Đồ Án: Hệ Thống Giám Sát Điện Năng Tiêu Thụ Trong Gia Đình

Đồ án hệ thống giám sát điện năng gia đình: Giải pháp tiết kiệm điện thông minh, hiệu quả. Theo dõi, quản lý điện năng tiêu thụ dễ dàng, giảm chi phí sinh hoạt.

• Tác giả: Võ Bình An
• Người hướng dẫn: TS. Phan Học
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính
• Đề tài: Hệ thống giám sát điện năng trong gia đình
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Giám Sát Điện Năng Gia Đình

Hệ thống giám sát điện năng gia đình đang trở thành giải pháp thiết yếu trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện tăng cao. Theo nghiên cứu của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, việc thiết kế hệ thống giám sát cho phép đo lường và phân tích chi tiết mức độ tiêu thụ điện của từng thiết bị trong gia đình. Hệ thống này không chỉ giúp người dùng nhận biết thói quen sử dụng điện mà còn đưa ra các biện pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả. Với khả năng lưu trữ dữ liệu trên Amazon Web Services, hệ thống đảm bảo tính đáng tin cậy và khả năng truy cập thời gian thực. Việc ứng dụng công nghệ IoT trong giám sát điện năng mang lại lợi ích kép: giảm chi phí tiền điện và bảo vệ môi trường.

1.1. Khái Niệm Và Tầm Quan Trọng Của Giám Sát Điện Năng

Giám sát điện năng gia đình là quá trình theo dõi, đo lường và phân tích mức độ tiêu thụ điện của các thiết bị trong hộ gia đình. Hệ thống này sử dụng các cảm biến thông minh để thu thập dữ liệu về dòng điện, điện áp và công suất tiêu thụ. Theo nghiên cứu, việc sử dụng thông tin về điện năng tiêu thụ giúp người dùng nhận biết và kiểm soát việc sử dụng điện hiệu quả. Tầm quan trọng của hệ thống thể hiện qua khả năng tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí và đóng góp tích cực vào việc bảo vệ môi trường. Với sự phát triển của các thiết bị điện tử, hệ thống giám sát trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.

1.2. Cấu Trúc Tổng Quan Hệ Thống IoT

Hệ thống giám sát điện năng gia đình được xây dựng trên nền tảng IoT với ba khối chính: khối điều khiển, khối internet và khối cơ sở dữ liệu. Khối điều khiển sử dụng vi điều khiển ESP32 làm trung tâm xử lý, kết hợp với các cảm biến PZEM004T và SCT-013-000 để thu thập thông số điện. Khối internet đóng vai trò kết nối và truyền dữ liệu giữa thiết bị và cơ sở dữ liệu. Amazon DynamoDB được sử dụng làm khối lưu trữ dữ liệu, đảm bảo tính sẵn sàng cao và khả năng mở rộng tự động. Cấu trúc này cho phép hệ thống hoạt động ổn định và cung cấp thông tin thời gian thực.

II. Thách Thức Trong Quản Lý Điện Năng Gia Đình Hiện Tại

Việc quản lý điện năng trong gia đình đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Nhu cầu sử dụng điện trong các hộ gia đình đang gia tăng đáng kể, tạo ra áp lực không nhỏ về môi trường và ngân sách. Theo nghiên cứu, sự gia tăng của các thiết bị điện tử khiến việc giám sát tiêu thụ điện trở nên phức tạp hơn. Người dùng thường không có cái nhìn tổng quan về mức độ tiêu hao điện năng của từng thiết bị, dẫn đến việc sử dụng năng lượng không hiệu quả. Thiếu hệ thống cảnh báo tự động khi công suất vượt ngưỡng an toàn cũng là một vấn đề nghiêm trọng. Điều này đòi hỏi giải pháp quản lý thông minh để tối ưu hóa việc sử dụng điện năng.

