Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quản lý sinh hoạt hộ gia đình, chi phí sử dụng điện và nước là khoản chi tiêu định kỳ nhưng người tiêu dùng thường gặp khó khăn trong việc kiểm soát mức độ tiêu thụ thực tế. Nguyên nhân xuất phát từ việc thiếu các công cụ đo lường, thống kê chi tiết theo thời gian thực; phần lớn người dùng chỉ ước lượng lượng tiêu thụ hoặc hoàn toàn phụ thuộc vào chỉ số ghi nhận trên hóa đơn cuối tháng từ các đơn vị cấp phát năng lượng, cấp thoát nước. Trên thị trường đã xuất hiện các thiết bị giám sát mức tiêu thụ điện có độ chính xác tương đối cao, tuy nhiên giá thành của các thiết bị này khá đắt đỏ và còn nhiều hạn chế trong khả năng theo dõi dữ liệu từ xa qua môi trường mạng Internet.

Trước thực trạng đó, đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Điện tử Truyền thông của tác giả Phạm Quốc Hưng (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa) đã thực hiện đề tài "Ứng dụng công nghệ IoT giám sát mức tiêu thụ điện – nước".

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Thiết kế và thi công một hệ thống phần cứng có khả năng đo đạc chính xác mức tiêu thụ điện năng và lưu lượng nước sinh hoạt.
  2. Định kỳ cập nhật các dữ liệu đo đạc lên hệ thống máy chủ cơ sở dữ liệu trên nền tảng điện toán đám mây (web host) ứng dụng công nghệ mạng vạn vật kết nối (IoT), cho phép người dùng giám sát các chỉ số từ xa thông qua trình duyệt web trên các thiết bị kết nối mạng.
  3. Xây dựng hệ thống phân quyền tài khoản người dùng, hỗ trợ người dùng theo dõi dữ liệu cá nhân theo chu kỳ ngày/tháng và hỗ trợ quản trị viên quản lý tập trung thông tin của nhiều hộ gia đình.

Nhiệm vụ nghiên cứu được chia thành 5 nội dung chính:

  • Nội dung 1: Tìm hiểu và lựa chọn các giải pháp thiết kế hệ thống.
  • Nội dung 2: Thu thập tài liệu, nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của các module cảm biến (ACS712, S201), module truyền thông Wifi (NodeMCU), vi điều khiển xử lý trung tâm (Arduino Mega 2560) và nền tảng máy chủ lưu trữ (Firebase).
  • Nội dung 3: Thiết kế phần cứng, viết chương trình điều khiển cho hệ thống và tiến hành chạy thử nghiệm.
  • Nội dung 4: Thiết kế mô hình hộp chứa, hiệu chỉnh và hoàn thiện các phương án đã lựa chọn.
  • Nội dung 5: Đo kiểm, đánh giá kết quả thực hiện của toàn bộ hệ thống.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là dòng điện xoay chiều, điện áp xoay chiều lưới điện dân dụng (220VAC) và lưu lượng nước chảy qua đường ống sinh hoạt. Không gian nghiên cứu tập trung vào mô hình ứng dụng quy mô hộ gia đình với các thiết bị tiêu thụ công suất nhỏ và lượng nước đo lường dung tích nhỏ (đơn vị hiển thị được chuẩn hóa là Wh đối với điện năng và Lít đối với nước). Thời gian thực hiện đồ án diễn ra từ ngày 21/03/2018 (ngày giao nhiệm vụ) đến ngày 16/07/2018 (ngày hoàn thành nhiệm vụ).

Giới hạn nghiên cứu được xác định rõ: hệ thống tập trung hoàn toàn vào chức năng đo lường, thống kê và giám sát thông số từ xa (chưa tích hợp chức năng điều khiển đóng/ngắt thiết bị); mô hình thiết kế nhỏ gọn, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện sinh hoạt và chấp nhận mức sai số đo lường trong phạm vi cho phép của linh kiện bán dẫn phổ thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp kỹ thuật

Hệ thống được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa các khối lý thuyết phần cứng điện tử, giao thức truyền thông công nghiệp và nền tảng dịch vụ đám mây thời gian thực:

  • Khung lý thuyết và công nghệ áp dụng:

    • Nguyên lý cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall: Sử dụng IC cảm biến dòng tuyến tính ACS712-20A. Cảm biến tích hợp đường dẫn bằng đồng dẫn dòng điện cần đo ($I_p$), tạo ra từ trường tỷ lệ và chuyển đổi thành điện áp analog tuyến tính ($V_{out}$) với độ nhạy danh định từ 96 đến 104 mV/A, thời gian đáp ứng đầu ra 5 $\mu$s, băng thông 80 kHz, tổng sai số ngõ ra tại $25^\circ\text{C}$ là 1,5%, điện trở trong 1,2 m$\Omega$, hoạt động với nguồn đơn 5V và dòng tiêu thụ tối đa 13 mA.
    • Nguyên lý cảm biến lưu lượng dòng chảy dạng xung: Sử dụng cảm biến lưu lượng S201 tích hợp cánh quạt và cảm biến từ Hall. Khi dòng chất lỏng chảy qua ống, cánh quạt quay làm biến thiên từ trường, kích hoạt cảm biến Hall xuất tín hiệu dạng xung vuông. Tốc độ xung tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy, từ đó quy đổi thành thể tích nước.
    • Mạch đo điện áp xoay chiều AC 220V: Sử dụng máy biến áp hạ áp kết hợp bộ chỉnh lưu diode cầu, tụ lọc nhiễu (470 $\mu$F, 100 nF) và mạch phân áp điện trở (10 k$\Omega$, 20 k$\Omega$) để đưa tín hiệu điện áp AC về dải đo an toàn của bộ chuyển đổi ADC trên vi điều khiển.
    • Chuẩn truyền dữ liệu: Sử dụng giao tiếp nối tiếp UART không đồng bộ để truyền dữ liệu liên vi điều khiển (giữa Arduino Mega và NodeMCU); chuẩn giao tiếp bus I2C (Inter-Integrated Circuit) với đường tín hiệu SDA, SCL để truyền dữ liệu từ vi điều khiển sang màn hình LCD 16x2 thông qua module đệm I2C; chuẩn truyền thông không dây Wifi chuẩn IEEE 802.11 để kết nối Internet.
    • Nền tảng đám mây Google Firebase: Ứng dụng dịch vụ Firebase Realtime Database lưu trữ dữ liệu dạng JSON với cơ chế đồng bộ thời gian thực; dịch vụ Firebase Hosting phục vụ triển khai giao diện web giám sát; dịch vụ Firebase Authentication quản lý định danh người dùng qua tài khoản Gmail với giới hạn tối đa 250 tài khoản trong một project.

  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:

    • Phương pháp thiết kế module hóa: Phân tách hệ thống thành các khối độc lập gồm khối nguồn, khối thiết bị đầu vào (cảm biến), khối xử lý trung tâm, khối truyền thông không dây và khối hiển thị.
    • Phương pháp lập trình nhúng và xử lý dữ liệu song song: Sử dụng kỹ thuật ngắt cứng (Hardware Interrupt) để đếm số lượng xung cảm biến nước kết hợp hàm định thời millis() trên ngôn ngữ C/C++ để lấy mẫu dòng điện, điện áp theo từng giây, tránh tình trạng nghẽn vi điều khiển.
    • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Chế tạo 2 bộ mô hình phần cứng hoạt động đồng thời, mô phỏng 2 hộ gia đình gửi dữ liệu độc lập lên hệ thống máy chủ cơ sở dữ liệu Firebase.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được phân chia thành cấu trúc phần cứng thu thập dữ liệu tại chỗ và hạ tầng phần mềm quản lý, giám sát trên nền tảng web.

