I. Thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị điện. Hệ thống được thiết kế dựa trên việc tích hợp các công nghệ hiện đại như IoT, mạng LoRa, và WiFi để đảm bảo khả năng giám sát và điều khiển từ xa. Các thành phần chính của hệ thống bao gồm bộ xử lý trung tâm, các bộ xử lý phụ, và các module cảm biến. Bộ xử lý trung tâm đóng vai trò thu thập dữ liệu và gửi tín hiệu điều khiển đến các bộ xử lý phụ, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ các thiết bị. Các bộ xử lý phụ được thiết kế để kết nối với các thiết bị điện và cảm biến, đảm bảo khả năng điều khiển và giám sát từ xa thông qua app Android và màn hình cảm ứng.
1.1. Thiết kế khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm được thiết kế để thu thập dữ liệu từ các cảm biến và gửi tín hiệu điều khiển đến các bộ xử lý phụ. Khối này sử dụng vi điều khiển Arduino Uno và module ESP32 để kết nối WiFi, đảm bảo khả năng giao tiếp với app Android và màn hình cảm ứng. Khối xử lý trung tâm cũng được tích hợp module LoRa SX1278 để truyền thông không dây tầm xa, giúp hệ thống hoạt động ngay cả khi không có kết nối internet.
1.2. Thiết kế khối xử lý phụ
Các khối xử lý phụ được thiết kế để kết nối với các thiết bị điện và cảm biến như DHT11, cảm biến độ ẩm đất, và module thời gian thực RTC-DS1307. Các khối này sử dụng vi điều khiển Arduino Nano và module LoRa SX1278 để nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm và gửi dữ liệu phản hồi. Thiết kế này đảm bảo khả năng điều khiển và giám sát từ xa thông qua mạng LoRa và WiFi.
II. Thi công hệ thống
Thi công hệ thống là quá trình chuyển đổi từ thiết kế sang sản phẩm thực tế. Quá trình này bao gồm việc lắp ráp các linh kiện, kiểm tra mạch, và đóng gói sản phẩm. Hệ thống được thi công dựa trên các thiết kế đã được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành. Các bước thi công bao gồm lắp ráp board mạch, kiểm tra kết nối, và đóng gói sản phẩm vào các hộp mica để bảo vệ các linh kiện khỏi tác động bên ngoài.
2.1. Lắp ráp board mạch
Quá trình lắp ráp board mạch bao gồm việc gắn các linh kiện như vi điều khiển, module LoRa SX1278, và các cảm biến lên board mạch. Các kết nối được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và ổn định của hệ thống. Board mạch của bộ xử lý trung tâm được đặt trong hộp mica có kích thước 17x15x8cm, trong khi các board mạch của bộ xử lý phụ được đặt trong hộp mica có kích thước 14x11x8cm.
2.2. Kiểm tra và đóng gói
Sau khi lắp ráp, hệ thống được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo các kết nối hoạt động chính xác. Các board mạch được đóng gói vào hộp mica để bảo vệ khỏi tác động bên ngoài. Quá trình kiểm tra bao gồm việc thử nghiệm khả năng điều khiển và giám sát từ xa thông qua app Android và màn hình cảm ứng, cũng như kiểm tra khả năng hoạt động của hệ thống khi không có kết nối internet.
III. Ứng dụng và đánh giá
Hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị điện qua app Android và màn hình cảm ứng mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong cuộc sống hàng ngày. Hệ thống cho phép người dùng điều khiển các thiết bị điện từ xa, giám sát các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, và độ ẩm đất một cách dễ dàng. Hệ thống cũng có khả năng hoạt động ngay cả khi không có kết nối internet nhờ sử dụng mạng LoRa, một công nghệ truyền thông không dây tầm xa. Điều này làm cho hệ thống trở nên linh hoạt và phù hợp với nhiều môi trường khác nhau.
3.1. Ứng dụng thực tế
Hệ thống có thể được ứng dụng trong các ngôi nhà thông minh, giúp người dùng điều khiển các thiết bị điện như đèn, quạt, và máy bơm từ xa thông qua app Android. Hệ thống cũng có thể giám sát các thông số môi trường như nhiệt độ và độ ẩm, giúp người dùng điều chỉnh các thiết bị một cách phù hợp. Khả năng hoạt động không cần internet của hệ thống làm cho nó trở nên lý tưởng cho các khu vực nông thôn hoặc vùng sâu vùng xa.
3.2. Đánh giá hiệu quả
Hệ thống đã được thử nghiệm trong 30 lần thực nghiệm và cho kết quả ổn định với độ chính xác cao. Khả năng điều khiển và giám sát từ xa thông qua app Android và màn hình cảm ứng được đánh giá là tiện lợi và dễ sử dụng. Hệ thống cũng thể hiện khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện không có kết nối internet, nhờ sử dụng mạng LoRa. Tuy nhiên, hệ thống cần được cải thiện thêm về khả năng mở rộng và tích hợp với các công nghệ khác trong tương lai.
