Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, sự bùng nổ của các lĩnh vực công nghệ thông tin, kỹ thuật điện tử và tự động hóa đã và đang làm thay đổi sâu sắc đời sống sinh hoạt của con người. Các thiết bị tự động hóa không chỉ hiện diện trong sản xuất công nghiệp mà ngày càng thâm nhập sâu vào các công trình dân dụng, hình thành nên mô hình nhà thông minh (Smart Home) với khả năng giám sát và điều khiển thiết bị điện từ xa.

Trước đây, việc xây dựng một hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị qua mạng Internet thường đòi hỏi người thực hiện phải thực hiện nhiều công đoạn phức tạp như: thiết lập mở cổng mạng (port forwarding) trên router nội bộ, đăng ký các dịch vụ tên miền động (DynDNS, No-IP) để cập nhật địa chỉ IP công cộng, lập trình nhúng phần cứng để hoạt động như một web server, cũng như tự xây dựng toàn bộ ứng dụng điều khiển trên các hệ điều hành di động (Android, iOS). Những rào cản kỹ thuật này làm tăng độ phức tạp trong triển khai và bảo trì hệ thống.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển thiết bị điện dân dụng qua mạng Internet" do sinh viên Lê Xuân Sự thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Hồ Sỹ Phương tại Viện Kỹ thuật và Công nghệ - Trường Đại học Vinh (năm 2018) được xây dựng nhằm giải quyết các thách thức trên thông qua việc ứng dụng nền tảng phần cứng mã nguồn mở Arduino, vi điều khiển PIC, module mạng Ethernet Shield W5100 kết hợp cùng nền tảng đám mây Blynk.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về vi điều khiển (ATmega328, PIC 18F4620), module giao tiếp mạng Arduino Ethernet Shield W5100, module đóng cắt Relay và nền tảng điều khiển IoT Blynk.
  2. Khảo sát các tiêu chuẩn an toàn điện dân dụng, tính toán phụ tải và phương pháp lựa chọn dây dẫn điện cho nhà ở sinh hoạt.
  3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý và chế tạo hoàn chỉnh các khối chức năng phần cứng: khối nguồn ổn áp LM2596-ADJ, khối điều khiển trung tâm, khối cách ly đầu vào Input (Optocoupler), khối chấp hành đầu ra Output (Optocoupler + Transistor C1815 + Relay) và khối kết nối mạng Ethernet.
  4. Xây dựng chương trình điều khiển nhúng, cấu hình giao diện quản lý trên ứng dụng di động Blynk để giám sát và đóng ngắt tải điện từ xa qua môi trường mạng Internet.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng (quạt điện, đèn chiếu sáng, máy điều hòa không khí, tivi...) và hệ thống cáp truyền tải hạ áp một pha 220V trong nhà ở. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế mô hình mạch điều khiển thực nghiệm và tính toán mạng điện sinh hoạt tại Việt Nam, hoàn thành vào năm 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng khung kiến trúc kỹ thuật dựa trên các cơ sở lý thuyết phần cứng nhúng, giao thức truyền thông mạng và kỹ thuật điện dân dụng:

  • Nền tảng vi điều khiển ATmega328 / Arduino: Nền tảng phần cứng mã nguồn mở dựa trên kiến trúc Harvard của lõi vi điều khiển AVR 8-bit, sử dụng đường bus tách biệt cho bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Vi điều khiển xử lý logic thông qua môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE với ngôn ngữ lập trình C/C++ rút gọn.
  • Module giao tiếp mạng Arduino Ethernet Shield W5100: Module mạng tích hợp chip phần cứng Wiznet W5100 hỗ trợ đầy đủ ngăn xếp giao thức mạng TCP/IP và UDP. Module giao tiếp với bo mạch xử lý thông qua chuẩn giao tiếp nối tiếp tốc độ cao SPI (Serial Peripheral Interface).
  • Cách ly quang và phần tử chấp hành Relay: Module rơ-le điện cơ kết hợp bộ đệm bán dẫn (Transistor) và linh kiện cách ly quang (Optocoupler) nhằm bảo vệ vi xử lý khỏi hiện tượng quá áp hoặc dòng cảm ứng ngược sinh ra khi đóng/ngắt tải xoay chiều công suất lớn.
  • Nền tảng IoT Blynk: Kiến trúc phần mềm phân tán gồm ứng dụng di động (Blynk App), máy chủ trung gian (Blynk Server/Cloud) và thư viện phần cứng (Blynk Library). Hệ thống hoạt động theo cơ chế trao đổi dữ liệu hai chiều thông qua mã định danh bảo mật (Auth Token) và các kênh truyền dữ liệu ảo (Virtual Pins).
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật điện hạ thế: Sử dụng các công thức tính toán sụt áp và chọn tiết diện dây dẫn theo dòng phát nóng cho phép, áp dụng tiêu chuẩn sụt áp không quá 5% trên chiều dài đường dây cấp điện cho hộ gia đình.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được áp dụng xuyên suốt đồ án: kết hợp tính toán lý thuyết công suất tiêu thụ điện, mô phỏng thiết kế mạch nguyên lý phần cứng, thi công mạch in/mạch thực nghiệm và nạp code thử nghiệm thực tế với đường truyền Internet qua cổng mạng RJ45.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương 1 hệ thống hóa toàn bộ các nền tảng công nghệ phần cứng và phần mềm được sử dụng trong việc xây dựng hệ thống điều khiển:

  1. Tổng quan về nền tảng Arduino: Giới thiệu bo mạch Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển ATmega328. Bo mạch hỗ trợ 14 chân vào/ra số (trong đó có 6 chân PWM), 6 chân đầu vào tương tự (ADC 10-bit), dao động thạch anh 16 MHz, cổng nạp USB và giao diện cấp nguồn linh hoạt.
  2. Module Arduino Ethernet Shield: Phân tích cấu trúc phần cứng dựa trên chip W5100 có bộ đệm nội dung lượng 16 KB, hỗ trợ tốc độ truyền nhận 10/100 Mbps qua cổng RJ45 và khe cắm thẻ nhớ micro SD mở rộng. Module kết nối với Arduino Uno qua các chân SPI tiêu chuẩn: chân 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), chân chọn chip W5100 là chân 10 và chân chọn thẻ nhớ SD là chân 4.
  3. Module Relay và mạch kích: Khảo sát rơ-le loại SRD-05VDC-SL-C với điện áp kích cuộn hút tối ưu là 5V DC. Các thông số tiếp điểm cho phép đóng cắt tải đạt tối đa: 10A - 250VAC, 10A - 125VAC, 10A - 30VDC và 10A - 28VDC. Phân tích nguyên lý chân chung (COM), chân thường mở (NO), chân thường đóng (NC) và hai dạng kích hoạt logic (mức cao - Active High, mức thấp - Active Low).
  4. Tổng quan về phần mềm Blynk: Làm rõ mô hình vận hành của Blynk, cho phép người dùng cấu hình các nút điều khiển, thanh trượt (Slider), đồng hồ đo giá trị (Gauge/Display) trên giao diện điện thoại thông minh mà không cần trực tiếp lập trình ứng dụng Android/iOS.
Thành phần / Thiết bị Thông số kỹ thuật chính ghi nhận trong văn bản
Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V; Tần số xung nhịp 16 MHz; Bộ nhớ Flash 32 KB; SRAM 2 KB; EEPROM 1 KB; Dòng DC tối đa trên mỗi chân I/O là 40 mA; Điện áp nguồn cấp ngoài khuyến nghị 7V - 12V (giới hạn 6V - 20V).
Ethernet Shield W5100 Chip xử lý W5100; Bộ đệm 16 KB; Tốc độ 10/100 Mbps; Chuẩn giao tiếp SPI; Tích hợp khe cắm thẻ Micro SD; Hỗ trợ tối đa 4 kết nối đồng thời qua giao thức TCP/UDP.
Module Relay SRD-05VDC-SL-C Điện áp điều khiển 5V DC; Tiếp điểm chịu tải 10A tại điện áp 250V AC hoặc 30V DC; Cấu trúc 3 chân điều khiển (+, -, Signal) và 3 chân tiếp điểm lực (COM, NO, NC).

Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống

Nội dung chương 2 tập trung vào hai phần trọng tâm: phân tích tính toán lựa chọn dây cáp điện an toàn cho nhà ở dân dụng và thiết kế chi tiết các khối mạch điện tử của hệ thống điều khiển.

