CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện đề tài nhóm rút ra được những kết luận về khả năng hoạt động của thiết bị trong thực tế. Sau đó, tổng hợp đề xuất những hướng phát triển cho đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Điện năng lượng mặt trời hay còn được gọi là quang điện, cụ thể là lĩnh vực ứng dụng công nghệ, kỹ thuật biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng thông qua pin mặt trời. Pin năng lượng mặt trời được tạo thành từ nhiều tế bào quang điện hay còn gọi là tế bào PV(Photovoltaic).
Các tế bào PV này được làm từ các vật liệu bán dẫn như silic (silicon) và có khả năng tạo ra điện khi bị chiếu sáng. Các tế bào quang điện được gắn kết với nhau trong một tấm pin và các tấm pin liên kết liền kề với nhau gọi là hệ thống điện năng lượng mặt trời [4]. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên việc sử dụng nguồn năng lượng sạch ngày càng phổ biến. Thời kì đầu, điện năng lượng mặt trời được ứng dụng cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyền.
Công dụng chính của hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm cung cấp điện tiêu dùng cho các hộ gia đình và sạc pin cho các thiết bị điện. Ngoài ra hệ thống điện năng lượng mặt trời còn cung cấp điện năng cho các hệ thống như đèn đường, trạm điện thoại, bộ điều khiển từ xa,. Hiện nay, nhiều dạng hệ thống điện năng lượng mặt trời ra đời nhằm đáp ứng riêng cho từng mục đích sử dụng nhưng trong số đó hệ thống được nhiều người tiên dùng lựa chọn đó là hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới. Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới là một hệ thống phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi bởi các hộ gia đình và doanh nghiệp.
Hệ thống này không cần pin lưu trữ và sử dụng một biến tần được kết nối với lưới điện công cộng, bất kỳ lượng điện mặt trời dư thừa nào mà do hệ thống tạo ra đều được đưa vào lưới điện công cộng. Thứ hai là hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống không được kết nối trực tiếp với lưới BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT điện, do đó hệ thống này cần bộ lưu trữ pin hệ thống này phù hợp cho các nhu cầu sử dụng điện năng của hộ gia đình. Thứ ba là hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có pin lưu trữ là một hệ thống hiện đại kết hợp giữa pin năng lượng mặt trời, acquy lưu trữ và lưới điện quốc gia. Hiểu đơn giản là lưu trữ điện năng lượng mặt trời được tạo ban ngày và đêm thì sử dụng nó.
Khi mà năng lượng dự trữ trong acquy hết thì lưới điện giống như một bộ lưu trữ dự phòng được kích hoạt cho phép người dùng sử dụng. Hệ thống ưu tiên sử dụng nguồn điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời để cung cấp cho các thiết bị gia dụng.2 TẦM ẢNH HƯỞNG CỦA GIÁM SÁT, ỨNG DỤNG IOT VÀO HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Trong những năm gần đây, tình hình biến đổi thời tiết luôn là một vấn đề nan giải được thế giới quan tâm, được báo chí tin tức rất nhiều nào là hạn hán kéo dài, mưa bão, dịch bệnh… thì kéo theo đó là nạn suy thoái kinh tế củng được lan truyền khắp tin tức thời sự. Với những biến động trên thì không thể tránh khỏi việc nhu cầu sử dụng năng lượng càng tăng và chi phí để chi tiêu ra những khoản đó thật sự rất lớn khiến cho người tiêu dùng rất lo ngại. Trong thời khắc như thế này thì chúng ta sẽ tìm cách khắc phục củng như tìm ra các giải pháp để tối ưu củng như cắt giảm đáng kể là sử dụng nguồn năng lượng tái tạo điển hình là năng lượng mặt trời.
Nhưng việc sử dụng được nguồn năng lượng sạch này đi kèm vào đó người tiêu dùng còn phải nghĩ đến việc quản lý và giám sát hệ thống điện năng lượng mặt trời để tiết kiệm năng lượng trong các cá nhân, tổ chức, công nghiệp, chính phủ… Nguồn năng lượng điện mặt trời góp phần giảm sự tiêu thụ nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng trở nên cạn kiệt. Khắc phục được những vấn đề nghiêm trọng liên quan đến lợi nhuận của cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp, .Quản lý và giám sát điện năng lượng còn đóng góp to lớn vào chi phí sinh hoạt của từng hộ dân sinh sống.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IOT Công nghệ IoT (Internet of Things) là một hệ thống mạng liên kết các thiết bị vật lý, đối tượng và cảm biến thông qua internet. Nó cho phép các thiết bị này giao tiếp và trao đổi dữ liệu với nhau mà không cần sự tương tác của con người. Là một BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT hệ thống các thiết bị tính toán có liên hệ với nhau, máy móc cơ khí, kỹ thuật số, con người được cung cấp một mã định danh sẳn của riêng mình và khả năng truyền dữ liệu qua mạng, nói một cách đơn giản là một hệ thống nâng cao có thể kết nối tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và thế giới bên ngoài.
