Tài liệu Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng từ xa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ......................... ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TỪ XA Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ......................... ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TỪ XA Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa Hướng dẫn: PGS.TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i 1. Thông tin sinh viên Họ và tên: MSSV: Tel: Email: Họ và tên: MSSV: Tel: Email: 2. Thông tin đề tài Tên của đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng từ xa. Mục đích của đề tài: Tự động hóa quá trình giám sát điện năng, góp phần giảm chi phí và công sức giám sát. Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Tự Động Điều Khiển, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ 3/2019 đến 6/2019 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Nghiên cứu và sử dụng đồng hồ đo điện năng EM368. Giao tiếp giữa đồng hồ EM368 và board điều khiển Arduino. Nghiên cứu về LORA, cách hoạt động của LORA và sử dụng chúng để truyền thông tin. Nghiên cứu đưa dữ liệu lên internet thông qua vi điều khiển ESP8266. Nghiên cứu lập trình giao diện web cho người dùng. 4. Lời cam đoan của sinh viên Chúng tôi – Nguyễn Văn Học và Đỗ Phú Lộc cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Đình Nhơn. Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Tp.HCM, ngày tháng năm SV thực hiện đồ án Giáo viên hướng dẫn xác nhận về mức độ hoàn thành và cho phép được bảo vệ: ……………………………………………………………………………………….. Tp.HCM, ngày tháng năm Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị) LỜI CẢM ƠN ii Chúng tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa Điện Điện Tử trường Đại học sư phạm kỹ thuật TpHCM, đặc biệt là Thầy Trương Đình Nhơn đã dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suốt những năm học tại trường. Xin chân thành cám ơn những người bạn trong nhóm, những người thân đã giúp đỡ động viên trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn! TpHCM, ngày tháng năm Nhóm sinh viên thực hiện iii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.....................................................II LỜI CẢM ƠN................................................................................................................III MỤC LỤC...................................................................................................................... IV DANH MỤC HÌNH.......................................................................................................VI CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................................VIII LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................IX CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG................................................................1 1.1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..............................................................1 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước.....................................................................1 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................................3 1.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG.........................................................................................7 1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI...............................................................................................8 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI................................................................................................8 1.5 NỘI DUNG ĐỀ TÀI..............................................................................................8 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT................................................................................10 2.1 GIAO THỨC MODBUS RTU.............................................................................10 2.1.1 Giới thiệu về giao thức Modbus RTU..............................................................10 2.1.2 Cấu trúc khung tin nhắn Modbus RTU............................................................11 2.1.3 Các thành phần của tin nhắn..........................................................................13 2.1.4 Đọc dữ liệu từ thanh ghi.................................................................................14 2.2 GIAO TIẾP RS485..............................................................................................17 2.2.1 Tổng quan về RS485.......................................................................................17 