1. Tính toán phụ tải và lựa chọn dây cáp điện sinh hoạt

Tác giả đưa ra hướng dẫn chi tiết về việc tính chọn dây dẫn mạng điện 1 pha 2 dây 220V qua 3 bước:

  • Xác định nguồn điện và tổng công suất: Quy đổi đơn vị $1\text{ kW} = 1.000\text{ W}$, $1\text{ HP} = 750\text{ W}$.
  • Áp dụng hệ số đồng thời: Do các thiết bị trong nhà ít khi vận hành đồng thời 100%, công suất tính toán được giảm xuống với hệ số đồng thời $k_{đt} = 0{,}8$.
  • Kiểm tra độ sụt áp: Áp dụng công thức kiểm tra độ sụt áp cho nguồn 1 pha 2 dây 220V: $$\frac{0{,}187 \times P \times L}{S} \le 11$$ Trong đó: $P$ là công suất tính toán (kW), $L$ là chiều dài đường dây (m), $S$ là tiết diện ruột dẫn ($\text{mm}^2$). Tiêu chuẩn sụt áp cho phép không vượt quá 5% ở chế độ đầy tải.

Tác giả đưa ra ví dụ thiết kế mẫu cho ngôi nhà 1 trệt 1 lầu, khoảng cách từ lưới điện đến nhà là 30m, lắp đặt âm tường:

Khu vực Danh mục thiết bị và công suất tiêu thụ Tổng công suất lắp đặt
Tầng trệt 8 bóng huỳnh quang 1,2m (40W) = 320W; 5 đèn trang trí (20W) = 100W; 4 quạt điện (100W) = 400W; 1 nồi cơm điện = 600W; 1 tivi = 150W; 1 đầu máy + ampli = 150W; 1 lò nướng vi sóng = 1000W; 1 bàn ủi = 1000W; 2 máy điều hòa 1,5 HP (2 x 1,5 x 750W) = 2250W; 1 máy giặt 7kg = 750W; 1 mô-tơ bơm nước = 750W. 7.470 W
Tầng lầu 5 bóng huỳnh quang 1,2m (40W) = 200W; 3 đèn trang trí (20W) = 60W; 3 quạt điện (100W) = 300W; 1 máy điều hòa 1,5 HP = 1125W; 1 tivi = 150W; 1 bộ máy vi tính = 500W; 1 máy sấy tóc = 1000W. 3.335 W
Tổng toàn nhà $P_{\text{tổng}} = 7.470\text{ W} + 3.335\text{ W} = 10.805\text{ W} = 10{,}805\text{ kW}$ 10.805 W

Áp dụng hệ số đồng thời $k_{đt} = 0{,}8$, công suất tính toán để chọn cáp tổng là: $$P = 10{,}805 \times 0{,}8 = 8{,}644\text{ kW}$$

Từ kết quả tính toán và tra cứu các bảng công suất chịu tải cáp tiêu chuẩn, tác giả đưa ra phương án lựa chọn chủng loại dây dẫn cho ngôi nhà:

  • Đoạn ngoài trời (30m): Chọn cáp đồng bọc Duplex Du-CV $2 \times 6\text{ mm}^2$ hoặc Duplex Du-CX $2 \times 6\text{ mm}^2$.
  • Đoạn cáp điện kế: Chọn cáp điện kế ĐK-CVV $2 \times 5\text{ mm}^2$ hoặc ĐK-CXV $2 \times 4\text{ mm}^2$.
  • Nhánh tầng trệt ($P_{\text{nhánh 1}} = 7{,}47 \times 0{,}8 = 5{,}976\text{ kW}$): Chọn dây đơn cứng VC $4\text{ mm}^2$.
  • Nhánh tầng lầu ($P_{\text{nhánh 2}} = 3{,}335 \times 0{,}8 = 2{,}668\text{ kW}$): Chọn dây đơn cứng VC $2\text{ mm}^2$.
  • Dây cấp đến từng thiết bị và ổ cắm: Chọn dây đơn cứng VC $1{,}0\text{ mm}^2$ đi âm tường.