Để liên kết các thiết bị với nhau thông thường sẽ dùng các công nghệ khác nhau như: Wifi, Bluetooth, hồng ngoại, mạng viễn thông băng rộng như 3G, 4G, LoRa,… Ứng dụng của công nghệ IoT rất đa dạng và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nhà thông minh, y tế, năng lượng, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và hơn thế nữa. Một mạng IoT có thể chứa 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối với nhau và theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Vì thế hiện nay IoT đang được đánh giá rất cao, là chìa khóa thành công của rất nhiều doanh nghiệp như năm 2019 theo dự kiến của IDC thì toàn cầu sẽ chi 1300 tỷ đô la Mỹ cho việc sử dụng IoT, năm 2020 theo dự đoán của Gartner giá trị gia tăng do IoT mang lại là 1900 tỷ đô la Mỹ [7]. Với sự đa dạng về các thiết bị kết nối cùng với các công nghệ kết nối được nói trên thì việc sử dụng và lựa chọn chuẩn giao thức cho việc kết nối là vô cùng quan trọng.
Để lựa chọn và ứng dụng IoT một cách hợp lý thì người sử dụng phải xem xét dựa trên nhiều yếu tố như phạm vi giao tiếp, yêu cầu về tính bảo mật, khối lượng dữ liệu truyền đi, số lượng thiết bị kết nối…Từ đó đưa ra những đánh giá, nhận xét và quyết định chọn lựa giao thức kết nối phù hợp với dự án. ➢ Giao thức kết nối Wifi: Ở dự án này nhóm em sử dụng giao thức kết nối Wifi (Wireless Fidelity) là giao thức chính. Wifi là một hệ thống truy cập Internet không dây cho phép các thiết bị như điện thoại di động, tivi, laptop, máy tính bảng và các thiết bị thông minh khác kết nối với Internet thông qua bước sóng vô tuyến mà không cần cáp mạng. Wifi là một tiêu chuẩn mạng cục bộ LAN không dây với mô hình kết nối với phạm vi địa lý có giới hạn như nhà ở, các trung tâm thương mại, văn phòng làm việc…Có thể nói rằng Wifi là một phương thức truyền dữ liệu với phạm vi kết nối hẹp, chi phí vận hành thấp cho phép người dùng có thể sử dụng một cách tiện lợi mà không cần mạng dây hay cáp quang.
Wifi còn khác biệt so với các sóng vô tuyến khác là nó giao tiếp ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Với sự khác biệt này làm cho Wifi có tính đặc trưng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT riêng, song song với đó tần số cao hơn cho phép mang theo dữ liệu nhiều hơn. Hiện nay, thì có rất nhiều chuẩn Wifi, phổ biến tân tiến nhất là chuẩn Wifi 6 (802.11ax) với những tính năng nổi bật mới như sau: • Tốc độ tăng cường: Wi-Fi 6 cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 Gbps, nhanh gấp hai lần so với chuẩn Wi-Fi 5 (802. • Khả năng kết nối nhiều thiết bị: Wi-Fi 6 có hỗ trợ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), cho phép chia sẻ kênh truyền dữ liệu thành các khối nhỏ hơn.
• Tiết kiệm năng lượng: Wi-Fi 6 cung cấp các cải tiến về tiêu thụ năng lượng, kéo dài thời gian sử dụng pin giúp các thiết bị hoạt động hiệu quả hơn. Ngoài ra còn rất nhiều chuẩn giao thức truyền thông tin khác như NFC, Neul, Z-wave, bluetooth, Zigbee,…sử dụng trong các hệ thống ứng dụng IoT [8].4 CHUẨN GIAO TIẾP I2C Vào đầu những năm 1980, Phillips Semiconductor đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây gọi là I2C, viết tắt là cụm từ Inter- Intergrated Circuit. Cụ thể I2C là một đường Bus giao tiếp giữa các IC lại với nhau, mặc dù phát triển bởi Philips nhưng I2C đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên toàn thế giới sử dụng và ứng dụng nó, trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao thức kết nối điều khiển. Ngoài ra thì Bus I2C còn được sử dụng làm bus giao tiếp với các loại IC ngoại vi như vi điều khiển, ARM, PIC, AVR… Chip nhớ như EEPROM, bộ chuyển đổi số tương tự DAC, tương tự số ADC, IC điều khiển Led, LCD….1 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Đặc điểm giao tiếp I2C I2C là sự kết hợp tốt nhất của UART và SPI.
I2C có thể có nhiều Salve và một Master duy nhất tuy nhiên có thể nhiều Master điều khiển một hoặc nhiều Slave tùy theo nhu cầu sử dụng của người dùng và khi muốn có nhiều hơn một vi điều khiển ghi dữ liệu vào một thẻ nhớ duy nhất hoặc hiển thị văn bản lên LCD.2 Quá trình truyền nhận dữ liệu từ Master đến Slave Tương tự như giao tiếp UART, giao tiếp I2C cũng sử dụng 2 loại dây để truyền tín hiệu giữa các thiết bị và nhận dữ liệu. • SCL (Serial Clock) – đường mang tín hiệu xung nhịp. • SDA (Serial Data) – đường truyền của Master với Slave để gửi và nhận dữ liệu. Các bit dữ liệu sẽ được truyền đi theo từng bit một dọc theo đường SDA theo các khoảng cách đều đặn được xác định bởi SCL.