Đồ Án Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Điều Khiển Thiết Bị Điện Tại HCMUTE

• Tác giả: Nguyễn Tri Phương
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đình Phú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Điều Khiển Thiết Bị Điện
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
• 1.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.3. GIỚI HẠN
• 1.4. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS
• 2.2.1. Lịch sử hình thành
• 2.2.2. Ứng dụng của IoT
• 2.2.3. CÔNG NGHỆ WIFI
• 2.2.3.1. Công nghệ truyền nhận dữ liệu
• 2.2.3.2. Thành phần của mạng Wifi
• 2.2.3.3. Cấu trúc liên kết
• 2.2.3.4. Cách thức hoạt động
• 2.2.3.5. Giao tiếp trong Wifi
• 2.2.3.6. Ưu nhược điểm
• 2.2.4. HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
• 2.2.4.1. Kiến trúc cơ bản
• 2.2.4.2. Thành phần của ứng dụng Android
• 2.2.4.3. Ưu nhược điểm
• 2.2.5. GIAO THỨC MQTT
• 2.2.5.1. Thành phần của MQTT
• 2.2.5.2. Broker trong IoT
• 2.2.6. GIỚI THIỆU NODE – RED
• 2.2.6.1. Node – RED và IoT
• 2.2.7. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.2.7.1. Giới thiệu chip Wifi ESP32
• 2.2.7.2. Tổng quan ESP32
• 2.2.7.3. Sơ đồ chân của module ESP32-WOOM-32
• 2.2.7.4. Chức năng tích hợp trong ESP32
• 2.2.7.5. CPU và kiến trúc bộ nhớ
• 2.2.7.6. Timers và Watchdogs
• 2.2.7.7. Hệ thống xung đồng hồ (Clock)
• 2.2.7.8. RTC và quản lý năng lượng thấp
• 2.2.7.9. Thiết bị ngoại vi và cảm biến của ESP32
• 2.2.7.10. Đặc tính về điện
• 2.2.7.11. Sơ đồ nguyên lý module ESP32-WOOM-32
• 2.2.7.12. Giới thiệu cảm biến
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.1. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.2. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 3.3. Tính toán và thiết kế
• 3.4. Khối xử lý trung tâm
• 3.5. Khối ngõ ra công suất
• 3.6. Khối cảm biến
• 3.7. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.2. Thi công board mạch
• 4.3. Lắp ráp và kiểm tra
• 4.4. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 4.5. Đóng gói bộ điều khiển
• 4.6. Thi công mô hình
• 4.7. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
• 4.7.1. Lưu đồ giải thuật mạch điều khiển
• 4.7.2. Lưu đồ giải thuật Web Server
• 4.7.3. Phần mềm lập trình vi điều khiển
• 4.7.4. Chương trình điều khiển
• 4.7.5. Ứng dụng Android
• 4.8. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC
• 4.8.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
• 4.8.2. Quy trình thao tác
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 5.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 5.2.1. Điều khiển và giám sát thiết bị, cảm biến qua Web Server
• 5.2.2. Điều khiển và giám sát thiết bị, cảm biến qua ứng dụng Android
• 5.3. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Mô hình Điều khiển Thiết bị Điện tại HCMUTE Tổng quan

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị điện" tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc thiết kế và triển khai một hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa. Đồ án sử dụng mạng Wifi và môi trường Internet để kết nối và giám sát thiết bị. Thiết kế hệ thống bao gồm cả phần cứng và phần mềm, tích hợp module ESP32 làm bộ điều khiển trung tâm. Hệ thống cho phép điều khiển từ xa các thiết bị điện thông qua ứng dụng Android và giao diện Web. Đồ án cũng tập trung vào việc giám sát trạng thái hoạt động và thu thập dữ liệu từ các thiết bị.

