- Điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng Internet. - Abstract: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển từ xa thiết bị điện qua mạng internet. - Tìm hiểu cảm biến đo dòng điện sử dụng hiệu ứng Hall. - Mô tả vi điều khiển PIC16F877A. - Các phƣơng pháp đo dòng điện xoay chiều. - Thiết bị điện. - Cảm biến điện. - CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG INTERNET. - Nguyên lý hoạt động của hệ thống. - Dƣới đây là hình 1 trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển đóng ngắt thiết bị tòa nhà qua mạng Internet.. - Module điều khiển IP . - Module điều khiển. - Hình 1.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng Internet. - Trong sơ đồ này, các thiết bị trong mỗi căn hộ của tòa nhà nhƣ bóng đèn, máy giặt, tivi, tủ lạnh, lò vi sóng. - sẽ đƣợc kết nối đến các đầu vào/ra của bộ điều khiển. - Bộ điều khiển này sau đó đƣợc kết nối tới bộ định tuyến (Router) của tòa nhà thông qua mạng Ethernet LAN rồi từ đó kết nối với Internet. - Mỗi bộ điều khiển trong tòa nhà đƣợc xác định bởi cặp địa chỉ IP-Port của router , do đó các máy tính bất kỳ trên mạng Internet có thể kết nối chính xác tới mỗi bộ điều khiển này. - Ngƣời dùng, với phần mềm đƣợc cài trên máy tính, khi kết nối với Internet có thể truy cập vào hệ thống và tƣơng tác điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng. - Việc điều khiển ở đây là hai chiều, trong đó, ngƣời dùng không chỉ đơn thuần gửi lệnh điều khiển đóng ngắt mà còn có thể giám sát đƣợc thiết bị nhờ thông tin phản hồi từ các thiết bị về trạng thái làm việc hiện tại . - Chi tiết cấu trúc phần cứng và phần mềm của hệ thống sẽ trình bầy sau đây . - Nguyên lý làm việc của module điều khiển. - Mô đun điều khiển từ xa qua mạng Internet đƣợc trình bày trong hình 1.2 dƣơ ́ i đây:. - Vi điều khiển PIC18F67J60-I/PT. - Vi điều khiển. - Thiết bị cần điều khiển. - Hì nh 1.2: Sơ đồ chức năng bộ điều khiển qua mạng Internet. - Theo sơ đồ, bộ điều khiển bao gồm 2 khối: khối E2U (Ethernet to UART) giao tiếp với mạng internet và truyền dữ liệu đầu ra theo chuẩn RS232, và khối PaC ( Process and Control) thực hiện việc xử lý dữ liệu rồi xuất tín hiệu điều khiển thiết bị qua tầng công suất, khối phản hồi sử dụng vi xử lý ACS712.. - Hệ thống đƣợc mô tả nhƣ sau:. - IC ULN2003 làm nhiệm vụ đệm dòng điều khiển rơ le. - Module phản hồi dùng cảm biến ACS712 làm nhiệm vụ nhận biết dòng điện đi vào thiết bị, đƣa tín hiệu về hệ thống.. - Phân tích tính năng phản hồi của hệ thống. - Hệ thống yêu cầu thiết bị phải có phản hồi trạng thái đầu ra về trung tâm bằng cách cảm nhận dòng điện tiêu thụ tại lối ra.. - CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ TÌM HIỂU CẢM BIẾN ĐO DÒNG ĐIỆN SỬ DỤNG HIỆU ỨNG HALL. - Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý đƣợc thực hiện khi áp dụng một từ trƣờng vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. - Tỷ số giữa hiệu thế