2.2.2 Truyền dẫn cân bằng.......................................................................................18 2.2.3 Mức tín hiệu....................................................................................................18 2.2.4 Cặp dây xoắn..................................................................................................19 2.3 LORA...................................................................................................................20 2.3.1 Tổng quan về LORA........................................................................................20 2.3.2 Nguyên lý hoạt động của LORA......................................................................22 2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART (UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER TRANSMITTER)......................................................................................23 2.4.1 Giới thiệu về UART.........................................................................................23 2.4.2 Cấu trúc một khung truyền của UART............................................................24 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG..............................................27 iv 3.1 NGHIÊN CỨU, CHỌN THIẾT BỊ, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ĐIỆN NĂNG VÀ GỬI DỮ LIỆU VỀ TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN...........................27 3.1.1 Sơ đồ khối của mạch đo điện năng và gửi dữ liệu về trung tâm điều khiển.....27 3.1.2 Các thiết bị chọn sử dụng để thiết kế..............................................................28 3.1.3 Lập trình điều khiển........................................................................................36 3.2 NGHIÊN CỨU, CHỌN THIẾT BỊ, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NHẬN DỮ LIỆU THÔNG SỐ ĐIỆN NĂNG VÀ GỬI LÊN WEB..........................................37 3.2.1 Sơ đồ khối của mạch nhận dữ liệu thông số điện năng và gửi lên web...........37 3.2.2 Các thiết bị chọn sử dụng để thiết kế..............................................................38 3.2.3 Lập trình điều khiển........................................................................................40 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM...................................................................41 4.1 THI CÔNG PHẦN CỨNG..................................................................................41 4.1.1 Thiết kế PCB mạch đo và gửi dữ liệu đi..........................................................41 4.1.2 Thiết kế PCB mạch nhận và đưa dữ liệu lên WEB..........................................42 4.2 MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH..................................................................................44 4.3 GIAO DIỆN GIÁM SÁT.....................................................................................45 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................47 5.1 KẾT LUẬN..........................................................................................................47 5.1.1 Những công việc đã thực hiện.........................................................................47 5.1.2 Những mặt hạn chế.........................................................................................47 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...............................................................48 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................49 v DANH MỤC HÌNH HÌNH 1.1: BỘ GIÁM SÁT SENSE...................................................................................1 HÌNH 1.2: Ổ CẮM THÔNG MINH ETREKCITY...........................................................2 HÌNH 1.3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG EMS...............................4 HÌNH 1.4: HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG AT-WEB/LOGGER GATEWAY....................................................................................................................... 