TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công tơ điện truyền thống đã được sử dụng từ lâu để đo lường điện năng tiêu thụ trong hộ gia đình, công ty và xí nghiệp, với chức năng hiển thị lượng điện tiêu thụ tính bằng kilowatt giờ (kWh) Các con số này giúp tính toán chi phí sử dụng điện trong mỗi chu kỳ, đồng thời cho phép người dùng kiểm soát lượng điện tiêu thụ Bên cạnh đó, công tơ điện cũng hỗ trợ các nhà quản lý trong việc theo dõi số lượng khách hàng sử dụng điện, cho thấy sự cần thiết cao của chúng trong cuộc sống hàng ngày.
Sự bùng nổ công nghệ hiện nay đã dẫn đến sự phát triển của nhiều thiết bị như Module Wifi, Module đo điện năng PZEM-004T, và các board mạch điều khiển như Arduino và Raspberry, giúp tạo ra công tơ điện tử với nhiều tính năng quản lý tiện lợi Các công tơ này không chỉ đọc chỉ số điện năng cơ bản mà còn lưu trữ dữ liệu và truyền thông tin về cơ quan quản lý Mặc dù mạng Internet đã hỗ trợ tốt cho việc thu thập dữ liệu, nhưng Module Lora đã mở rộng khả năng thu thập dữ liệu ở những khu vực không có Internet Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về giải pháp truyền và quản lý dữ liệu qua Internet, trong đó có Đồ Án Tốt Nghiệp năm 2019 của Võ Hồng Sơn và Nguyễn Lâm Hoàng Minh Tuấn với đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ kết hợp với điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua Internet và Lora”.
Dựa trên các khảo sát và kiến thức đã được trang bị, nhóm đề xuất thực hiện một hệ thống kết hợp các tính năng hiện đại vào công tơ điện truyền thống Hệ thống này có tên là “Thiết kế và thi công công tơ điện tử giám sát điện năng tiêu thụ qua mạng Lora và Internet”, với chức năng đo lường điện năng tiêu thụ một cách chính xác và hiệu quả.
MỤC TIÊU
Hệ thống được thiết kế và thi công nhằm đo lường điện áp, dòng điện tiêu thụ và điện năng tiêu thụ, hiển thị thông tin trên màn hình TFT Dữ liệu sẽ được lưu trữ và gửi lên cơ sở dữ liệu qua Internet, đồng thời truyền trực tiếp về máy chủ qua công nghệ Lora khi không có kết nối Internet.
NỘi DUNG NGHIÊN CỨU
Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp về thiết kế và thi công công tơ điện tử giám sát điện năng tiêu thụ qua mạng Lora và Internet, các nội dung cần thực hiện bao gồm: nghiên cứu thiết kế hệ thống, phát triển phần mềm giám sát, lắp đặt thiết bị, và kiểm tra hiệu suất hoạt động của công tơ.
- Nội dung 1: Kết nối Node McuEsp8266 với Module đo điện năng PZEM-004T, màn hình LCD TFT 2.4 inch hiển thị thông số trên thiết bị
- Nội dung 2: Kết nối module Wifi (Wireless Fidelity) (ESP8266) với Internet để cập nhập dữ liệu cho nhà quản lý
- Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng phương thức truyền dữ liệu giữa các module Lora
- Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng Website phục vụ cho khách hàng sử dụng và việc quản lý của từng trạm thu thập dữ liệu
- Nội dung 5: Thiết kế mô hình hệ thống
- Nội dung 6: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và điều chỉnh hệ thống
- Nội dung 7: Viết báo cáo thực hiện
- Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.
GIỚI HẠN
Trong đề tài “Thiết kế và thi công công tơ điện tử giám sát được điện năng tiêu thụ qua mạng Lora và Internet” có những giới hạn sau:
Hệ thống bao gồm một thiết bị chính và hai thiết bị phụ, trong đó các thiết bị phụ có khả năng đo dòng điện, điện áp và công suất Một thiết bị phụ sử dụng Wi-Fi của chính nó để truyền dữ liệu lên cơ sở dữ liệu, trong khi thiết bị phụ còn lại sử dụng mạng Lora để gửi dữ liệu đến thiết bị chính Thiết bị chính sau đó sẽ sử dụng Wi-Fi để đưa dữ liệu từ thiết bị phụ lên cơ sở dữ liệu.
- Chỉ có thể đo được điện áp 1 pha và đo điện áp từ: 80 – 260VAC/50-60
Hz Dòng điện đo được trong giới hạn 0-100A Công suất đo được trong giới hạn: 0 - 26000W Năng lượng đo và hoạt động trong giới hạn: 0-9999 KWh
- Các thiết bị muốn hoạt động phải được cấp nguồn 220VAC
- Khoảng cách truyền của thiết bị phụ đến thiết bị chính bằng lora nằm trong 500m
Để đưa dữ liệu từ thiết bị chính và thiết bị phụ lên cơ sở dữ liệu qua wifi, việc cấu hình wifi mềm là bắt buộc, đồng thời wifi cũng cần phải có kết nối Internet.
- Hệ thống chưa ổn định lúc mới nhận nguồn
- Hiển thị các thông số đo được lên màn hình TFT 2.4inch
- Sử dụng vi điều khiển Node Mcu Esp8266 để lập trình trong việc điều khiển
- Sử dụng Module Lora E32-TTL-100 để truyền lora giữa các thiết bị
- Sử dụng module PZEM-004T để đo các thông số điện năng, dòng điện, điện áp
- Trang web sử dụng theo dõi các thông số điện năng hiện chỉ là localhost
- Độ phân giải trang web chưa tốt
- Quá trình đưa dữ liệu lên cơ sở dữ liệu nhanh nhưng chưa ổn định
- Thời gian đưa dữ liệu lên website hiển thị bằng wifi mất 10s
Để nắm vững chức năng của từng module trong vi điều khiển, hệ thống mạng WiFi và mạng LoRa liên quan đến đề tài, cần nhiều thời gian nghiên cứu Nhóm chỉ tập trung vào việc sử dụng các chức năng thiết yếu phục vụ cho đề tài nghiên cứu.
