Quản lý và giám sát năng lượng điện quy mô nhỏ sử dụng NODE MCU ESP 8266
7 trang
20/05/2022
2190
Bạn đang xem tài liệu "Quản lý và giám sát năng lượng điện quy mô nhỏ sử dụng NODE MCU ESP 8266", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- quan_ly_va_giam_sat_nang_luong_dien_quy_mo_nho_su_dung_node.pdf
Nội dung text: Quản lý và giám sát năng lượng điện quy mô nhỏ sử dụng NODE MCU ESP 8266
- QU N L À G ÁM SÁT N NG L NG N QU M NH S D NG NOD MCU SP B V n p Khoa i n C Email: diepbv@dhhp.edu.vn Ngày nh n bà : 01/6/2021 Ngày PB ánh g á: 25/8/2021 Ngày duy t ng: 03/9/2021 TÓM T T ng d ng IoT trong vi c ti t ki m n ng l ng là m t ph n quan tr ng c a chi n l c phát tri n b n v ng c n m t h th ng giám sát, thu th p th ng s n ng l ng chính xác, theo th i gian th c. Bài báo này nghi n c u thi t k h th ng giám sát n ng l ng th ng qua module Node MCU ESP 8266 và module PZEM-004T. H th ng này có th o l ng, thu th p, giám sát các th ng s nh : i n áp, dòng i n, c ng su t tác d ng, i n n ng ti u th c a các ph t i i n và ng d ng App Blynk giám sát i n n ng c a ph t i i n h áp th ng qua Internet. Ng i qu n l có th truy c p d li u b t c th i gian nào và b t c u qua các thi t b smartphone, tablet ho c laptop c k t n i internet. D li u thu th p c có th s d ng cho các ng d ng khác nh tính ti n i n, smart grid và nhà th ng minh. T khóa: Node MCU ESP 8266 , PZEM-004T; IoT, Blynk USING NODE MCU ESP 8266 IN MANAGING AND MONITORING SMALL SCALE ELECTRIC ENERGY ABSTRACT Applying IoT in saving energy plays an important role in the stable development strategy. This strategy needs to provide a monitoring system with ef cient and economical use of energy, which is able to collect accurate parameters in real time. This article focuses on researching and designing energy monitoring system through module Node MCU ESP 8266 and PZEM-004T. This system not only can apply App Blynk in monitoring load’s electric energy via Internet for an easy measurement , but also collect and monitor parameters such as: voltage, current, power, power consumption. Managers can access data easily through smartphone, tablet and laptop connected Internet. The collected data can be used for other applications such as electric bill calculation, smart grid and smart home. Ke word Node MCU ESP 8266 , PZEM-004T; IoT, Blynk 1. T V N Internet v n v t (IoT) c b n là s k t n i c a các thi t b v i Internet, trong ó các thi t b i n và các trang thi t b thành m t h th ng th ng minh. IoT khác c nhúng v i các b ph n i n ang tr thành xu h ng c ng ngh t , ph n m m, c m bi n có kh n ng nh h ng ngày càng l n t i i s ng k t n i v i m ng máy tính giúp cho các c a c th gi i và có ng d ng v c ng thi t b này có th thu th p, truy n t i r ng r i trong nhi u l nh v c, trong ó d li u và i u khi n l n nhau t o có ngành i n. Trong h th ng i n, T P CH KHOA H C, S 48, tháng 9 n m 2021