2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển

Hệ thống phần cứng được phân rã thành các khối chức năng chính:

  • Khối nguồn hạ áp: Sử dụng IC nguồn giảm áp xung LM2596-ADJ có khả năng chịu dòng tải lên đến 3A, hạ điện áp đầu vào 12V xuống nguồn 4.5V cấp cho toàn hệ thống theo công thức phân áp: $V_{\text{out}} = 1{,}23 \times (1 + R_2/R_3)$.
  • Khối vi điều khiển trung tâm: Sử dụng vi điều khiển PIC 18F4620 (cấp nguồn 4.5V), thực hiện giao tiếp nối tiếp UART qua 2 chân Tx (C6) và Rx (C7) với module Arduino Ethernet Shield. Bốn chân xuất tín hiệu điều khiển 4 rơ-le được gán tại RD4, RD5, RD6, RD7. Bốn ngõ vào báo động gán tại RB0, RB1, RB2, RB3. Các chân thu tín hiệu không dây RF bố trí tại Port A (RA1-RA4) và Port C/D (RC5, RC4, RD3, RD2).
  • Khối đầu vào (Input): Trang bị linh kiện cách ly quang (Optocoupler) gồm một LED phát quang và transistor quang tích hợp. Mạch tiếp nhận xung kích mức cao từ 5V đến 12V từ môi trường ngoài và truyền tín hiệu về vi xử lý mà vẫn đảm bảo cách ly điện hoàn toàn.
  • Khối điều khiển đầu ra (Output): Tín hiệu mức cao (5V - 12V) từ vi điều khiển kích mở Anot của Optocoupler, dẫn nguồn 12V qua điện trở $10\text{ k}\Omega$ vào cực B của transistor C1815. Transistor C1815 dẫn bão hòa, đóng mạch cuộn dây rơ-le 12V xuống mass (GND), làm tiếp điểm rơ-le đóng lại để cấp nguồn 220V cho thiết bị điện.

Chương 3: Thực thi hệ thống

Chương 3 trình bày các bước cài đặt phần mềm, thiết lập thông số giao diện và biên dịch nạp mã nguồn:

  1. Thiết lập ứng dụng Blynk: Cài đặt app Blynk trên điện thoại di động, đăng ký tài khoản qua Email để nhận mã xác thực (Auth Token). Khởi tạo Project mới, chọn mục tiêu phần cứng là bo mạch Arduino Uno hoặc Mega.
  2. Cấu hình Widget điều khiển và giám sát:
    • Nút nhấn điều khiển (Button): Gán đối tượng nút bấm ("đèn 1") vào các chân điều khiển, hỗ trợ 2 chế độ vận hành là Push (nhấn giữ xuất mức cao, nhả tay về mức thấp) hoặc Switch (nhấn một lần đảo trạng thái và giữ nguyên giá trị).
    • Giám sát cảm biến (Temperature): Gán cổng đọc tín hiệu tương tự tại chân A5, thiết lập chu kỳ gửi dữ liệu định kỳ 250 ms với dải giá trị chuyển đổi từ 0 đến 1023.
  3. Lập trình nhúng Arduino: Nhúng thư viện BlynkSimpleEthernet.h, khai báo mã auth[], cấu hình chân chọn chip W5100_CS là chân 10 và chân SDCARD_CS là chân 4. Do chip W5100 và khe cắm thẻ nhớ SD dùng chung bus SPI, chương trình đặt chân số 4 ở mức cao (HIGH) trong hàm setup() để vô hiệu hóa thẻ nhớ SD, tránh xung đột đường truyền.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển được triển khai theo kiến trúc tích hợp phần cứng - phần mềm khép kín:

[ Điện thoại di động (Blynk App) ]
        (Mạng Internet / 3G / 4G / Wi-Fi)
      [ Máy chủ Blynk Server ]
        (Giao thức TCP/IP - RJ45)
[ Module Arduino Ethernet Shield W5100 ]
        (Giao tiếp SPI / UART)
[ Khối vi điều khiển (ATmega328 / PIC 18F4620) ]
 (Tín hiệu Output)               (Tín hiệu Input)
[ Mạch cách ly Opto + Transistor C1815 ] [ Mạch đệm cách ly Optocoupler ]
[ Module Relay 4 kênh ]                 [ Tín hiệu báo động ngoại vi (5V-12V) ]
[ Tải điện dân dụng (220VAC): Đèn, Quạt, Điều hòa... ]

1. Kiến trúc mạch phần cứng

  • Mạch nguồn: Biến đổi nguồn 12V DC cấp vào qua mạch IC LM2596-ADJ để tạo điện áp ổn định 4.5V - 5V cấp cho bo mạch vi điều khiển và module Ethernet.
  • Mạch phối hợp cách ly: Sử dụng triệt để linh kiện Optocoupler tại cả ngõ vào tín hiệu và ngõ ra kích transistor C1815 kéo relay, triệt tiêu xung nhiễu điện từ (EMI) từ lưới điện 220VAC quay ngược lại phá hỏng chip xử lý.

