Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin và kỹ thuật số phát triển nhanh chóng, các hệ thống tự động hóa và điều khiển thông minh ứng dụng Internet of Things (IoT) đang dần trở thành xu hướng phổ biến trong đời sống dân sinh. Việc xây dựng các hệ sinh thái nhà thông minh (Smart Home) giúp tối ưu hóa khả năng giám sát và điều khiển thiết bị điện từ xa. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất đối với việc tiếp cận công nghệ này tại Việt Nam là chi phí đầu tư. Theo khảo sát thực tế được tác giả dẫn chứng, các gói giải pháp nhà thông minh nhập khẩu từ Âu - Mỹ cho một căn biệt thự diện tích 300m² thường có giá thành từ 1 đến 2 tỷ đồng; trong khi đó, các giải pháp do doanh nghiệp trong nước cung cấp dao động trong khoảng từ 30 đến 150 triệu đồng. Mức giá này vẫn vượt quá khả năng chi trả của đại đa số hộ gia đình có thu nhập trung bình.

Bên cạnh đó, các hệ thống điều khiển truyền thống thường sử dụng sóng hồng ngoại, sóng vô tuyến RF, Bluetooth hoặc mạng cục bộ (WLAN) với phạm vi tương tác bị giới hạn. Sự phổ biến của điện thoại thông minh, mạng Wi-Fi và mạng di động đòi hỏi các hệ thống hiện đại phải tích hợp khả năng điều khiển linh hoạt qua Internet kết hợp với giao diện tương tác trực tiếp tại chỗ. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện thông minh" do sinh viên Đinh Bá Phước thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đặng Phước Hải Trang tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm mục đích nghiên cứu và chế tạo một thiết bị điều khiển tích hợp có chi phí tối ưu.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

  1. Điều khiển thiết bị điện xoay chiều công suất thấp thông qua công nghệ Wi-Fi và điều khiển trực tiếp thông qua màn hình cảm ứng.
  2. Viết chương trình điều khiển cho máy tính nhúng Raspberry Pi tiếp nhận tín hiệu ngõ vào từ khối cảm biến, khối màn hình cảm ứng và thực hiện giao tiếp điều khiển các cơ cấu chấp hành bên ngoài.
  3. Thi công hoàn chỉnh mô hình phần cứng hộp thông minh điều khiển thiết bị điện.
  4. Thiết kế giao diện phần mềm điều khiển và giám sát thiết bị điện trên nền tảng Web và thiết bị di động Android.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu nền tảng Blynk và ngôn ngữ lập trình PHP để xây dựng giao diện Web Server.
  2. Lập trình giao tiếp nối tiếp với module PZEM-004T phục vụ việc thu thập các thông số điện năng tiêu thụ.
  3. Lập trình điều khiển và truyền nhận dữ liệu với màn hình cảm ứng thông qua giao thức UART.
  4. Viết mã nguồn cho vi điều khiển ESP8266/ESP32 thực hiện truyền nhận dữ liệu đồng bộ với hệ thống Web.
  5. Thiết kế hoàn chỉnh giao diện Web cho phép giám sát thông số môi trường, điện năng và thực thi lệnh điều khiển thiết bị.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhúng điều khiển thiết bị điện xoay chiều (220VAC), các module truyền thông không dây Wi-Fi, cảm biến môi trường (DHT11), cảm biến đo điện năng (PZEM-004T), màn hình cảm ứng màu TFT và máy tính nhúng Raspberry Pi đóng vai trò Web Server.
  • Phạm vi nghiên cứu: Mô hình phần cứng điều khiển thử nghiệm giả lập 3 tải điện xoay chiều công suất thấp trong phòng; phạm vi thời gian hoàn thành khóa luận vào tháng 08/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa các lý thuyết truyền thông mạng, lập trình hệ thống nhúng và kỹ thuật thiết kế phần cứng mạch điện tử:

  • Khái niệm và kiến trúc Internet of Things (IoT): Hệ thống ứng dụng mô hình kết nối liên mạng giữa các đối tượng vật lý được định danh (thông qua địa chỉ IP) và trang bị cảm biến, cơ cấu chấp hành để truyền tải dữ liệu tự động.
  • Giao thức MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): Giao thức truyền tin gọn nhẹ hoạt động theo mô hình xuất bản - theo dõi (Publish - Subscribe) thông qua một máy chủ trung gian (Broker). Kiến trúc hỗ trợ các mức chất lượng dịch vụ (QoS 0, QoS 1, QoS 2) và cờ lưu tin nhắn (Retain Flag), phù hợp cho các kênh truyền mạng có băng thông hẹp hoặc độ trễ cao.
  • Kiến trúc Web Server và cơ sở dữ liệu: Hệ thống sử dụng máy chủ dịch vụ mạng Apache HTTP Server, hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL để lưu trữ bảng thông tin thiết bị (device) và cơ chế sinh mã nguồn động phía máy chủ bằng ngôn ngữ PHP.
  • Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Chuẩn truyền thông nối tiếp không đồng bộ đa dụng được sử dụng để liên kết dữ liệu giữa các bộ vi điều khiển (Arduino Mega 2560, ESP8266/ESP32) và cảm biến PZEM-004T thông qua các thông số: Baud rate, Data frame, Start bit, Parity bit và Stop bit.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp tài liệu về kiến trúc vi xử lý ARM, tập lệnh vi điều khiển AVR/ESP, giao thức truyền thông nối tiếp và kỹ thuật lập trình giao diện Web.
  • Phương pháp thiết kế và tích hợp kỹ thuật: Thiết kế sơ đồ nguyên lý và layout mạch in 2 lớp bằng phần mềm Altium Designer; thiết kế kiến trúc phân tầng kết hợp giữa máy tính nhúng Raspberry Pi, vi điều khiển ngoại vi và vi điều khiển giao tiếp màn hình cảm ứng.
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm thử: Lắp ráp linh kiện thực tế, nạp chương trình điều khiển, đo đạc thông số điện áp/dòng điện và kiểm tra đáp ứng đóng ngắt của rơ-le thông qua giao diện Web và màn hình cảm ứng TFT.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được tổ chức thành các khối chức năng phần cứng liên kết chặt chẽ với nhau nhằm đảm bảo tính độc lập và khả năng cách ly an toàn giữa phần điều khiển công suất nhỏ và lưới điện 220VAC:

Kiến trúc phần cứng và lựa chọn linh kiện

Hệ thống bao gồm các khối linh kiện chính được tính toán và tích hợp:

Tên khối Linh kiện & Thông số kỹ thuật chính Chức năng thực tế trong đồ án
Xử lý trung tâm (Web Server) Raspberry Pi 3 Model B (Broadcom BCM2835 quad-core ARM Cortex-A53 1.2GHz, 1GB RAM, LAN 100Mbps, Wi-Fi 802.11 b/g/n) Đóng vai trò máy chủ dịch vụ Web, lưu trữ cơ sở dữ liệu MySQL, xử lý luồng dịch vụ Master viết bằng ngôn ngữ C
Kết nối mạng & Điều khiển Module Wi-Fi ESP8266 NodeMCU Lua / ESP32 (giao tiếp 3.3V, dòng ngõ ra 6-12mA) Thu thập dữ liệu cảm biến, gửi/nhận chuỗi lệnh điều khiển từ Web Server qua Wi-Fi
Hiển thị & Cảm ứng tại chỗ Màn hình cảm ứng màu TFT 3.2 inch (320x240 pixels, 16-bit màu, IC điều khiển ILI9341, IC cảm ứng XPT2046) kết hợp bo mạch Arduino Mega 2560 Hiển thị thông số môi trường, cung cấp nút nhấn cảm ứng ảo để đóng/ngắt 3 thiết bị và truyền lệnh qua UART
Đo lường điện năng Module PZEM-004T (dải đo dòng tối đa 100A, điện áp 80-260VAC, giao tiếp quang cách ly UART mức TTL) Đo điện áp (U), dòng điện (I), công suất tiêu thụ (P) và năng lượng tích lũy (E) của các tải tiêu thụ
Đo lường môi trường Cảm biến DHT11 (đo nhiệt độ 0-50°C sai số ±2°C, độ ẩm 20-90% RH sai số ±5% RH) Đọc thông số nhiệt độ, độ ẩm môi trường định kỳ cấp nguồn từ mạch hạ áp 3.3V
Cơ cấu chấp hành Khối 3 Rơ-le SRD-05VDC-SL-C (nguồn kích 5VDC, tiếp điểm chịu dòng xoay chiều 220VAC) Đóng ngắt tiếp điểm cấp nguồn cho 3 bóng đèn thử nghiệm, cách ly hoàn toàn vi điều khiển với lưới điện
Khối nguồn hạ áp Module nguồn AC-DC HLK-PM01 (220VAC sang 5VDC) kết hợp IC ổn áp LM1117-3.3V và 2 tụ lọc 270µF Chuyển đổi trực tiếp điện lưới 220VAC thành 5VDC và 3.3VDC cấp cho toàn bộ mạch điều khiển