- vi c ng d ng c ng ngh IoT có th c i các d li u t ph t i g m có i n áp (V), thi n áng k hi u qu và kh n ng v n dòng i n (A), c ng su t (W), cos( ), g i hành c a l i i n hi n nay. i v i các n Node MCU ESP 8266 th ng qua c ng h ti u th quy m nh mu n s d ng truy n th ng n i ti p UART. Module Node n ng l ng hi u qu c n ph i có thi t MCU ESP 8266 g i các giá tr d li u l n b giám sát, theo dõi t ó t i u hóa Server Blynk t ó có th s d ng Mobile vi c v n hành các thi t b i n. Nghi n app, Web Sever d dàng bi t c t nh tr ng c u g n y, cho th y r ng áp d ng s d ng i n n ng, nh th i gian s d ng ph ng pháp giám sát th i gian th c c ng su t l n nh t, tính s i n, ti n i n giúp h ti u th ti t ki m n ng l ng hàng tháng theo EVN và a ra cách th c h n cách truy n th ng (giám sát qua v n hành các thi t b i n hi u qu . hóa n hàng tháng) (Vishwakarma, Upadhyaya, Kumari, Mishra, 2019) 2. GI I THI U V XU T MÔ 1 . Tan, Leee, Mok (2007), Rashdi, HÌNH H TH NG Malik, Rashid, Ajmal, Sadip (2013) Ngày nay, v i s phát tri n m nh m 3 , Prathik, Anitha, (2018) 2 thi t c a internet n i b t là các k t n i kh ng k h th ng giám sát d a tr n ng h d y, các thi t b th ng minh k t n i internet o i n n ng th ng minh cung c p ph n tích d li u ho t ng c a các thi t b th ng tin n ng l ng ti u th n các b ng c ng ngh IoT giúp t i u hóa vi c khách hàng. Primicanta, Nayan, Awan s d ng n ng l ng, d oán s c thi t (2010) 4 k t h p ZigBees và GSM b tr c khi s c ó g y h ng hóc, v.v truy n d li u. Ngoài ra, các nghi n (h nh 1). Trong bài báo này, nghi n c u c u trong n c c ng c p n các h xu t m t h th ng giám sát n ng l ng th ng qu n l và giám sát ti u th i n v i các thi t b chính là Node MCU ESP n ng Nguy n c Khoát, Kh ng Cao 8266 và PZEM 004T, nh c tr nh Phong T p chí t ng hóa ngày nay, bày h nh 2. H th ng giám sát c S 153 (2013) 5 . Nguy n Trung Ki n. ch y tr n ng d ng Blynk. Các th ng s X y d ng h th ng i u khi n giám sát, ph t i ( i n áp, dòng i n, t n s , h s lu n v n th c s , Tr ng HBK Hà N i, c ng su t, c ng su t) c PZEM-004T 2013 6 . g i v module Node MCU ESP8266 và Bài báo này nghi n c u xu t ng a l n internet. ng d ng có th bi u d ng c ng ngh IoT tr n n n t ng Blynk di n d li u thu c d i d ng th i gian thi t k h th ng giám sát và i u khi n th c, bi u mi n, theo gi , tháng, ho c các thi t b i n h áp 220V xoay chi u cho n m. H th ng có th xu t d li u d ng các h ti u th quy m nh (h gia nh) le Excel g i qua mail và g i th ng báo th ng qua module PZEM-004T k t n i v i tin nh n qua Smartphone, T d li u này b x l trung t m Node MCU ESP 8266 th tính toán các chi phí ti u th i n n ng tr n ph n m m m ngu n m Arduino IDE. c a các h ti u th t ó làm c s i u Module PZEM-004T này thu th p x l khi n các thi t b i n h p l . TR NG I H C H I PH NG
- H nh 1. H th ng IoT n h nh (Shaker ghad , Anvar -Moghaddam, Vasques, 2018) 1 H nh 3. S ch n c a ESP 8266 -12E Th ng s k thu t: Chip: ESP8266EX. WiFi: 2.4 GHz h tr chu n 802.11 b/g/n. i n áp ho t ng: 3.3V. i n áp vào: 5V th ng qua c ng USB. H nh 2. S kh h th ng g ám sát n ng l ng S ch n I/O: 11 (t t c các ch n I/O u có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, tr ch n D0). 3. THI T K PH N C NG S ch n Analog Input: 1 ( i n áp vào 3.1. Module Node MCU ESP8266 t i a 3.3V). B nh Flash: 4MB. NodeMCU V1.0 c phát tri n d a tr n Giao ti p: Cable Micro USB. Chip WiFi ESP8266EX b n trong Module ESP-12E d dàng k t n i WiFi. Board còn H tr b o m t: WPA/WPA2. tích h p IC CP2102, giúp d dàng giao ti p Tích h p giao th c TCP/IP. v i máy tính th ng qua Micro USB k t L p tr nh tr n các ng n ng : C/C++, n i v i board ti n cho quá tr nh h c, Micropython, NodeMCU - Lua. nghi n c u. V i kích th c nh g n, linh 3.2. Module PZEM-004T V3.0 ho t board d dàng li n k t v i các thi t M ch o i n AC a n ng 100A giao b ngo i vi t o thành project, s n ph m ti p UART PZEM-004T c th hi n m u m t cách nhanh chóng. trong h nh 4 c s d ng o và theo T P CH KHOA H C, S 48, tháng 9 n m 2021