2.1. Vấn Đề Thiếu Minh Bạch Trong Tiêu Thụ Điện

Một trong những thách thức chính là việc thiếu minh bạch trong tiêu thụ điện của từng thiết bị. Hầu hết hộ gia đình chỉ nhận được thông tin tổng hợp từ hóa đơn điện hàng tháng, không biết được thiết bị nào tiêu thụ nhiều điện nhất. Điều này khiến việc tối ưu hóa tiêu thụ trở nên khó khăn. Người dùng không thể xác định được các thiết bị hoạt động không hiệu quả hoặc tiêu thụ điện năng vượt mức cần thiết. Việc thiếu thông tin chi tiết cũng làm giảm ý thức tiết kiệm năng lượng của người sử dụng. Đây chính là lý do tại sao cần có hệ thống giám sát chi tiết cho từng thiết bị trong gia đình.

2.2. Khó Khăn Trong Kiểm Soát Và Cảnh Báo

Việc kiểm soát và cảnh báo khi có sự cố về điện năng là thách thức lớn khác. Hầu hết hệ thống điện gia đình truyền thống không có khả năng cảnh báo tự động khi thiết bị tiêu thụ công suất vượt ngưỡng an toàn. Điều này có thể dẫn đến nguy cơ cháy nổ hoặc hư hỏng thiết bị. Người dùng cũng gặp khó khăn trong việc điều khiển từ xa các thiết bị điện khi không có mặt tại nhà. Thiếu hệ thống giám sát thời gian thực khiến việc phát hiện sự cố trở nên chậm trễ. Những hạn chế này đòi hỏi giải pháp công nghệ tiên tiến để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng điện.

III. Giải Pháp Công Nghệ ESP32 Và Cảm Biến Thông Minh

Vi điều khiển ESP32 được lựa chọn làm trung tâm xử lý chính của hệ thống nhờ khả năng tích hợp WiFi và Bluetooth, phù hợp với các ứng dụng IoT. ESP32 có bộ vi xử lý hai nhân Tensilica LX6 với tốc độ xung nhịp lên đến 240 MHz, đảm bảo khả năng xử lý mạnh mẽ. Hệ thống sử dụng PZEM004T để đo các thông số tổng quát về điện năng như điện áp, dòng điện và công suất tiêu thụ. Cảm biến SCT-013-000 được áp dụng để đo dòng điện của từng thiết bị riêng lẻ, sử dụng nguyên lý đo không tiếp xúc dựa trên hiệu ứng từ. Kết hợp các công nghệ này tạo ra giải pháp giám sát toàn diện và chính xác.

3.1. Ưu Điểm Của Vi Điều Khiển ESP32

ESP32 được phát triển bởi Espressif Systems, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội cho hệ thống giám sát. Khả năng kết nối WiFi chuẩn 802.11 b/g/n cho phép truyền dữ liệu qua mạng internet một cách ổn định. Tích hợp Bluetooth Low Energy (BLE) và Bluetooth Classic mở rộng khả năng kết nối với các thiết bị khác. ESP32 có nhiều chân GPIO để giao tiếp với cảm biến, đèn LED và màn hình hiển thị. Khả năng chạy hệ điều hành RTOS giúp quản lý các tác vụ và luồng thực thi hiệu quả. Giá thành rẻ và tốc độ xử lý cao làm cho ESP32 trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng IoT gia đình.

3.2. Công Nghệ Cảm Biến PZEM004T Và SCT 013 000

PZEM004T là module cảm biến chuyên dụng cho việc đo và giám sát năng lượng điện xoay chiều. Module này có khả năng đo dòng điện đến 100A và điện áp đến 220VAC với độ chính xác cao. SCT-013-000 sử dụng nguyên lý đo dòng điện không tiếp xúc dựa trên hiệu ứng từ, không yêu cầu cắt dòng điện và được lắp đặt bên ngoài mạch điện. Cảm biến này có thể đo dòng điện từ 0 đến 100A, phù hợp với hầu hết các thiết bị gia dụng. Việc kết hợp hai loại cảm biến này cho phép hệ thống giám sát tổng thể và chi tiết từng thiết bị, cung cấp thông tin đầy đủ về mức độ tiêu thụ điện năng.

