Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển và cảnh báo thiết bị điện bằng công nghệ IoT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Phúc và Danh Mai Phong
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Hồ Lê Anh Hoàng
Mục tiêu và nội dung nghiêm cứu:
Tóm tắt nghiên cứu:
Sau quá trình thực hiện tìm kiếm tài liệu và chọn lọc các tính năng của các sản phẩm hiện nay, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phát thảo chương trình điều khiển, tạo phiên bản mẫu thử nghiệm, phát triển ứng dụng cho điện thoại và tiến hành ứng dụng thực tế cho phòng thực hành, đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển và cảnh báo thiết bị điện bằng công nghệ IoT” đã hoàn thành đúng tiến độ. Kết quả nghiên cứu đã được thử nghiệm đã hoạt động đúng theo mục đích đề ra.
- Thực hiện bật tắt thiết bị thông qua nút nhấn cảm ứng và nút nhấn ảo trên ứng dụng;
- Thực hiện thiết lập ngày giờ bật tắt thiết bị cần điều khiển độc lập với mỗi thiết bị, thực hiện điều khiển hai thiết bị trong phòng thực hành;
- Thực hiện đồng bộ dữ liệu giữa thiết bị và ứng dụng để giám sát và điều khiển, thể hiện các thông số theo dõi điện năng;
- Thử nghiệm khả năng ngăn chặn sự số quá tải, thiết bị đã ngắt nguồn điện cấp cho tải.
- Ứng dụng hệ điều hành thời gian thực Free cho vi điều khiển (FreeRTOS) giúp phân luồng tác vụ xử lý, hệ thống hoạt động nhanh hơn và khắc phục được hiện tượng hệ thống phản hồi chậm lệnh người dùng từ ứng dụng điện thoại.
- Tận dụng hai lõi riêng biệt của ESP32 để hoạt động độc lập từng chức năng cụ thể, không cần vi điều khiển thứ hai để thực hiện các chức năng như một số nguyên cứu trước đây.
1. Cấu trúc mô hình
Cấu trúc của hệ thống được chia theo từng khối như hình dưới bao gồm khối nguồn cấp cho tất cả thiết bị sử dụng trong hệ thống, khối thời gian thực cung cấp giờ cho hệ thống hoạt động các chức năng, khối cảm biến gồm cảm biến đo điện và cảm biến điện dung, khối hiển thị mọi thông số cho người dùng giám sát như Hình 1.1.
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống
Tương ứng với từng khối là các module giao tiếp theo chuẩn I2C, UART. Thêm vào đó trung tâm điều khiển sẽ đóng vai trò là thiết bị truyền nhận dữ liệu với đám mây. DS1307 sẽ cung cấp thời gian thực cho hệ thống hoạt động, PZEM004T là cảm biến đo dòng đóng vai trò cung cấp các thông tin về điện năng cho vi điều khiển như Hình 1.2. Các dữ liệu trên đều được hiển thị trên OLED để giám sát, khối cơ cấu chấp hành sẽ là các thiết bị điện gia dụng được điều khiển thông qua một relay rắn. Bản thân ESP32 là một module Wifi IoT nên được trang bị khả năng kết nối nối mạng không dây, tận dụng khả năng phần cứng kết hợp với dịch vụ lưu trữ đám mây để mở rộng phạm vi giám sát và điều khiển thiết bị. Dịch vụ đám mây sẽ đóng vai trò trung gian tương tác và trao đổi dữ liệu với người dùng.
Hình 1.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống
2. Thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát thiết bị điện gia dụng
Hình 2.1 Phần cứng và vị trí lắp đặt tại phòng thực hành
Hình 2.2 Giao diện chính của hệ thống
Phần cứng hệ thống được lặp đặt tại Phòng thực hành Khoa Kỹ thuật – Công nghệ như Hình 2.1. Giao diện màn hình chính của ứng dụng bao gồm điện năng tiêu thụ tính đến hiện tại (số điện), ngày giờ cập nhật tự động theo khu vực, nút nhấn bật tắt cùng với chức năng hẹn giờ bật tắt thiết bị điện như Hình 2.2. Ở khu vực thông số chi tiết bao gồm chức năng hiển thị thông tin về tiền điện, chức năng cài đặt giờ cho hệ thống, chức năng thông tin cho cửa sổ hiển thị thông số chi tiết về điện hiện tại, chức năng thông báo sự cố điện xảy ra và cũng là nơi thiết đặt công suất ngưỡng cho hệ thống.
Kết quả nghiên cứu:
Hệ thống đã đưa ra một giải pháp ứng dụng công nghệ IoT để nâng cấp phòng thực hành khoa Kỹ thuật - Công nghệ trường đại học Văn Hiến. Sau quá trình nguyên cứu và phát triển hệ thống, thiết bị bước đầu đã đạt được các mục tiêu đề ra. Cụ thể, thiết bị đã điều khiển nhiều loại tải khác nhau mà không xảy ra hiện tượng chập chờn hay ảnh hưởng bởi nhiễu. Tuy nhiên vẫn cần cải thiện hơn về tối ưu phần mềm để giảm độ trễ phản hồi khi điều khiển qua ứng dụng, tối ưu về giao diện người dùng trên ứng dụng, tối ưu mạch PCB để thu nhỏ hơn kích thước hệ thống và chuyên nghiệp hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Abhishek Khanna, Sanmeet Kaur (2020), “Internet of Things, Applications and Challenges: A Comprehensive Review”, Wireless Personal Communications, pp. 1687 - 1762.
[2] Dibasis Bandyopadhyay, Jaydip Sen (2011), “Internet of Things: Applications and Challenges in Technology and Standardization”, Wireless Personal Communications, pp. 49 - 69.
[3] Muhamad Ridwan, Arif Cahyono (2020), “Design Power Controler for Smart Grid System Based on Internet of Things and Artificial Neural Network”, The 2020 IEEE International Conference on Internet of Things and Intelligence, pp. 44 - 48.
[4] Ravi Pratap Singh, Mohd Javaid, Abid Haleem, Rajiv Suman (2020), “Internet of Things (IoT) Applications to fight against COVID-19 pademic”, Diabetes & Metabolic Syndrome: Clinical Research & Reviews, Volume 14, Issue 4 ,pp. 521 - 524.