- dõi các th ng s c b n bao g m: i n áp, M ch o i n AC a n ng 100A giao ti p dòng i n, c ng su t và i n n ng ti u UART PZEM-004T nh g n, d l p t, th . Module này s d ng giao ti p UART s d ng cách o dòng cách ly an toàn và d dàng k t n i truy n d li u t i b vi kh n ng o dòng l n n 100A, m ch i u khi n ho c máy tính, thích h p cho có ch t l ng gia c ng và linh ki n t t, các ng d ng giám sát i n n ng, IoT, b n cao. H nh 4. S kh P em 004T 3.3 Module Rela 4 k nh Th ng s k thu t: Module relay 4 k nh 5V g m 4 relay v i i n áp s d ng: Có hai lo i 5VDC i n áp i u khi n 5VDC, ngõ ra ti p i m Tín hi u kích: m c th p Low (GND chính óng ng t v i m c i n áp/dòng i n 0VDC) Relay óng, m c cao High (VCC t i a (AC250V/10A ho c DC30V/10A). Module relay 4 k nh 5V c thi t k ch c 5V) Relay ng t. ch n, kh n ng cách i n t t. Tr n Module M i Relay ti u th dòng kho ng 80mA. có s n m ch kích relay s d ng transistor Ngõ ra i n áp/dòng i n óng ng t và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn t i a: AC250V 10A ho c DC30V 10A m ch i u khi n (vi i u khi n) v i relay b o m vi i u khi n ho t ng n nh Tích h p Opto cách ly, Diode ch ng và ti n d ng khi k t n i v i vi i u khi n. nhi u và èn báo tín hi u kích. Kích th c: 75 x 55 x 20mm 3.4 Màn h nh LCD 2004A-V1.1 Màn h nh text LCD 2004 kèm module I2C s d ng driver HD44780, có kh n ng hi n th 4 dòng v i m i dòng 20 k t , màn h nh có b n cao, r t ph bi n và d s d ng. Màn h nh LCD d ng hi n th các th ng s c b n t i v trí o n ng l ng i n giúp cho ng i v n hành quan sát tr c H nh 5. S nguy n l relay quan mà kh ng c n các thi t b khác. TR NG I H C H I PH NG
- K t n ch n LCD và MCU LCD 2004A + I2C MCU Vcc (5VDC) Vcc GND GND SDA SDA SCL SCL H nh 6. Màn h nh LCD 2004A 3.5. Th t k và th c ng m ch tích h p và Module g ao t p I2C ph n c ng Th ng s LCD 2004 kèm Module I2C Trong bài báo này, tác gi thi t k h Kích th c: 98 x 60 x 13.5 mm th ng giám sát n ng l ng o dòng i n xoay chi u, m t pha. H th ng giám sát và i n áp ho t ng là 5 V. i u khi n c l p 4 nhóm ph t i. H nh 7. S nguy n l H nh 8. M h nh ph n c ng h th ng g ám sát n ng l ng n 1.Node MCU ESP 8266; 2. Module Pzem 004T V3.0; 3. Relay 4 k nh; 2. 4. Màn h nh LCD 2004A V1.0 T P CH KHOA H C, S 48, tháng 9 n m 2021
- 4. THI T K PH N M M 4.1. L u thu t g H nh 10. L u thu t g u kh n Relay 4 k nh t ng ng kích ch n relay m c cao (m c 1), relay óng các ti p i m c p ngu n cho ph t i. Ng c l i n u ESP 8266 nh n c tín hi u “OFF” các ch n IO t ng ng v i relay c kích múc th p (m c 0) relay m các ti p i m ng t ngu n ph t i. Ngoài ra, h th ng tr n còn cho phép h n gi t t m t ng cho các ph t i. Có th o giám sát các H nh 9. L u thu t g k t n và g d th ng s c a t ng nhóm ph t i b ng cách thay i v trí t bi n dòng (CT). l u l n Blynk Server 4.2. K t qu th c ngh m L u thu t gi i g i d li u l n Internet c a h th ng c th hi n tr n h nh 8. B t M h nh th c sau khi thi t k và thi c ng u h th ng thi t l p các c ng vào ra c a c th c nghi m t i Tr ng ai h c H i ESP 8266, gán các giá tr ban u, kh i t o Phòng. Sau khi k t n i các thi t