BỐ CỤC
Chương này giới thiệu lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung chính, các giới hạn về thông số và cấu trúc của đồ án.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày về những lí thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu và thông số kĩ thuật của phần cứng dùng trong đề tài
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Chương này trình bày về thiết kế sơ đồ khối, chỉ ra chức năng của từng khối và tính toán các thông số cần thiết trong mạch
• Chương 4: Thi công hệ thống
Chương này trình bày về kết quả thi công phần cứng cũng như cách thức hoạt động của hệ thống về phần mềm
• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này trình bày kết quả nhận xét và đánh giá về độ hoàn thành của hệ thống
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này tóm tắt kết luận của nhóm về mức độ hoàn thành hệ thống so với mục tiêu ban đầu đã đề ra, đồng thời đề xuất các hướng phát triển khả thi nhằm nâng cao hiệu quả của hệ thống trong tương lai.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
LoRa và LoRaWan
LoRa (Long Range) là công nghệ truyền thông dữ liệu không dây kỹ thuật số, được phát triển bởi Cycleo tại Grenoble, Pháp, và được Semtech mua lại vào năm 2012 Công nghệ này hoạt động trên băng tần từ 430 MHz đến 915 MHz, với các tần số cụ thể cho từng khu vực: 433 MHz cho châu Á, 780 MHz cho Trung Quốc, 868 MHz cho châu Âu và 915 MHz cho châu Mỹ LoRa có khả năng truyền tải các gói tin xa đến 5 km trong khu vực đô thị, mang lại hiệu quả cao cho các ứng dụng IoT.
Công nghệ LoRaWAN, kết hợp giữa lớp vật lý LoRa và mạng diện rộng, cho phép truyền dữ liệu ở khoảng cách lên đến 15 km với tốc độ từ 0,3 đến 22 Kbps hoặc 100 Kbps Nhờ vào khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường ngoài trời, công nghệ này thường được ứng dụng trong các nông trại và trang trại.
LoraWan là kiến trúc hệ thống và giao thức truyền thông trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong lớp mạng LoRa Những yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi thọ pin của thiết bị, dung lượng mạng, chất lượng dịch vụ, mức độ bảo mật và các ứng dụng khác.
LoRaWan có nhiều ưu điểm giúp mạng LoRaWan ngày càng ứng dụng rộng rãi
- Cảm biến công suất thấp và vùng phủ sóng rộng được đo bằng km
- Hoạt động trên tần số miễn phí (không có license), không có chi phí cấp phép trả trước để sử dụng công nghệ
- Công suất thấp có nghĩa là tuổi thọ pin dài cho các thiết bị Pin cảm biến có thể tồn tại trong 2 năm 5 năm
- Thiết bị gateway LoRa đơn được thiết kế để chăm sóc hàng ngàn thiết bị đầu cuối hoặc node
- Chi phí kết nối thấp
- Không dây, dễ cài đặt và triển khai nhanh
Ngoài ra, LoRaWan có những nhược điểm tồn tại
Tần số mở có nhược điểm là dễ bị nhiễu và tốc độ dữ liệu có thể thấp Ngược lại, với tần số GSM hoặc tần số được cấp phép, người dùng có thể truyền tải mà không gặp phải nhiễu, tuy nhiên, các nhà khai thác GSM phải trả một khoản phí lớn cho chính phủ để sử dụng những tần số này Trong khi đó, LoRa hoạt động trên các tần số mở và không yêu cầu giấy phép sử dụng.
2.1.2 Cấu trúc mạng điển hình
Các thiết bị LoRaWan kết nối với nhau theo mô hình sao trong đó các thiết bị
“node” sẽ gửi dữ liệu đến cá thiết bị Gate để từ đó gửi lên server và xử lý dữ liệu trên server
Hình 2.1 Mô hình mạng LoRa thực tế
Kiến trúc mạng điển hình của LoRa được sử dụng là kiến trúc hình sao Thông thường cấu trúc này sẽ có hai loại thiết bị:
End node là các thiết bị cảm biến hoặc giám sát được lắp đặt ở những vị trí làm việc xa, nhằm thu thập và gửi dữ liệu về các thiết bị trung tâm.
Gateway là thiết bị trung tâm thu thập dữ liệu từ các node thiết bị và gửi đến một server trung tâm để xử lý Thông thường, các thiết bị Gateway được đặt ở vị trí có nguồn cung cấp điện và kết nối mạng như Wifi, LAN hoặc GSM để đảm bảo việc truyền dữ liệu lên server được diễn ra suôn sẻ.
Hình 2.2 Mô hình mạng sao LoRa
Mỗi gateway LoRa có khả năng xử lý hàng triệu node, cho phép tín hiệu truyền xa và giảm thiểu nhu cầu về cơ sở hạ tầng mạng Điều này làm cho việc xây dựng mạng LoRa trở nên tiết kiệm chi phí hơn Hơn nữa, các mạng LoRa có thể được tích hợp với các thiết bị liên lạc khác, như tháp điện thoại di động, giúp giảm đáng kể các hạn chế trong quá trình xây dựng.
LoRa cung cấp nhiều mô hình mạng như hình sao, hình lưới và hình cây, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng và được áp dụng trong các trường hợp khác nhau Trong số đó, mô hình mạng lưới (Mesh topology) nổi bật với độ tin cậy cao, cho phép mỗi nút kết nối với các nút khác, từ đó đảm bảo khả năng truyền dữ liệu liên tục giữa các nút trong mạng.
2.1.3 Giải thuật mở rộng phạm vi truyền
Khác với mô hình mạng sử dụng thiết bị điểm nối điểm thì mô hình áp dụng trong đề tài được xây dựng như sau:
Hình 2.3 Giải thuật phạm vi truyền
Mô hình truyền được xây dựng có 2 loại thiết bị:
- Thiết bị chủ: Là thiết bị trung tâm có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các thiết bị phụ và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu
- Thiết bị phụ: Là thiết bị giám sát được đặt ở các hộ gia đình Có chức năng thu thập và gửi dữ liệu
Cách thức gửi dữ liệu của thiết bị giám sát:
- Thiết bị sẽ ưu tiên dùng wifi để gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu
- Khi không có wifi hoặc mất kết nối Internet thiết bị chuyển sang truyền đến thiết bị trung tâm bằng mạng Lora
Khi khoảng cách giữa thiết bị và trung tâm quá xa, dữ liệu sẽ được truyền qua các thiết bị giám sát gần nhất Những thiết bị giám sát này sẽ gửi dữ liệu từ các thiết bị gửi đến cũng như dữ liệu của chính chúng lên cơ sở dữ liệu.