1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và thi công một mô hình điều khiển thiết bị điện hiệu quả, đáng tin cậy, sử dụng công nghệ hiện đại. Hệ thống nhắm đến khả năng điều khiển thiết bị điện thông thường như đèn, quạt, loa, tivi trong một phòng học. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc thiết kế hệ thống, lập trình phần cứng (ESP32), phát triển ứng dụng Android và giao diện Web, kiểm thử và đánh giá hiệu quả hệ thống. Ứng dụng Android và giao diện Web sẽ cho phép người dùng điều khiển từ xa và giám sát các thiết bị điện một cách tiện lợi. Hệ thống sẽ giám sát được nhiệt độ và độ ẩm của phòng. Mô hình điều khiển thiết bị điện được thiết kế với mục đích ứng dụng thực tiễn tại các phòng học, phòng thí nghiệm, hay hộ gia đình.

1.2 Công nghệ và phương pháp

Đồ án áp dụng công nghệ Internet of Things (IoT), sử dụng mạng Wifi để kết nối các thiết bị. Module ESP32 được chọn làm bộ điều khiển trung tâm nhờ khả năng xử lý, kết nối và khả năng lập trình linh hoạt. Giao thức MQTT được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị và máy chủ. Ứng dụng Android và giao diện Web được xây dựng sử dụng các công cụ phát triển ứng dụng phổ biến. Thiết kế phần cứng bao gồm việc chọn lựa linh kiện, thiết kế mạch điện, và lắp ráp hệ thống. Việc kiểm thử hệ thống được thực hiện qua nhiều giai đoạn, từ thử nghiệm từng module cho đến thử nghiệm toàn bộ hệ thống. Phương pháp nghiên cứu bao gồm nghiên cứu tài liệu, thiết kế, triển khai và đánh giá. Phân tích dữ liệu được thực hiện để đánh giá hiệu quả của hệ thống.

II. Phân tích và đánh giá mô hình

Đồ án tốt nghiệp này thể hiện sự hiểu biết tốt về các công nghệ điều khiển thiết bị điện hiện đại. Việc sử dụng ESP32 như một bộ điều khiển trung tâm là hợp lý, đáp ứng được yêu cầu về khả năng xử lý, kết nối và lập trình. Việc kết hợp ứng dụng Android và giao diện Web tăng cường tính tiện lợi cho người dùng. Tuy nhiên, đồ án vẫn còn một số hạn chế. Hệ thống chỉ được thử nghiệm trong phạm vi phòng học, khả năng mở rộng và ứng dụng trong môi trường phức tạp hơn cần được xem xét thêm. An toàn điện cần được chú trọng hơn trong thiết kế và thi công.

2.1 Ưu điểm của mô hình

Mô hình có nhiều ưu điểm. Sử dụng công nghệ IoT hiện đại và phổ biến. Khả năng điều khiển từ xa các thiết bị điện thông qua internet. Ứng dụng Android và giao diện Web thân thiện với người dùng. Việc giám sát trạng thái hoạt động các thiết bị và lưu trữ dữ liệu rất hữu ích. Mô hình có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao. Thiết kế hệ thống gọn nhẹ, dễ lắp đặt. Module ESP32 cho phép mở rộng chức năng trong tương lai. PLC trong điều khiển thiết bị điện là một hướng phát triển khả thi. SCADA trong điều khiển thiết bị điện cũng là hướng phát triển thú vị cần xem xét thêm.

2.2 Hạn chế và hướng phát triển

Một số hạn chế cần được khắc phục. Khả năng mở rộng của hệ thống còn hạn chế. Chưa có tính năng quản lý năng lượng tích hợp. Việc an toàn điện cần được cải thiện. Khả năng tương thích với các thiết bị khác nhau cần được nghiên cứu thêm. Mô hình điều khiển tự động có thể được cải thiện bằng thuật toán thông minh hơn. Ứng dụng vi xử lý trong điều khiển thiết bị điện cần được nghiên cứu sâu hơn. Kiến trúc hệ thống điều khiển có thể được tối ưu hoá để tăng hiệu suất. Đào tạo điều khiển thiết bị điện tại HCMUTE cần được cập nhật để đáp ứng xu hướng công nghệ.