Thiết kế phần mềm và lưu đồ điều khiển

  1. Cài đặt môi trường dịch vụ trên Raspberry Pi:

    • Dịch vụ máy chủ Web: Cài đặt gói apache2 và cấu hình thư mục gốc tại /var/www/html.
    • Môi trường thực thi PHP: Cài đặt php5, libapache2-mod-php5, php5-mcrypt, php5-mysql để xử lý các yêu cầu HTTP từ trình duyệt.
    • Cơ sở dữ liệu: Cài đặt mysql-server, thiết lập cơ sở dữ liệu home và bảng device để quản lý trạng thái tải.
    • Tiến trình Master điều khiển: Biên dịch chương trình Master đa luồng viết bằng C thông qua trình biên dịch GCC: gcc -std=c11 -Wall -g -D_BSD_SOURCE server-thread.c -o server-thread -lpthread Chương trình này hoạt động như một Socket Server cục bộ lắng nghe kết nối TCP/IP từ Web Server (địa chỉ loopback 127.0.0.1) và chuyển tiếp gói tin tới các module vi điều khiển.

  2. Cơ chế truyền thông và xử lý dữ liệu:

    • Điều khiển qua giao diện Web: Người dùng tương tác trên trình duyệt, Web Server sinh mã lệnh gửi qua TCP/IP tới tiến trình Master và truyền thông điệp không dây tới ESP8266/ESP32. Chuỗi ký tự định dạng quy ước gồm: $R1ON, $R1OFF để bật/tắt thiết bị 1; các chuỗi tương tự được áp dụng cho thiết bị 2 và thiết bị 3.
    • Điều khiển qua màn hình cảm ứng: Arduino Mega 2560 khởi tạo giao diện nút bấm (BẬT 1, TẮT 1, BẬT 2, TẮT 2, BẬT 3, TẮT 3). Khi phát hiện sự kiện chạm trên màn hình, Arduino gửi mã định danh nút nhấn tương ứng qua UART đến ESP32 để cập nhật trạng thái rơ-le và đồng bộ dữ liệu ngược lên Web Server.
    • Thu thập thông số: ESP8266 định kỳ truy vấn module PZEM-004T và cảm biến DHT11, đóng gói dữ liệu đo lường và đẩy lên giao diện Web Server để hiển thị biểu đồ thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1 trình bày lý do lựa chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn về nhà thông minh và chi phí lắp đặt đắt đỏ của các giải pháp thương mại. Tác giả xác định các mục tiêu cốt lõi: thiết kế phần cứng hộp điều khiển, lập trình Web Server trên Raspberry Pi, tích hợp điều khiển kép qua Web/màn hình cảm ứng và đo lường điện năng tiêu thụ. Chương này cũng nêu rõ các giới hạn thử nghiệm của mô hình, bao gồm độ trễ khởi động dịch vụ ban đầu khoảng 3 phút và việc sử dụng các tải điện giả lập phục vụ nghiên cứu.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 cung cấp nền tảng lý thuyết phục vụ việc xây dựng hệ thống:

  • Phân tích kiến trúc và ứng dụng của mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT).
  • Trình bày chi tiết giao thức truyền tin MQTT (cấu trúc gói tin, vai trò Broker/Client, các cấp độ QoS 0/1/2 và cơ chế Retain message).
  • Phân loại các thành phần của một Website tiêu chuẩn (tên miền, máy chủ, cơ sở dữ liệu, mã nguồn Front-end HTML/CSS/JavaScript và Back-end PHP).
  • Giới thiệu nguyên lý truyền nhận nối tiếp không đồng bộ UART và vai trò của các bit cấu thành khung truyền.
  • Mô tả cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật và cơ chế hoạt động của màn hình cảm ứng điện tử cùng ngôn ngữ lập trình PHP.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3 đi sâu vào phân tích yêu cầu kỹ thuật và thiết kế chi tiết từng khối chức năng:

  • Xây dựng sơ đồ khối tổng thể và định nghĩa nhiệm vụ của từng khối.
  • Lựa chọn linh kiện cảm biến DHT11 (đáp ứng dải nhiệt 0-50°C, độ ẩm 20-90% RH) kết nối chân GPIO của ESP.
  • Lựa chọn máy tính nhúng Raspberry Pi 3 Model B làm bộ xử lý trung tâm điều phối Web Server.
  • Phân tích thông số kỹ thuật của module Wi-Fi ESP8266 NodeMCU Lua, bo mạch Arduino Mega 2560 (vi điều khiển ATmega2560, xung nhịp 16MHz, 54 chân I/O) và màn hình cảm ứng màu TFT 3.2 inch (IC ILI9341, IC cảm ứng XPT2046).
  • Lựa chọn module PZEM-004T đo điện áp AC, dòng điện, công suất và điện năng tiêu thụ.
  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch nguồn sử dụng module HLK-PM01 (220VAC - 5VDC), IC hạ áp LM1117-3.3V và sơ đồ nguyên lý kết nối toàn mạch.

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình hiện thực hóa mô hình:

  • Thiết kế mạch in 2 lớp (lớp trên và lớp dưới) trên phần mềm Altium Designer và lập bảng danh mục linh kiện thi công.
  • Xây dựng các lưu đồ thuật toán điều khiển: lưu đồ toàn hệ thống, lưu đồ đo điện năng qua PZEM-004T, lưu đồ điều khiển rơ-le và lưu đồ giao tiếp màn hình cảm ứng trên Arduino Mega.
  • Hướng dẫn chi tiết các bước thiết lập phần mềm trên Raspberry Pi: cài đặt Apache2, PHP5, MySQL Server, tạo cơ sở dữ liệu home và bảng device, cấu hình quyền truy cập thư mục /var/www/html và biên dịch tiến trình server-thread bằng C.
  • Hướng dẫn cài đặt môi trường Java Runtime Environment (JRE) và phần mềm Arduino IDE để nạp mã nguồn cho các bo mạch vi điều khiển.

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ

Chương 5 ghi nhận kết quả vận hành thực tế của mô hình phần cứng và giao diện phần mềm:

  • Hệ thống thực thi thành công việc điều khiển độc lập 3 rơ-le đóng ngắt 3 thiết bị điện xoay chiều qua 2 phương thức: giao diện Website và nút bấm trên màn hình cảm ứng TFT 3.2 inch.
  • Giao diện Web hiển thị chính xác các thông số nhiệt độ, độ ẩm đo được từ cảm biến DHT11 và các giá trị dòng điện, điện áp, công suất tiêu thụ đo được từ PZEM-004T dưới dạng đồ thị trực quan.
  • Tác giả đưa ra các đánh giá về tính ổn định của đường truyền Wi-Fi và tính khả thi của mô hình trong ứng dụng thực tế.

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 6 tổng kết lại các mục tiêu đã hoàn thành của đồ án và đề xuất các hướng nâng cấp tiếp theo nhằm hoàn thiện sản phẩm thương mại.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Thi công phần cứng: Hoàn thành thiết kế và gia công bo mạch in 2 lớp tích hợp đầy đủ các khối: xử lý trung tâm Raspberry Pi 3 Model B, vi điều khiển ESP8266/ESP32, Arduino Mega 2560, màn hình cảm ứng TFT 3.2 inch, khối 3 rơ-le 5VDC và module đo công suất PZEM-004T.
  2. Triển khai Web Server nhúng: Cài đặt và vận hành thành công máy tính nhúng Raspberry Pi như một máy chủ mạng cục bộ tích hợp đầy đủ ngăn xếp phần mềm Apache2, PHP5, MySQL Server và chương trình socket Master viết bằng C.
  3. Đa dạng hóa phương thức điều khiển: Cho phép người dùng điều khiển bật/tắt chính xác 3 thiết bị điện xoay chiều thông qua 2 kênh độc lập:
    • Giao diện Web tương thích với trình duyệt trên máy tính và điện thoại thông minh (sử dụng chuỗi ký tự điều khiển định dạng $R1ON/$R1OFF).
    • Giao diện nút nhấn cảm ứng trực tiếp trên màn hình TFT 3.2 inch thông qua bo mạch Arduino Mega 2560.
  4. Giám sát năng lượng và môi trường: Đọc và hiển thị liên tục thông số nhiệt độ, độ ẩm môi trường từ cảm biến DHT11 cùng các chỉ số điện áp, dòng điện, công suất, điện năng tiêu thụ từ module PZEM-004T lên giao diện Web dưới dạng đồ thị.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