Internet và Wifi
Internet là một hệ thống toàn cầu cho phép chia sẻ thông tin, kết nối hàng triệu máy tính thông qua giao thức IP chuẩn hóa quốc tế Hệ thống này bao gồm nhiều mạng máy tính nhỏ từ các công ty, tổ chức, trung tâm nghiên cứu, trường đại học, chính phủ và hàng tỷ người dùng cá nhân trên toàn thế giới.
2.2.2 Giới thiệu Wifi và nguyên tắc hoạt động của Wifi
Wifi, viết tắt của Wireless Fidelity, là hệ thống truy cập internet không dây sử dụng sóng vô tuyến tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio Đây là công cụ kết nối thiết yếu cho điện thoại, laptop, máy tính bảng và nhiều thiết bị thông minh khác như smartwatch.
Nguyên tắc hoạt động của Wifi yêu cầu có Router để tạo kết nối Router nhận thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu vô tuyến để phát đi Bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động sẽ thu nhận và giải mã tín hiệu này thành dữ liệu cần thiết Quá trình này cũng có thể diễn ra ngược lại, khi Router nhận tín hiệu vô tuyến từ Adapter, giải mã và gửi qua Internet.
Hình 2.4 Mô hình Router (bộ thu phát) và các bộ chuyển tín hiệu không dây
Nguyên lý đo dòng điện xoay chiều sử dụng máy biến dòng(Current Transformer)
Máy biến dòng, hay còn gọi là biến dòng (tiếng Anh: Current Transformer, ký hiệu CT), là thiết bị thiết yếu trong hệ thống giám sát và đo lường điện năng.
Biến dòng là một thiết bị điện áp quan trọng, được sử dụng để giảm dòng điện xoay chiều (AC) Nó hoạt động bằng cách tạo ra một dòng điện trong cuộn thứ cấp, tỷ lệ thuận với dòng điện đi qua cuộn chính của nó.
• Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
Hình 2.5 Cấu tạo của máy biến dòng
- Primary Current: Cuộn dây sơ cấp
- Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp
- Ammeter: Đồng hồ đo dòng
• Nguyên lý hoạt động máy biến dòng
Hình 2.6 Nguyên lý của máy biến dòng
Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, khi dòng điện xoay chiều chạy qua một dây dẫn, sẽ tạo ra một điện trường xung quanh Điện trường này cảm ứng vào cuộn dây, dẫn đến việc xuất hiện dòng điện trong cuộn dây đó Tỷ lệ dòng điện này phụ thuộc vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dòng.
Chuyển đổi tín hiệu analog sang digital
Mạch chuyển đổi tương tự ra số (ADC) là hệ thống chuyển đổi tín hiệu analog liên tục, như âm thanh từ micro hay tín hiệu từ cảm biến, thành tín hiệu kỹ thuật số Hệ thống ADC thường bao gồm phần cứng, như bộ tính toán độc lập, thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu analog (dưới dạng điện áp hoặc dòng điện) thành các giá trị số đại diện cho cường độ tín hiệu Kết quả đầu ra số thường ở dạng nhị phân bù 2, tương ứng với giá trị đầu vào, mặc dù cũng có một số khả năng khác.
Nhiều kiến trúc ADC hiện đang được áp dụng, và do tính phức tạp cùng yêu cầu về độ chính xác cao, hầu hết các hệ thống ADC được chế tạo bên trong các mạch tích hợp (IC).
• Nguyên lí chuyển đổi ADC
Trong thế giới thực, tín hiệu analog là tín hiệu liên tục với các giá trị không bị gián đoạn, thường xuất phát từ âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ và chuyển động Ngược lại, tín hiệu số được biểu thị bằng các giá trị rời rạc, trong đó tín hiệu được phân chia theo chuỗi thời gian hoặc tốc độ lấy mẫu.
Vi điều khiển có khả năng đọc các giá trị từ dữ liệu kỹ thuật số nhờ vào việc bộ vi điều khiển chỉ nhận diện các mức điện áp điện tử, điều này phụ thuộc vào độ phân giải của ADC và điện áp hệ thống ADC hoạt động theo trình tự chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số: đầu tiên là lấy mẫu tín hiệu, sau đó định lượng để xác định độ phân giải, và cuối cùng là chuyển đổi sang giá trị nhị phân để gửi đến hệ thống Hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của ADC là tốc độ lấy mẫu và độ phân giải.
Các chuẩn truyền
UART là “Universal Asynchronous Receiver / Transmitter”, và nó là một vi mạch sẵn có trong một vi điều khiển nhưng không giống như một giao thức truyền thông (I2C
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là một giao thức truyền dữ liệu nối tiếp, cho phép giao tiếp giữa hai thiết bị Chức năng chính của UART là truyền tải thông tin qua kết nối nối tiếp, và nó hỗ trợ hai phương thức giao tiếp: dữ liệu nối tiếp và dữ liệu song song.
Hình 2.7 Chuẩn truyền thông UART
Có hai loại UART là truyền UART và nhận UART, và chúng có thể giao tiếp trực tiếp với nhau thông qua hai cáp Dữ liệu sẽ được truyền từ chân Tx của UART này sang chân Rx của UART kia Quá trình truyền dữ liệu giữa Tx và Rx trong UART diễn ra không đồng bộ, tức là không cần tín hiệu CLK để đồng bộ hóa các bit đầu ra.
Các thông số cơ bản của khung truyền
1 START BIT 5 TO 9 DATA BITS 0 TO 1
Hình 2.8 Khung truyền dữ liệu UART
− Frame (khung truyền): Khung truyền quy định về mỗi lần truyền bao nhiêu bit
Start bit là bit đầu tiên được truyền trong một Frame, có vai trò quan trọng trong việc thông báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu sắp được gửi đến Bit này là bắt buộc trong quá trình truyền dữ liệu.
− Data: dữ liệu cần truyền Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau đó đến bit MSB
− Parity bit: kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không
Stop bit là một hoặc nhiều bit dùng để thông báo cho thiết bị rằng quá trình gửi dữ liệu đã hoàn tất Thiết bị nhận sẽ kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu Bit này là bắt buộc trong giao thức truyền thông.
− Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu
− Tín hiệu CLK là không cần thiết
− Nó bao gồm một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi
− Sắp xếp gói dữ liệu có thể được sửa đổi vì cả hai mặt được sắp xếp
− Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit
- Nó không chứa một số hệ thống phụ
- Tốc độ truyền của UART phải ở mức 10% của nhau
UART truyền nhận dữ liệu từ bus dữ liệu bằng cách chuyển đổi dữ liệu từ dạng song song sang dạng nối tiếp Dữ liệu được đóng gói với bit start, bit parity và bit stop trước khi được gửi qua chân Tx UART nhận tiếp nhận các gói dữ liệu này, loại bỏ các bit không cần thiết và chuyển đổi dữ liệu trở lại dạng song song Cuối cùng, UART nhận truyền gói dữ liệu song song qua bus dữ liệu.
+ 0 (START BIT) DATA FRAME + 0 (PARTITY) + 1 (STOP BIT)
Hình 2.10 Quá trình truyền dữ liệu UART
- 0 (START BIT) DATA FRAME - 0 (PARTITY) - 1 (STOP BIT)
Để bắt đầu quá trình truyền dữ liệu qua UART, đường dữ liệu sẽ được kéo từ mức điện áp cao (1) xuống mức điện áp thấp (0) UART nhận diện sự chuyển đổi này và bắt đầu hiểu dữ liệu thực Thông thường, chỉ có một bit khởi đầu (start-bit), và độ dài khung dữ liệu có thể từ 5 đến 8 bit; nếu không sử dụng bit chẵn lẻ, khung dữ liệu có thể dài tới 9 bit LSB của dữ liệu sẽ được truyền trước tiên, điều này rất hữu ích cho quá trình truyền.
Bit chẵn lẻ giúp người nhận xác minh tính chính xác của dữ liệu được thu thập Đây là một hệ thống kiểm tra lỗi đơn giản, có hai loại là chẵn lẻ – chẵn lẻ và chẵn lẻ – lẻ Mặc dù hữu ích, nhưng bit chẵn lẻ không phổ biến và không phải là yêu cầu bắt buộc trong nhiều ứng dụng.
Bit dừng nằm ở cuối gói dữ liệu, thường có độ dài 2 bit nhưng thường chỉ sử dụng 1 bit Để ngăn chặn sóng, UART duy trì đường dữ liệu ở mức điện áp cao.
SPI (Giao diện Ngoại vi Nối tiếp) là một chuẩn giao diện nối tiếp đồng bộ được thiết kế bởi Motorola, cho phép truyền dữ liệu ở chế độ song công toàn phần (full-duplex) Chuẩn này giúp kết nối dễ dàng và tiết kiệm chi phí giữa các vi điều khiển và thiết bị ngoại vi Đôi khi, SPI còn được gọi là giao diện bốn dây.
Hình 2.12 Chuẩn truyện nhận dữ liệu SPI
SPI có sử dụng bốn tín hiệu số:
MOSI (Master Out Slave In) là cổng xuất dữ liệu từ thiết bị master và cổng nhập dữ liệu cho thiết bị slave, được sử dụng để truyền tải thông tin từ thiết bị master đến thiết bị slave.
MISO (Master In Slave Out) là cổng vào của thiết bị master và cổng ra của thiết bị slave, có chức năng truyền dữ liệu từ thiết bị slave đến thiết bị master.
SCLK (Serial Clock) hay SCK - tín hiệu xung clock nối tiếp, dành cho việc truyền tín hiệu dành cho thiết bị slave
CS hay SS (Chip Select, Slave Select): chọn vi mạch, chọn thiết bị slave
Mỗi chip Master và Slave đều có một thanh ghi dữ liệu bit Khi Master tạo ra xung nhịp trên đường SCK, một bit từ thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave qua đường MOSI, đồng thời một bit từ thanh ghi dữ liệu của chip Slave được truyền qua Master trên đường MISO Quá trình trao đổi dữ liệu này diễn ra đồng thời giữa hai chip, được gọi là “song công”.
Có thể kiểm soát một hay nhiều thiết bị sử dụng SPI
Hình 2.13 Mô hình truyền nhận dữ liệu giữa Master và Slave Device
Dữ liệu được truyền qua hai đường MISO và MOSI khi dòng SS ở mức thấp Điều này cho phép sử dụng nhiều thiết bị SPI trên cùng một bus.
Hình 2.14 Mô hình truyền nhận dữ liệu giữa một Master và nhiều Slave Device
2.6 Phương thức Hypertext Transfer Protocol
HTTP (Giao thức truyền siêu văn bản) là giao thức ở tầng ứng dụng của TCP/IP, cho phép truyền nhận dữ liệu giữa các hệ thống phân tán qua internet Giao thức này hoạt động theo mô hình Client-Server, thực hiện các quá trình request-response giữa các máy tính khác nhau HTTP quy định cấu trúc gói tin và cách thức truyền dữ liệu giữa client và server, hỗ trợ truyền dẫn siêu văn bản như văn bản, hình ảnh, âm thanh và video Hiện nay, HTTP là nền tảng chính cho ứng dụng duyệt web và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống Internet of Things.
PC có Internet Server chạy Apache
Web Server HTTP yêu cầu
Hình 2.15 Mô hình giao thức giữa Client- Server bằng giao thức HTTP
Quá trình làm việc của một phiên làm việc HTTP diễn ra như sau:
HTTP client thiết lập kết nối TCP với server, và nếu kết nối thành công, dữ liệu sẽ được truyền nhận qua kết nối này Kết nối này, còn được gọi là socket interface, bao gồm các thông tin như địa chỉ IP, giao thức giao vận (TCP) và cổng (mặc định là 80).
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Khối xử lí và điều khiển chính
Khối xử lí và điều khiển phụ
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Chức năng từng khối
Khối xử lý và điều khiển chính là trung tâm điều khiển của toàn bộ hệ thống, có chức năng nhận dữ liệu từ khối đo điện năng, quản lý hiển thị và truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị Nó kết nối với cơ sở dữ liệu qua wifi để đảm bảo khả năng tương tác và quản lý thông tin hiệu quả.
Khối xử lí và điều khiển phụ: Là khối điều khiển nhận dữ liệu từ các khối điều khiển phụ và đưa lên cơ sở dữ liệu
Khối đo điện năng là thiết bị sử dụng module đo để theo dõi các thông số như dòng điện, hiệu điện thế và điện năng tiêu thụ của các thiết bị, đồng thời truyền dữ liệu về vi điều khiển.