IV. Hệ Thống Giao Diện Và Điều Khiển Thông Minh

Màn hình Nextion HMI được tích hợp làm giao diện chính của hệ thống, cho phép người dùng tương tác trực quan và dễ dàng. Màn hình sử dụng chuẩn giao tiếp UART để liên lạc với vi điều khiển ESP32, đảm bảo tính ổn định trong truyền dữ liệu. Hệ thống cung cấp nhiều màn hình chức năng khác nhau: màn hình chính hiển thị trạng thái tổng quan, màn hình monitor theo dõi tất cả thiết bị, và màn hình điều khiển từng thiết bị riêng lẻ. Module relay 4 kênh được sử dụng để điều khiển đóng ngắt các thiết bị, đảm bảo an toàn khi chuyển đổi nguồn điện từ 220V. Hệ thống cảnh báo tự động sử dụng buzzer và LED RGB để thông báo khi thiết bị vượt ngưỡng công suất cho phép.

4.1. Tính Năng Màn Hình Nextion HMI

Màn hình Nextion HMI được trang bị công nghệ cảm ứng điện trở, cho phép người dùng thao tác bằng cách chạm và vuốt trên màn hình. Độ phân giải từ QVGA (240x320 pixels) đến VGA (640x480 pixels) đảm bảo hiển thị rõ nét các thông tin. Phần mềm Nextion Editor cung cấp giao diện trực quan để thiết kế giao diện người dùng, cho phép kéo thả các thành phần như nút bấm, thanh trượt một cách dễ dàng. Người dùng có thể tùy chỉnh kích thước, vị trí, màu sắc và gán các chức năng cho từng thành phần. Tính năng mô phỏng giao diện cho phép xem trước và kiểm tra hoạt động trước khi nạp lên màn hình thực tế.

4.2. Hệ Thống Điều Khiển Và Cảnh Báo

Hệ thống điều khiển thông minh sử dụng module relay để đảm bảo việc chuyển đổi nguồn điện an toàn và đáng tin cậy. Relay hoạt động bằng cách sử dụng điện áp nhỏ để điều khiển nguồn điện lớn hơn, tạo ra lớp cách ly bảo vệ cho hệ thống. Hệ thống cảnh báo tích hợp buzzer để phát ra âm thanh thông báo khi thiết bị vượt ngưỡng cho phép. LED RGB được sử dụng để hiển thị trạng thái hoạt động: đèn đỏ khi thiết bị tắt, đèn xanh lá khi hoạt động bình thường. Mạch khuếch đại dòng sử dụng transistor đảm bảo buzzer hoạt động hiệu quả với tín hiệu điều khiển từ ESP32.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống đã thành công xây dựng một giải pháp giám sát tiêu thụ điện năng chi tiết và hiệu quả. Hệ thống có khả năng đo lường và phân tích mức độ tiêu thụ điện của từng thiết bị, giúp người dùng nhận biết thói quen sử dụng điện và áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng phù hợp. Việc lưu trữ dữ liệu trên Amazon DynamoDB đảm bảo tính đáng tin cậy và khả năng truy cập từ xa. Hệ thống cho phép người dùng thiết lập ngưỡng cảnh báo cho từng thiết bị và tự động thông báo khi vượt quá mức cho phép. Tính năng tính toán chi phí điện năng theo thời gian thực giúp người dùng quản lý ngân sách hiệu quả.

5.1. Đánh Giá Hiệu Suất Và Độ Chính Xác

Quá trình đánh giá hệ thống được thực hiện thông qua so sánh kết quả đo thực tế với tính toán lý thuyết. Công suất thiết bị được tính theo công thức P = U × I × cosφ, trong đó điện năng tiêu thụ được tính bằng E = P × t / 1000. Kết quả cho thấy sai số nhỏ giữa giá trị đo được và tính toán thực tế, chứng minh độ chính xác của hệ thống. Hệ thống có khả năng giám sát thời gian thực với tốc độ cập nhật dữ liệu nhanh chóng. Việc sử dụng FreeRTOS cho phép tạo ra các luồng xử lý độc lập, đảm bảo tính realtime và hiệu suất ổn định của hệ thống.