5 HÌNH 1.5: MÔ HÌNH TỔNG QUAN CỦA HỆ THỐNG..................................................7 HÌNH 2.1: SƠ ĐỒ GIAO THỨC MODBUS RTU..........................................................10 HÌNH 2.2: CHU KỲ TRUY VẤN - TRẢ LỜI MODBUS RTU......................................11 HÌNH 2.3: BIỂU ĐỒ THỜI GIAN GỬI TIN NHẮN Ở CHẾ ĐỘ BÌNH THƯỜNG......12 HÌNH 2.4: CẤU TRÚC KHUNG TIN NHẮN................................................................12 HÌNH 2.5: BIỂU ĐỒ GỬI THỜI GIAN GỬI TIN NHẮN Ở CHẾ ĐỘ BỊ LỖI..............12 HÌNH 2.6: BẢNG MÃ HÀM CHO MODBUS RTU.......................................................13 HÌNH 2.7: BẢNG ĐỊA CHỈ CỦA THANH GHI DỮ LIỆU............................................16 HÌNH 2.8: BẢNG SO SÁNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT GIỮA CHUẨN RS232, RS423, RS422 VÀ RS485............................................................................................................18 HÌNH 2.9: KIỂU TRUYỀN CÂN BẰNG 2 DÂY...........................................................18 HÌNH 2.10: TÍN HIỆU TRÊN 2 DÂY CỦA HỆ THỐNG CÂN BẰNG.........................19 HÌNH 2.11: CẶP DÂY XOẮN TRONG RS485..............................................................19 HÌNH 2.12: THỊ TRƯỜNG CỦA GIẢI PHÁP LORA....................................................20 HÌNH 2.13: TÍNH NĂNG CHÍNH CỦA CÔNG NGHỆ LORA.....................................21 HÌNH 2.14: SO SÁNH LORA VỚI MẠNG WIFI VÀ MẠNG DI ĐỘNG.....................21 HÌNH 2.15: RADIO PACKET CỦA LORA....................................................................23 HÌNH 2.16: KHUNG TRUYỀN CỦA UART.................................................................25 HÌNH 3.1: SƠ KHỐI MẠCH ĐO ĐIỆN NĂNG VÀ GỬI VỀ TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN............................................................................................................................. 27 HÌNH 3.2 ARDUNIO MEGA 2560.................................................................................28 HÌNH 3.3: MODULE RF LORA.....................................................................................29 HÌNH 3.4: CÁC CHÂN TRÊN RF LORA......................................................................30 vi HÌNH 3.5: ENERGY METER SELEC EM368...............................................................30 HÌNH 3.6: SƠ ĐỒ CHÂN EM368...................................................................................31 HÌNH 3.7: ĐỊA CHỈ THANH GHI VÙNG NHỚ THEO GIAO THỨC MOBUS CỦA EM368............................................................................................................................. 32 HÌNH 3.8: SƠ ĐỒ NỐI DÂY 1 PHA – 2 DÂY...............................................................32 HÌNH 3.9: SƠ ĐỒ NỐI DÂY 2 PHA – 3 DÂY...............................................................33 HÌNH 3.10: SƠ ĐỒ NỐI DÂY 3 PHA – 3 DÂY.............................................................33 HÌNH 3.11: SƠ ĐỒ NỐI DÂY 3 PHA – 4 DÂY.............................................................34 HÌNH 3.12: MẠCH CHUYỂN ĐỔI GIAO TIẾP UART SANG RS485.........................34 HÌNH 3.13: BIẾN DÒNG 1 PHA OMEGA.....................................................................35 HÌNH 3.14: THÔNG SỐ KỸ THUẬT BIẾN DÒNG 1 PHA OMEGA...........................35 HÌNH 3.15: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT MẠCH ĐO ĐIỆN NĂNG VÀ TRUYỀN VỀ TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN..........................................................................................36 HÌNH 3.16: SƠ KHỐI MẠCH NHẬN THÔNG TIN VÀ GỬI LÊN DATABASE VÀ WEB SERVER................................................................................................................37 HÌNH 3.17: WEMOS D1 R2...........................................................................................38 HÌNH 3.18: CÁC CHÂN CỦA WEMOS D1 R2.............................................................39 HÌNH 3.19: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT KHỐI NHẬN DỮ LIỆU VÀ ĐƯA LÊN WEB....40 HÌNH 4.1: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐO VÀ GỬI DỮ LIỆU ĐI...........................41 HÌNH 4.2: MẠCH NHẬN VÀ GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SAU KHI ĐÃ ĐI DÂY.......41 HÌNH 4.3: MẠCH ĐO VÀ GỬI DỮ LIỆU ĐI SAU KHI HOÀN THÀNH....................42 HÌNH 4.4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH NHẬN VÀ GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB.........42 HÌNH 4.5: MẠCH NHẬN VÀ GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SAU KHI ĐÃ ĐI DÂY.......43 HÌNH 4.6: MẠCH NHẬN VÀ GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SAU KHI HOÀN THÀNH. 