2. Triển khai phần mềm và giải thuật

Mã nguồn nhúng trên Arduino được xây dựng tối giản nhờ thư viện của Blynk:

  • Hàm setup(): Khởi tạo cổng truyền thông nối tiếp Serial.begin(9600), cấu hình chân chọn SDCARD_CS (chân 4) lên mức HIGH để giải phóng bus SPI cho chip W5100, kết nối mạng và xác thực với máy chủ qua hàm Blynk.begin(auth).
  • Hàm loop(): Thực thi hàm Blynk.run() liên tục để duy trì kết nối mạng, lắng nghe các sự kiện điều khiển nút bấm từ máy chủ và truyền dữ liệu cảm biến từ chân A5 theo chu kỳ 250 ms.

3. Đánh giá tốc độ và kiểm thử

  • Hệ thống cho phép giám sát và điều khiển đóng ngắt thiết bị qua mạng Internet ổn định.
  • Thời gian xử lý và phản hồi tín hiệu trung bình đạt khoảng 2 giây trong điều kiện mạng bình thường. Khi mạng gặp tình trạng nghẽn, độ trễ tín hiệu có thể tăng lên mức 4 đến 5 giây.

Kết quả và đóng góp

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Xuân Sự đã đạt được các kết quả kỹ thuật và đóng góp thực tiễn cụ thể:

  1. Chế tạo thành công phần cứng điều khiển: Thiết kế và thi công hoàn chỉnh module mạch điều khiển đóng ngắt thiết bị điện dân dụng kết hợp vi điều khiển, module Ethernet Shield W5100, khối nguồn LM2596-ADJ, mạch đệm Opto Input/Output và cụm rơ-le chấp hành 10A.
  2. Đơn giản hóa mô hình IoT cho nhà ở: Khai thác giải pháp điều khiển qua nền tảng Blynk Cloud, loại bỏ sự cần thiết của việc cấu hình mở port modem, đăng ký IP tĩnh hay cài đặt DynDNS/No-IP phức tạp. Người dùng có thể điều khiển trực tiếp từ điện thoại thông minh thông qua mạng Wi-Fi, 3G hoặc 4G.
  3. Xây dựng bộ tài liệu tính toán dây cáp điện sinh hoạt: Đưa ra phương pháp luận rõ ràng, kèm bảng tra cứu cụ thể về công suất chịu tải của các dòng cáp phổ biến (Duplex Du-CV, Du-CX, ĐK-CVV, ĐK-CXV, VC, VCm, VA) và công thức tính toán sụt áp thực tế, đóng vai trò tài liệu tham khảo kỹ thuật trong thiết kế lắp đặt điện gia dụng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo đánh giá và phạm vi trình bày trong văn bản đồ án, hệ thống còn tồn tại một số điểm hạn chế và định hướng phát triển:

  • Hạn chế của hệ thống:
    • Đồ án chưa tích hợp các cơ chế mã hóa và bảo mật chuyên sâu trên đường truyền tín hiệu kết nối.
    • Độ trễ phản hồi của hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng và tốc độ của đường truyền Internet (thời gian trễ dao động từ 2s đến 4,5s).
    • Số lượng cổng điều khiển trên mô hình thực nghiệm còn giới hạn ở 4 kênh relay cơ bản.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Ứng dụng thêm bộ chuyển đổi tương tự - số ADC trên vi điều khiển PIC để đọc và xử lý nhiều loại cảm biến môi trường (nhiệt độ, độ ẩm...).
    • Mở rộng các port vào/ra (I/O) để nâng cao số lượng tải điện dân dụng có thể điều khiển đồng thời.
    • Nâng cấp các tính năng bảo mật tài khoản và đường truyền dữ liệu điều khiển qua mạng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị thực hành và tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa và CNTT: Tài liệu hữu ích cho việc nghiên cứu môn học Vi điều khiển, Kỹ thuật ghép nối thiết bị ngoại vi, thiết kế hệ thống IoT cơ bản kết nối qua mạng có dây Ethernet W5100 và ứng dụng Blynk.
  • Kỹ sư, thợ thi công điện dân dụng: Phần tính toán phụ tải (Chương 2) với bảng tra cứu công suất chịu tải của các loại cáp điện tiêu chuẩn và công thức kiểm tra sụt áp là tài liệu hướng dẫn chuẩn xác để tính chọn cỡ dây nguồn, dây nhánh và dây ổ cắm an toàn cho nhà ở 1-2 tầng.
  • Người phát triển dự án nhà thông minh: Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly ngõ vào/ngõ ra sử dụng Optocoupler đệm kết hợp Transistor C1815 là giải pháp phần cứng tiêu chuẩn giúp chống nhiễu và bảo vệ an toàn cho các mạch điều khiển điện tử khi đóng cắt thiết bị công suất lớn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao trong mã nguồn chương trình cần phải gán chân số 4 (SDCARD_CS) lên mức cao (HIGH)?
Trên module Arduino Ethernet Shield, cả chip mạng W5100 và khe cắm thẻ nhớ micro SD đều sử dụng chung chuẩn truyền thông nối tiếp SPI (các chân 11, 12, 13 trên Uno). Chân 10 được dùng làm chân chọn chip (CS) cho W5100, còn chân 4 dùng làm chân chọn chip cho thẻ SD. Do chuẩn SPI chỉ cho phép giao tiếp với một thiết bị tại một thời điểm, việc cấu hình chân 4 ở mức HIGH trong hàm setup() nhằm vô hiệu hóa thẻ SD, tránh gây xung đột dữ liệu trên bus SPI khi chip W5100 đang truyền nhận dữ liệu mạng.