5.2. Lợi Ích Kinh Tế Và Môi Trường

Hệ thống mang lại lợi ích kinh tế đáng kể thông qua việc giúp người dùng nhận diện các thiết bị tiêu thụ điện năng lớn và đưa ra biện pháp tiết kiệm phù hợp. Khả năng tính toán chi phí theo thời gian thực cho phép người dùng quản lý ngân sách điện năng hiệu quả. Về mặt bảo vệ môi trường, việc tiết kiệm năng lượng góp phần giảm thiểu lượng khí thải carbon và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. Hệ thống cảnh báo tự động giúp ngăn ngừa các sự cố điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị. Tính năng điều khiển từ xa cho phép tối ưu hóa việc sử dụng điện ngay cả khi không có mặt tại nhà.

VI. Hướng Phát Triển Và Tương Lai Của Công Nghệ

Hướng phát triển của hệ thống giám sát điện năng gia đình hướng tới việc mở rộng khả năng kết nối với các nền tảng IoT khác và cung cấp tính năng tương tác thông qua ứng dụng di động. Tích hợp các giải pháp tiết kiệm năng lượng thông minh sẽ cho phép hệ thống tự động nhận diện thiết bị tiêu thụ năng lượng lớn và đề xuất biện pháp tối ưu. Kết hợp với hệ thống điều khiển thông minh để tự động điều chỉnh tiêu thụ điện dựa trên các quy tắc được xác định trước. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và machine learning sẽ giúp dự đoán mô hình tiêu thụ và đưa ra khuyến nghị cá nhân hóa. Tương lai của công nghệ này sẽ đóng góp quan trọng vào việc xây dựng smart home và smart grid.

6.1. Tích Hợp Công Nghệ AI Và Machine Learning

Việc tích hợp AI vào hệ thống giám sát điện năng sẽ mang lại khả năng phân tích dữ liệu tiên tiến và dự đoán mô hình tiêu thụ. Machine learning có thể học hỏi từ thói quen sử dụng điện của người dùng để đưa ra các khuyến nghị tiết kiệm năng lượng cá nhân hóa. Hệ thống có thể tự động phát hiện các bất thường trong tiêu thụ điện và cảnh báo sớm về khả năng hư hỏng thiết bị. Thuật toán dự đoán giúp tối ưu hóa việc sử dụng điện trong các khung giờ khác nhau, tận dụng mức giá điện thấp. Công nghệ này cũng cho phép phân tích xu hướng tiêu thụ dài hạn và đưa ra kế hoạch tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

6.2. Kết Nối Với Hệ Sinh Thái Smart Home

Hướng phát triển quan trọng là tích hợp với hệ sinh thái smart home, cho phép hệ thống giao tiếp với các thiết bị thông minh khác trong gia đình. Kết nối với Google Home, Amazon Alexa hoặc Apple HomeKit sẽ mang lại trải nghiệm điều khiển bằng giọng nói. Hệ thống có thể đồng bộ hóa với các cảm biến môi trường để tối ưu hóa việc sử dụng điều hòa, đèn chiếu sáng dựa trên điều kiện thực tế. Giao thức Matter sẽ đảm bảo khả năng tương thích với nhiều thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Việc phát triển ứng dụng mobile với giao diện thân thiện sẽ cho phép người dùng giám sát và điều khiển hệ thống từ bất kỳ đâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Việc tiết kiệm năng lượng trở thành một chủ đề được bàn tán nhiều nhất trong cuộc sống hiện tại. Sử dụng thông tin về điện năng tiêu thụ và hệ thống giám sát giúp người dùng nhận biết và kiểm soát việc điện năng được sử dụng trong gia đình. Năng lượng được tiết kiệm ngoài giảm bớt chi phí tiền điện mà còn đóng góp tích cực vào môi trường ngày càng sạch hơn.