43 HÌNH 4.7: MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH............................................................................44 HÌNH 4.8: GIAO DIỆN ĐĂNG NHẬP HỆ THỐNG......................................................45 HÌNH 4.9: GIAO DIỆN GIÁM SÁT ACTIVE POWER.................................................45 HÌNH 4.10: GIAO DIỆN LỌC DỮ LIỆU.......................................................................46 HÌNH 4.11: GIAO DIỆN GIÁM SÁT POWER FACTOR..............................................46 vii CÁC TỪ VIẾT TẮT LORA: Long Range Radio TTL: Transistor – Transistor Logic UART: Universal Asynchronous Receiver - Transmitter PWM: Pulse-Width Modulation RF: Radio Frequency LCD: Liquid Crystal Display PCB: Printed Circuit Board viii LỜI MỞ ĐẦU Với tình hình dân số ngày càng tăng, nhu cầu tự động hóa là cần thiết trong cuộc sống, các hệ thống IOT có mặt ngày càng nhiều trong các lĩnh vực như sản xuất, nông nghiệp, chăn nuôi… Giám sát điện năng cũng không nằm ngoại lệ. Ngày nay thuật ngữ kiểm toán năng lượng đang trở thành một lĩnh vực được quan tâm trên mọi phương diện xã hội và đời sống. Kiểm toán năng lượng là hoạt động nhằm đánh giá thực trạng hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lượng tại doanh nghiệp. Từ đó xác định những khu vực sử dụng năng lượng lãng phí để đưa ra các giải pháp nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả. Kiểm toán năng lượng giúp doanh nghiệp xác định được khuynh hướng tiêu thụ năng lượng và tiềm năng tiết kiệm năng lượng của các loại thiết bị khác nhau như: Động cơ, máy bơm, hệ thống thông gió, điều hoà không khí, ... Hệ thống giám sát điện năng tự động cho phép người dùng nắm chắc các thông số điện năng vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày một cách nhanh chóng, chính xác nhờ các thiết bị thông minh, mà không cần phải hiện diện ngay tại khu vực tiêu thụ năng lượng. Với hệ thống giám sát điện năng tự động, bức tranh quản lý, vận hành các khu vực tiêu thụ nhiều năng lượng trở nên sáng sủa hơn, không chỉ tiết giảm đáng kể chi phí giám sát, giảm thiểu sai sót do nhập tay dữ liệu mà còn giảm bớt sự vất vả cho bản thân những người tham gia vào quá trình giám sát. Chính vì thế mà nhóm chúng tôi quyết định thực hiện đề tài này. ix CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1.1.1.1 Bộ giám sát năng lượng Sense Bộ giám sát Sense giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc sử dụng năng lượng và hoạt động của gia đình bạn thông qua các ứng dụng trên iOs, Android và web. Hình 1.1: Bộ giám sát Sense Trang 1 Các tính năng n̉ii bâ ̣t: - Theo dõi sử dụng năng lượng theo thời gian: Đặt mục tiêu và theo dõi tiến trình của bạn qua từng tháng để đảm bảo bạn đi đúng hướng. - Xác định các nguồn sử dụng hoang phí năng lượng. - Giữ an toàn và đảm bảo bằng cách kiểm tra liê ̣u lò sửa vẫn còn mở, hoặc bàn ủi đã được rút ra chưa. - Lắp đă ̣t dễ dàng. - Giá bán: 299±. 1.1.1.2 Ổ cắm thông minh Etrekcity Hình 1.2: Ổ cắm thông minh Etrekcity Trang 2 Hoạt động với Amazon Alexa và Google Assistant để điều khiển giọng nói. Cấp nguồn cho thiết bị của bạn mà không cần nhấc ngón tay. Theo dõi việc sử dụng năng lượng cho các thiết bị được kết nối và tìm ra thiết bị nào sử dụng nhiều năng lượng nhất. Bạn có thể cắt giảm hiệu quả sử dụng của mình để có thể tiết kiệm tiền cho hóa đơn tiền điện tiếp theo. Dễ dàng cài đặt và kết nối ̉in định. Được điều khiển từ các thiết bị khác nhau và quản lý nhà của bạn trên điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng của bạn từ bất cứ đâu. Hãy sẵn sàng để có một ngôi nhà thông minh và tạo lịch trình tùy chỉnh để tự động bật và tắt bất kỳ thiết bị điện tử hoặc thiết bị gia dụng nào như đèn, đèn Giáng sinh, máy pha cà phê, v.v. 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 1.1.2.1 Hệ thống giám sát điện năng EMS Các thông số kỹ thuật của hệ thống: - Model thiết bị: ECA-GPIs4.4EPOWER hoặc ECA-GPIs6.6CE cho phép quản lý nhiều đồng hồ đo điện hơn, cầu hình mạnh hơn do sử dụng chíp SoC 800Mhz và chạy hệ điều hành Linux. - Đo và giám sát các thông số đo điện năng Volt, Ampe, Tần số, Hệ số, Kwh, KVA... từ xa qua mạng Internet và GPRS. - Lưu trữ dữ liệu đám mây và lưu trữ dữ liệu ngay trên thiết bị, với dung lượng bộ nhớ 8GB. - Quản lý được nhiều điểm đo ở các khu vực khác nhau trong nhà máy rộng hàng 1000 m2. - Cảnh báo ngưỡng trên và ngưỡng dưới cho từng thông số đo. - Cảnh báo qua email, SMS, lối ra điều khiển. Trang 3 - Tính toán giá điện theo giờ: giờ cao điểm, giờ thấp điểm, giờ bình thường của điện lực quy định với nhà máy sử dụng biến áp từ 25KVA trở lên. - Có bản ghi các cảnh báo, bản ghi dữ liệu liên tục. - Dữ liệu lưu trữ đám mây, hiển thị đồ thị thời gian thực, tải file excel dữ liệu. - Giám sát từ xa qua giao diện web, phù hợp với các trình duyệt web HTML5 Hình 1.3: Mô hình hệ thống giám sát điện năng EMS Lợi ích đem lại khi sử dụng hệ thống giám sát điện năng: Trang 4 - Giảm thời gian, chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các đồng hồ cơ, nhập vào file excel tạo báo cáo mỗi tháng. - Giảm được sơ sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay, tăng độ chính xác trong do lường. - Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24 giờ /7 ngày tại bất kỳ nơi đâu. - Khả năng đáp