Khối thu phát LoRa: Sử dụng module Lora để thu phát dữ liệu nhận từ vi điều khiển, giúp truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị
Khối hiển thị: Sử dụng màn hình đặt tại các thiết bị để hiển thị các thông số bao gồm điện năng tiêu thụ, dòng điện, điện áp
Khối module Wifi ESP8266: Khối này có chức năng kết nối Internet để gửi dữ liệu thu thập được lên trên cơ sở dữ liệu
Khối Database-Website có vai trò quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu từ các thiết bị Website không chỉ hiển thị các thông số mà còn hỗ trợ quản lý, giúp người dùng dễ dàng giám sát lượng điện năng tiêu thụ thông qua việc trình bày trực quan các dữ liệu đo được.
Khối nguồn: Chuyển đổi điện áp 220V AC sang 5V DC sử dụng cho các module có trong mạch.
THIẾT KẾ TỪNG KHỐI
3.2.1 Khối xử lí và điều khiển a Chức năng khối
Hệ thống được điều khiển bởi một vi điều khiển, có khả năng nhận dữ liệu từ khối đo điện năng và cho phép hiển thị cũng như truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị Việc kết nối với cơ sở dữ liệu qua wifi là một tính năng quan trọng Để đáp ứng đầy đủ các chức năng, vi điều khiển như PIC, ARM, hoặc Arduino là cần thiết Trong số đó, module NODE MCU ESP8266 nổi bật nhờ khả năng giao tiếp tốt với các module khác, hỗ trợ đầy đủ các chân UART và tích hợp chip ESP 8266 cho kết nối wifi ổn định Module này còn cho phép cấu hình wifi tạm thời từ điện thoại, thực hiện chức năng truyền, nhận dữ liệu và xử lý tín hiệu qua Internet Với tiêu chí giá thành hợp lý, dễ sử dụng và có cộng đồng hỗ trợ lớn, NODE MCU ESP8266 là lựa chọn tối ưu cho hệ thống.
Chip ESP8266 có bộ xử lí RISC 32-bit LX106 hoạt động ở tần số xung nhịp 80- 160MHz và hỗ trợ RTOS
ESP8266 sở hữu 128 KB RAM và 4 MB bộ nhớ FLASH, đủ để đáp ứng nhu cầu IoT hiện nay Với bộ thu phát WIFI tích hợp, ESP8266 không chỉ kết nối mạng WIFI mà còn tương tác với Internet, cho phép thiết lập mạng riêng và kết nối trực tiếp với các thiết bị khác Điều này làm cho module NODE MCU ESP8266 trở nên linh hoạt hơn trong các ứng dụng IoT.
Các nguồn vào ra Module
Hình 3.3 Các nguồn của module NODE MCU ESP8266
Hầu hết các module cảm biến đều sử dụng nguồn 3.3V, vì vậy module ESP8266 cũng cung cấp nguồn 3.3V để thuận tiện cho việc kết nối Để duy trì điện áp ổn định ở mức 3.3V, module này được trang bị bộ chỉnh điện áp LDO (Low DropOut).
Cấp nguồn cho module NODE MCU ESP8266 có thể thực hiện qua đầu nối Micro USB trên bo mạch hoặc sử dụng chân VIN để cấp nguồn trực tiếp cho module và các thiết bị ngoại vi.
Nút nhấn và đèn LED trên module NODE MCU ESP8266
Hình 3.4 Nút nhấn và Led trên module NODE MCU ESP8266
Module NODE MCU ESP8266 có hai nút quan trọng: nút RST ở góc trên bên trái dùng để reset chip ESP8266 và nút FLASH đối diện, được sử dụng để cấu hình trong quá trình nâng cấp chương trình cơ sở.
Bộ điều khiển CP2102 USB-UART
Hình 3.5 Bộ điều khiển CP2102
Board mạch bao gồm bộ điều khiển cầu nối USB-to UART CP 2102, giúp chuyển c Module NODE MCU ESP8266
Trong những năm gần đây, nhiều dòng vi điều khiển mới đã xuất hiện, như Arduino, PIC và Arm, phục vụ cho việc lập trình ứng dụng Đối với các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là trong lĩnh vực IoT, module Node MCU ESP8266 là lựa chọn lý tưởng, vì nó không chỉ giao tiếp hiệu quả với các thiết bị ngoại vi mà còn tích hợp sẵn ESP8266.
Hình 3.6 Hình ảnh Node MCU ESP8266 Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật của Node MCU ESP8266
WiFi 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động 3.3V Điện áp vào 5V thông qua cổng USB
Số chân I/O 11 (tất cả các chân I/O đều có
Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
Số chân Analog Input 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
Giao tiếp Cable Micro USB
Hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2
Giao thức tích hợp Tích hợp giao thức TCP/IP
Ngôn ngữ lập trình C/C++, Micropython, NodeMCU - Lua
Hình 3.7 Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU
Bảng 3.2 Chức năng các chân của module NODE MCU ESP8266
Tên Vị trí Chức năng
Power 3.3V, Vin Cung cấp nguồn cho module
Chân cho phép (EN), chân reset (RST), chân dùng cấu hình (D3, D0)
I2C D1 (SCL), D2 (SDA) Giao tiếp với các module chuẩn truyền giao tiếp I2C
GPIO GPIO1 - GPIO16 Các chân vào ra
SPI SD1 (MOSI), CMO (CS),
MOSI: Master out slave in MISO: Master in slave out CLK: Xung clock CS: Chân lựa chọn
TX: Chân truyền dữ liệu RX: Chân nhận dữ liệu
SD Card SD3 (SDD3), SD2 (SDD2) Thẻ nhớ
PWM GPIO1 - GPIO16 Chân điều chế xung
3.2.2 Khối đo điện năng a Chức năng khối
Khối đo điện năng PZEM-004T có chức năng đo điện áp, dòng điện và điện năng tiêu thụ của các thiết bị, gửi thông tin về khối xử lý và điều khiển Trên thị trường hiện nay, có nhiều module như cảm biến điện áp AC ZMPT101B và cảm biến dòng điện INA219, nhưng PZEM-004T là lựa chọn phù hợp nhất vì nó hỗ trợ đo cả ba thông số: điện năng tiêu thụ, dòng điện và điện áp.
Trên thị trường hiện nay, ngoài các công tơ điện truyền thống, còn có nhiều loại module đo điện năng tích hợp như Đồng hồ đo dòng áp công suất mức năng lượng AC 20A và module đo điện năng PZEM-004T.