b , h th ng Pzem 004T. Module ESP8266 thi t l p k t b t u làm vi c, b t u v i vi c nh p tài n i Wi n u có k t n i th ng qua c ng truy n kho n m t kh u c a Wi và m Token do th ng UART c d li u t module Pzem Server Blynk g i xu ng mail ng i d ng. 004T sau ó g i các d li u này l n Server H th ng ho t ng n nh khi i u khi n Blynk. Mobi app Blynk trích xu t d li u t b t t t các ph t i t App Blynk. Server Blynk này giám sát và i u khi n các nhóm thi t b th ng qua relay 4 k nh. N u Module ESP8266 k t n i Wi kh ng thành c ng ESP8266 chuy n ch phát Wi , th ng qua m t tr nh duy t web có th thi t l p l i t n, m t kh u wi và m Token. H th ng sau khi thi t l p các k t n i Node MCU ESP 8266 nh n tín hi u i u khi n t Mobi App Blynk tr n các thi t b IOS ho c Android. N u nh n c tín hi u H nh 11. G ao d n g ám sát và u kh n “ON” ESP 8266 i u khi n các ch n IO tr n App Blynk TR NG I H C H I PH NG
- V i i t ng th c nghi m v i các ph th i tr n màn h nh LCD 2004A t i v trí l p t i m t pha 220VAC th ng d ng nh èn, t và tr n ng d ng App Blynk th ng qua qu t, m si u t c Các th ng s c máy tính ho c smartphone có k t n i v i giám sát có sai s 1,5% so v i thi t b h th ng th ng qua ph ng th c truy n o (Ampe k m). K t qu giao di n giám sát th ng m ng Internet Wi , 3G, 4G . Do và i u khi n th hi n h nh ó, ng i s d ng có th truy c p b t k n i nào, b t k th i i m nào mi n là có th truy c p c Internet. Ng i s d ng App Blynk có th qu n l và giám sát h th ng c a m nh ng th i có th i u khi n các nhóm thi t b c l p. V i tính n ng theo dõi l ng i n n ng ti u th c a ph t i, xu t báo cáo các th ng s o c n khách hàng s d ng i n. Các k t qu tr n màn h nh giám sát c hi n th d i th giúp khách hàng d dàng theo dõi H nh 12. Th c ngh m v t có th ng c ng t nh tr ng làm vi c c a h th ng c c p su t nh m c P 2(kW) nh t li n t c theo th i gian th c. T ó a ra ph ng th c v n hành ph h p. T I LI U THAM KH O 1 Vishwakarma, S. K., Upadhyaya, P., Kumari, B., Mishra, A. K. (2019, April). Smart energy ef cient home automation system using iot. In 2019 4th International Conference on Internet of Things: Smart Innovation and Usages (IoT-SIU) (pp. 1-4). IEEE. 2 Prathik, M., Anitha, K., Anitha, V. (2018, February). Smart Energy Meter Surveillance Using IoT. In 2018 International Conference on Power, Energy, Control and Transmission Systems (ICPECTS) (pp. 186-189). IEEE. 3 Rashdi, A., Malik, R., Rashid, S., Ajmal, A., Sadiq, S. (2013). Remote energy monitoring, pro ling and control through GSM network. Arab an Journal for Sc ence and Eng neer ng, Vol. o H nh 13. B u th ng s dòng n, n áp 38. N . 11), 3249-3257. theo th g an th c 4 Primicanta, A. H., Nayan, M. Y., Awan, M. (2010, June). ZigBee-GSM based automatic meter 5. K T LU N reading system. In 2010 International Conference on K t qu nghi n c u sau th c nghi m Intelligent and Advanced Systems (pp. 1-5). IEEE. 5 Nguy n c Khoát, Kh ng Cao Phong. h th ng có th th c hi n các ch c n ng H th ng qu n l giám sát ti u th i n n ng, qu n l giám sát trong th i gian th c các T p chí t ng hóa ngày nay, S 153 (10/2013). th ng s : i n áp, dòng i n, c ng su t tác 6 Nguy n Trung Ki n. X y d ng h th ng i u d ng, i n n ng ti u th , hi n th ng khi n g ám sát, lu n v n th c s , Tr ng HBK Hà N i, 2013. T P CH KHOA H C, S 48, tháng 9 n m 2021