STT Tên linh kiện / Thiết bị Số lượng Thông số / Giá trị kỹ thuật Chức năng trong hệ thống
1 Arduino Mega 2560 1 Vi điều khiển ATmega2560, 5V Xử lý trung tâm, đo đạc, lấy mẫu ADC và đếm xung
2 Module NodeMCU ESP8266 1 Vi xử lý ESP8266, kết nối Wifi Nhận dữ liệu UART, đồng bộ thời gian thực và đẩy lên Cloud
3 Module ACS712 1 Dải đo $\pm 20\text{A}$, độ nhạy ~100 mV/A Cảm biến đo dòng điện tải AC sinh hoạt
4 Cảm biến lưu lượng S201 1 Cảm biến từ Hall cánh quạt Cảm biến đo lưu lượng dòng chảy nước sinh hoạt
5 Biến áp 1 Hạ áp lưới điện xoay chiều Hạ áp từ 220VAC phục vụ đo điện áp và cấp nguồn
6 Diode cầu 1 Bộ chỉnh lưu toàn sóng Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều
7 Tụ hóa 1 470 $\mu$F Lọc phẳng điện áp sau chỉnh lưu
8 Tụ gốm 1 100 nF Lọc nhiễu cao tần cho mạch đo áp
9 Điện trở phân áp 2 10 k$\Omega$ và 20 k$\Omega$ Giảm áp tín hiệu về dải đo 0–5V của chân Analog vi điều khiển
10 Cầu chì 1 2A Bảo vệ quá dòng cho toàn bộ hệ thống mạch
11 Nút nhấn 1 Nút bấm cơ học Chuyển đổi trạng thái hiển thị LCD (Điện $\leftrightarrow$ Nước)
12 Màn hình LCD 16x2 1 16 ký tự $\times$ 2 hàng Hiển thị thông số điện năng (Wh) hoặc lưu lượng nước (Lít)
13 Module giao tiếp LCD I2C 1 Chuyển đổi bus song song sang I2C Tiết kiệm chân kết nối của vi điều khiển ra màn hình

Về thi công cơ khí, toàn bộ hệ thống điều khiển, mạch nguồn và cảm biến được đặt bên trong vỏ hộp bằng mica trong suốt có kích thước $20\text{ cm} \times 17\text{ cm} \times 9\text{ cm}$, gia công bằng dao cắt chuyên dụng và cố định bằng keo silicon. Nắp hộp phía trên sử dụng bản lề để tiện thao tác đóng mở, mặt nắp được khoét lỗ để cố định màn hình LCD 16x2 và nút bấm chuyển chế độ.

Quy trình vận hành phần mềm và truyền thông của hệ thống diễn ra theo lưu đồ giải thuật như sau:

  1. Tại Arduino Mega 2560: Sau khi khởi động, vi điều khiển kích hoạt đồng thời chương trình lấy mẫu dòng/áp và ngắt đếm xung. Sử dụng hàm millis() để định thời lấy mẫu trong 1 giây, tính toán công suất và điện năng tiêu thụ (Wh); đồng thời tính toán dung tích nước (Lít) dựa trên số xung đếm được trong 1 giây. Cứ sau mỗi 10 giây (khi biến đếm đạt giá trị 10), Arduino Mega đóng gói dữ liệu và truyền sang NodeMCU qua cổng UART.
  2. Tại NodeMCU ESP8266: Module thiết lập kết nối Wifi và kết nối cơ sở dữ liệu Firebase. Khi nhận gói tin từ Arduino, NodeMCU xử lý dữ liệu để xuất thông tin ra màn hình LCD 16x2 và tự động lấy thời gian thực từ Internet (NTP server). Định kỳ mỗi 120 giây, NodeMCU cập nhật các thông số tích lũy lên Firebase Realtime Database. Định kỳ đầu tháng, hệ thống tự động thiết lập các giá trị tổng về 0 và lưu trữ chỉ số tiêu thụ của tháng vào bộ nhớ dữ liệu thống kê 3 tháng gần nhất.
  3. Cơ chế khôi phục dữ liệu mất điện: Khi xảy ra sự cố mất điện và có điện trở lại, NodeMCU sẽ tự động truy xuất giá trị lũy kế cuối cùng được lưu trữ trên Firebase Realtime Database, cộng dồn với dữ liệu mới do Arduino gửi qua để tiếp tục tính toán, đảm bảo không bị mất số liệu đo lường.

Quy trình triển khai Web Server và quản lý cơ sở dữ liệu:

  • Sử dụng phần mềm Sublime Text biên soạn mã nguồn HTML, JavaScript và CSS.
  • Môi trường Node.js và công cụ Firebase CLI (npm install -g firebase-tools) được sử dụng để khởi tạo (firebase init) và xuất bản trang web (firebase deploy) lên dịch vụ lưu trữ Firebase Hosting.
  • Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý các trường thông tin: thông tin tài khoản người dùng (User-ID, Tên, Địa chỉ mail, Ảnh đại diện), dữ liệu đo lường điện năng (Wh) và lượng nước (Lít) theo ngày/tháng, số tiền quy đổi tương ứng và nhật ký thông báo từ hệ thống.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này phân tích bối cảnh gia tăng chi phí hóa đơn điện - nước sinh hoạt và sự thiếu hụt các giải pháp giám sát chi tiết, giá rẻ trên thị trường. Tác giả xác định rõ mục tiêu chế tạo hệ thống đo lường ứng dụng IoT, thiết lập 5 nội dung nghiên cứu kỹ thuật, xác định phạm vi giới hạn mô hình gia đình và phác thảo cấu trúc tài liệu khóa luận gồm 6 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Tập trung trình bày nguyên lý cấu tạo và các thông số kỹ thuật của các module phần cứng: module cảm biến dòng ACS712-20A (nguyên lý hiệu ứng Hall, dải đo $\pm 20\text{A}$, độ nhạy 96–104 mV/A), cảm biến lưu lượng S201, màn hình LCD 16x2 kết hợp mạch chuyển đổi I2C và kit vi điều khiển Arduino Mega 2560. Phân tích chi tiết các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu UART, bus I2C, mạng không dây Wifi và cấu trúc vận hành của Firebase Realtime Database (cách thức lưu trữ JSON, chế độ dữ liệu offline, cơ chế cập nhật thời gian thực và cấu hình quy tắc bảo mật đọc/ghi dữ liệu).

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Trình bày sơ đồ khối hệ thống và sơ đồ nguyên lý toàn mạch. Tính toán và thiết kế chi tiết các khối chức năng: khối hiển thị (LCD I2C), khối xử lý trung tâm (Arduino Mega 2560 và NodeMCU ESP8266), khối thiết bị đầu vào (ACS712, S201 và mạch hạ áp đo điện áp AC 220V) và khối nguồn cung cấp điện ổn áp cho hệ thống vi điều khiển.

Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày quy trình thiết kế mạch in (PCB), bảng danh mục linh kiện điện tử chi tiết và phương pháp thi công hộp mica bảo vệ kích thước $20\text{ cm} \times 17\text{ cm} \times 9\text{ cm}$. Xây dựng lưu đồ giải thuật cho Arduino Mega (lấy mẫu 1s, truyền dữ liệu 10s) và NodeMCU (cập nhật Cloud 120s, xử lý ngắt LCD, xử lý sự cố mất điện). Cung cấp tài liệu hướng dẫn cài đặt môi trường Arduino IDE, nạp firmware ESP8266, driver nạp chip, quy trình tạo project Firebase, cài đặt Node.js, sử dụng Firebase CLI để triển khai ứng dụng web và hướng dẫn vận hành thiết bị thực tế.

Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được sau 3,5 tháng triển khai. Ghi nhận hình ảnh hoạt động của màn hình LCD hiển thị giá trị điện năng (Wh) và lưu lượng nước (Lít). Minh họa giao diện web đăng nhập qua Gmail, giao diện quản lý của Admin (quản lý danh sách tài khoản, xem dữ liệu của toàn bộ người dùng) và giao diện giám sát của User (theo dõi chỉ số theo ngày, xem biểu đồ so sánh 3 tháng gần nhất và số tiền quy đổi). Nhận xét, đánh giá hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu truyền nhận đúng chu kỳ, song vẫn còn hiện tượng nhiễu tín hiệu ở cảm biến.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ theo các yêu cầu thiết kế ban đầu. Tổng kết những ưu điểm về tính nhỏ gọn, tiện dụng, khả năng khôi phục dữ liệu sau mất điện và chi phí thấp. Đồng thời, đề xuất các hướng nâng cấp tiếp theo về cảnh báo quá ngưỡng, thay đổi màn hình cảm ứng, tích hợp điều khiển thiết bị ngoại vi từ xa và mở rộng các phương thức xác thực người dùng.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả thực nghiệm cụ thể và đóng góp kỹ thuật sau:

  • Kết quả thực nghiệm chính:

    • Chế tạo thành công 2 bộ mô hình phần cứng hoàn chỉnh đại diện cho 2 hộ gia đình, hoạt động bằng nguồn điện lưới 220VAC, tích hợp đồng thời phép đo điện năng (Wh) và lưu lượng nước (Lít).
    • Thiết lập chu kỳ truyền thông nội bộ giữa Arduino Mega và NodeMCU qua UART định kỳ 10 giây/lần; chu kỳ đồng bộ dữ liệu từ NodeMCU lên Firebase Realtime Database định kỳ 120 giây/lần.
    • Vận hành thành công ứng dụng web giám sát trên Firebase Hosting với thử nghiệm thực tế trên 4 tài khoản người dùng (User) và 1 tài khoản quản trị (Admin).
    • Xây dựng thành công cơ chế khôi phục trạng thái đo lường sau sự cố mất điện nhờ khả năng đồng bộ ngược dữ liệu từ Cloud về bộ nhớ đệm của vi điều khiển.
    • Tự động hóa quá trình tính toán tiền điện, tiền nước phát sinh dựa trên mức tiêu thụ thực tế và hỗ trợ người dùng theo dõi biểu đồ thống kê trong 3 tháng liên tiếp.

