I. Thiết bị giám sát điện gia đình HCMUTE Tổng quan
Công trình nghiên cứu Thiết bị giám sát điện gia đình HCMUTE: Phát hiện và cảnh báo cháy nổ hiệu quả tập trung vào việc thiết kế và xây dựng một hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ trong hộ gia đình. Hệ thống sử dụng công nghệ Internet vạn vật (IoT), cho phép người dùng điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua ứng dụng điện thoại. Một điểm nhấn quan trọng là khả năng phát hiện và cảnh báo cháy nổ, đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy cho gia đình. Nghiên cứu này được thực hiện bởi sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE), phản ánh nỗ lực ứng dụng công nghệ giám sát điện vào đời sống thực tiễn. Thiết bị giám sát điện gia đình này đóng góp vào giải pháp an toàn điện và tiết kiệm điện năng cho người dùng.
1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ trong hộ gia đình, tích hợp công nghệ IoT để điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa qua ứng dụng điện thoại. Hệ thống tự động tắt khi công suất vượt quá mức cài đặt. Người dùng có thể giám sát điện năng tiêu thụ ở bất kỳ đâu có internet. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế hệ thống giám sát điện, lựa chọn thiết bị điện thông minh, lập trình phần mềm giám sát điện, phát triển ứng dụng điện thoại, và thử nghiệm hệ thống. An toàn điện và phòng ngừa tai nạn điện là yếu tố then chốt trong quá trình thiết kế. Hệ thống nhắm đến việc cung cấp một giải pháp an toàn điện gia đình toàn diện.
1.2 Tính mới và sáng tạo
Tính mới nằm ở việc ứng dụng công nghệ IoT cho phép giám sát điện từ xa và điều khiển từ xa thông qua ứng dụng Smartphone. Việc tích hợp chức năng cảnh báo cháy nổ nâng cao an toàn cho gia đình. Hệ thống sử dụng thiết bị điện tử gia đình hiện có trên thị trường, đảm bảo tính khả thi và chi phí hợp lý. Dữ liệu được quản lý bằng Realtime Database của Google Firebase, giúp quản lý điện năng hiệu quả và giám sát thời gian thực. Đây là một sản phẩm HCMUTE, kết hợp nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn, góp phần vào nghiên cứu HCMUTE về thiết bị điện thông minh.
II. Giám sát điện năng và cảnh báo cháy nổ
Hệ thống sử dụng cảm biến để đo các thông số điện: dòng điện, điện áp, công suất, và năng lượng tiêu thụ. Bộ vi điều khiển STM32F407VET6 xử lý dữ liệu, điều khiển các thiết bị bảo cháy, và truyền dữ liệu lên ứng dụng giám sát điện. Raspberry Pi Zero kết nối hệ thống với internet, cho phép giám sát từ xa. Ứng dụng điện thoại hiển thị dữ liệu và cho phép người dùng điều khiển thiết bị. Khi công suất vượt quá ngưỡng an toàn, hệ thống phát tín hiệu cảnh báo cháy nổ, đảm bảo an toàn điện gia đình. Phần mềm giám sát điện đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và hiển thị dữ liệu.
2.1 Cảm biến và bộ xử lý trung tâm
Hệ thống sử dụng PZEM004T để đo dòng điện, điện áp, công suất và năng lượng. Dữ liệu được truyền đến vi điều khiển STM32F407VET6, vi điều khiển này xử lý dữ liệu và điều khiển các thiết bị khác. Màn hình TFT ILI9341 hiển thị dữ liệu trực quan. DS3231 là thiết bị bảo khói cung cấp thời gian thực. Relay được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện. Buzzer phát ra tín hiệu cảnh báo khi có sự cố. Việc chọn lựa các thiết bị điện tử này dựa trên độ chính xác, độ tin cậy, và chi phí.
2.2 Truyền dữ liệu và ứng dụng di động
Raspberry Pi Zero đóng vai trò cầu nối giữa hệ thống và internet. Dữ liệu được truyền lên Google Firebase, một cơ sở dữ liệu đám mây thời gian thực. Ứng dụng di động được phát triển trên nền tảng Android, cho phép người dùng giám sát điện năng tiêu thụ, điều khiển thiết bị từ xa, và nhận cảnh báo sớm. Ứng dụng này cung cấp một giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng. Phần mềm giám sát điện được viết để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của hệ thống.
III. Đánh giá và ứng dụng
Hệ thống giám sát điện gia đình HCMUTE cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc giám sát điện năng tiêu thụ và đảm bảo an toàn điện. Hệ thống dễ sử dụng, có khả năng giám sát từ xa, và tích hợp chức năng cảnh báo cháy nổ. Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, có thể được áp dụng rộng rãi trong các hộ gia đình. Việc sử dụng công nghệ IoT và Google Firebase giúp nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của hệ thống. Đây là một ví dụ điển hình về ứng dụng thành công công nghệ giám sát điện trong thực tế.
3.1 Giá trị thực tiễn
Hệ thống giúp người dùng tiết kiệm điện năng bằng cách quản lý điện năng hiệu quả. Tính năng cảnh báo cháy nổ nâng cao an toàn cho gia đình. Khả năng giám sát từ xa mang lại sự tiện lợi cho người dùng. Hệ thống có tính ứng dụng cao trong các hộ gia đình, đặc biệt là các hộ gia đình có nhiều thiết bị điện. Chi phí xây dựng hệ thống tương đối thấp so với các hệ thống giám sát tương tự. Thiết bị giám sát chất lượng điện này góp phần vào việc nâng cao chất lượng cuộc sống.
3.2 Hướng phát triển
Có thể tích hợp thêm các cảm biến khác, chẳng hạn như cảm biến khí gas, để nâng cao khả năng phát hiện và cảnh báo tai nạn điện. Cải thiện giao diện người dùng của ứng dụng di động để tăng tính thân thiện. Phát triển hệ thống cho phép tích hợp với các thiết bị thông minh khác trong nhà thông minh (smarthome). Nghiên cứu về các thuật toán thông minh hơn để phân tích dữ liệu điện năng và ngăn ngừa cháy nổ hiệu quả hơn. Tích hợp hệ thống cảnh báo sớm vào hệ thống để nâng cao tính chính xác và thời gian phản hồi.