ứng nhanh với bất kỳ sự cố điện nào thông qua các cảnh báo, giảm được thời gian dừng máy. - Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liệu được thu thập đầy đủ, chụp được dạng sóng của nguồn điện khi sự cố xảy ra. - Ngăn ngừa khả năng bị điện lực phạt do có phi thấp nhờ các báo động. - Theo dõi toàn tải của nhà xưởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc lên kế hoạch tiết kiệm. - Có khả năng tạo các báo cáo về điện năng tiêu thụ ở dạng bảng, dạng đồ thị, xuất ra file Excell. - Kiểm tra hóa đơn điện lực thông qua báo cáo về năng lượng sử dụng. - Xác định các nhiễu, sóng hài là do nguồn điện lực xông vào hay do các thiết bị của máy gây ra. Giảm thời gian xác định nguyên nhân. - Duy trì mức tải cho thiết bị hợp lý, tránh trường hợp non hay quá tải. - Đưa ra quyết định đầu tư cho các thiết bị tiết kiệm năng lượng hơn. 1.1.2.2 HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG AT-WEB/LOGGER GATEWAY Trang 5 Hình 1.4: Hệ thống giám sát điện năng sử dụng at-web/logger gateway  Tích hợp sẵn Web Server.  Truy cập từ xa qua Smartphone, Tablet, Laptop, …  Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24 giờ/ 7 ngày.  Dữ liệu được thu thập, lưu trữ đầy đủ nên giảm thời gian xử lý sự cố.  Cảnh báo sự cố qua SMS, Email nhanh chóng, giảm được thời gian xác định nguyên nhân, thời gian ngừng máy.  Theo dõi toàn tải của nhà máy theo thời gian thực, hữu ích cho việc lên kế hoạch tiết kiệm.  Duy trì mức tải hợp lý cho thiết bị, tránh trường hợp non tải hay quá tải.  Tạo các báo cáo dạng bảng, dạng đồ thị, xuất ra file Excel nhanh chóng, giảm thời gian, chi phí nhân công cho việc ghi chép dữ liệu bằng tay từ các đồng hồ cơ, nhập vào file Excel tạo báo cáo mỗi tháng.  Giảm được sơ sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay, tăng độ chính xác đo lường. Trang 6  Đưa ra quyết định đầu tư cho các thiết bị tiết kiệm năng lượng hơn. 1.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG Ý tưởng của nhóm sẽ xây dựng hệ thống giám sát điện năng từ xa. Hệ thống này sau khi đo được thông số năng lượng điện sẽ gửi dữ liệu về trung tâm điều khiển thông qua LORA. Sau đó từ trung tâm điều khiển đưa lên web server để thuận tiện trong viện giám sát từ xa. Trang 7 Hình 1.5: Mô hình tổng quan của hệ thống Giải pháp này có ưu điểm sau: - Giảm thời gian, chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các đồng hồ cơ. - Giảm được sơ sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay, tăng độ chính xác trong đo lường. - Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24/7 tại bất kỳ nơi đâu. - Theo dõi toàn tải của nhà xưởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc lên kế hoạch tiết kiệm. 1.3 YÊU CẦU THIẾT KẾ CỦA HỆ THỐNG Yêu cầu thiết kế của hệ thống giám sát điện năng từ xa là: - Khoảng cách giữa thiết bị đo và nhận khoảng >1km. - Thời gian đo thông số và đưa dữ liệu lên web và app <15s. - Độ chính xác đo thông số, gửi về trung tâm và đưa lên web >95%. - Giá thành một bộ thiết bị < 3 triệu VNĐ. Trang 8 1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng từ xa có chức năng sau: - Giám sát điện năng ở một khu vực rộng lớn, bán kính tầm 1km. - Giám sát điện năng theo thời gian thực. - Có giao diện để giám sát, thống kê điện năng. 1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Với đề tài này, vì sự giới hạn về thời gian nên đề tài có một số giới hạn sau: - Sử dụng những module có sẵn như Arduino, Wemos, Lora. - Giới hạn về phạm vi truyền gói tin của LORA. - Sử dụng thư viện giao tiếp RS485 có sẵn. - Giao diện web ở mức độ tầm trung. 1.6 BỐ CỤC ĐỒ ÁN Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống giám sát điện năng từ xa” bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống: Chương này trình bày t̉ing quan sơ bộ về các yêu cầu của cuốn báo cáo như tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, mô hình của hệ thống, yêu cầu thiết kế hệ thống, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Chương này trình bày về giao thức Modbus RTU, chuẩn giao tiếp RS485. Bên cạnh đó là lí thuyết về LORA và chuẩn truyền thông UART. Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống: Phần này trình bày về sơ đồ khối, các thiết bị sử dụng và lập trình điều khiển của 2 mạch đo và nhận dữ liệu. Chương 4: Kết quả thực nghiệm: Phần này trình bày về kết quả thi công phần cứng và giao diện giám sát phần mềm. Trang 9 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Trình bày về những mục tiêu đã đạt được, những hạn chế cũng như hướng phát triển của đề tài. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 GIAO THỨC MODBUS RTU 2.1.1 Giới thiệu về giao thức Modbus RTU MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Ban Trang 10