  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

    • Áp dụng kiến trúc vi xử lý kép (Dual-MCU): phân tách nhiệm vụ đo đạc, tính toán tín hiệu tần số cao cho vi điều khiển Arduino Mega 2560 và giao nhiệm vụ truyền thông mạng, giao tiếp Cloud cho ESP8266, giúp tối ưu hóa hiệu năng và tránh nghẽn luồng xử lý.
    • Kết hợp ngắt phần cứng và hàm định thời không chặn (millis()) để xử lý song song hai tác vụ đo điện và nước trên một vi điều khiển duy nhất.

  • Đóng góp của đề tài:

    • Cung cấp một giải pháp tích hợp 2 trong 1 (đo cả điện và nước trên cùng một thiết bị) với chi phí thấp, sử dụng các linh kiện mở sẵn có trên thị trường.
    • Xây dựng một quy trình hoàn chỉnh từ thiết kế mạch, chế tạo cơ khí, lập trình hệ thống nhúng đến triển khai ứng dụng web server đám mây không mất chi phí thuê máy chủ hàng tháng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được ghi nhận:

    • Tín hiệu đo từ cảm biến vẫn còn hiện tượng nhiễu làm ảnh hưởng đến độ chính xác tuyệt đối của phép đo, dù sai số vẫn nằm trong ngưỡng chấp nhận được đối với mô hình thử nghiệm.
    • Hệ thống chỉ dừng lại ở chức năng giám sát dữ liệu, chưa hỗ trợ khả năng điều khiển bật/tắt thiết bị điện hoặc van nước từ xa.
    • Giao diện web mới chỉ hỗ trợ phương thức xác thực đăng nhập duy nhất bằng tài khoản Gmail; số lượng người dùng tối đa bị ràng buộc theo gói miễn phí của Firebase (tối đa 250 tài khoản/project).
    • Màn hình hiển thị tại chỗ LCD 16x2 có giao diện đơn giản, cần bấm nút cơ học để chuyển trang thông tin.
    • Thử nghiệm thực tế mới dừng lại ở quy mô 2 mô hình; chưa đánh giá được độ trễ và khả năng chịu tải của đường truyền khi có số lượng lớn thiết bị cùng gửi dữ liệu lên Firebase đồng thời.

  • Hướng nghiên cứu tiếp được tác giả đề xuất:

    • Bổ sung hệ thống cảnh báo tại chỗ (sử dụng còi báo, đèn cảnh báo) hoặc cảnh báo từ xa qua tin nhắn SMS (bằng module SIM) khi chỉ số tiêu thụ vượt quá định mức cài đặt.
    • Thay thế màn hình LCD 16x2 bằng màn hình cảm ứng để tăng tính tương tác và trực quan tại thiết bị.
    • Mở rộng chức năng điều khiển đóng/ngắt các thiết bị điện từ xa thông qua rơ-le và điều khiển van nước điện từ trên giao diện web.
    • Cải tiến thiết kế vỏ hộp để nâng cao tính thẩm mỹ và thu nhỏ kích thước thiết bị.
    • Nâng cấp giao diện website, bổ sung thêm nhiều chức năng tiện ích, hỗ trợ xác thực qua các mạng xã hội khác (Facebook, Twitter, GitHub...) và cấu hình phân quyền người dùng chi tiết hơn trong Firebase Authentication.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Đối tượng: Sinh viên, giảng viên và người nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử Truyền thông, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Y sinh, Công nghệ Thông tin và Hệ thống Nhúng/IoT.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Thiết kế phối ghép phần cứng cho cảm biến dòng điện Hall (ACS712) và cảm biến lưu lượng xung (S201) với vi điều khiển.
    • Phương pháp lập trình truyền thông liên vi điều khiển qua cổng nối tiếp (UART) và kỹ thuật lập trình đa nhiệm không chặn bằng hàm millis().
    • Quy trình từng bước kết nối NodeMCU ESP8266 với Firebase Realtime Database và các bước triển khai giao diện web lên Firebase Hosting bằng công cụ Firebase CLI.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống xử lý như thế nào để không bị mất số liệu điện - nước đã đo khi xảy ra sự cố mất điện?
Khi mất điện, toàn bộ hệ thống phần cứng tạm dừng hoạt động. Khi nguồn điện được cấp trở lại, NodeMCU ESP8266 sẽ tự động kết nối Internet, đọc dữ liệu tích lũy cuối cùng đã được lưu trữ trên Firebase Realtime Database trước đó, sau đó cộng dồn với dữ liệu đo mới nhận được từ Arduino Mega để tiếp tục hiển thị và lưu trữ, tránh hiện tượng chỉ số bị xóa về 0.