Hình 3.9 Module đo điện năng PZEM-004T
Mô-đun đo điện AC đa năng PZEM004T sử dụng giao tiếp UART để theo dõi các thông số điện năng như điện áp, dòng tiêu thụ và năng lượng tiêu thụ của mạch điện Giao tiếp UART giúp kết nối dễ dàng với vi điều khiển hoặc máy tính để truyền dữ liệu hiệu quả.
Module đo điện giao tiếp UART PZEM004T nổi bật với thiết kế nhỏ gọn và dễ lắp đặt, cho phép đo dòng cách ly an toàn với khả năng đo lên đến 100A Sản phẩm được chế tạo từ linh kiện chất lượng cao, đảm bảo độ bền và hiệu suất ổn định trong quá trình sử dụng.
Bảng 3.3 Thông Số Module Đo Điện Ac Đa Năng Điện áp đo và hoạt động 80 ~ 260VAC / 50 – 60Hz, sai số 0.01 Dòng điện đo và hoạt động 0 ~ 100A, sai số 0.01
Công suất đo và hoạt động 0 ~ 26.000W
Năng lượng đo và hoạt động 0~9999kWh
Giao tiếp UART 5VDC baudrate mặc định 9600, 8, 1
Hình 3.10 Sơ đồ nối dây module đo điện năng PZEM-004T
Module đo điện năng PZEM-004T sử dụng nguồn 5V có thể lấy nguồn của khối xử lí và điều khiển(module NODE MCU ESP8266)
Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lí giao tiếp NODE MCU ESP 8266 VỚI PZEM-004T d Giải thích sơ đồ nguyên lí
Module đo điện năng PZEM 004T giao tiếp với vi điều khiển Node MCU
ESP8266 theo kết nối PZEM_Tx – D1, PZEM_Rx – D2
3.2.3 Khối hiển thị a Chức năng khối
Màn hình 2.2 Inch 240 * 320 SPI TFT LCD Series ILI9341 5V / 3.3V là lựa chọn tối ưu để hiển thị các thông số đo dược từ module đo điện năng AC PZEM-004T, giúp người dùng dễ dàng quan sát Với khả năng hiển thị trực quan và sinh động, màn hình này không chỉ đáp ứng yêu cầu về chất lượng hình ảnh mà còn có giá cả hợp lý so với các loại màn hình khác như LCD 16x2, Graphic LCD Modules hay TFT LCD.
Sử dụng màn hình để hiển thị trực quan các thông tin bao gồm điện năng, dòng điện, điện áp do module đo điện năng đọc về
TFT (Thin Film Transistor) là màn hình tinh thể lỏng sử dụng công nghệ Transistor màng mỏng
- Trên màn hình được cấu tạo nên từ các điểm mầu R, G và B
- Cứ ba điểm mầu RGB đứng cạnh nhau tạo nên một điểm ảnh (1 pixel)
Hình 3.12 Màn hình 2.2 Inch 240 * 320 SPI TFT LCD Series ILI9341 5V / 3.3V
Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật màn hình 2.2 Inch 240 * 320 SPI TFT LCD Series ILI9341 5V / 3.3V
Kích thước màn hình 2.4 Inches
IC điều khiển ILI9341 Độ phân giải màn hình 240x320
• Cách kết nối trong mạch:
- CLK: chân báo xung clock
- LED: Pin này được sử dụng để kiểm soát cường độ của nền Kết nối chân này với 3.3V sẽ đặt màn hình ở độ sáng đầy đủ
Khi dòng DC ở mức thấp, dữ liệu mà LCD nhận được được hiểu là các lệnh Ngược lại, khi dòng DC cao, dữ liệu này được hiểu là dữ liệu thực tế, bao gồm các lệnh và dữ liệu pixel.
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lí giao tiếp giữa NODE MCU ESP8266 với Màn hình TFT d Giải thích sơ đồ nguyên lí
Màn hình TFT LCD Series ILI9341 hoạt động với nguồn 3.3V và có thể sử dụng ở mức 5V Để kết nối với vi điều khiển, chân CS được nối với chân D8, chân SDI (MOSI) nối với chân D7, chân SCK nối với chân D5, chân SD0 (MISO) nối với chân D6, và chân DC được kết nối với chân D0.
DC (Data Command) là tín hiệu quyết định cách hiểu dữ liệu: khi dòng DC ở mức thấp, dữ liệu nhận được từ LCD được coi là các lệnh; ngược lại, khi dòng DC ở mức cao, dữ liệu được hiểu là thông tin pixel.
3.2.4 Khối thu phát Lora Để thu phát dữ liệu nhận từ vi điều khiển, giúp truyền dữ liệu giữa các thiết bị một cách dễ dàng mà không cần đến Internet b Phân tích lựa chọn linh kiện
THI CÔNG HỆ THỐNG
GIỚI THIỆU
Chương này trình bày quy trình thi công PCB, lập trình, lắp ráp phần cứng và kiểm tra mạch Ngoài ra, bài viết còn kèm theo hình ảnh chụp từ mô hình thực tế của hệ thống và các kết quả hoạt động của hệ thống.
Quá trình thi công gồm các bước sau:
- Thiết kế, vẽ sơ đồ mạch in PCB.
- Kiểm tra mạch in và tiến hành hàn linh kiện theo sơ đồ bố trí.
- Kiểm tra và chỉnh sửa mạch sau khi hàn linh kiện.
- Láp ráp mạch hoàn chỉnh.
- Thiết kế vỏ hộp và lắp ráp mạch vào vỏ hộp.
THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4.1 Sơ đồ mạch in PCB mạch Điều khiển
Hình 4.2 Sơ đồ mạch in PCB mạch nguồn
Sau khi in mạch ra bo đồng, cần kiểm tra các đường mạch để đảm bảo chúng đã nối đúng theo thiết kế ban đầu Sử dụng mũi khoan phù hợp với từng loại linh kiện trong mạch, sau đó tiến hành hàn mạch một cách cẩn thận.
Sơ đồ bố trí linh kiện dạng 3D để dễ quan sát và sắp xếp linh kiện theo đúng chiều
Hình 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện 3D mạch điều khiển Sơ đồ bố trí linh kiện 3D mạch điều khiển
Mạch nguồn chuyển đổi điện xoay chiều 220V thành điện một chiều 5V, cung cấp năng lượng cho mạch điều khiển Mạch điều khiển sử dụng nguồn 5V để điều phối hoạt động của hệ thống Hình 4.4 thể hiện sơ đồ bố trí linh kiện 3D của mạch nguồn, cho thấy sự hư hao trong mạch.
Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện sử dụng cho toàn hệ thống
STT Tên linh kiện Số lượng
4 Module đo điện năng AC PZEM-004T 1
5 Module nguồn AC-DC Hi-Link HLK-PM05 1
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra
Sau khi hoàn thành thiết kế, nhóm tiến hành in, ủi, rửa, khoan mạch và hàn linh kiện vào mạch Sử dụng đồng hồ đo vạn năng VOM để kiểm tra xem có dây bị đứt hoặc linh kiện hỏng không Khoảng cách giữa các dây được giữ an toàn, tránh hiện tượng chập mạch Việc kiểm tra dễ dàng hơn nhờ vào việc nhóm làm hai mạch riêng biệt; trước tiên, nhóm kiểm tra mạch nguồn, và nếu mạch nguồn ổn định, họ sẽ lắp đặt toàn bộ hệ thống.
Hình 4.5 Hình ảnh thực tế bên trong của mạch điều khiển sau khi hoàn chỉnh
Hình 4.6 Hình ảnh thực tế bên ngoài của mạch điều khiển sau khi hoàn chỉnh
ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển
Sau khi nhóm hoàn thành mạch và kiểm tra kỹ lưỡng, họ tiến hành đóng gói toàn bộ hệ thống vào hộp để đảm bảo an toàn và tính thẩm mỹ Kích thước hộp là 158x90x65 mm.
Hình 4.7 Hình ảnh hộp bảo vệ toàn hệ thống
4.3.2 Thi công mô hình Để giảm chi phí thì nhóm dùng hộp nhựa được bán sẵn Ưu điểm là tiết kiệm được chi phí, hộp được kiểm định để được bán đại trà và nhược điểm là bị động theo kích thước của hộp Hộp đã được thiết kế lại để có thể phù hợp với nhu cầu của đề tài Đề tài của nhóm là công tơ điện tử nên nhóm đã thiết kế thêm các bảng điện để có thể mô phỏng được thực tế
Hình 4.8 Hình ảnh thực tế mô hình
LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1 Lưu đồ giải thuật a Xây dựng mô hình truyền
❖ Mô hình kết nối của các thiết bị có thể có:
+ Ưu điểm của kết nối thông qua trực tiếp bằng wifi, sẽ giúp dữ liệu được cập nhật lên cơ sở dữ liệu server nhanh nhất
+ Khuyết điểm là không phải hộ gia đình nào cũng có
Module wifi sẽ ưu tiên truyền dữ liệu trước Trong trường hợp một số hộ gia đình không có kết nối wifi, hệ thống sẽ tự động chuyển sang kết nối lora để đảm bảo việc truyền tải dữ liệu vẫn diễn ra.
Khi kết nối WiFi không thành công, module LoRa sẽ tự động gửi dữ liệu tới một thiết bị đã được cấu hình sẵn để kết nối WiFi, từ đó truyền tải dữ liệu lên cơ sở dữ liệu của server.
Trong một số trường hợp, do khoảng cách địa lý xa, thiết bị có thể gửi dữ liệu qua thiết bị gần để truyền lên server Nếu việc này không thành công, dữ liệu sẽ được chuyển tiếp tới tất cả các thiết bị trong khu vực và sau đó được đưa lên cơ sở dữ liệu server.
Phân Tích mô hình kết nối
Hình 4.9 Sơ đồ truyền hệ thống
- Trong mô hình có 3 thiết bị: “Device #1”, “Device #2”, “Device #3”
- Xét đối tượng phân tích:
+ Đối tượng phân tích chính: “Device #2”
+ Đối tượng Lora server: “Device #3”
+ Đối tượng lân cận: “Device #1”
- Trường hợp 1: Thiết bị #2 gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu server thông qua wifi
+ Nếu gửi dữ liệu thành công thì thiết bị #2 sẽ kết thúc quá trình gửi dữ liệu
+ Nếu gửi dữ liệu không thành công thì sẽ được chuyển qua trường hợp 2
- Trường hợp 2: Thiết bị #2 gửi dữ liệu lên thiết bị #3 thông qua lora:
Khi thiết bị #2 gửi dữ liệu thành công, quá trình gửi dữ liệu sẽ kết thúc Lúc này, thiết bị #3 sẽ chuyển tiếp dữ liệu lên server thông qua kết nối wifi.
+ Nếu thiết bị #2 gửi lên thiết bị #3 không thành công thì sẽ được chuyển qua
- Trường hợp 3: Thiết bị #2 gửi dữ liệu qua thiết bị lân cận khác thông qua lora: s
Khi thiết bị #2 gửi dữ liệu thành công, quá trình gửi dữ liệu sẽ được hoàn tất Lúc này, dữ liệu sẽ được chuyển tiếp từ thiết bị lân cận theo cách tương tự như trường hợp 1.
Nếu thiết bị #2 không gửi dữ liệu thành công đến thiết bị #3, hệ thống sẽ thông báo rằng việc gửi dữ liệu không thành công và cần hỗ trợ Trong trường hợp này, dữ liệu có thể được lưu trữ để xử lý sau.
Nếu thiết bị #2 không gửi dữ liệu, nó sẽ liên tục kiểm tra xem thiết bị #1 có yêu cầu chuyển tiếp dữ liệu hay không Nếu có yêu cầu, thiết bị #2 sẽ nhận và thực hiện quá trình gửi dữ liệu như ban đầu.
