Chương 1: Tổng quan. Trong chương này tập trung giới thiệu về các công nghệ truyền thông không dây, cũng như các ưu nhược điểm khi sử dụng mô- đun Lora.Từ đó đưa ra quyết định sử dụng mô-đun cho đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày sơ lược về các mô-đun được sử dụng về phần cứng, tài nguyên, phần mềm cũng như khả năng giao tiếp, kết nối giữa các thiết bị.
Chương 3: Thiết kế và tính toán. Từ các yêu cầu cũng như nhiệm vụ của đề tài nhóm đã hệ thống thành sơ đồ khối. Thiết kế phần cứng: dựa trên sơ đồ khối tiến hành thiết kế kết nối các mô-đun lại với nhau tạo thành một hệ thống đáp ứng chức năng. Thiết kế phần mềm: Trình bày lưu đồ thuật toán để giải quyết các yêu cầu đã được đặt ra, tối ưu hiệu quả hoạt động.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống. Từ các sơ đồ nguyên lý thiết kế, sơ đồ mạch in cũng như sơ đồ bố trí linh kiện. Tiến hành thi công bao gồm thi công các bo mạch, cho đến kết nối các mô-đun trong hệ thống lại với nhau và cuối cùng là đóng gói. Chương 5: Kết quả, Nhận xét và đánh giá.
Tiến hành lắp ráp mạch thực tế chạy thử nghiệm để quan sát được độ chính xác cũng như ổn định của hệ thống và dung lượng pin cần đáp ứng cho các thiết bị đo được gắn trên các đường dây. Chương 6: Kết quả và hướng phát triển. Trình bày kết quả, cũng như ưu, nhược điểm còn mắc phải và giải pháp. Đưa ra hướng phát triển và khả năng áp dụng thực tế.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN HỆ THỐNG 2.1 Chuẩn bị Với yêu cầu của đề tài cần thực hiện một hệ thống quản lý, giám sát dòng điện từ mọi nơi, mọi thời điểm. Nhóm đã tiến hành tham khảo một số hệ thống điều khiển từ xa như nhà thông minh, hệ thống báo cháy từ xa, từ đó tìm hiểu một số loại thiết bị có khả năng truyền nhận dữ liệu không dây. Kiến thức: Các kiến thức đã học về điện tử cơ bản, kỹ thuật số và lập trình vi điều khiển cũng như tham khảo trên internet.
Đồng thời tìm hiểu cách thức hoạt động của các cảm biến, cách thức giao tiếp giữa các mô-đun ngoại vi với vi điều khiển.2 Lựa chọn vi điều khiển cho hệ thống Vi điều khiển là phần quan trọng nhất của hệ thống có nhiệm vụ giao tiếp nhiều ngoại vi, là trung tâm xử lý dữ liệu nên chọn: Vi điều khiển phổ biến có khả năng giao tiếp nhiều ngoại vi. Tiết kiệm năng lượng. Tận dụng vừa đủ tài nguyên, tránh lãng phí.3 Lựa chọn các loại cảm biến Lựa chọn cảm biến có đủ chức năng yêu cầu như đo dòng điện, có khả năng chống chịu nhiệt độ, độ ẩm môi trường tốt.4 Kết nối các thiết bị ngoại vi với vi điều khiển Sau khi tiến hành lựa chọn xong cảm biến, vi điều khiển, các thiết bị ngoại vi phù hợp cho hệ thống tiến hành kết nối, điều khiển và thiết kế mô hình cho hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.2 CÁC BỘ CẢNH BÁO SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN TRÊN THỊ TRƯỜNG 2.1 Bộ cảnh báo đường dây trung thế FCI – Fault Circuit Indicator Bộ cảnh báo sự cố trên đường dây điện FCI được nhập khẩu từ Mỹ có nhằm xác định vị trí chính xác trên nhánh đường dây truyền tải xảy ra sự cố.
Sản phẩm này được phân phối bởi công ty Tân Trung Nam. Bộ cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế FCI Bộ cảnh báo thì được lắp đặt trên đường dây trung thế từ 6kV-35kV. Nhằm cảnh báo các sự cố ngắn mạch hay dây chạm đất, đem lại lợi ích lớn cho các công ty truyền tải và phân phối điện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các tính năng của bộ cảnh báo sự cố: Hình 2. Khả năng cảnh báo chính xác đường dây gặp sự cố Với bộ cảnh báo sự cố trên ta hoàn toàn có thể biết được chính xác đường dây thuộc nhánh nào đang gặp sự cố, và sự cố đó là gì thông qua việc nhận dữ liệu từ trung tâm điều khiển. Đồng thời bộ cảnh báo sự cố FCI cũng phát đi những cảnh báo bằng đèn báo hiệu và như thế nhân viên vận hành có thế trực tiếp quan sát để xử lý Hình 2. Gắn bộ cảnh báo trên đường dây và đèn led báo hiệu sự cố Một hệ thống cảnh báo thông minh, nhằm giúp người sử dụng tiện lợi trong việc quản lý các sự cố của một hệ thống truyền tải phức tạp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Hệ thống cảnh báo thông minh Hệ thống thông minh bao gồm nhiều các bộ cảnh báo FCI được gắn trên đường dây truyền tín hiệu về bộ xử lý được gắn ở vị trí gần đó. Sau đó các dữ liệu được gửi lên mạng Internet, thuận tiện cho việc quản lý, phát hiện sự cố chính xác.
Hệ thống thông minh trên cũng sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.2 Một số loại khác Một loại cảnh báo sự cố quá dòng là FLA3 do hãng EMG của Đức sản xuất. Có những tính năng như cảnh báo, phát hiện sự cố trên đường dây, tiết kiệm thời gian cho người dùng. Đang được sử dụng ở hệ thống lưới điện 22kV miền trung.
