đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Trình bày về các lý thuyết có liện quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài. Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán.
Trình bày về cách tính toán sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạch của hệ thống: mạch điều khiển trung tâm, mạch điều khiển các thiết bị ngõ ra có sử dụng relay, mạch nguồn cung cấp điện áp và dòng điện cho hệ thống. Chương 4: Thi Công Hệ Thống. Trình bày về quá trình vẽ mạch in, lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình. Thiết kế lưu đồ thuật toán chương trình và viết chương trình hệ thống, hình ảnh thực tế, cũng như các kết quả của hệ thống.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu gồm các kiến thức, kỹ năng mà nhóm có được sau khi thực hiện đề tài. Kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá về đề tài và tính ứng dụng của đề tài trong thực tiễn. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết quả mà đề tài đạt được, đưa ra được ưu và nhược điểm của hệ thống. Từ đó đưa ra được hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện và đáp ứng được thực tiễn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 CÁC ĐẠI LƯỢNG CỦA ĐIỆN XOAY CHIỀU 2.1 Dòng điện xoay chiều 1 pha[1] Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian.
Dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin, theo thời gian được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin.1) Trong đó : i : Là trị số tức thời của dòng điện. 𝐼𝑚𝑎𝑥 : Là giá trị cực đại của dòng điện (hay là biên độ của dòng điện). ω : Là tần số góc. 𝜑 : Là góc pha ban đầu của dòng điện.2 Công suất điện xoay chiều 1 pha[1] Xét hệ thống nguồn điện một pha với nguồn áp dạng sin lý tưởng và một tải tuyến tính, khi đó dạng dòng điện và điện áp được biểu diễn như sau: u(t ) 2U sin(t ) (2.3) Công suất tức thời được định nghĩa bằng tích của điện áp và dòng điện tức thời P(t ) u(t )i(t ) 2UI sin(t )sin(t ) UI cos( ) UI cos(2t ) (2.4) Trong đó: u(t) : Điện áp tức thời.
i(t) : Dòng điện tức thời. P(t) : Công suất tức thời. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.1 Công suất tác dụng Công suất tác dụng là phần công suất điện có thể biến đổi thành các dạng công suất khác (cơ, nhiệt, hay hóa). Đơn vị của công suất tác dụng P là watt (W).
Công suất tác dụng của mạch xoay chiều một pha được xác định là giá trị trung bình của công suất trong một chu kì T: T T 1 1 P pdt uidt (2.5) T 0 T 0 Trong đó: p, u, i là các giá trị tức thời của công suất, áp và dòng. Trong trường hợp dòng điện và điện áp có dạng hình sin thì công suất tác dụng được tính là: P UI cos (2.6) Trong đó: U, I là các giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện. φ là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện. Trong trường hợp chung nếu một quá trình có chu kỳ với dạng đường cong bất kì thì công suất tác dụng là tổng các công suất của các thành phần sóng hài.2 Công suất phản kháng Trong trường hợp mạch điện xoay chiều (dòng điện và điện áp có dạng hình sin) thì công suất phản kháng được tính theo công thức: Q UI sin (2.8) Trong đó: U, I là các giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT φ: là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện. Đơn vị đo công suất phản kháng là VAR (Volt Amperes Reactive).3 Công suất toàn phần Công suất biểu kiến được xác định là giá trị lớn nhất của công suất được phân phối tới tải. Với U và I là giá trị hiệu dụng được phân phối tới tải thì ta có công suất biểu kiến được tính bằng công thức: S UI (2.9) S: Đơn vị của công suất toàn phần là VA (Volt - Ampe).
Mối liên hệ giữa công suất biểu kiến, công suất tác dụng và công suất phản kháng: S P2 Q2 (2.1: Tam giác công suất 2.4 Hệ số công suất Tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất toàn phần trong mạch gọi là hệ số công suất. Khi dòng xoay chiều có dạng hình sin lý tưởng, hệ số công suất là cosin của góc lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế của dòng xoay chiều. Do vậy trên thực tế người ta hay ghi hệ số công suất như là "cos φ ".3 Năng lượng điện xoay chiều 1 pha[1] Năng lượng tác dụng: 𝐸𝑎 = 𝑃 × 𝑡 (2.11) Năng lượng phản kháng: 𝐸𝑟 = 𝑄 × 𝑡 (2.12) Năng lượng biểu kiến: 𝐸𝑠 = 𝑆 × 𝑡 = √𝐸𝑎 2 + 𝐸𝑟 2 (2.13) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN VÀ MODULE SỬ DỤNG Thiết bị đầu vào: cảm biến đo các đại lượng điện như điện áp, dòng điện, công suất và điện năng (Pzem004T), mạch nút nhấn điều khiển. Thiết bị đầu ra: đèn 220V, màn hình LCD 20x4, mạch điều khiển thiết bị điện 220V.