  • Đề xuất một cấu trúc hệ thống nhà thông minh lai (Hybrid Architecture) kết hợp giữa máy tính nhúng mạnh mẽ (Raspberry Pi làm Web Server) và các vi điều khiển ngoại vi giá rẻ (ESP8266, Arduino), giúp giảm thiểu đáng kể chi phí chế tạo so với các giải pháp thương mại nhập khẩu trên thị trường.
  • Tận dụng các thiết bị sẵn có của người dùng (điện thoại thông minh, máy tính cá nhân kết nối trình duyệt) để làm giao diện điều khiển từ xa mà không cần phát triển thêm phần cứng hiển thị chuyên biệt đắt tiền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận trong văn bản

  1. Độ trễ khởi động hệ thống: Khi mới cấp nguồn, hệ thống cần thời gian khoảng 3 phút để Raspberry Pi nạp hệ điều hành, khởi chạy các dịch vụ máy chủ mạng (Apache, MySQL, socket Master) và thiết lập kết nối HTTP/MQTT trước khi có thể thực hiện lệnh điều khiển chính xác.
  2. Sai số đo lường của cảm biến: Cảm biến DHT11 có sai số đo nhiệt độ (±2°C) và độ ẩm (±5% RH) so với môi trường thực tế; module PZEM-004T vẫn tồn tại sai số nhất định trong phép đo điện năng.
  3. Quy mô thử nghiệm: Đồ án mới dừng lại ở việc xây dựng mô hình thử nghiệm giả lập điều khiển 3 tải điện nhỏ, chưa tích hợp hoàn chỉnh các tính năng tính toán tiền điện lũy tiến hàng tháng và cảnh báo tự động khi sản lượng tiêu thụ vượt định mức như mục tiêu ý tưởng ban đầu.
  4. Hạn chế học thuật (theo nhận xét của GVHD): Khối lượng tài liệu tham khảo còn khiêm tốn, phần chú thích tài liệu tham khảo chưa đầy đủ và chưa thực hiện đánh giá định lượng chi tiết kết quả nghiên cứu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Tích hợp giải thuật tự động tính toán chi phí tiền điện hàng tháng theo biểu giá bậc thang và cơ chế gửi cảnh báo về điện thoại khi mức tiêu thụ điện vượt ngưỡng cho phép.
  • Nâng cấp các cảm biến có độ chính xác cao hơn, tối ưu hóa thời gian khởi động của máy tính nhúng và mở rộng số lượng kênh rơ-le điều khiển thiết bị ngoại vi.
  • Tối ưu hóa giao diện người dùng trên nền tảng Web và đóng gói hoàn thiện ứng dụng di động chuyên biệt.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