2. Mạch điều khiển đầu ra Output sử dụng các linh kiện nào để bảo vệ vi điều khiển khi đóng ngắt tải điện 220V?
Khối điều khiển Output sử dụng linh kiện cách ly quang (Optocoupler) kết hợp transistor C1815 và rơ-le. Khi vi điều khiển xuất tín hiệu mức cao, LED bên trong Optocoupler phát sáng kích transistor quang dẫn dòng 12V qua trở $10\text{ k}\Omega$ vào cực B của transistor C1815, làm transistor C1815 dẫn bão hòa để kéo cuộn hút relay 12V xuống mass. Cấu trúc này giúp mạch điều khiển vi xử lý cách ly điện áp hoàn toàn với mạch lực 220VAC.

3. Tổng công suất phụ tải của ngôi nhà mẫu 1 trệt 1 lầu trong đồ án là bao nhiêu và cách tính chọn cáp nguồn chính như thế nào?
Tổng công suất lắp đặt của ngôi nhà là $10.805\text{ W}$ (tầng trệt $7.470\text{ W}$, tầng lầu $3.335\text{ W}$). Khi tính chọn dây dẫn, tác giả áp dụng hệ số đồng thời $k_{đt} = 0{,}8$, đưa công suất tính toán về $P = 10.805 \times 0{,}8 = 8.644\text{ W} = 8{,}644\text{ kW}$. Tra bảng công suất cáp và tính toán sụt áp với khoảng cách 30m, tác giả lựa chọn đoạn cáp ngoài trời là cáp Duplex Du-CV $2 \times 6\text{ mm}^2$ hoặc Du-CX $2 \times 6\text{ mm}^2$.

4. Khối nguồn của hệ thống sử dụng IC nào và thông số vận hành ra sao?
Khối nguồn sử dụng IC giảm áp xung LM2596-ADJ với khả năng cấp dòng tải tối đa lên đến 3A. Mạch nhận điện áp nguồn đầu vào 12V DC và phân áp qua các điện trở hồi tiếp để hạ áp xuống mức 4.5V - 4.6V cấp nguồn nuôi ổn định cho toàn bộ vi điều khiển, module Ethernet Shield và các mạch đệm logic.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Xuân Sự tại Trường Đại học Vinh đã nghiên cứu và triển khai hoàn chỉnh giải pháp điều khiển thiết bị điện dân dụng từ xa thông qua mạng Internet dựa trên phần cứng Arduino, vi điều khiển PIC, module Ethernet Shield W5100 và nền tảng đám mây Blynk. Bên cạnh việc chế tạo thành công mạch điều khiển đóng cắt rơ-le có cách ly quang an toàn, đề tài còn cung cấp phương pháp luận chi tiết và chuẩn xác trong việc tính toán phụ tải, lựa chọn dây dẫn điện sinh hoạt theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu thể hiện tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng vai trò tài liệu tham khảo giá trị cho các đồ án kỹ thuật thuộc chuyên ngành Điện - Điện tử và Tự động hóa.