Bộ cảnh báo sự cố trên đường dây FLA3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Hệ thống được thiết kế có sử dụng các mô- đun, các thiết bị sau: Thiết bị đầu vào là dòng điện đọc từ cảm biến dòng điện Hall 100A YHDC. Thiết bị đầu ra gồm có các led đơn báo kết nối, cảnh báo sự cố, LCD 20x4… Thiết bị điều khiển trung tâm là vi điều khiển Arduino Nano và NodeMCU 1. Các chuẩn truyền dữ liệu UART, I2C, Internet… Thiết bị giao tiếp không dây mô- đun Lora E32-TTL-100. Thiết bị cung cấp nguồn 5V là nguồn pin 9V qua mạch ổn áp 5V Thiết bị lưu trữ là bộ nhớ EEPROM 24LC512.
Thiết bị đồng hồ thời gian thực mô-đun đồng hồ thời gian thực DS1307. Thiết bị giao diện giám sát websever, app android gồm laptop, smartphone.1 Cảm biến biến dòng Hall 100A YHDC Cảm biến dòng điện xoay chiều có chức năng chuyển đổi dòng điện từ lớn sang nhỏ sau đó được chuyển đổi qua điện áp. Người sử dụng có thể biết được dòng điện AC dựa vào việc đo điện áp ngõ ra. Cảm biến dòng diện Hall 100A YHDC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông số kỹ thuật: Bảng 2. Thông số cơ bản của hall 100A YHDC Model STC -013 Dòng ngõ vào 0- 100 A AC Dòng ngõ ra 0- 50 mA AC Nhiệt độ làm việc -25 – 70°C Kích thước 13 mm x 13 mm Bản vẽ cắt kĩ thuật và cấu tạo: Hình 2. Mặt cắt kỹ thuật chi tiết Hall 100A YHDC [15] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2.2 Vi Điều Khiển Arduino Nano Arduino là một nên tảng điện tử với mã nguồn mở, với phần cứng và phần mềm linh hoạt dễ dàng cho người sử dụng. Arduino Nano Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno với cùng vi điều khiển ATmega328P có thể lập trình trực tiếp bằng máy tính và đặc biệt hơn cả đó là kích thước của nó.
Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ (1.3cm), vì giá rẻ hơn Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thư viện của IDE. Cáp kết nối được dùng để nạp Arduino là cáp mini USB. Một số thông số cơ bản: Nguồn cung cấp 5V. Sử dụng chip ATMEGA328P.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 do an CHƯƠNG 2.3 Giới thiệu về module Lora E32-TTL-100. Mô-đun Lora E32-TTL-100. Mạch thu phát sóng RF Lora UART sx1278 sử dụng chip sx1278 do Semtech sản xuất dựa trên chuẩn Lora. Với module này có những lợi thế sẽ có thể tiết kiệm năng lượng và thu phát ở khoảng cách xa, có thể dễ dàng tạo thành mạng network.
Module E32-TTL-100 sử dụng chip semtech sx1278 sử dụng chuẩn giao tiếp SPI được tích hợp bộ chuyển đội sang chuẩn UART dễ dàng sử dụng và kích thước nhỏ vô cùng thuận lợi. Thông số kĩ thuật: - IC chính sx1278 bởi Semtech. - Kích thước: 21mm x 36mm. - Tần số hoạt động: 433 MHz.
- Nguồn cung cấp: 2. - Khoảng cách truyền tính toán: 3000m. - Công suất: 100mW. - Chuẩn giao tiếp: UART.
- Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ +85°C. - Cấu hình 65536 địa chỉ. - Độ dài gói tin truyền nhận 256 byte. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2. Mô tả chân và các chức năng. STT Ký hiệu Chức năng 1 M0 Cài đặt 4 chế độ hoạt động của Lora. 2 M1 Cài đặt 4 chế độ hoạt động của Lora.
3 RXD Kết nối với chân TX của vi điều khiển. 4 TXD Kết nối với chân RX của vi điều khiển. 5 AUX Biểu thị trạng thái truyền nhận của module. 6 VCC Kết nối với nguồn từ 2.5V 7 GND Kết nối với GND.
Các chế độ hoạt động của mô-đun E32-TTL-100. Các chế độ hoạt động của E32-TTL-100 được điều chỉnh bởi 2 chân M0, M1 kết hợp tạo thành các trạng thái quy định. Khi muốn cấu hình cho module cần phải đưa module về chế độ ngủ và cụ thể là đưa 2 chân M0, M1 cùng lúc lên mức 1. Các chế độ hoạt động của mô-đun E32-TTL-100.[16] Chế độ Trạng thái M1 M0 Mô tả 1 Bình thường 0 0 Giao tiếp Serial luôn mở, quá trình truyền nhận liên tục.
2 Báo thức 0 1 Giao tiếp Serial mở, khi truyển Lora sẽ tự gửi theo mã kích, khi nhận chỉ nhận được dữ liệu ở chế độ 0,1,2 3 Tiết kiệm pin 1 0 Giao tiếp Serial đóng. 4 Ngủ 1 1 Dùng để cấu hình Lora. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chế độ hoạt động bình thường (M0=0, M1=0): Truyền: Lora nhận dữ liệu yêu cầu gửi.
Khi nhận dữ liệu đầu ra AUX được kéo xuống mức thấp. Khi Lora truyền, tất cả dữ liệu được đặt vào IC RF và khởi động bắt đầu, chân TX ở mức cao. Tại thời điểm này, gói dữ liệu bắt đầu được truyền đi có thể lên tới 256 byte.