ thiết bị sử dụng nguồn xoay chiều AC

Hình 2.8 Cảm biến dòng không tiếp xúc

Thông số kỹ thuật

Với cảm biến

 Điện áp hoạt động : 3.3V ~ 5V

 Điện áp đầu ra: 0.2V ~ 2.8V

 Dải đầu vào tín hiệu xoay chiều: 0 - 1V

 Sai số tương đối: +3%

 Kích thước: 32mm * 27mm

Với đầu đo

 Dải đo: 0 ~ 20A

 Tín hiệu AC đầu ra: 0 ~ 1V tương ứng 0 ~ 20A

Đặc điểm:

+ Điện áp hoạt động : 3V - 5V (DC)

+ Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH, sai số ±5%RH

+ Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

+ Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz

+ Khoảng cách truyển tối đa: 20m

Sơ đồ chân cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu:

Hình 2.12 Cảm biến DHT11

Nhận xét: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 với giá thành rẻ, dễ sử dụng, thích hợp

sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác không cao, môi trường không khắc

nghiệt

2.2.4 Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C

Màn hình tinh thể lỏng hay LCD (Liquid crystal display) là loại thiết bị hiển thị cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổi tính phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với các kính lọc phân cực LCD có ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết kiệm năng lượng

Hiện giờ, thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) được dùng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác như: khả năng hiển thị kí tự đa dạng (ký tự đồ họa, chữ, số, ), đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau dễ dàng , tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ,…

 Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA

 Giao tiếp: I2C

 Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)

 Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt

 Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

2.2.5 Mạch chuyển đổi tương tự ADS1115

Thiết bị ADS1115 là bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC), công suất thấp,

16 bit, tương thích với I2C Thiết bị ADS1115 kết hợp một tham chiếu điện áp trôi thấp

và một bộ dao động ADS1115 cũng kết hợp một bộ khuếch đại khuếch đại lập trình được và một bộ so sánh kỹ thuật số Những tính năng này, cùng với phạm vi cung cấp hoạt động rộng, làm cho ADS1115 rất phù hợp cho các ứng dụng đo cảm biến hạn chế

về phần cứng

Hình 2.14 Module ADS1115

ADS1115 thực hiện chuyển đổi với tốc độ dữ liệu lên đến 860 mẫu mỗi giây (SPS) PGA cung cấp dải đầu vào từ ± 256 mV đến ± 6.144 V, cho phép các phép đo tín hiệu lớn và nhỏ chính xác ADS1115 có bộ ghép kênh đầu vào cho phép hai phép đo đầu vào vi sai hoặc bốn đầu vào đơn Sử dụng bộ so sánh kỹ thuật số trong ADS1115

để phát hiện điện áp thấp và quá áp

ADS1115 hoạt động ở chế độ chuyển đổi liên tục hoặc chế độ chụp đơn Các thiết

bị sẽ tự động tắt nguồn sau một lần chuyển đổi ở chế độ chụp một lần; do đó, điện năng tiêu thụ giảm đáng kể trong thời gian nhàn rỗi

 Module Cảm Ứng Chạm TTP223 Mini được dùng nhiều trong các mạch điện tử

 Ứng dụng cho việc mở tắt thiết bị bằng cách chạm, nhanh chóng, hiệu quả, dễ sử dụng

 Cảm biến chạm tay này sử dụng nhiều trong việc đóng ngắt thiết bị

 Giảm đáng kể tiêu thụ băng thông mạng

 Rất phù hợp cho điều khiển và do thám

 Tối đa hóa băng thông có sẵn