- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều của phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện – Điện tử trường Đại học Mỏ - Địa chất
Xem mẫu
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm,
thực hành mạch điện xoay chiều của phòng thí nghiệm Kỹ
thuật điện – Điện tử trường Đại học Mỏ - Địa chất
Nguyễn Trường Giang1
1
Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT
Quá trình:
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu việc xây dựng bộ đo công suất ứng
Nhận bài 15/6/2021 dụng cho các bài thí nghiệmthực hành mạch điện xoay chiều. Nội dung
Chấp nhận 17/8/2021 chính của bài báo là xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí
Đăng online 20/12/2021 nghiệm, thực hành theo dõi kết quả và cài đặt trực tiếp trên thiết bị. Số
Từ khóa: liệu đo được hiển thị và lưu trữ theo thời gian thực trên thiết bị và các
Bộ đo công suất; ứng thiết bị khác như smartphone, máy tính bảng, có kết nối 4G, wifi. Các kết
dụng theo dõi công suất.
quả thực nghiệm đo đối với các bài thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay
chiều cho kết quả tốt, chứng tỏ khả năng sẵn sàng thay thế cho các thiết
bị đo công suất cũ, hỏng.
© 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.
1. Mở đầu Uno, tương thích với chương trình Arduino IDE.
Module này được tích hợp WiFi nên dễ dàng thực
Hiện nay hầu hết các đồng hồ đo công suất tác
hiện các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển
dụng trong các bài thí nghiệm thực hành đều là
thiết bị thông qua WiFi. Hình 1 là hình ảnh và sơ
đồng hồ cơ, thời gian được trang bị đã lâu nên nhu
đồ chân, hình 2 là sơ đồ nguyên lý module
cầu cải tiến và thay thế bằng các đồng hồ kỹ thuật
WeMosD1 mini.
số với tinh năng vượt trội và độ chính xác cao là
cần thiết. Áp dụng những công nghệ tiên tiến, sử
dụng các module đo công suất chuyên dụng kết
hợp với bộ vi xử lý ESP8266 tác giả đã chế tạo bộ
đồng hồ đo công suất, đo dòng điện và điện áp,
phù hợp với các bài thí nghiệm, thực hành đo các
thông số trong mạch điện xoay chiều.
2. Thiết bị phần cứng và kết quả nghiên cứu
chế tạo
2.1. Thiết bị phần cứng
2.1.1. Module vi điều khiển WeMos D1mini
Module WeMos D1 mini là board được phát Hình 1. Hình ảnh và sơ đồ chân module WeMosD1
triển dựa trên module ESP8266-12E và phát mini
triển theo tiêu chuẩn của board mạch Arduino
29
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Hình 4. Sơ đồ khối module PZEM004T
2.1.3. Màn hình cảm ứng (LCD TFT 2.4 SPI
ILI9341 TOUCH)
Màn hình LCD TFT cảm ứng điện trở 2,4 inch
ILI9341 giao tiếp SPI. Hình 5 và hình 6 là hình ảnh
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý module WeMosD1 mini và sơ đồ chânmàn hình cảm ứng LCD TFT
ILI9341.
2.1.2. Module đo lường PZEM004T
Hình 3 là hình ảnh và hình 4 mô tả sơ đồ khối
module PZEM004T.
Module có các chức năng sau:
Đo các thông số (điện áp, dòng điện, công suất
tác dụng và năng lượng).
Báo động quá tải, quá điện áp.
Giao tiếp nối tiếp (giao tiếp TTL), sử dụng chức a
năng này để giao tiếp với các thiết bị đầu cuối
thông qua các chân đọc và thiết lập thông số.
b
a) Mặt trước; b) Mặt sau
Hình 5. Hình ảnh màn hình cảm ứng LCD TFT
ILI9341
Hình 3. Hình ảnh module PZEM-004T
30
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
cần nguồn 5VDC cho các module LCD, vi điều
khiển. Vì vậy tác giả chỉ sử dụng 01 đầu vào nguồn
AC và chuyển sang 5VDC thông qua module
nguồn HLK-PM01 cấp cho các module trong
mạch. Hình ảnh module nguồn HLK-PM01 được
mô tả trên hình 7.
Hình 7. Hình ảnh module nguồn HLK-PM01
Hình 6. Sơ đồ chân màn hình cảm ứng LCD TFT
2.4 SPI ILI9341 TOUCH 2.2. Thiết kế, chế tạo bộ đo công suất
Định dạng hiển thị: 2.2.1. Thiết kế sơ đồ khối
Công suất: phạm vi đo 0÷22kW Sơ đồ khối của thiết bị bao gồm các khối như
hình 8.