  • Sinh viên các ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Máy tính, Tự động hóa và Công nghệ Thông tin đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các dự án môn học liên quan đến IoT và Smart Home.
  • Nội dung tham khảo chuyên sâu:
    • Quy trình cấu hình máy tính nhúng Raspberry Pi thành một Web Server độc lập (cài đặt Apache, PHP, MySQL, xử lý giao tiếp TCP/IP bằng chương trình C đa luồng).
    • Kỹ thuật lập trình giao tiếp liên vi điều khiển thông qua chuẩn nối tiếp UART giữa Arduino Mega 2560 và ESP32/ESP8266.
    • Phương pháp tích hợp và thu thập dữ liệu điện năng AC từ module phần cứng PZEM-004T.
    • Thiết kế mạch in kết hợp giữa khối vi điều khiển điện áp thấp và khối điều khiển công suất rơ-le cách ly 220VAC trên Altium Designer.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ xử lý trung tâm của hệ thống là thiết bị nào và đảm nhận những vai trò gì?
Bộ xử lý trung tâm của hệ thống là máy tính nhúng Raspberry Pi 3 Model B (chip xử lý 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 1.2GHz, 1GB RAM). Thiết bị đóng vai trò làm Web Server cục bộ, cài đặt dịch vụ mạng Apache, hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL để lưu trữ thông tin thiết bị, thực thi các kịch bản PHP và chạy chương trình dịch vụ Master viết bằng C để điều phối luồng dữ liệu điều khiển qua giao thức TCP/IP.

2. Giao diện điều khiển tại chỗ của mô hình sử dụng những phần cứng nào và giao tiếp với hệ thống ra sao?
Giao diện điều khiển tại chỗ sử dụng màn hình cảm ứng màu TFT 3.2 inch (độ phân giải 320x240, IC điều khiển ILI9341, IC cảm ứng XPT2046) cắm thông qua TFT LCD Mega Shield lên bo mạch Arduino Mega 2560. Khi người dùng chạm vào các nút bấm ảo trên màn hình, Arduino Mega 2560 sẽ nhận diện tọa độ cảm ứng và truyền dữ liệu lệnh qua giao tiếp nối tiếp UART sang vi điều khiển ESP để đóng ngắt rơ-le và đồng bộ lên Web.

3. Các thông số điện năng nào được thu thập và thông qua module chuyên dụng nào?
Hệ thống sử dụng module đo điện đa năng AC PZEM-004T (giao tiếp UART, hỗ trợ dải dòng tải tối đa 100A) để đo và theo dõi 4 thông số chính của dòng điện xoay chiều: điện áp hoạt động (U), dòng điện tiêu thụ (I), công suất tiêu thụ (P) và năng lượng/điện năng tích lũy (E). Dữ liệu này được gửi lên Web Server để hiển thị dưới dạng đồ thị.

4. Cú pháp chuỗi lệnh dùng để điều khiển bật/tắt thiết bị giữa Web Server và vi điều khiển là gì?
Hệ thống sử dụng các chuỗi ký tự quy ước truyền qua giao thức mạng. Đối với thiết bị số 1, khi người dùng bật công tắc trên Web, chuỗi lệnh $R1ON sẽ được gửi xuống ESP8266 để đóng rơ-le 1; khi người dùng tắt công tắc, chuỗi $R1OFF sẽ được gửi để ngắt rơ-le 1. Các chuỗi tương tự được cấu hình cho thiết bị 2 và thiết bị 3.

5. Tại sao khi mới cấp nguồn, hệ thống cần thời gian chờ khoảng 3 phút mới hoạt động chính xác?
Do bộ xử lý trung tâm là máy tính nhúng Raspberry Pi cần thời gian nạp hệ điều hành Linux/Raspbian từ thẻ nhớ, đồng thời khởi tạo tuần tự các tiến trình dịch vụ nền bao gồm Web Server Apache, cơ sở dữ liệu MySQL, giao thức kết nối MQTT/HTTP và chương trình socket Master trước khi chuyển sang trạng thái sẵn sàng tiếp nhận lệnh điều khiển.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện thông minh" của sinh viên Đinh Bá Phước đã hoàn thành việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công mô hình phần cứng điều khiển thiết bị điện xoay chiều thông qua mạng Wi-Fi và màn hình cảm ứng màu TFT 3.2 inch. Đề tài xây dựng hoàn chỉnh kiến trúc Web Server nhúng trên Raspberry Pi kết hợp các module vi điều khiển ESP8266/ESP32, Arduino Mega 2560 và cảm biến đo điện năng PZEM-004T, đáp ứng tốt yêu cầu giám sát và đóng ngắt tải điện từ xa. Mặc dù vẫn còn một số giới hạn về độ trễ khởi động dịch vụ ban đầu và quy mô thử nghiệm tải giả lập, kết quả của đồ án mang tính thực tiễn cao, cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cho việc phát triển các thiết bị IoT nhà thông minh chi phí thấp.