Đồ Án Tốt Nghiệp: Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Điện Và Quản Lý Điện Năng Ứng Dụng IoT

• Tác giả: Lữ Hoàn Thiện
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Máy tính
• Đề tài: Hệ thống điều khiển thiết bị điện và quản lý điện năng ứng dụng IoT
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
• 1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA
• 2.3. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG TRONG HỆ THỐNG
• 2.3.1. Vi điều khiển ESP32
• 2.3.2. Module đo các thông số về điện PZEM-004T
• 2.3.3. Module I2C giao tiếp LCD
• 2.3.4. Relay tiếp điểm cơ khí
• 2.3.5. Pin và mạch sạc bảo vệ pin
• 2.3.6. Mudule giảm áp LM2596
• 2.4. CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƯỢC SỬ DỤNG
• 2.4.1. Chuẩn giao tiếp không đồng bộ UART
• 2.4.2. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.5. GIAO THỨC MQTT
• 2.5.1. Đặt điểm của MQTT
• 2.5.2. Cách thức hoạt động
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
• 3.1. ĐẶC TẢ HỆ THỐNG
• 3.1.1. Đặc tả yêu cầu của hệ thống
• 3.1.2. Đặc tả thông số của hệ thống
• 3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.2.1. Chức năng của hệ thống
• 3.2.2. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối
• 3.2.3. Hoạt động của hệ thống
• 3.2.4. Khối module SIM
• 3.2.5. Khối đo công suất
• 3.2.6. Khối hiển thị - LCD
• 3.2.7. Khối trung tâm ESP32
• 3.2.8. Khối cảnh báo - còi Buzzer
• 3.2.9. Khối nguồn đầu vào
• 3.2.10. Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.2. Thi công mạch
• 4.3. Mạch sau khi thi công
• 4.4. Lưu đồ hoạt động của khối sử lý trung tâm
• 4.5. Chương trình trao đổi dữ liệu giữa phần cứng và cloud
• 4.6. Lưu đồ hoạt động của ứng dụng di động giao tiếp với hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
• 5.1. KẾT QUẢ LÝ THUYẾT
• 5.2. KẾT QUẢ THỰC TẾ
• 5.2.1. Kết quả mô hình hệ thống
• 5.2.2. Kết quả ứng dụng di động
• 5.3. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ thống điều khiển thiết bị điện

Hệ thống điều khiển thiết bị điện là trọng tâm của đồ án, tập trung vào việc quản lý và điều khiển các thiết bị điện thông qua công nghệ IoT. Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 để kết nối và điều khiển các thiết bị điện từ xa. Các thiết bị được điều khiển thông qua ứng dụng di động, cho phép người dùng bật/tắt thiết bị từ bất kỳ đâu. Hệ thống cũng tích hợp các module đo lường điện năng như PZEM-004T để thu thập dữ liệu về điện áp, dòng điện, công suất và điện năng tiêu thụ. Điều này giúp người dùng có cái nhìn tổng quan về việc sử dụng điện trong gia đình hoặc doanh nghiệp.

1.1. Điều khiển từ xa

Điều khiển từ xa là một tính năng nổi bật của hệ thống, cho phép người dùng điều khiển thiết bị điện qua Internet. Sử dụng giao thức MQTT, hệ thống kết nối với ứng dụng di động, giúp người dùng dễ dàng bật/tắt thiết bị từ xa. Tính năng này đặc biệt hữu ích trong việc quản lý thiết bị khi người dùng không có mặt tại nhà hoặc văn phòng.

1.2. Thiết bị điện thông minh

Thiết bị điện thông minh là các thiết bị được tích hợp vào hệ thống, có khả năng tự động hóa và điều khiển từ xa. Hệ thống sử dụng relay để điều khiển các thiết bị này, đảm bảo tính linh hoạt và hiệu quả trong việc quản lý điện năng. Các thiết bị này có thể được lập trình để hoạt động theo lịch trình hoặc dựa trên các điều kiện cụ thể.

II. Quản lý điện năng

Quản lý điện năng là một phần quan trọng của hệ thống, giúp người dùng theo dõi và kiểm soát lượng điện tiêu thụ. Hệ thống sử dụng module PZEM-004T để đo lường các thông số điện như điện áp, dòng điện, công suất và điện năng tiêu thụ. Dữ liệu này được hiển thị trên màn hình LCD và ứng dụng di động, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và đưa ra các biện pháp tiết kiệm điện. Hệ thống cũng tích hợp tính năng cảnh báo khi điện năng tiêu thụ vượt ngưỡng cho phép.

2.1. Tiết kiệm điện năng

Tiết kiệm điện năng là mục tiêu chính của hệ thống, giúp người dùng giảm thiểu chi phí điện hàng tháng. Hệ thống cung cấp các thông tin chi tiết về điện năng tiêu thụ, giúp người dùng nhận biết các thiết bị tiêu thụ nhiều điện và có biện pháp điều chỉnh phù hợp. Tính năng này đặc biệt hữu ích trong bối cảnh giá điện ngày càng tăng cao.

2.2. Giám sát điện năng

Giám sát điện năng là tính năng cho phép người dùng theo dõi các thông số điện trong thời gian thực. Hệ thống thu thập dữ liệu từ các thiết bị đo lường và hiển thị trên ứng dụng di động, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và phân tích mô hình sử dụng điện. Tính năng này giúp người dùng đưa ra các quyết định thông minh trong việc quản lý điện năng.

III. Ứng dụng IoT

Ứng dụng IoT là yếu tố cốt lõi của hệ thống, giúp kết nối các thiết bị điện và quản lý điện năng thông qua Internet. Hệ thống sử dụng giao thức MQTT để truyền dữ liệu giữa các thiết bị và ứng dụng di động. Điều này cho phép người dùng theo dõi và điều khiển thiết bị từ xa một cách dễ dàng. Ứng dụng IoT cũng giúp hệ thống trở nên linh hoạt và có khả năng mở rộng trong tương lai.

3.1. Công nghệ IoT

Công nghệ IoT được áp dụng để kết nối các thiết bị trong hệ thống, tạo ra một mạng lưới thông minh. Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 để kết nối với các thiết bị đo lường và điều khiển, đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả. Công nghệ IoT giúp hệ thống hoạt động ổn định và có khả năng mở rộng để tích hợp thêm các tính năng mới trong tương lai.

3.2. Hệ thống thông minh

Hệ thống thông minh là kết quả của việc tích hợp công nghệ IoT vào hệ thống quản lý điện năng. Hệ thống không chỉ giúp người dùng theo dõi và điều khiển thiết bị từ xa mà còn cung cấp các thông tin chi tiết về điện năng tiêu thụ. Điều này giúp người dùng đưa ra các quyết định thông minh trong việc quản lý và tiết kiệm điện năng.