Ứng dụng google map trong quản lý điện năng lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ỨNG DỤNG GOOGLE MAP TRONG QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Mã

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

ỨNG DỤNG GOOGLE MAP TRONG QUẢN LÝ

ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2018

SKC 0 0 6 7 2 6

MÃ SỐ:SV2018-69

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ Thuật - Ứng Dụng

BÁO CÁO TỔNG KẾT

SINH VIÊN

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA

ỨNG DỤNG GOOGLE MAP TRONG QUẢN LÝ

ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

SV2018-69

TP Hồ Chí Minh, 06/2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ỨNG DỤNG GOOGLE MAP TRONG QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

( Mã Số : SV2018-69 )

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ Thuật - Ứng Dụng

SV thực hiện: TRẦN HÙNG CƯỜNG Giới tính: Nam

LÔ MINH THÀNH Giới tính: Nam Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 141421D , Khoa Điện- Điện Tử Năm thứ: 43/4

Ngành học: Điện – Điện Tử

Người hướng dẫn: ThS Lê Trọng Nghĩa

TP.Hồ Chí Minh, 6/2018

GVHD : ThS Lê Trọng Nghĩa 5

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: ỨNG DỤNG GOOGLE MAP TRONG QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

- SV thực hiện: TRẦN HÙNG CƯỜNG Mã số SV: 14142038

LÔ MINH THÀNH Mã số SV: 14142282

- Lớp: 141421D Khoa: Điện – Điện Tử Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: ThS Lê Trọng Nghĩa

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

- Giới thiệu tổng quan về Google Maps APIs

- Lập trình Website bằng ngôn ngữ lập trình PHP

- Viết chương trình cập nhật dữ liệu tự động

- Đóng cắt hệ thống điện trên giao diện website

- Báo sự cố ngắn mạch lên webserver

3.Tính mới và sáng tạo:

- Có thể giám sát các thông số và đóng ngắt phụ tải từ trung tâm điều hành

- Người dùng điện có thể kiểm soát lượng điện tiêu thụ trên websites

3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU:

- Đội đã hoàn thành sản phẩm và đưa vào thử nghiệm, có video demo

4 ĐÓNG GÓP VỀ MẶT GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO, KINH TẾ - XÃ HỘI, AN NINH, QUỐC PHÒNG VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA ĐỀ TÀI:

- Nếu ứng dụng thực tế sẽ thay đổi cách kiểm soát điện truyền thống của điện lực

- Giảm được nhân viên ghi điện và kiểm tra đồng hồ

- Thông báo sự cố và khắc phục kịp thời

5 CÔNG BỐ KHOA HỌC CỦA SV TỪ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Ứng dụng hệ thống cung cấp điện của Điện Lực

Ngày 14 tháng 6 năm 2018

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài.

ii



TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2018 Giáo viên hướng dẫn

iii



TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2018 Giáo viên phản biện

iv

Nhóm xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử và các Thầy

Cô trong trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã giảng dạy cho nhóm những

kiến thức chuyên môn và cơ bản về ngành trong suốt khóa học 2014 – 2018 Từ đó giúp nhóm định hướng theo sự hiểu biết và khả năng của mình Để hôm nay nhóm có thể

thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học “ỨNG DỤNG GOOGLE MAP TRONG QUẢN

LÝ ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI” Nhà trường và Thầy Cô cũng tạo điều

kiện thuận lợi cho nhóm hoàn tất khóa học

Nhóm xin chân thành cám ơn thầy Lê Trọng Nghĩa, giáo viên hướng dẫn đề tài nghiên cứu khoa học của nhóm Dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy cô, đặc

biệt là các ý tưởng và góp ý khi nhóm gặp trở ngại, nhóm đã hoàn thành tốt được mục tiêu đề ra của đề tài Bên cạnh đó, nhóm cũng xin cám ơn các bạn trong các nhóm làm

đề tài khác, các bạn đã nhiệt tình hỗ trợ và kiến thức cũng như kinh nghiệm của mình Mặc dù đã đạt được mục tiêu đề ra nhưng vì thời gian hạn chế, cũng như lượng kiến thức lớn nên nhóm không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy nhóm rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của Thầy Cô và các bạn sinh viên để nhóm có thể phát triển và hoàn thiện thêm đề tài này

Nhóm xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2018

Nhóm thực hiện:

Trần Hùng Cường

Lô Minh Thành

v

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Error! Bookmark not defined

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN……… iv

MỤC LỤC……… v

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI……… 1

1.1 Đặt Vấn Đề 1

1.1.1 Vấn Đề Thứ Nhất: Thu Thập Dữ Liệu Điện Năng Từ Xa Và Gửi Về Webserver ……… 1

1.1.2 Vấn Đề Thứ Hai: Tra Cứu Lịch Sử Điện Năng Sử Dụng Giám Sát Lưới Điện Qua Google Map Và Đóng Cắt Điện Từ Xa……… 2

1.2 CÔNG TRÌNH ĐÃ LÀM VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM 2

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 4

1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 4

1.5 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 5

1.6 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 5

1.6.1 Hình Thành Ý Tưởng 5

1.6.2 Thiết Kế Hệ Thống 5

1.7 THI CÔNG MÔ HÌNH 6

1.7.1 Vận Hành Và Kiểm Tra 6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG……… 7

2.1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG 7

2.2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 11

2.2.1 Module Xử Lý Trung Tâm Và Giao Tiếp Wifi 11

2.2.2 Module Adc Đo Thông Số Điện Năng Pzem 004t 13

2.2.3 Module Chuyển Tín Hiệu I2c 16

vi

2.2.6 Bộ Phát Wifi Từ Sim 3g 20

2.2.7 Phần Mềm Vẽ Mạch Proteus 22

2.2.8 Hệ Thống Đóng Ngắt Và Báo Trạng Thái Lưới Điện Contactor 23

2.2.9 Khái Quát Về Web Sever 24

2.2.10 Khái Quát Về Database 29

2.2.11 Khái Quát Về Hosting 31

2.2.12 Khái Quát Về Google Map 34

2.2.13 Phần Mềm Tạo Server Localhost 36

2.2.14 Ngôn Ngữ Và Công Cụ Lập Trình 37

2.3 SƠ ĐỒ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 45

2.3.1 Sơ Đồ Đấu Dây Lấy Tín Hiệu Điện Năng 45

2.3.2 Mạch Tổng Hợp Các Module 46

2.4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN WEBSITES 48

2.4.1 Giao Diện Của Nhân Viên Vận Hành 49

2.4.2 Giao Diện Của Người Sử Dụng Điện 51

CHƯƠNG 3 THI CÔNG MÔ HÌNH……… 54

3.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN 54

3.2 THI CÔNG PHẦN CỨNG 54

3.2.1 Cắt, Hàn Khung 54

3.2.2 Bố Trí Các Thiết Bị Lên Khung 55

3.2.3 Đấu Dây Thiết Bị Và Nguồn Cung Cấp 56

3.3 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 57

3.3.1 Chương Trình Cho Esp8266 57

3.3.2 Code Thiết Kế Website 61

3.3.3 Code Xử Lý Database Và Giao Tiếp Webserver 66

CHƯƠNG 4 VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA………68

4.1 VẬN HÀNH HỆ THỐNG 68

4.2 KIỂM TRA HỆ THỐNG 73

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN ……….74

5.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 74

vii

5.1.3 Ưu Điểm Của Đề Tài 75

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ HOÀN THIỆN ĐỀ TÀI 75

5.2.1 Hoàn Thiện Đề Tài 75

5.2.2 Hướng Phát Triển 75

5.3 KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC A 78

MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH 78

1 MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH CHO PZEM 004T 78

2 MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH CHO ESP8266 80

3 CODE TẠO WEBSITES 86

viii

Hình 1.2 Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Cho Khách Hàng 2

Hình 1.3 Đề Tài: “ Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Công Tơ Điện Tử Và Chọn Nhà Phân Phối Điện Cho Khách Hàng Trong Thị Trường Bán Lẻ Điện Cạnh Tranh ” 3