Trong khoảng 0÷1kW, định dạng hiển thị
000÷999.9;
Trong khoảng 1÷22kW định dạng hiển thị
1.000 ÷22.00.
Điện năng: khoảng đo 0÷9999kWh
Trong khoảng 0 ÷ 10kWh, định dạng hiển thị
0.000 ÷ 9.999;
Trong khoảng 10 ÷ 100kWh, định dạng hiển
thị 10.00 ÷ 99.99;
Trong khoảng 100 ÷ 1000kWh, định dạng
hiển thị 100.0 ÷ 999.9;
Hình 8. Sơ đồ khối của bộ đo công suất
Trong khoảng 1000 ÷ 9999kWh, định dạng
hiển thị 1000 ÷ 9999. Chức năng các khối:
Điện áp: phạm vi đo : 80 ÷ 260VAC Khối nguồn: nguồn điện xoay chiều 220VAC
được dùng để cấp cho đầu vào và nguồn xoay
Định dạng hiển thị là 110.0 ÷220.0 chiều trên module PZEM004T. Nguồn 5VDC được
Dòng điện: phạm vi đo: 0÷ 100A chuyển đổi từ nguồn xoay chiều thông qua
module nguồn HLK- PM01 có chức năng cấp
Định dạng hiển thị: 00.00 ÷ 99.99 nguồn để toàn mạch hoạt động.
2.1.4. Module nguồn chuyển đổi AC – DC Khối đo điện năng sử dụng module
Bộ đo công suất cần sử dụng nguồn AC cho các PZEM004T.
thiết bị cần giám sát được hoạt động đồng thời
31
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Khối xử lý trung tâm: sử dụng module vi điều
khiển WeMos D1 mini kết nối với các thiết bị
ngoại vi và giao tiếp với server thông qua WiFi. Để
đo dữ liệu thu thập được từ module PZEM004T
thông qua ứng dụng trên smartphone hoặc máy
tính, tác giả sử dụng giao thức MQTT theo mô
hình Publish/Subscribe.
Khối hiển thị: sử dụng màn hình cảm ứng LCD
TFT 2.4 SPI ILI9341để dễ dàng theo dõi các thông
số điện đo được và cài đặt các tham số cho thiết bị Hình 10. Giao diện lập trình và biên dịch trên
2.2.2. Kết nối chân linh kiện Arduino IDE
Linh kiện các khối được kết nối theo sơ đồ chân 3. Kết quả đạt được
hình 9. Từ các phân tích về thiết kế, tác giả đã chế tạo
thành công bộ đo công suất, với màn hình LCD
TFT màu 2.4 inch có cảm ứng và giao diện trực
quan. Ngoài ra, bộ đo công suất có ứng dụng hỗ
trợ theo dõi trên smartphone và hỗ trợ kết nối với
ứng dụng bên thứ 3 như Home Assistant.
Các chức năng chính của bộ đo công suất:
Hiển thị kết quả đo điện áp, tần số, dòng điện,
công suất, số điện hằng ngày, hằng tháng, tổng số
điện đã sử dụng.
Lưu kết quả đo (số điện) trên thiết bị, kể cả khi
mất kết nối internet.
Hỗ trợ ứng dụng hiển thị trên smartphone .
Hỗ trợ kết nối với Home Assistant.
Có giao thức kết nối MQTT.
Kết quả đo tương đương với các thiết bị đo
chuyên dụng (đã được kiểm định) trong phòng
Hình 9. Sơ đồ kết nối chân linh kiện thí nghiệm.
2.2.3. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
Tác giả đã sử dụng phần mềm Arduino IDE để
xây dựng, biên dịch và nạp chương trình điều
khiển cho bộ đo công suất.
32
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Hình 12. Hình ảnh đấu nối bộ đo công suất trong
bài thí nghiệm mạch điện và kết quả đo được
4. Kết luận
Trong bài báo tác giả đã tổng kết lại quá trình
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ đo công suất.
Dựa trên các phần mềm mã nguồn mở, tác giả
đã tạo ra giao diện riêng để thực hiện việc cài đặt
và kết nối thiết bị.
Các kết quả thực nghiệm đo đối với các bài thí
nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều cho kết
quả tương đương với thiết bị đo chuẩn của phòng
Hình 11. Hình ảnh bộ đo công suất sau khi hoàn thí nghiệm.
thiện Tài liệu tham khảo
[1]http://allaboutcircuits.com/projects/breadbo
ard-and-program-an-esp-01-circuit-with-the-
arduino-ide/.
[2] http://arduino.cc/en/Main/Software
33
nguon tai.lieu . vn