Thiết bị điều khiển trung tâm: Board Arduino Mega 2560. Chuẩn dữ liệu truyền nhận: UART và I2C. Thiết bị giao diện điều khiển: máy tính.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Vi điều khiển Trên thị trường hiện nay có rất nhiều dòng vi điều khiển có tính ứng dụng cao như: Microchip, ARM, AVR…mỗi dòng đều có ưu và nhược điểm riêng. Trong đề tài này thì nhóm chọn vi điều khiển AVR Atmega 2560 do hãng Atmel sản xuất, và vi điều khiển Atmega 2560 đã được tích hợp vào board Arduino có trên thị trường.1 Raspberry pi[7] Hình 2.2: Raspberry Pi 3 Model B.
Thông số kỹ thuật 1.2GHz 64-bit Quad-Cortex ARM Cortex-A53 CPU (BCM2837). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1GB RAM (LPDDR2 SDRAM). Video Core IV multimedia/3D graphics core @400MHz/300MHz.11b/g/n Wireless LAN and Blutooth 4.
Nguồn cấp Micro USB 5V1, 2. Giao tiếp camera CSI), màn hình (DSI). Khe cắm thẻ nhớ SD card. RASPBERRY PI như là một máy tính nhỏ, mạnh mẽ với những ứng dụng cao và đi cùng với đó là chi phí bỏ ra cũng không hề nhỏ.2 Arduino Mega 2560[8] Hình 2.
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino: phát triển các thiết bị điều khiển từ xa có kết hợp với internet hay Bluetooth hay thiết bị RF, nên nhóm quyết định chọn Arduino cho dự án.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Arduino Mega 2560 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển AVR ATMega2560. Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau: Cổng USB đây là loại cổng giao tiếp để upload code từ máy tính lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng có thể giao tiếp Serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính.
Jack nguồn đề chạy Arduino thì cần cấp nguồn từ cổng USB trên. Hay dùng nguồn từ Adapter ngoài vào. Có 54 chân digital (15 chân có thể sử dụng như chân PWM), 16 chân đầu vào tương tự (Analog Inputs), 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng), 1 thạch anh dao động 16MHz, 1 đầu ICSP và 1 nút nhấn Reset. Sơ đồ linh kiện và chân của Arduino Mega 2560 Hình 2.4: Sơ đồ linh kiện trong Arduino Mega 2560 Bảng 2.
Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560. Thông số Giá trị 9V-12V (5V từ Điện áp cấp nguồn nguồn USB) Bộ nhớ Flash 256 Kb SRAM 8 Kb BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Xung clock 16 MHz 2.2 Cảm biến đo điện năng (Pzem004T) [6] Cảm biến đo điện năng Pzem004T là mạch đo điện năng AC đa năng, giao tiếp UART Pzem004T. Được sử dụng để đo và theo dõi gần như hoàn toàn các thông số về điện năng AC.
Như điện áp hoạt động, dòng điện tiêu thụ, công suất và năng lượng điện tiêu thụ. Mạch sử dụng giao tiếp UART dễ dàng kết nối truyền dữ liệu với vi điều khiển và máy tính. Thích hợp cho các ứng dụng theo dõi năng lượng.5: Cảm biến đo điện năng (Pzem004T). Thông số kỹ thuật: Công suất đo hoạt động: 0 ~ 22kW.
Năng lượng đo hoạt động: 0 ~ 9999kWh. Điện áp đo hoạt động: 80 ~ 260 VAC. Dòng điện đo hoạt động: 0 ~ 100 A. Giao tiếp UART mức logic TTL 5VDC, với baudrate mặc định 9600.
Có opto cách ly an toàn giữa mạch đo và mạch nhận tín hiệu UART. Lưu trữ thông số năng lượng tiêu thụ trong bộ nhớ. Có nút nhấn Reset, nhấn giữ 5 giây để xóa các thông số về 0. Kích thước 30x70 mm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.6: Sơ đồ nối dây của cảm biến (Pzem004T). Phương thức truyền dữ liệu của Pzem004T: Module này được trang bị giao thức truyền dữ liệu TTL, có thể đọc và thiết lập các thông số liên quan thông qua cổng kết nối. Nhưng muốn kết nối với thiết bị có USB hay RS232 (ví dụ như máy tính), thì cần phải có thiết bị chuyển đổi tương ứng.
Các lệnh đọc dữ liệu và cài đặt Pzem004T NO. function Head Data1 – Data5 Sum 1 voltage B0 C0 A8 01 01 00 (Computer 1A sends a request to read the voltage value) A0 00 E6 02 00 00 (Meter reply the 88 voltage value is 230.