Với sự phát triển đáng kể của thiết bị điện tử được sử dụng, hệ thống giám sát điện năng lại trở nên cần thiết. Việc này giúp người sử dụng có cái nhìn được sự tiêu hao điện năng của từng thiết bị, từ đó nhận ra được thiết bị nào sử dụng nhiều điện năng hơn và có những tiết chế để tối ưu hóa tiêu thụ. Hệ thống giám sát điện năng cũng quản lý việc sử dụng hỗ trợ quản lý thông minh gia đình. Mỗi gia đình có thể theo dõi và điện năng một cách thông minh thông qua việc xem dữ liệu tiêu thụ điện năng theo thời gian thực.

Điều này giúp người dùng hiểu rõ hơn về mô hình tiêu thụ điện của gia đình và có các ý tưởng thông minh để giảm bớt việc sử dụng điện năng. Tổng hợp lại, việc thiết kế mô hinh này là việc khá quan trọng vì sự cần thiết của tiết kiệm năng lượng, sự gia tăng của các thiết bị điện tử, quản lý thông minh và khả năng kiểm soát. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Trong thiết kế này, người thực hiện đặt ra mục tiêu thiết lập một hệ thống giám sát và điều khiển tiêu thụ điện năng, cho phép mọi người giám sát các thiết bị và điều khiển thông qua màn hình Nextion. Hệ thống được tạo ra để tự động cảnh báo khi công suất tiêu thụ vượt quá mức đã được thiết lập trước đó.

Trong hệ thống này, hộ gia đình có khả năng theo dõi những thông số mà thiết bị đã tiêu thụ. Màn hình Nextion đóng vai trò là giao diện trực quan, cho phép hộ gia đình tương tác với hệ thống một cách dễ dàng. Đồng thời hệ thống cũng được cấu hình để tự động phát hiện khi có thiết bị tiêu thụ công suất vượt quá mức cho phép, và thông báo cảnh báo tương ứng. ĐỐI TƯỢNG 9 Là sinh viên đang thực hiện đề tài có thể là các gia đình thực tế hoặc mô phỏng của gia đình.

Ngoài ra, có thể thực hiện triển khai và áp dụng hệ thống này trong một gia đình thử nghiệm hoặc mô phỏng. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tập trung vào thiết lập xây dựng một hệ thống giám sát điện năng trong gia đình, bao gồm việc lắp đặt những thiết bị với cảm biến đo lường, thu thập data về tiêu thụ điện năng, và phân tách dữ liệu thu được. Sinh viên cũng có thể tìm hiểu về các công nghệ và trong hệ thống giám sát sử dụng những giao thức truyền thông. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bao gồm việc nghiên cứu nhiều công nghệ và thiết bị hiện có để xây dựng hệ thống này.

Ngoài ra, tham khảo những đề tài đã hoàn thiện trước đó. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đề tài thiết kế một hệ thống theo dõi điện năng nằm ở phạm vi hộ gia đình, sử dụng nguồn điện 220V và năng lượng tối đa có thể đo được là 9999kwh. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2. CHUẨN UART Chuẩn giao tiếp nối tiếp (serial) UART là một chuẩn được sử dụng rộng rãi để truyền dữ liệu giữa các thiết bị điện tử.

Nó cung cấp khả năng nhận và truyền dữ liệu bit theo tuần tự qua một đường truyền duy nhất. Hình 1: Giao tiếp UART Trong quá trình giao tiếp, ta sử dụng hai chân nhận (Rx) và truyền (Tx) để thực hiện nhận và truyền dữ liệu thông qua giao thức UART. Hai káp zao tiếp UAZT fải dượk sử zụq dể kết nối hai cân này. Zữ liệu dượk cuyền cên cân cuyền (Tx) kủa một 10 wiết bị và dượk n’ận cên cân n’ận (Rx) kủa wiết bị xák.