Hình 1.4 Phương Thức Tiến Hành 5

Hình 2.1 Sơ Đồ Tổng Quát Hệ Thống 7

Hình 2.2 Lưu Đồ Giải Thuật Của Esp8266 9

Hình 2.3 Lưu Đồ Giải Thuật Của Webserver Khi User, Admin Đăng Nhập 10

Hình 2.4 Esp8266 11

Hình 2.5 Sơ Đồ Chân Esp8266 12

Hình 2.6 Pzem Và Sơ Đồ Nối Dây Ct 13

Hình 2.7 Kết Nối Pzem Với Esp 14

Hình 2.7 Kết Nối Pzem Với Esp 16

Hình 2.8 Module Chuyển Tín Hiệu I2c 16

Hình 2.9 Sơ Đồ Đấu Dây I2c 18

Hình 2.10 Lcd Kết Nối I2c 19

Hình 2.11 Mạch Điều Khiển 20

Hình 2.12 Pin Li-On 20

Hình 2.13 Bộ Phát Wifi 21

Hình 2.14 Phần Mềm Proteus 23

Hình 2.15 Contactor 23

Hình 2.16 Tiếp Điểm Phụ Cb 24

Hình 2.17 Vị Trí Của Web Server Trong Mạng Internet 24

Hình 2.18 Giao Thức Http 26

Hình 2.19 Phản Hồi Từ Web Server 27

Hình 2.20 Cơ Sở Dữ Liệu 29

Hình 2.21 Tổng Thể Của Phpmyadmin 31

Hình 2.22 Bảng Giá Trị Được Lưu Trên Phpmyadmin 31

Hình 2.23 Wed Hosting 31

Hình 2.24 Của Một Cpanel 34

ix

Hình 2.27 Giao Diện Phpmyadmin Của Xampp 37

Hình 2.28 Void Loop 38

Hình 2.29 Lệnh Cơ Bản 39

Hình 2.30 Cách Thức Hoạt Động Của Một File Php 44

Hình 2.31 Code Của PHP 45

Hình 2.32 Sơ Đồ Đấu Dây Lấy Tín Hiệu Điện Năng 45

Hình 2.33 Sơ Đồ Nguyên Lý Mạch Điều Khiển 46

Hình 2.34 Sơ Đồ Mạch In Mạch Điều Khiển 47

Hình 2.35 Tổng Hợp Các Module 47

Hình 2.36 Giao Diện Đăng Nhập Hệ Thống 48

Hình 2.37 Giao Diện Admin Tra Cứu Dữ Liệu 49

Hình 2.38 Hiển Thị Địa Chỉ Và Vị Trí Hộ Trên Map 50

Hình 2.39 Thông Số Điện Của Hộ Sử Dụng 50

Hình 2.40 Bảng Số Liệu Thông Số Điện Của Hộ Sử Dụng 51

Hình 2.41 Người Dùng Tra Cứu Dữ Liệu 51

Hình 2.42 Biểu Đồ Sử Dụng Điện Của Hộ Gia Đình 52

Hình 2.43 Thông Số Sử Dụng Điện Của Hộ Gia Đình 53

Hình 3.1 Thi Công Mô Hình 54

Hình 3.2 Khung Mô Hình 55

Hình 3.3 Bố Trí Các Thiết Bị 55

Hình 3.4 Mạch Điều Khiển 56

Hình 3.5 Đấu Dây Thiết Bị 57

Hình 3.6 Nguồn Tổ Ong 12v 57

Hình 3.7: Lưu Đồ Mạch Điều Khiển 58

Hình 3.8: Mạng Lưới Php Trang Chủ 61

Hình 3.9: Giám Sát Hệ Thống Của Admin 62

Hình 3.10: Giám Sát Hệ Thống Của User 63

Hình 4.1 Đăng Nhập Web 68

Hình 4.2 Cấp Nguồn Cho Mô Hình 69

Hình 4.3 Mở Bộ Phát Wifi Bằng Sim 3g 69

x

Hình 4.6 Web Cập Nhật Dữ Liệu 71

Hình 4.7 Đóng Ngắt Trên Web 71

Hình 4.8 Điều Khiên Contactor Đóng Ngắt Từ Web 72

Hình 4.9 Khi Có Tải 72

Hình 4.10 Hệ Thống Sử Dụng Tải 73

xi

Bảng 1 Một số phương thức cơ bản HTTP 26

Bảng 2 Mã trạng thái trả về từ web server 28

Bảng 3 Tóm tắt hàm và biến thường sử dụng trong Arduino 39

Bảng 4 Tag thông dụng của HTML 43

xii

IC - Integrated Circuit: Vi mạch tích hợp

RF - Radio Frequence: Tần số vô tuyến, tần số radio

SQL - Structured Query Language: Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc

CB - Circuit Breaker: Khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (1 pha, 3 pha)

IOT - Internet of things: Mạng lưới thiết bị kết nối Internet

MCU - Micro Controller Unit: Vi điều khiển

RTOS - Real-time operating system: Hệ điều hành thời gian thực

UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter: Là kiểu truyền thông tin nối

tiếp không đồng bộ

I2C - Inter-Intergrated Circuit: Là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau

LCD - Liquid crystal display: Màn hình tinh thể lỏng

ATS - Automatic Tranfer Swich: Là thiết bị chuyển mạch tự động

UPS - Uninterruptible Power Supply: Bộ lưu trữ điện dự phòng

HTML - Hyper Text Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản

IP - Internet Protocol: Giao thức Internet

HTTP - Hyper Text Transfer Protocol: Giao thức truyền tải siêu văn bản

PHP - Hypertext Preprocessor: Ngôn ngữ lập trình kịch bản được chạy ở phía server

nhằm sinh ra mã html trên client

FTP - File Transfer Protocol: Một giao thức truyền tệp tin trên mạng Internet

API - Application Programming Interface: Giao diện lập trình ứng dụng

1

Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phân phối điện trong tương lai Đây là mô hình hệ thống phân phối điện trong tương lai, ở đó các hộ gia đình có

thể sử dụng điện năng từ lưới điện Đề này sẽ giải quyết các vấn đề về đo thông số, thu

thập dữ liệu từ xa, đưa lên website, giám sát lưới điện qua google map và đóng cắt điện

từ xa

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, xã hội phát triển không ngừng, thì những yêu cầu xã hội ngày càng tăng

cao Những yêu cầu của xã hội đã đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết Một số vấn đề đang

