CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI cảnh báo sử dụng lượng điện năng vượt ngưỡng cho phép hàng ngày, hàng tháng và lưu trữ dữ liệu trên Google Sheets. Qua đó, hệ thống giúp chúng ta quản lý và giám sát điện năng dễ dàng, an toàn và nâng cao ý thức sử dụng tiết kiệm điện. Để hoàn thành những mục tiêu đề tài đặt ra, tôi đã tiến hành thực hiện gồm những nội dung sau: Nội dung 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, các nội dung liên quan đến đề tài. Nội dung 2: Lập trình Node MCU ESP8266 giao tiếp với PZEM004T để đo các thông số điện năng.
Nội dung 3: Viết chương trình cho ESP8266 gửi dữ liệu lên Google Sheets. Nội dung 4: Kết nối giữa phần cứng giữa ESP8266 với PZEM004T và LCD. Nội dung 5: Thao tác tiến hành kết nối giữa vi điều khiển với phần mềm Blynk. Nội dung 6: Viết chương trình tự động kết nối khi mất tín hiệu WiFi.
Nội dung 7: Chương trình tạo cập nhật WiFi và Token Blynk mới trên điện thoại. Nội dung 8: Viết chương trình điều khiển đồng bộ nút nhấn cho khởi động từ. Nội dung 9: Viết chương trình cài đặt ngày qua tháng, cài đặt ngưỡng bảo vệ, ngưỡng điện năng tiêu thụ. Nội dung 10: Thiết kế bản vẽ PCB hoàn chỉnh.
Nội dung 11: Thi công hệ thống phần cứng hoàn chỉnh. Nội dung 12: Xây dựng giao diện hiển thị thông số điện năng lên điện thoại. Nội dung 13: Tiến hành chạy thử nghiệm và xem tính ổn định. Nội dung 14: Lấy mẫu kiểm tra, so sánh số liệu đo thực tế với thiết bị đã được kiểm định.
Nội dung 15: Viết quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp. Nội dung 16: Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Ngô Việt Tứ 18 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Công nghệ IoT Internet of Things hay còn gọi là IoT là một mạng lưới gồm các thiết bị được kết nối với nhau thông qua Internet, các thiết bị này có khả năng thu thập và chia sẽ dữ liệu cho nhau về cách mà chúng sử dụng cũng như môi trường mà chúng đang vận hành. Tất cả các dữ liệu được thu thập bằng các cảm biến được gắn trong mọi thiết bị, chúng được giao tiếp với nhau thông qua một ngôn ngữ chung, các dữ liệu được phát ra từ các cảm biến khác nhau sẽ được mã hóa trước khi gửi lên nền tảng IoT. Nền tảng IoT sẽ thu thập từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, sau đó sẽ tiến hành phân tích chuyên sâu các dữ liệu này và thông tin có giá trị sẽ được trích xuất theo yêu cầu của người dùng[4]. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, hồng ngoại,… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cà phê, bóng đèn, máy lạnh và nhiều thiết bị khác.
Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: đến năm 2030, sẽ có khoảng hơn 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa. IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người với người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi.
Lựa chọn chuẩn giao thức kết nối sao cho hợp lý là rất quan trọng, tùy thuộc vào các ứng dụng và các yếu tố như phạm vi giao tiếp, khối lượng dữ liệu truyền, yêu cầu tinh bảo mật, năng lượng cho hệ thống pin,… sẽ quyết định lựa chọn một hoặc nhiều phương thức truyền thông phù hợp. SVTH: Ngô Việt Tứ 19 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mô hình Internet of Thing cơ bản Hình 2. Mô hình IoT cơ bản Các thành phần cơ bản trong một mô hình IoT: − Kết nối và đồng bộ hóa: Đồng bộ các giao thức và các dữ liệu định dạng khác nhau vào một giao diện phần mềm đảm bảo việc truyền dữ liệu chính xác và tương tác với tất cả các thiết bị. − Quản lý thiết bị: Đảm nhiệm vai trò kết nối các thiết bị hoạt động bình thường, cập nhật phần mềm (ứng dụng) đang chạy trên thiết bị.
