Luận văn tốt nghiệp về giám sát mức tiêu thụ điện nước bằng công nghệ IoT

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Quân
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Thanh Hoàng Anh
• Trường học: Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp và Dân Dụng
• Đề tài: Giám Sát Tiêu Thụ Điện Nước Bằng Công Nghệ IoT
• Loại tài liệu: báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2019 - 2020
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.1. Thiết bị đầu vào
• 2.1.1. Module cảm biến dòng điện ACS712 - 20A
• 2.1.2. Cảm biến lưu lượng S201
• 2.2. Thiết bị đầu ra – Màn hình LCD 16x2 và mạch LCD I2C
• 2.2.1. LCD 16x2
• 2.3. Giới thiệu Arduino Mega 2560
• 2.4. Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560
• 2.5. Giới thiệu NodeMCU
• 2.6. Thông số kỹ thuật NodeMCU
• 2.7. Chuẩn truyền dữ liệu
• 2.7.1. Giao tiếp UART
• 2.7.1.1. Giới thiệu
• 2.7.1.2. Các thông số trong truyền nhận UART
• 2.7.2. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.7.2.1. Giới thiệu
• 2.7.2.2. Đặc điểm giao tiếp I2C
• 2.7.3. Chuẩn giao tiếp Wifi
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về công nghệ IoT

Công nghệ IoT (Internet of Things) đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Nó cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau qua internet, tạo ra một hệ sinh thái thông minh. Giám sát tiêu thụ điện và nước là một trong những ứng dụng nổi bật của công nghệ này. Hệ thống giám sát tiêu thụ điện và nước sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu và truyền tải thông tin đến người dùng qua internet. Điều này không chỉ giúp người dùng theo dõi mức tiêu thụ mà còn hỗ trợ trong việc quản lý năng lượng hiệu quả hơn. Theo một nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ IoT trong giám sát tiêu thụ có thể giảm thiểu chi phí và tăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên.

1.1. Lợi ích của việc giám sát từ xa

Việc giám sát từ xa thông qua công nghệ IoT mang lại nhiều lợi ích cho người dùng. Đầu tiên, người dùng có thể theo dõi mức tiêu thụ điện và nước mọi lúc, mọi nơi thông qua ứng dụng trên điện thoại hoặc máy tính. Điều này giúp họ nhận biết kịp thời các vấn đề bất thường trong tiêu thụ, từ đó có thể điều chỉnh hành vi sử dụng để tiết kiệm hơn. Hơn nữa, việc sử dụng cảm biến IoT giúp thu thập dữ liệu chính xác và liên tục, tạo ra một cơ sở dữ liệu lớn cho việc phân tích và tối ưu hóa tiêu thụ. Theo một báo cáo, các hộ gia đình áp dụng công nghệ này đã giảm được từ 10-30% chi phí điện nước hàng tháng.

II. Thiết kế hệ thống giám sát

Hệ thống giám sát tiêu thụ điện nước bao gồm nhiều thành phần chính như cảm biến, bộ vi xử lý và giao diện người dùng. Cảm biến dòng điện ACS712 và cảm biến lưu lượng S201 là hai thiết bị quan trọng trong việc đo lường. Cảm biến ACS712 cho phép đo dòng điện với độ chính xác cao, trong khi cảm biến S201 giúp theo dõi lưu lượng nước. Dữ liệu từ các cảm biến này sẽ được truyền về bộ vi xử lý như Arduino Mega hoặc NodeMCU, nơi chúng sẽ được xử lý và hiển thị trên giao diện web. Hệ thống này không chỉ giúp người dùng theo dõi tiêu thụ mà còn có khả năng tự động hóa các quy trình quản lý năng lượng.

2.1. Cảm biến và thiết bị đầu vào

Cảm biến ACS712 được sử dụng để đo dòng điện, với khả năng đo từ -20A đến 20A. Thiết bị này có độ nhạy cao và dễ dàng kết nối với các mạch điều khiển. Cảm biến S201 được sử dụng để đo lưu lượng nước, với khả năng hoạt động trong dải lưu lượng từ 1 đến 30 L/phút. Cả hai cảm biến này đều có thể truyền dữ liệu về bộ vi xử lý qua giao thức I2C hoặc UART, giúp việc thu thập dữ liệu trở nên dễ dàng và hiệu quả. Việc lựa chọn các cảm biến phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất của hệ thống.

III. Phân tích dữ liệu và ứng dụng

Sau khi thu thập dữ liệu từ các cảm biến, hệ thống sẽ tiến hành phân tích dữ liệu để đưa ra các thông tin hữu ích cho người dùng. Dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database, cho phép cập nhật và truy xuất thông tin theo thời gian thực. Người dùng có thể dễ dàng theo dõi mức tiêu thụ điện và nước thông qua giao diện web, từ đó đưa ra các quyết định hợp lý về việc sử dụng tài nguyên. Hệ thống cũng có thể gửi thông báo cho người dùng khi phát hiện mức tiêu thụ bất thường, giúp họ kịp thời điều chỉnh hành vi sử dụng.

3.1. Tính năng và ứng dụng thực tiễn

Hệ thống giám sát tiêu thụ điện nước không chỉ giúp người dùng theo dõi mức tiêu thụ mà còn hỗ trợ trong việc tiết kiệm năng lượng. Các tính năng như thông báo tiêu thụ cao, báo cáo hàng tháng và phân tích xu hướng tiêu thụ giúp người dùng có cái nhìn tổng quan về việc sử dụng tài nguyên. Theo một nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ này đã giúp nhiều hộ gia đình giảm chi phí điện nước từ 10-30%. Hệ thống cũng có thể được mở rộng để tích hợp với các thiết bị thông minh khác trong nhà, tạo ra một môi trường sống tiện nghi và tiết kiệm hơn.