được quan tâm trong đề tài này gồm có:

1.1.1 Vấn đề thứ nhất: Thu thập dữ liệu điện năng từ xa và gửi về webserver

Thông thường để thu thập dữ liệu từ các công tơ điện lực phải cử nhân viên đến tận

nơi để ghi chỉ số công tơ Điều này làm cho việc thu thập dữ liệu không được linh hoạt,

phụ thuộc nhiều vào nhân viên ghi số điện, và có nhiều công đoạn phải giải quyết Chính

vì thế, giải pháp thu thập dữ liệu từ xa là một giải pháp tối ưu và đem lại lợi ích lớn

Vi điều khiển được sử dụng để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ các thiết

bị có rất nhiều ưu điểm, mà các phương pháp truyền thống không có được Như việc

điều chỉnh thông tin một cách nhanh chóng bằng cách thay đổi chương trình Ngày nay,

2

việc giám sát và thu thập dữ liệu một thiết bị từ xa rất dễ dàng và nhanh chóng Có nhiều phương pháp để đo và truyền dữ liệu điện năng như là đo thông số điện năng thông qua Module Pzem 004T và sử dụng Module wifi ESP 8266 đưa dữ liệu lên internet, truyền qua thiết bị phát wifi từ sim 3g, 4g AB14

Hình 1.2 Hệ thống thu thập dữ liệu cho khách hàng

1.1.2 Vấn đề thứ hai: Tra cứu lịch sử điện năng sử dụng, giám sát lưới điện qua

google map và đóng cắt điện từ xa

Bên cạnh đó, cần xây dựng Website để tiếp nhận dữ liệu, thuận tiện giám sát và điều khiển đóng ngắt từ xa Khách hàng cũng có thể tra cứu điện năng mà gia đình mình đã

sử dụng thông qua Website đó theo ngày, tháng, giờ, phút, giây Còn quản trị viên (nhân viên điện lực) sẽ có thể truy cập theo dõi lịch sử sử dụng điện tại căn hộ, cũng như đóng cắt điện căn hộ từ website nếu họ chưa thanh toán tiền điện đúng thời hạn Ngoài ra, còn

có google báo trạng thái sự cố của CB tại căn hộ

1.2 CÔNG TRÌNH ĐÃ LÀM VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM

Đề tài: “ Hệ thống thu thập dữ liệu công tơ điện tử và chọn nhà phân phối điện cho khách hàng trong thị trường bán lẻ điện cạnh tranh ”

GVHD: Ths Lê Trọng Nghĩa

SVTH: Lê Hiểu Ý 12142313

Phạm Huỳnh Trọng Nhân 12142174

3

Hình 1.3 Đề tài: “ Hệ thống thu thập dữ liệu công tơ điện tử và chọn nhà phân phối

điện cho khách hàng trong thị trường bán lẻ điện cạnh tranh ”

Mục tiêu:

Tất cả dữ liệu từ khách hàng được thu thập một cách dễ dàng và nhanh chóng, đồng thời khách hàng có khả năng lựa chọn nhà phân phối nào có giá chào bán thấp hơn và

sử dụng điện năng với mức giá tiết kiệm và minh bạch nhất

Khi kết nối các công tơ thành hệ thống mạng, hệ thống có thể thu thập dữ liệu từ xa qua sóng RF kết hợp với đường truyền Internet về trung tâm Điều này làm tăng tính chính xác và hiệu quả trong việc đọc chỉ số công tơ hàng tháng

Hệ thống còn có thể lựa chọn nhà phân phối điện tại công tơ điện tử và thu thập dữ liệu về số lượng nhà phân phối được đã được đăng ký từ khách hàng Từ đó điều khiển nguồn cung cấp điện (nhà máy điện) Người dùng có thể biết giá chào và chọn nhà phân phối điện có mức giá chào bán thấp nhất để sử dụng

Ngoài ra việc giám sát, thu thập dữ liệu công tơ và chọn lựa nhà phân phối điện tại những nơi xa xôi cũng là nhu cầu cấp thiết hiện nay, cũng như trong tương lai

 Ưu điểm:

- Có thể quản lý và thu thập dữ liệu công tơ điện tử từ xa

- Điều khiển tổ máy phát dựa vào dữ liệu nhận về

4

- Mạch hoạt động ổn định trong thời gian dài

- Giao diện hiển thị đơn giản

Từ những ưu nhược điểm của đề tài sinh viên khóa trước đã thực hiện, nhóm em

đã lên ý tưởng thực hiện đề tài “Ứng Dụng Google Map Trong Quản Lý Điện Năng Lưới Điện Phân Phối”

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Trong khoảng thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã thảo luận và thực hiện các nội dung của đề tài như sau:

- Tìm hiểu phương pháp đo điện năng bằng Pzem 004T thay thế Công tơ điện

- Tìm hiểu cách xây dựng một website

- Tìm hiểu phương pháp đưa dữ liệu đo được lên cơ sở dữ liệu

- Tìm hiểu cách điều khiển đóng ngắt từ xa

- Thi công mạch đo dữ liệu, truyền tín hiệu qua wifi, điều khiển đóng ngắt từ xa

- Vận hành và kiểm tra tính ổn định của mô hình

1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Quản lí tốt hơn tiêu thụ điện từ các hộ gia đình, giảm thiểu công sức trong việc giám sát và thu tiền điện

- Đóng cắt điện từ xa bằng website

- Theo dõi được trạng thái sự cố tại căn hộ trên google map để kịp thời sửa chữa

- Áp dụng được những kiến thức đã được học để thực hiện một đề tài, từ đó học hỏi được nhiều kinh nghiệm và kiến thức mới;

5

1.5 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI

Như đã nêu ở trên, với sự phát triển của công nghệ ngày càng mạnh mẽ và nhiệm

vụ của công nghệ là tạo ra nhiều sản phẩm tiện ích hơn cho con người Với đề tài “Ứng Dụng Google Map Trong Quản Lý Điện Năng Lưới Điện Phân Phối”, tất cả dữ liệu

từ khách hàng được thu thập một cách dễ dàng và nhanh chóng, đồng thời khách hàng

có khả năng theo dõi điện năng mà gia đình mình tiêu thụ và tiền điện

Khi sử dụng module wifi, hệ thống có thể thu thập dữ liệu từ xa kết hợp với đường truyền Internet về trung tâm Điều này làm tăng tính chính xác và hiệu quả trong việc kiểm soát điện năng tiêu thụ hàng tháng

Quan trọng hơn nữa với hệ thống giám sát này, công ty điện lực sẽ giảm được công sức trong việc giám sát ghi số điện hàng tháng và thu tiền điện Hệ thống có thể báo sự

cố để công ty điện lực kiểm tra và sửa chữa Người quản lí có thể điều khiển đóng ngắt

từ xa để dừng việc cấp điện sử dụng điện năng từ lưới của hộ gia đình (không đóng tiền điện, sảy ra sự cố, )

1.6 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

Để hoàn thành đề tài nhóm quyết định thực hiện theo 4 giai đoạn:

Hình 1.4 Phương thức tiến hành

1.6.1 Hình thành ý tưởng

- Tìm hiểu các phương thức đo và thu thập dữ liệu từ xa

- Sử dụng website để theo dõi và điều khiển đóng ngắt khi cần thiết

1.6.2 Thiết kế hệ thống

 Tìm hiểu hệ thống

- Tìm hiểu đo và thu thập dữ điện năng;

- Tìm hiểu về công tơ điện tử 1 pha VSE11;

- Tìm hiểu về Module đo điện năng PZEM 004T;

- Tìm hiểu về Module truyền và nhận tín hiệu thông qua wifi ESP 8266;

6

- Tìm hiểu Module phát wifi bằng sim 3G, 4G AB14;

- Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình và website;

 Thiết kế sơ đồ kết nối phần cứng

- Thiết kế sơ đồ khối kết nối phần cứng tổng thể;

- Thiết lập sơ đồ khối kết nối phần cứng chi tiết;

 Vẽ lưu đồ giải thuật

- Vẽ lưu đồ giải thuật đo dữ liệu bằng PZEM 004T;

- Vẽ lưu đồ giải thuật truyền và nhận dữ liệu bằng giữa Module wifi ESP 8266 và Website;

 Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý

- Thiết kế mạch tổng hợp các Module mạch đo điện năng, nhận và truyền dữ liệu thông qua Wifi tới Website;

- Thiết kế mạch đóng ngắt;

- Thiết kế Website để hiển thị và điều khiển;

1.7 THI CÔNG MÔ HÌNH

- Thi công mạch điều khiển;

- Thi công mạch đóng ngắt từ xa

- Lập trình Code cho các IC, Code thiết kế Website xử lí Database và Webserver;

- Đấu nối khung, dây dẫn và các thiết bị khác;