Có thể giao tiếp UART truyền dữ liệu không đồng bộ. Trong quá trình truyền dữ liệu qua UART, dữ liệu được gửi đi theo dạng song song sử dụng bus dữ liệu, nơi mà nhiều thiết bị có thể chia sẻ cùng một bus để truyền dữ liệu. Xi zữ liệu dượk n’ận từ bus zữ liệu soq soq, nó dượk dóq gói wàn’ kák gói zữ liệu bằq kác wêm 3 bit dặk biệt, gồm bit bắt dầu (stazt bit), bit zừq (stop bit) và bit cuq bìn’ (pazity bit). Thiết bị nhận sẽ đọc từng bit trong gói dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu nhận được từ dạng chuỗi bit thành dạng song song để loại bỏ 3 bit đặc biệt của gói dữ liệu.

Cách hoạt động của UART: - Baud rate: cần thiết lập tốc độ truyền của UART trước khi truyền. Số lượq bit dượk cuyền kua dườq cuyền coq một zây dượk xák dịn’ bởi Bauz zate. Cả máy gửi và và máy nhận phải được cấu hình cùng với một baud rate để đảm bảo đồng bộ trong lúc truyền nhận dữ liệu. - Khung dữ liệu (data frame): dữ liệu được truyền bên trong các khung dữ liệu UART.

Mỗi khung dữ liệu bao gồm các trành phần sau: Hình 2: Khung dữ liệu Start bit: Đây là bit bắt đầu, có giá trị logic 0. Bit này là khởi đầu của khung dữ liệu. Khi không có dữ liệu truyền, các chân truyền và nhận sẽ ở mức 1. Xi bắt dầu cuyền, Cansmittez sẽ dượk dưa xuốq mứk wấp coq một cu kỳ xuq klokk.

Xi n’ận dượk mứk wấp, Zx kák bit zữ liệu sẽ bắt dầu dọk. Dữ liệu: Đây là lượng data cần truyền, có thể có từ 5 đến 9 bit. Số lượng bit này được xác định trước và được truyền theo thứ tự từ bit thấp đến bit cao. Parity bit: Đây là bit kiểm tra tính chẵn lẻ của dữ liệu, nhằm chắc chắn rằng trong quá trình truyền và nhận dữ liệu không bị lỗi.

Zá cị kủa bit này kó wể tự way dổi zựa cên một số tiêu cí và kuy tắk dượk dặt za cướk. 11 Stop bit: bit này là bit nhận biết sự kết thúc của khung dữ liệu và có mức logic 1 (Tx được đưa lên mức cao). - Truyền dữ liệu: khi máy gửi muốn gửi dữ liệu đi, nó đưa dữ liệu và start bit vào đường truyền. Sau ki cuyền kák bit zữ liệu, máy gửi dưa stop bit vao dườq cuyền dể dán’ zấu sự kết thúc của khung dữ liệu.

- Nhận dữ liệu: máy nhận theo dõi liên tục đường truyền và đợi đến khi nhận bit start. Sau xi n’ận dượk bit stazt, máy n’ận sẽ tiếp tụk n’ận kák bit zữ liệu weo wứ tự. Sau xi n’ận kák bit zữ liệu, nó kiểm ca paizty bit n’ằm kiểm ca tín’ cín’ xák kủa zữ liệu.Cuối cùng nhận bit stop để kết thúc khung dữ liệu. Quá trình truyền nhận dữ liệu theo cuẩn UART xôq yêu kầu sự dồq bộ về xuq klokk zữa máy n’ận và máy gửi.

Tay vào đó, nó sử dụng start và stop bit để đồng bộ hóa quá trình truyền và nhận dữ liệu. PHẦN MỀM NEXTION EDITOR Nextion Editor là một phần một được thiết kế để lập trình và tạo giao điện người dùng cho màn hình cảm ứng Nextion. Nextion là một loại màn hình cảm ứng thông minh được dùng phổ biến trong nhiều ứng dụng nhúng, IoT. Ngoài ra, Nextion Editor cung cấp một giao diện xử lý trực quan cho phép người dụng tạo giao diện cho màn hình Nextion một cách dễ dàng.