Hall va dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trƣng cho vật liệu làm nên thanh Hall. - IC cảm biến dòng tuyến tính dựa vào hiệu ứng Hall, đƣợc tích hợp đầy đủ với chất dẫn dòng điện trở thấp và độ cách điện 2.1kV RMS.. - Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ACS172. - Băng thông của thiết bị đƣợc thiết định thông qua chân FILTER mới.. - ACS712 Allegro cung cấp giải pháp kinh tế và chính xác cho việc cảm ứng dòng AC hoặc DC trong các hệ thống công nghiệp, thƣơng mại và liên lạc. - Dạng đóng gói của thiết bị cho phép ngƣời sử dụng dễ dàng lắp đặt. - Ứng dụng tiêu biểu bao gồm điều khiển động cơ, quản lý và phát hiện tải, nguồn cung cấp chế độ switch, và bảo vệ lổi quá dòng. - Thiết bị này không sử dụng cho các ứng dụng trong ô tô.. - Thiết bị bao gồm mạch điện Hall tuyến tính, độ lệch thấp và chính xác với đƣờng dây dẫn đồng đƣợc đặt gần bề mặt của lớp vỏ. - Dòng điện đƣợc cung cấp đi qua phần dây đồng sẽ tạo ra một trƣờng điện từ mà IC sẽ chuyển đổi thành điện áp tƣơng ứng. - Thiết bị đƣợc tối ƣu hóa một cách chính xác thông qua các tín hiệu từ rất gần đến bộ biến đổi Hall.. - Ngõ ra của thiết bị có 1 cạnh (sƣờn) dƣơng (>. - VIOUT(Q)) khi tăng dòng điện đi qua phần dây đồng thứ cấp (từ chân 1 và 2, đến chân 3 và 4), là phần đƣợc dùng để lấy mẫu dòng điện.. - Bề dày của dây đồng cho phép thiết bị có thể chịu đƣợc đến 5 lần điều kiện quá dòng. - Các khung chân của thiết bị đƣợc mạ với 100% thiếc mà nó phù hợp với tiêu chuẩn RoSH. - Vi điều khiển PIC16F877A đƣợc sử dụng trong luận văn đóng vai trò là IC điều khiển toàn bộ thiết bị. - Các tài liệu chi tiết về vi điều khiển này đƣợc nhà sản xuất cung cấp đầy đủ trên trang chủ của hãng [5].. - Đặc điểm cơ bản của họ vi điều khiển PIC16F877A. - Đặc điểm tổng quát của vi điều khiển PIC16F877A. - PIC16F877A là một trong 4 dòng vi điều khiển 8 bít của Microchip ra đời năm 2007 với những đặc điểm điển hình nhƣ sau:. - Vi điều khiển hiệu suất cao:. - Bộ điều khiển ngắt:. - 31 chân cho phép đánh thức vi điều khiển khi phát hiện thay đổi điện áp.. - Quản lý hệ thống:. - Bộ ổn nguồn 2,5V đƣợc đặt ngay trên vi điều khiển.. - Hình 4.1: Sơ đồ mạch nguyên lý của khối E2U CHƢƠNG 5: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 5.1 Phân loại các phƣơng pháp đo dòng điện xoay chiều. - Đo trực tiếp: dùng các dụng cụ đo dòng điện nhƣ ampe kế, để đo trực tiếp và đọc kết quả trên thang chia độ của dụng cụ đo.. - Đo gián tiếp: dùng volt kế đo điện áp rơi trên một điện trở chuẩn mắc trong mạch có dòng điện chạy qua, thông qua phƣơng pháp tính toán sẽ có đƣợc giá trị dòng điện cần đo.. - Phƣơng pháp so sánh: so sánh dòng điện cần đo với dòng điện mẫu, ở trạng thái cân bằng của dòng điện cần đo và dòng điện mẫu, sẽ đọc đƣợc kết quả trên mẫu.. - Dựa vào các đặc tính của dòng điện thì ta có những loại phương pháp đo dòng sau:. - Điện áp sụt qua điện trở tỷ lệ thuận với dòng điện cần đo.. - Dòng