I. Giám sát điện năng từ xa
Phần này tập trung vào giám sát điện năng từ xa, một khía cạnh quan trọng của hệ thống. Đề tài đề cập đến việc thu thập dữ liệu điện năng (điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng tiêu thụ) từ các cảm biến như PZEM004T. Dữ liệu này được truyền về trung tâm giám sát thông qua kết nối Internet và mạng lưới LoRa. Việc sử dụng Internet cho phép truy cập và giám sát từ xa thông qua ứng dụng di động trên hệ điều hành Android. Mạng lưới LoRa bổ sung khả năng giám sát ở những khu vực không có kết nối internet, tăng tính linh hoạt và độ phủ sóng của hệ thống. Hệ thống cung cấp giám sát năng lượng thời gian thực, hỗ trợ quản lý năng lượng thông minh và tiết kiệm năng lượng. Phân tích dữ liệu năng lượng được thực hiện để cung cấp báo cáo chi tiết về tiêu thụ điện năng, giúp người dùng hiểu rõ hơn về thói quen sử dụng điện và đưa ra các biện pháp tiết kiệm hiệu quả. Hệ thống giám sát điện năng an toàn được thiết kế để đảm bảo tính toàn vẹn và an ninh dữ liệu.
1.1 Thu thập và truyền dữ liệu
Hệ thống sử dụng cảm biến điện năng PZEM004T để thu thập dữ liệu về điện áp, dòng điện, công suất và năng lượng tiêu thụ. Dữ liệu này được xử lý bởi vi điều khiển (như STM32F103, Arduino Nano) trước khi được truyền lên trung tâm. Kết nối Internet sử dụng module ESP8266, cho phép truyền dữ liệu lên nền tảng đám mây (như Firebase) để truy cập từ xa. Song song đó, mạng lưới LoRa được tích hợp để đảm bảo khả năng giám sát và điều khiển ngay cả khi không có kết nối Internet. Công nghệ LoRaWAN được lựa chọn để tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và độ phủ sóng. Module Lora E32-TTL-100 là thành phần quan trọng trong việc thiết lập kết nối không dây. Thu thập dữ liệu năng lượng được thực hiện liên tục để đảm bảo giám sát thời gian thực. Mô hình hóa dữ liệu năng lượng được sử dụng để dự đoán và phân tích xu hướng tiêu thụ điện năng. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu, chẳng hạn như nhiễu tín hiệu, cũng được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế hệ thống. Phương pháp truyền dữ liệu được lựa chọn để đảm bảo tính hiệu quả và độ tin cậy.
1.2 Xử lý và hiển thị dữ liệu
Dữ liệu điện năng sau khi được thu thập sẽ được xử lý bởi phần mềm giám sát. Phân tích dữ liệu năng lượng giúp tạo ra các báo cáo trực quan về tiêu thụ điện năng, bao gồm biểu đồ, số liệu thống kê. Ứng dụng giám sát năng lượng trên điện thoại cho phép người dùng theo dõi dữ liệu thời gian thực và nhận thông báo cảnh báo khi có sự cố. Màn hình hiển thị (LCD 16x2, LCD TFT 2.4 inch) trên thiết bị giám sát hiển thị các thông số quan trọng. Phần mềm giám sát năng lượng được thiết kế thân thiện với người dùng, dễ dàng sử dụng và hiểu kết quả. Báo cáo năng lượng được tạo tự động và có thể được xuất ra nhiều định dạng khác nhau. Hệ thống quản lý năng lượng cho phép người dùng đặt các ngưỡng cảnh báo để nhận thông báo kịp thời khi tiêu thụ điện năng vượt quá mức cho phép. Dữ liệu năng lượng được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để phục vụ cho việc phân tích dài hạn và cải thiện hiệu quả năng lượng. Việc tích hợp Internet of things (IoT) tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát và quản lý từ xa, hiệu quả hơn.
II. Điều khiển thiết bị từ xa qua Internet và LoRa
Phần này tập trung vào điều khiển thiết bị từ xa thông qua Internet và LoRa. Hệ thống cho phép người dùng điều khiển các thiết bị điện (đèn, quạt,...) từ xa thông qua ứng dụng di động. Điều khiển thiết bị qua Internet sử dụng kết nối Internet và giao thức thích hợp. Điều khiển thiết bị qua LoRa cho phép điều khiển thiết bị ở những khu vực không có kết nối Internet. Điều khiển thiết bị IoT được thực hiện thông qua một giao diện thân thiện với người dùng trên ứng dụng di động. Hệ thống sử dụng mô hình Master-Slave, thiết bị chính (Master) kết nối Internet, các thiết bị phụ (Slave) giao tiếp với Master qua mạng lưới LoRa. Hệ thống điều khiển từ xa được thiết kế để đảm bảo an toàn và tin cậy, tránh các rủi ro không mong muốn. An ninh mạng cho hệ thống giám sát là một yếu tố quan trọng cần được xem xét để bảo vệ dữ liệu và quyền riêng tư của người dùng. Tích hợp hệ thống giám sát và điều khiển giúp người dùng quản lý năng lượng và thiết bị điện một cách hiệu quả.
2.1 Điều khiển qua Internet
Điều khiển thiết bị từ xa qua Internet được thực hiện thông qua ứng dụng di động trên Android. Ứng dụng này cho phép người dùng bật/tắt các thiết bị, điều chỉnh các thông số hoạt động. Giao diện ứng dụng được thiết kế trực quan, dễ sử dụng. Kết nối Internet ổn định là yếu tố quan trọng đảm bảo hiệu quả điều khiển. An ninh mạng được đảm bảo bằng các biện pháp bảo mật phù hợp. Phần mềm điều khiển từ xa được viết bằng ngôn ngữ lập trình phù hợp (ví dụ: Java). Tương tác người dùng được thiết kế để dễ dàng thao tác và theo dõi trạng thái của các thiết bị. Hiệu năng hệ thống được tối ưu để đảm bảo thời gian phản hồi nhanh chóng. Khả năng mở rộng của hệ thống được xem xét để cho phép thêm nhiều thiết bị trong tương lai. Kiểm thử hệ thống được tiến hành kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả. Việc sử dụng nền tảng IoT như Firebase giúp quản lý và giám sát các thiết bị một cách thuận tiện.
2.2 Điều khiển qua LoRa
Điều khiển thiết bị qua LoRa được sử dụng trong các khu vực không có kết nối Internet. Mạng lưới LoRa cho phép truyền dữ liệu không dây với phạm vi rộng và tiêu thụ năng lượng thấp. Cấu hình mạng LoRa được thực hiện để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả. Giao tiếp giữa Master và Slave được thiết lập qua công nghệ LoRaWAN. Phần cứng được lựa chọn để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định trong môi trường thực tế. Khả năng chống nhiễu của hệ thống được xem xét để đảm bảo tính tin cậy của tín hiệu. Thời gian phản hồi của hệ thống cần được tối ưu hóa. Quản lý năng lượng của các thiết bị Slave được chú trọng để kéo dài tuổi thọ pin. An ninh mạng vẫn cần được xem xét, mặc dù rủi ro thấp hơn so với kết nối Internet. Triển khai hệ thống giám sát điện năng kết hợp cả Internet và LoRa mang lại giải pháp linh hoạt và toàn diện.