❖ Giao thức giao tiếp lora: Mô hình bắt tay 3 bước của TCP/IP
+ Bước 1: Thiết bị #1 gửi yêu cầu tới thiết bị #2, (Request)
+ Bước 2: Thiết bị #1 sẽ phải đợi phản hồi ACK xác nhận từ thiết bị #2, (ACK) + Bước 3: Thiết bị #2 sẽ gửi phản hồi cho thiết bị #1 (Response)
❖ Khung truyền giao tiếp lora:
Addr Source Addr Destination Flag Action Transaction Data Flag stop
- Flag start: Cờ báo hiệu bắt đầu khung truyền (2 byte)
- Addr Source: Địa chỉ lora gửi data (2 byte)
- Addr Destination: Địa chỉ đích đến (2 byte)
- Flag Action: Cờ báo hiệu yêu cầu của tín hiệu gồm (Request, ACK, Response)
- Transaction: Định danh cho tín hiệu truyền, tránh trường hợp trùng lặp data (4 byte)
- Data: dữ liệu cần truyền gửi, bao gồm (username, power, current, voltage) (36 byte) Flag stop: Cờ báo hiệu kết thúc khung truyền (2 byte) b Lưu đồ giải thuật
Lưu đồ truyền dữ liệu giữa các thiết bị
Khởi động port Biến trạng thái = gởi bằng
Biến trạng thái = gửi bằng WIFI
Biến trạng thái = gửi bằng LoRa
LoRa Server Biến trạng thái = Rỗng
Biến trạng thái = dữ liệu lặp lại
Gửi dữ liệu đến LoRa khác Biến trạng thái = Rỗng
Thời gian < Thời gian cập nhập
Nhận dữ liệu từ thiết bị LoRa Biến trạng thái = Rỗng
Hình 4.10 Lưu đồ hoạt động của thiết bị
Khi hệ thống được cấp nguồn, các chân I/O sẽ khởi động và ưu tiên gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu qua wifi Ban đầu, biến trạng thái sẽ được gán là “gửi bằng WIFI” Nếu điều này đúng, dữ liệu sẽ được gửi đến webserver Khi webserver phản hồi với kết quả và có kết nối Internet, biến trạng thái sẽ được cập nhật.
“Rỗng” và quay lên thực hiên lại quá trình truyền, nếu webserver không có kết quả (không có Internet) thì sẽ chuyển sang gửi bằng Lora
Khi việc gửi dữ liệu qua Wifi không thành công, hệ thống sẽ chuyển sang phương thức gửi bằng LoRa, với trạng thái được cập nhật thành "gửi bằng LoRa" Dữ liệu từ thiết bị sẽ được truyền đến LoRa Server Nếu nhận được phản hồi (ACK) từ LoRa Server, trạng thái sẽ được chuyển thành "Rỗng" và quá trình truyền sẽ được thực hiện lại Ngược lại, nếu không có phản hồi từ LoRa Server, dữ liệu sẽ được gửi đến thiết bị gần nhất.
Sau khi gửi dữ liệu đến lora server thất bại, hệ thống sẽ tự động gửi dữ liệu đến thiết bị lora gần đó và gán trạng thái là “dữ liệu lặp lại” Nếu nhận được phản hồi ACK từ thiết bị lora gần đó, trạng thái sẽ được cập nhật thành “Rỗng” và quá trình truyền sẽ được thực hiện lại Ngược lại, nếu không nhận được ACK, dữ liệu sẽ được lưu lại và quá trình truyền sẽ được lặp lại.
Khi thiết bị ở trạng thái rãnh (không gửi dữ liệu), nó sẽ nhận dữ liệu từ các thiết bị lân cận và thực hiện lại quá trình truyền Biến trạng thái sẽ so sánh nếu "Rỗng thời gian < thời gian cập nhật", thiết bị sẽ nhận dữ liệu từ các thiết bị gần đó, gửi phản hồi ACK cho thiết bị gửi và tiếp tục quá trình truyền.
Gởi dữ liệu đến LoRa Server
Gởi khung truyền Đợi ACK
Hình 4.11 Lưu đồ gửi dữ liệu đến LoRa Server
Để gửi dữ liệu đến máy chủ LoRa, trước tiên, LoRa sẽ tạo một khung truyền chứa dữ liệu cần gửi Sau khi khung truyền được tạo xong, nó sẽ được gửi đến máy chủ LoRa và chờ phản hồi ACK Nếu nhận được ACK từ máy chủ LoRa trong vòng 1.5 giây, quá trình truyền sẽ được coi là hoàn tất Ngược lại, nếu không nhận được ACK trong khoảng thời gian này, quá trình truyền sẽ thất bại.
Nhận dữ liệu từ thiết bị LoRa Đọc khung truyền nhận về
Có dữ liệu nhận về
Gởi dữ liệu lên database
Hình 4.12 Lưu đồ đọc dữ liệu của LoRa Server
Để nhận dữ liệu từ các thiết bị Lora, Lora Server sẽ liên tục đọc các khung truyền nhận từ thiết bị Khi có dữ liệu được nhận, Lora Server sẽ gửi phản hồi ACK cho thiết bị Lora và đồng thời gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu, hoàn tất quá trình nhận dữ liệu.
Lưu đồ sử dụng website
Bắt đầu Đăng kí người dùng
Có phải là khách hàng Truy cập tài khoản
Có phải là quản lý
Quan sát điện năng, dòng điện, điện áp
Quan sát điện khu vực Đ
Hình 4.13 Lưu đồ sử dụng website
Khi lắp đặt công tơ điện tử, người dùng sẽ được kỹ sư hỗ trợ đăng ký tài khoản Sau khi đăng nhập, người dùng có thể dễ dàng theo dõi mức tiêu thụ điện năng thông qua website.
- Nếu là nhà quản lý khi đăng nhập sẽ quan sát được lượng điện năng tiêu thụ của từng hộ, từng khu vực, từng tháng
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
Giới thiệu phần mềm lập trình
Các thiết bị Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình riêng, được phát triển từ ngôn ngữ Wiring, vốn được thiết kế cho phần cứng nói chung Wiring là một biến thể của ngôn ngữ C/C++, do đó ngôn ngữ Arduino có nguồn gốc từ C/C++, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và lập trình.
VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC
❖ Các bước sử dụng thiết bị:
Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống, hệ thống sử dụng nguồn 220VAC – 5VDC, khi cấp nguồn thì đèn báo hiệu sẽ sáng lên
Để cấu hình wifi cho thiết bị lần đầu tiên, bạn cần bấm giữ nút cấu hình bên phải thiết bị, sau đó kết nối với wifi do thiết bị phát ra Tiếp theo, truy cập vào trang 192.168.10.1 để thực hiện các thiết lập cần thiết.
Bước 3: Sau khi cấu hình xong sẽ thấy màn hình trở lại màn hình bình thường, lúc này thiết bị sẵn sàng hoạt động
❖ Các bước sử dụng trang web:
Bước 1: Sau khi lắp đặt thiết bị, vào trang quản lý để đăng ký thông tin sử dụng, sau đó sẽ có một mã khách hàng được cấp
Bước 2: Khách hàng dùng mã khách hàng được cấp để đăng nhập vào trang quản lý để giám sát kết quả
Bước 3: Quản lý đăng nhập vào trang trang quản lý để quan sát toàn bộ các hộ đã đăng ký trong một khu vực.
