Đồ án HCMUTE: Ứng dụng công nghệ IoT trong giám sát mức tiêu thụ điện nước

• Tác giả: Phạm Quốc Hưng
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thanh Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ IoT Giám Sát Mức Tiêu Thụ Điện - Nước
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu phần cứng
• 2.1.1. Thiết bị đầu vào
• 2.1.2. Module cảm biến dòng điện ACS712 - 20A
• 2.1.3. Cảm biến lưu lượng S201
• 2.1.4. Thiết bị đầu ra – Màn hình LCD 16x2 và mạch LCD I2C
• 2.1.4.1. Module giao tiếp LCD I2C
• 2.2. Thông số kỹ thuật
• 2.2.1. Chuẩn truyền dữ liệu
• 2.2.1.1. Giao tiếp UART
• 2.2.1.2. Các thông số trong truyền nhận UART
• 2.2.1.3. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.2.1.3.1. Đặc điểm giao tiếp I2C
• 2.2.1.3.2. Trình tự truyền bit trên đường truyền
• 2.2.1.3.3. Điều kiện START và STOP
• 2.2.1.4. Chuẩn giao tiếp Wifi
• 2.2.1.4.1. Nguyên tắc hoạt động
• 2.2.1.4.2. Một số chuẩn kết nối Wifi
• 2.2.2. Ưu điểm của Firebase
• 2.2.2.1. Firebase Realtime Database
• 2.2.2.1.1. Những đặc điểm nổi bật
• 2.2.2.1.2. Cách dữ liệu được lưu trữ
• 2.2.2.1.3. Dữ liệu offline
• 2.2.2.1.4. Cập nhật dữ liệu thời gian thực
• 2.2.2.1.5. Tính bảo mật và quy định
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Tính toán và thiết kế hệ thống
• 3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 3.1.2. Tính toán và thiết kế mạch
• 3.1.3. Thiết kế khối hiển thị
• 3.1.4. Thiết kế khối xử lý
• 3.1.5. Thiết kế khối thiết bị đầu vào
• 3.1.6. Thiết kế khối nguồn
• 3.1.7. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. GIỚI THIỆU
• 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.3. THI CÔNG VÀ ĐÓNG GÓI MÔ HÌNH
• 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển
• 4.3.2. Thi công mô hình
• 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
• 4.4.1. Lưu đồ giải thuật
• 4.4.1.1. Lưu đồ NodeMCU
• 4.4.1.2. Lưu đồ Arduino Mega 2560
• 4.4.2. Phần mềm lập trình
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.1.1. Kết quả lý thuyết
• 5.1.2. Kết quả chạy hệ thống
• 5.2. Đánh giá, nhận xét
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Giám sát năng lượng và điện nước tại HCMUTE

Đề tài tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ IoT giám sát mức tiêu thụ điện – nước" tại HCMUTE (Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) tập trung vào giám sát năng lượng, cụ thể là giám sát điện nước. Việc nghiên cứu sử dụng công nghệ IoT để giải quyết vấn đề giám sát tiêu thụ điện nước là một hướng đi khả thi. Hệ thống được xây dựng dựa trên nền tảng Internet vạn vật, cho phép giám sát từ xa và thu thập dữ liệu hiệu quả. HCMUTE, với tư cách là một Đại học Công nghệ TP. HCM, đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo và nghiên cứu các ứng dụng IoT tiên tiến. Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, giải quyết bài toán quản lý năng lượng và tiết kiệm năng lượng trong bối cảnh Big Data và dữ liệu lớn ngày càng quan trọng.

1.1. Hệ thống giám sát thời gian thực

Hệ thống giám sát vận hành dựa trên nguyên tắc giám sát thời gian thực (Real-time monitoring). Cảm biến IoT (cảm biến dòng ACS712 và cảm biến lưu lượng S201) thu thập dữ liệu về tiêu thụ điện và nước. Dữ liệu được truyền về nền tảng IoT (Arduino Mega và NodeMCU) qua các chuẩn truyền dữ liệu (UART, I2C, Wifi). Arduino xử lý dữ liệu, tính toán và gửi lên nền tảng IoT (Firebase). Mạng lưới cảm biến giúp theo dõi liên tục. Việc sử dụng Firebase như một nền tảng IoT cho phép truyền dữ liệu nhanh chóng và cập nhật dữ liệu thời gian thực. An ninh mạng IoT và bảo mật dữ liệu IoT được xem xét trong thiết kế, tuy nhiên chi tiết không được đề cập rõ ràng trong luận văn.

1.2. Phân tích và quản lý dữ liệu

Dữ liệu về tiêu thụ điện nước được thu thập dữ liệu và phân tích dữ liệu. Phân tích tiêu thụ điện nước giúp người dùng hiểu rõ hơn về mức độ sử dụng. Báo cáo tiêu thụ điện nước được tạo ra để hỗ trợ người dùng quản lý chi phí điện nước. Việc tích hợp với Firebase cho phép lưu trữ dữ liệu và truy xuất dữ liệu dễ dàng. Dữ liệu lớn (Big Data) có thể được sử dụng để tạo ra các mô hình dự báo tiêu thụ. Tuy nhiên, luận văn chưa đề cập đến khả năng tối ưu hóa tiêu thụ điện nước hay các tính năng nâng cao trong quản lý năng lượng. Hệ thống chỉ tập trung vào việc thu thập và hiển thị dữ liệu.

1.3. Ứng dụng và triển khai

Đề tài đã tạo ra một giải pháp IoT cụ thể để giám sát tiêu thụ điện nước. Hệ thống cho phép giám sát từ xa, thuận tiện cho người dùng. Việc sử dụng ứng dụng IoT và giao diện web đơn giản giúp người dùng dễ dàng theo dõi thông tin. Ứng dụng giám sát điện nước HCMUTE được đánh giá là có tính ứng dụng thực tiễn cao. Tuy nhiên, khả năng mở rộng và tích hợp với các hệ thống khác chưa được đề cập đến. Một số hạn chế của dự án bao gồm: hệ thống chỉ giám sát, chưa điều khiển; mô hình nhỏ, chưa áp dụng quy mô lớn; và sai số chấp nhận được là 1. Đây là một dự án giám sát điện nước HCMUTE điển hình, nhưng cần cải tiến thêm để nâng cao hiệu quả.