1.7.1 Vận hành và kiểm tra

- Vận hành mô hình

- Truyền và nhận tín hiệu thông qua Wifi

- Website liên tục cập nhật dữ liệu, có thể điều khiển đóng ngắt từ Website

- Kiểm tra lỗi và tính toán ổn định của mô hình trong quá trình vận hành

7

Chương 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống Giải thích hệ thống:

- Module PZEM-004T: Đo thông số điện năng tiêu thụ của tải

- Module ESP8266: Nhận dữ liệu truyền về từ PZEM-004T Sau khi kết nối wifi,

Thiết bị sẽ gửi các dữ liệu về webserver, đồng thời nhận dữ liệu trả về từ

database để thực hiện đóng cắt trạng thái của contactor thông qua module Relay

trung gian Bên cạnh đó trạng thái đóng cắt của CB cũng được gửi về

- LCD: Hiển thị thông số điện năng tiêu thụ và trạng thái đóng cắt của CB và

contactor

8 Hình 2.2 Sơ đồ phần cứng hệ thống

9

Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật của esp8266

Giải thích lưu đồ: Khi cấp điện cho hệ thống, tiến hành cấp điện cho tải của căn hộ

ESP8266 sẽ kết nối với mạng wifi do modem SIM 3G AB114 phát ra Thiết bị do 004T sẽ đo được dòng điện, điện áp, công suất và truyền về cho arduino ESP8266 theo giao thức UART Ta sử dụng một biến n để luân phiên việc gửi và đọc giá trị trả về từ server

Pzem-10

 Nếu n là số chẵn: Tiến hành gửi dữ liệu cảm biến đọc đến đường dẫn http://solar-feeehcmute.tk/write_data

 Nếu n là số lẻ: Tiền học đọc giá trị điều khiển contactor từ đường dẫn

http://solar-feeehcmute.tk/<mã hộ>state.txt rồi lưu giá trị vào biến “trangthai” Nếu biến trangthai = 1 thì đóng điện contactor, trangthai = 0 thì cắt điện contactor

Hình 2.3 Lưu đồ giải thuật của webserver khi user, admin đăng nhập

Giải thích lưu đồ: Sau khi truy cập vào trang http://solar-feeehcmute.tk/, thệ thống sẽ

bắt đăng nhập

 Nếu là user (chủ hộ): Chủ hộ sẽ có thể theo dõi lịch sử sử dụng điện bằng

cách nhập ngày tháng sử dụng và bấm tra cứu Dữ liệu của người dùng gõ

sẽ được gửi đến server, và server phản hồi lại kết quả trả về từ database, sau

đó nội dung sẽ được hiện thị trên website

 Nếu là admin (quản trị viên): Quản trị viên ngoài việc có thể tra cứu thông tin của chủ hộ mà còn có thể đóng cắt điện chủ hộ cũng như theo dõi bản

đồ, trạng thái có hay không sự cố điện tại nhà của chủ hộ thông qua google map

11

Hệ thống gồm 2 phần chính là: Phần cứng và Web Server

Phần cứng: Công tơ điện, mạch điều khiển và thu thập dữ liệu (PZEM 004T, ESP

8266, bộ phát Wifi bằng sim 3g), contactor

Nhiệu vụ phần cứng: PZEM 004T đo các thông số điện từ lưới Sau đó, dữ liệu về thông số dòng và áp sẽ được truyền về Module Wifi ESP 8266 và thông qua bộ phát wifi bằng sim 3G truyền dữ liệu về Web Server Khi có dữ liệu điều khiển đóng ngắt điện từ Web, ESP 8266 sẽ nhận được tín hiệu thông qua wifi và điều khiển đóng ngắt contactor (thông qua bộ khuếch đại dòng)

Phần Webserver: Giao diện website cho phép người dùng truy cập tra cứu thông số

điện và tiền điện của gia đình mình theo mã hộ Admin quản lí website có quyền sử dụng website đóng cắt điện từng hộ gia đình từ xa, giám sát trên Map Khi sảu ra sự cố mất điện, hệ thống tại hộ gia đình sẽ thông báo về Web

Đặc điểm

32-bit Tensilica MCU

ESP8266EX tích hợp vi xửa lý Tensilica L106 32-bit (MCU) là dòng chip power, 16-bit RSIC, tốc độ clock cao nhất là 160 MHz Nếu hệ thống hoạt động với Real Time Operation System (RTOS) và Wi-Fi stack thì có khoảng 80% khả năng xử

low-lý cho ứng dụng người dùng

Hình 2.5 Sơ đồ chân ESP8266

Mức tiệu thụ năng lượng rất thấp

13

Với những ứng dụng cho mobile, thiết bị điện tử cẩm tay và Internet of Things (IoT), ESP8266 hoạt động với mức tiệu thụ năng lượng rất thấp với nhưng công nghệ độc quyền Tính năng tiết kiệm năng lượng với 3 chế độ hoạt động – active mode, sleep mode và deep sleep mode, vì vậy cho phép hiện thực những thiết bị với thời lượng Pin rất lớn