− Cơ sở dữ liệu: Đây là phần quan trọng nhất của nền tảng IoT nó lưu trữ và có khả năng xem lại dữ liệu một cách tổng quan. Công nghệ cảm biến Cảm biến (CB) là một thiết bị điện tử có chức năng nhận biết các yếu tố vật lý hoặc yếu tố hóa học nơi nó được đặt vào sau đó chuyển thành dạng thông tin mã hóa và chuyển về màn hình hoặc máy tính, hệ thống PLC để có thể điều khiển các thiết bị khác từ xa[5]. Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó. Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay SVTH: Ngô Việt Tứ 20 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin hay trong điều khiển các quá trình khác.
Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất,… tác động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dòng điện,… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Các chuẩn truyền dữ liệu 2. Chuẩn giao tiếp I2C I2C là viết tắt của từ Inter – Integrated Circuit là một chuẩn truyền thông do hãng điện tử Phillips Semiconductor sáng lập và xây dựng thành chuẩn năm 1990. Phiên bản mới nhất của I2C là V3.
Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C. Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau[6]. I2C mặc dù được phát triển bởi Phillips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển.
Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM,…chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự (DAC), IC điều khiển LCD, LED,… Hình 2. Bus I2C và các thiết bị ngoại vi Đặc điểm giao tiếp I2C Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ và chỉ theo một hướng. Như ta thấy trên hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL.
SVTH: Ngô Việt Tứ 21 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2. Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1k đến 4. Xem hình, ta thấy có rất nhiều thiết bị cùng được kết nối vào một bus I2C, mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối. Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận.
Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ hay là tớ. Một thiết bị hay một IC khi kết nối với Bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Khi giữa hai thiết bị chủ - tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp. Chế độ hoạt động Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ khác nhau: − Chế độ tiêu chuẩn (Standard Mode) − Chế độ nhanh (Fast Mode) − Chế độ cao tốc (High Speed) Chế độ tiêu chuẩn: − Đây là chế độ tiêu chuẩn ban đầu được phát hành từ những năm đầu năm 80.
SVTH: Ngô Việt Tứ 22 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU − Nó có tốc độ dữ liệu tối đa là 100kbps − Nó sử dụng 7-bit địa chỉ, 112 địa chỉ tớ Chế độ nhanh: − Tốc độ truyền dữ liệu được tăng lên 400kbps − Để ngăn chặn gai tiếng ồn. Ngõ vào của thiết bị Fast mode là Schmitt- triggered. − Chân SCL và SDA của một thiết bị chủ tớ I2C ở trạng thái trở kháng cao khi không cấp nguồn. Chế độ High Speed (Chế độ cao tốc): − Chế độ này được tạo ra chủ yếu để tăng tốc độ dữ liệu lên đến 36 lần nhanh hơn so với chế độ tiêu chuẩn.4 Mbps (với 𝐶𝑏 = 100 pF) − Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: • Một chủ một tớ (One master – one slave) • Một chủ nhiều tớ (One master – multi slave) • Nhiều chủ một tớ (Multi master – one slave) − Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào mối quan hệ chủ tớ.
Giả thiết một thiết bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau: • Thiết bị A xác định đúng địa chỉ của thiết bị B, cùng với việc xác định địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị chủ tớ. • Thiết bị A gửi dữ liệu lên thiết bị B • Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là A sẽ là nơi nhận dữ liệu gửi từ B. Trong trường hợp này, A vẫn là chủ còn B vẫn là tớ SVTH: Ngô Việt Tứ 23 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trình tự truyền bit trên đường truyền: Hình 2. Trình tự truyền bit trên đường truyền Bước 1: Thiết bị chủ tạo một điều kiện start.