điện cần đo. - Hình 5.1: Nguyên tắc đo dòng bằng điện trở Shunt 5.2 Thuật toán đo dòng điện xoay chiều hiệu dụng. - Đầu ra của cảm biến đƣợc nối vào ADC của vi điều khiển nên điện áp Viout đƣợc tính nhƣ sau:. - Dòng điện hiệu dụng đƣợc tính theo công thức:. - Trong đó I(i) là các mẫu của dòng điện xoay chiều. - Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống. - Hình 6.1: Sơ đồ mạch của hệ thống Mô tả hệ thống:. - Các cảm biến này đƣợc cấp bằn nguồn +5VDC và tính hiệu lối ra tỉ lệ tuyến tính với dòng điện qua cảm biến.. - Các đầu ra điện áp của cảm biến đƣợc đọc bởi bộ ADC của vi điều khiển PIC 16F887. - Từ đó vi điều khiển biết đƣợc giá trị dòng điện tải (I PEAK và I RMS. - Giá trị dòng điện đo đƣợc sẽ đƣợc so sánh với ngƣỡng để quyết định nội dung của gói tin phản hồi về trung tâm.. - Đóng gói thiết bị. - Hình ảnh cụ thể của các bo mạch sau khi đƣợc lắp ráp các linh kiện và hộp thiết bị đƣợc trình bày trong các hình . - Hình 6.9: Mặt trên bo mạch của thiết bị. - Hình 6.10: Mặt dưới bo mạch của thiết bị. - Thuật toán cho phần mềm điều khiển. - Phần mềm giao diện điều khiển trên máy tính PC. - Nhập địa chỉ IP và PORT của thiết bị cần kết nối.. - Hiển thị giá trị dòng điện nhận đƣợc từ thiết bị.. - Có nút bật – tắt bốn thiết bị tƣơng ứng.. - Kết quả thực nghiệm điều khiển thiết bị điện từ xa qua mạng Internet nhƣ sau:. - Thiết bị đã đáp ứng lệnh điều khiển từ máy tính trong thời gian dƣới 1 giây (thử nghiệm kết nối từ xa qua mạng Internet của VDC và qua 3G của Mobifone).. - Thực hiện phép đo dòng điện tiêu thụ trên thiết bị bằng phần mềm điều khiển cho giá trị sai số dƣới 4% so với giá trị đo đƣợc trên đồng hồ Multimeter.. - Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển từ xa thiết bị điện qua mạng internet có tính năng phản hồi trạng thái hoạt động của thiết bị. - Tìm hiểu các phƣơng pháp đo dòng điện xoay chiều. - Sử dụng đƣợc IC đo dòng điện chuyên dụng nhƣ ACS712. - Đo đƣợc giá trị dòng điện xoay chiều trong khoảng thời gian dài.. - Tìm hiểu cấu trúc phần cứng cũng nhƣ lập trình kiểm soát một vi điều khiển PIC16F877A.. - Từ đó xây dựng thành công hệ thống đo dòng điện xoay chiều với độ tin cậy đạt đƣợc trong thời gian dài.. - Từ các kiến thức đã nghiên cứu, hệ thống đo dòng điện đã đƣợc tôi xây dựng bao gồm phần cứng và phần mềm quản lý với những tính năng sau:. - Thiết bị cho phép nguồn nuôi có điện áp vào dải rộng, lên tới 60V.. - Có các linh kiện bảo vệ thiết bị khi ngƣời dùng cắm ngƣợc nguồn.. - Nhờ việc hộ trợ các giao thức truyền thông ethernet, thiết bị dễ dàng ghép nối vào các mạng điều khiển công nghiệp.. - Giảm thiểu sai số phép đo:Nguyên nhân sai số xuất phát từ hai yêu tố chính - Bản thân thiết bị đo đã có sai số do quá trình lấy mẫu ADC.. - Trong tƣơng lai, để áp dụng vào thực tế, thiết bị cần tối ƣu hóa phần cứng, giảm thiểu sai số đo lƣờng, loại bỏ các khối chức năng không cần thiết để hạ giá thành sản phẩm