Thiết kế bền vững

Hoạt động với dãi nhiệt khá rộng -40°C to +125°C (trong công nghiệp), ESP8266

có thể hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp Với sự tích hợp cao, dòng chip này hoạt động với rất ít linh kiện ngoài làm tăng độ tin cậy, chặt chẽ và ổn định cao

Module ESP8266

Là mạch được thiết kế với các components khác (flash memory, antenna, LEDs…) Dựa trên kích thước và số lượng chân ra, có nhiều phiên bản cho Module này: ESP-01, ESP-02, ESP-03… Phổ biến nhất là ESP-12

2.2.2 Module ADC đo thông số điện năng PZEM 004T [2]

Hình 2.6 PZEM và sơ đồ nối dây CT Module đo thông số điện PZEM-004 là module dùng để đo các thông số của điện

14

xoay chiều như điện áp U, dòng điện I, công suấ P của 1 hay nhiều thiết bị tiêu thụ điện PZEM-004 có thể đo được điện áp từ 80 – 260 VAC,

Dòng điện từ 0 – 100A

PZEM-004 có chức năng lưu trữ / xóa lượng điện năng tiêu thụ của tải

Lưu tối đa được 99999wh

Ngoài ra PZEM-004 có hỗ trợ chuẩn giao tiếp TTL ( UART) để các người dùng có thể sử dụng các vi điều khiển như Arduino, Arm, PIC … giao tiếp để lấy được thông số

mà PZEM-004 đo được

Ứng dụng: Giám sát thông số điện xoay chiều ở trạm điện, động cơ, công tơ điện

tử…

Thông số kỹ thuật:

Điện áp đo: 80 ~ 260VAC

Tần số dòng điện đo: 45 -65Hz

Dòng điện đo: 0 – 100A

Công Suất đo: 0 – 22 KW

Chuẩn giao tiếp: TTL

Hình 2.7 Kết nối PZEM với ESP Hướng dẫn giao tiếp với Module Đo thông số điện xoay chiều PZEM-004

1 Chuẩn giao tiếp

- PZEM-004 sử dụng chuẩn giao tiếp truyền thông nối tiếp

- Tốc độ: 9600, 8N, 1

15

2 Các lệnh giao tiếp

Cấu trúc lệnh

+ Lệnh lấy giá trị điện áp

Trong ví dụ trên: điện áp = 00 E6 02 à 230.2 V ( 00 E6 = 230, 02 = 2)

+ Lệnh lấy giá trị dòng điện

+ Lệnh lấy giá trị công suất

Giá trị Công suất = 2 byte đầu data

Trong ví dụ trên : Công suất = 08 98 à 2200W

+Lệnh lấy giá trị công suất tiêu thụ tích lũy

Giá trị dòng điện = 3 byte đầu data

Trong ví dụ trên: Công suất tích lũy = 01 86 9F à 99999Wh

Hình 2.3 Kết nối PZEM với ESP

2.2.3 Module chuyển tín hiệu I2C [3]

Hình 2.8 Module chuyển tín hiệu I2C Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây là đường Bus giao tiếp

17

giữa các IC với nhau I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor Bus I2C được

sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự(DAC), IC điểu khiển LCD, LED

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:

Một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do Master phát đi ( thông thường ở 100kHz

và 400kHz Mức cao nhất là 1 Mhz và 3.4MHz)

Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng

Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hay tớ (slave)

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ.Tại sao lại có sự phân biệt này ?

Đó là vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ-tớ giao tiếp thì thiết

bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp

Về lý thuyết lẫn thực tế I2C sử dụng 7 bit để định địa chỉ, do đó trên một bus có thể

có tới 27 địa chỉ tương ứng với 128 thiết bị có thể kết nối, nhưng chỉ có 112, 16 địa chỉ còn lại được sử dụng vào mục đích riêng Bit còn lại quy định việc đọc hay ghi dữ liệu (1 là write, 0 là read)

Điểm mạnh của I2C chính là hiệu suất và sự đơn giản của nó: một khối điều khiển trung tâm có thể điều khiển cả một mạng thiết bị mà chỉ cần hai lối ra điều khiển

18

Ngoài ra I2C còn có chế độ 10bit địa chỉ tương đương với 1024 địa chỉ, tương tự như 7 bit, chỉ có 1008 thiết bị có thể kết nối, còn lại 16 địa chỉ sẽ dùng để sử dụng mục đích riêng