2. Chu kỳ lấy mẫu cảm biến và chu kỳ đẩy dữ liệu lên cơ sở dữ liệu Firebase được thiết lập là bao lâu?
Tại vi điều khiển Arduino Mega 2560, việc lấy mẫu tín hiệu dòng điện, điện áp và lưu lượng nước diễn ra liên tục với chu kỳ 1 giây/lần. Cứ sau 10 giây (10 chu kỳ đo), Arduino sẽ gửi dữ liệu sang NodeMCU qua giao tiếp UART. Tại NodeMCU ESP8266, chu kỳ cập nhật dữ liệu tích lũy lên Firebase Realtime Database được thiết lập cố định là 120 giây/lần.

3. Đề tài sử dụng những cảm biến và linh kiện chính nào để thực hiện việc đo đạc điện và nước?
Hệ thống sử dụng cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall ACS712-20A (dải đo $\pm 20\text{A}$) và mạch phân áp điện trở hạ áp từ biến áp để đo điện áp AC 220V; sử dụng cảm biến lưu lượng S201 tích hợp cánh quạt và cảm biến từ Hall để đếm xung đo lưu lượng nước. Khối xử lý gồm có board Arduino Mega 2560 (đo đạc, tính toán) và module NodeMCU ESP8266 (truyền thông Wifi).

4. Ứng dụng web và cơ sở dữ liệu Firebase phân quyền quản trị và giới hạn tài khoản như thế nào?
Dự án thiết lập hệ thống trên Firebase Authentication cho phép tối đa 250 tài khoản người dùng trong một project. Trong thử nghiệm thực tế, hệ thống cấu hình 4 tài khoản User (chỉ xem được chỉ số tiêu thụ, biểu đồ 3 tháng và tiền quy đổi của chính họ) và 1 tài khoản Admin (có quyền xem dữ liệu của tất cả người dùng, theo dõi thời gian đăng nhập, quản lý cấp phép/chặn/xóa tài khoản thông qua User-ID).

5. Vỏ hộp của mô hình phần cứng được chế tạo bằng vật liệu và kích thước bao nhiêu?
Vỏ hộp mô hình được thi công bằng vật liệu mica trong suốt có kích thước $20\text{ cm} \times 17\text{ cm} \times 9\text{ cm}$, dán bằng keo silicon. Mặt trên sử dụng bản lề để mở và được khoét lỗ để gắn cố định màn hình LCD 16x2 cùng một nút nhấn cơ học dùng chuyển đổi màn hình hiển thị giữa Wh và Lít.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ IoT giám sát mức tiêu thụ điện – nước" của tác giả Phạm Quốc Hưng đã thiết kế và thi công thành công mô hình giám sát năng lượng sinh hoạt tích hợp 2 trong 1 với chi phí thấp và kích thước nhỏ gọn. Hệ thống kết hợp hiệu quả giữa phần cứng đo lường nhúng (Arduino Mega, NodeMCU, ACS712, S201) và nền tảng điện toán đám mây Firebase, cho phép cập nhật thông số liên tục và phân quyền quản lý từ xa qua môi trường web. Mặc dù vẫn còn tồn tại hiện tượng nhiễu tín hiệu và chưa tích hợp chức năng điều khiển đóng ngắt tải, đề tài đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu và tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc cho các nghiên cứu mở rộng trong lĩnh vực nhà thông minh và quản lý năng lượng tự động.