Vài tính năng quan trọng: Thiết kế giao diện người dùng: Phần mềm cho phép người dùng kéo và thả các thành phần như nút bấm, thanh trượt, cảm biến, v. vào giao diện một cách dễ dàng. Người dùng có thể tùy chỉnh kích thước, vị trí, màu sắc và các thuộc tính khác của các thành phần này. Lập trình chức năng: Người dùng có thể gán các chức năng và hành vi cho các thành phần giao diện người dùng.

Điều này cho phép người edit thực hiện các hành động như xử lý sự kiện khi nút được nhấn, cập nhật dữ liệu trên màn hình, gửi và nhận dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi khác, và nhiều tính năng khác. Mô phỏng giao diện: Nextion Editor cung cấp tính năng mô phỏng giao diện, cho phép người thiết kế xem trước và kiểm tra hoạt động của giao diện trên máy tính trước khi nạp lên màn hình Nextion thực tế. 12 Nạp giao diện lên màn hình Nextion: Sau khi hoàn thiện giao diện, người dùng có thể nạp giao diện từ Nextion Editor vào màn hình Nextion thông qua cổng nối tiếp (UART) hoặc các phương pháp khác tùy thuộc vào mô hình và kết nối. Hình 3: Giao diện phần mềm Nextion Editor Phần mềm có giao diện đơn giản và dễ dàng sử dụng.

LINH KIỆN Bộ xử lý trung tâm: sử dụng ESP32 để làm trung tâm xử lý các chức năng của hệ thống. Thiết bị đầu vào: PZEM004T sử dụng đo lường các thông số về điện năng, và SCT-013-000 là một cảm biến dòng điện để đo lường dòng điện. Thiết bị đầu ra: Để người dùng tương tác, bao gồm: Led WS2812 để tạo hiệu ứng ánh sáng, Buzzer để tạo âm thanh thông báo, các thiết bị ngoại vi khác cần Relay điều khiển và màn hình Nextion HMI để hiển thị các giao diện người dùng tương tác. Thiết bị nguồn: Để cung cấp năng lượng cho hệ thống, sử dụng HLK-10M5, một nguồn điện chuyển đổi đáng tin cậy, cùng với IC AMS1117-3.3 để chuyển đổi điện áp từ 5V xuống 3.3V, tăng tính ổn định cho vi điều khiển ESP32.

Với sự kết hợp của các thành phần trên, hệ thống có khả năng nhận dữ liệu từ nhiều thiết bị đầu vào và điều khiển những thiết bị đầu ra, đồng thời hiển thị thông tin và tương tác với người dùng một cách hiệu quả. Thiết bị xử lý trung tâm Vi điều khiển ESP32 được phát triển bởi Espressif Systems. Nhằm cung cấp khả năng kết nối Wi-Fi và Bluetooth trong ứng dụng IoT. Hình 4: Vi điều khiển ESP32 Những tính năng mạnh mẽ của ESP32: Wifi: ESP32 hỗ trợ kết nối Wi-Fi chuẩn 802.11 b/g/n, cho phép kết nối vào các mạng Wi-Fi hiện có và truyền dữ liệu qua mạng.

Bluetooth: ESP32 hỗ trợ Bluetooth Low Energy (BLE) và Bluetooth Classic, cho phép kết nối và giao tiếp với các thiết bị Bluetooth khác. Xử lý và bộ nhớ: ESP32 có một bộ vi xử lý hai nhân Tensilica LX6 với tốc độ xung nhịp lên đến 240 MHz. Nó cũng có bộ nhớ flash tích hợp và bộ nhớ RAM để lưu trữ chương trình và dữ liệu. GPIO và giao diện: ESP32 có vài chân GPIO để giao tiếp với thiết bị khác, đèn LED, màn hình.