19

2.2.4 TEXT LCD 20X4 [4]

Hình 2.10 LCD kết nối I2C Màn hình text LCD2004 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 4 dòng với mỗi dòng 20 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và

dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án

Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết

20

2.2.5 Hệ thống ATS + UPS - Pin sạc dự phòng cho mạch điều khiển [5]

Hình 2.11 Mạch điều khiển

Hình 2.12 Pin Li-on

Nguyên lý hoạt động của Pin sạc dự phòng

Pin Lithium ion có mức điện áp tiêu chuẩn là 3,7or 3,8 và khi sạc đầy là 4.2V Khi sạc cho pin dự phòng điện áp 5v của củ sạc sẽ được hạ xuống phù hợp để sạc cho pin Khi dùng pin dự phòng sạc cho mạch điều khiển thì mạch sạc trong pin dự phòng sẽ khuếch đại điện áp của pin thành 5v để sạc cho mạch khi mất điện

Vấn đề là dù điện áp của pin trong pin dự phòng sẽ càng giảm khi sạc nhưng điều

đó không quan trọng vì đã có mạch khuếch đại

2.2.6 Bộ phát wifi từ sim 3G [6]

Bộ phát wifi từ SIM 3G AB14 nguồn USB

21

Bộ phát wifi 3g hay còn gọi là router wifi là thiết bị phát sóng wifi thông qua sóng

di động Nó giúp người tiêu dùng truy cập intrernet tại những nơi đường truyền dây mạng không thể đi qua với tốc độ cao

Hình 2.13 Bộ phát Wifi

Thông số kỹ thuật:

- Sử dụng được tất cả các loại Sim 3G

- Hoạt động trên các mạng 3G, 2G HSPA+/UMTS (2000MHz),

GPRS/EDGE/GSM (900,1800MHz)

- Phát sóng xa 25 – 30m

- Tốc độ download lên đến 21.6Mb upload 5.76mbps

Một số chức năng cơ bản của thiết bị phát wifi:

- Đơn giản, gọn nhẹ, hợp thời trang

- Dễ sử dụng, phù hợp với mọi lứa tuổi

- Sử dụng được sim 3G đa mạng

- Hỗ trợ thẻ nhớ Micro SD

- Tốc độ download và up load tương đối ổn định

- Có modem tích hợp khe sim 3g

Cách sử dụng thiết bị phát wifi 3G bằng sim 3G

Đối với bộ phát wifi 3G kèm pin có màn hình hiển thị:

Để sử dụng thiết bị phát wifi 3G bằng sim 3G cho máy tính của mình, khách hàng vui lòng làm theo các thao tác sau:

- Mở nắp thiết bị ghi lại ký tự (mã) của wifi key đồng thời lắp thẻ sim với phần tiếp xúc kim loại hướng xuống và góc cắt hướng ra ngoài rồi ấn nhẹ thẻ sim vào tận cùng

- Mở nắp thiết bị ghi lại ký tự (mã) của wifi key đồng thời lắp thẻ sim với phần tiếp xúc kim loại hướng xuống và góc cắt hướng ra ngoài rồi ấn nhẹ thẻ sim vào tận cùng

- Cắm usb 3G trực tiếp vào nguồn điện hoặc Cắm usb 3G vào cổng giao diện usb của máy tính

- Hệ điều hành sẽ tự động tìm và nhận dạng thiết bị mới và hoàn tất quá trình cài đặt

- Kết nối vào thiết bị sau đó nhập mã key wifi đã ghi lại ở phía trên và ấn Connect

- Khi nào không dùng nữa thì disconnect

- Để đối mật khẩu Key wifi bạn đăng nhập vào trang: 192.168.0.100 làm theo hướng dẫn

2.2.7 Phần mềm vẽ mạch Proteus [7]

Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR,… Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics,

mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại

Vi Điều Khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet ngoài ra còn

mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả Proteus là bộ công cụ chuyên

về mô phỏng mạch điện tử

23

Hình 2.14 Phần mềm Proteus

2.2.8 Hệ thống đóng ngắt và báo trạng thái lưới điện Contactor [8]

Hình 2.15 Contactor Contactor là một công tắc điều khiển điện được sử dụng để chuyển đổi một mạch điện, tương tự như một relay ngoại trừ với mức dòng điện cao hơn Contactor được điều khiển bởi một mạch điện trong đó mang năng lượng thấp hơn nhiều so với mạch điện

mà nó đóng cắt

Contactor có nhiều hình dạng với nhiều công suất và tính năng khác nhau Không giống như máy cắt, contactor được thiết kế để không chủ ý cắt một sự cố ngắn mạch Contactor có dải hoạt động từ chỗ chỉ có dòng cắt một vài Ampe cho tới hàng ngàn Ampe và 24 VDC cho tới kilovôn Kích thước vật lý của contactor dao động từ một thiết