Transport and Communications Science PDF

Added on - 06 Nov 2020

  • 11

    pages

  • 5268

    words

  • 4

    views

  • 0

    downloads

Showing pages 1 to 4 of 11 pages
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 3 (04/2020), 274-284274Transport and Communications Science JournalIMPLEMENTATION OF ELECTRICAL POWER CONSUMPTIONMONITORING SYSTEM BY USING WIRELESS SENSORNETWORK AND IOTMinh-Tuan Le, Thi-Thu-Huong Mai*University of Transport and Communications, No 3 Cau Giay Street, Hanoi, VietnamARTICLE INFOTYPE: Scientific communicationReceived: 9/3/2020Revised: 24/3/2020Accepted: 8/4/2020Published online: 24/4/2020https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.11*Corresponding authorEmail: maihuongktvt@gmail.com, huongmtt@utc.edu.vnAbstract.The article presents an electrical power monitoring system, implemented viawireless sensor network and Google server. The electrical power comsumption level of anyelectrical devices or areas like offices, classrooms or houses can be monitored via the Internet.The monitoring network system is built on technologies of wireless sensor network andInternet of Things (IoT), which allows to deploy in a wide area with the high flexibility infunction and application ability in practice.Keywords:Wireless sensor network, Internet of things, Remote monitoring and warning.2020 University of Transport and Communications
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 3 (04/2020), 274-284275Tạp chí Khoa học Giao thông vận tảiXÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNGTHÔNG QUA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ IOTLê Minh Tuấn, Mai Thị Thu Hương*Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt NamTHÔNG TIN BÀI BÁOCHUYÊN MỤC: Thông tin khoa họcNgày nhận bài: 9/3/2020Ngày nhận bài sửa: 24/3/2020Ngày chấp nhận đăng: 8/4/2020Ngày xuất bản Online: 24/4/2020https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.11*Tác giả liên hệEmail: maihuongktvt@gmail.com, huongmtt@utc.edu.vnTóm tắt.Bài báo trình bày về hệ thống giám sát mức tiêu thụ điện năng cho các thiết bị điệnnói chung, được thực hiện thông qua mạng cảm biến không dây và hệ thống máy chủ Googlecủa mạng Internet. Mức tiêu thụ điện năng của một thiết bị điện hay mức tiêu thụ điện năngcủa một khu vực như văn phòng, phòng học, nhà ở có thể được giám sát từ xa qua mạngInternet. Hệ thống mạng được xây dựng tích hợp các công nghệ của mạng cảm biến khôngdây và Internet kết nối vạn vật (IoT), cho phép triển khai ở một khu vực rộng, có tính linhhoạt về chức năng và khả năng triển khai trong thực tế.Từ khóa:Mạng cảm biến không dây, Mạng Internet kết nối vạn vật, Giám sát và cảnh báo từxa.2020 Trường Đại học Giao thông vận tải1. ĐẶT VẤN ĐỀĐối với người sử dụng, việc giám sát mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện nóiriêng và của một hệ thống điện trong một khu vực nói chung là rất cần thiết, qua đó giúpngười dùng có thể đánh giá được mức độ, tính chất sử dụng các thiết bị điện để có thể đưa ranhững phương án sử dụng hiệu quả nhất, tiết kiệm chi phí. Để xác định mức tiêu thụ điệnnăng của thiết bị điện thông thường, người dùng cần sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng đểxác định được mức điện áp, mức dòng điện, qua đó tính toán được mức công suất điện năngcủa thiết bị. Tuy vậy cách thức thực hiện này có tính hạn chế, và không phù hợp trong cáctrường hợp như cần giám sát thiết bị hoạt động liên tục trong thời gian dài, hay đòi hỏi phải
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 3 (04/2020), 274-284276giám sát nhiều thiết bị ở các vị trí khác nhau trong cùng một thời điểm. Với những công nghệhiện nay cho phép chúng ta xây dựng được một hệ thống giám sát với nhiều khả năng hơn,không chỉ giám sát nhiều thiết bị đồng thời, mà còn cho phép giám sát các thiết bị đặt ở các vịtrí khác nhau trong một không gian lớn. Đặc biệt khả năng giám sát không chỉ bó hẹp trongmột khu vực mà còn cho phép giám sát kết hợp với cảnh báo từ xa qua mạng Internet.Bài báo giới thiệu về hệ thống mạng cảm biến không dây (WSN), tích hợp công nghệIoT, với máy chủ Google cho phép người dùng có thể giám sát mức tiêu thụ điện năng của cácthiết bị hay hệ thống điện qua mạng Internet. Mỗi nút mạng được gắn cảm biến để xác địnhmức công suất điện của một hoặc nhiều thiết bị điện, đồng thời gửi các thông tin này quamạng cảm biến tới nút mạng có khả năng kết nối với mạng Internet để chuyển tiếp dữ liệu lênmáy chủ Google. Qua kết nối với mạng Internet, người dùng có thể phân tích được các thôngsố về mức công suất điện của các thiết bị điện được giám sát ở mỗi nút mạng. Ngoài ra hệthống máy chủ Google sẽ được cấu hình để có khả năng tự động giám sát dữ liệu, qua đó gửiđi cảnh báo qua thư điện tử cho người giám sát khi giá trị dữ liệu vượt trên mức ngưỡng đãđược thiết lập.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH2. Phương pháp đo mức công suất điện và thiết bị nút mạng cảm biến2.1.1. Phương pháp đo mức công suất điệnĐối các thiết bị điện thông thường, ta có thể xác định mức công suất điện của thiết bịthông qua đồng hồ đo thông thường để xác định cường độ dòng điện (I) và mức điện áp (U)trên thiết bị, qua đó tính toán được giá trị công suất P = U x I. Với các thiết bị điện dân dụngthì mức điện áp sử dụng thường là 220V xoay chiều. Trong những hệ thống điện có sử dụngổn áp thì mức điện áp trên các thiết bị điện trong hệ thống thường không thay đổi hoặc thayđổi rất ít, nên ta chỉ cần thực hiện đo đạc một lần qua đồng hồ đo điện áp để xác định mứcđiện áp hoạt động và lấy giá trị này để tính toán các tham số khác của hệ thống. Với các ứngdụng đòi hỏi phải xác định mức điện áp hiện tại trên thiết bị khi tính toán, ta có thể sử dụngbiến áp xoay chiều để chuyển đổi từ điện áp cao (220V, hoặc 110V) xuống điện áp thấp (5Vhoặc 12V), kết hợp với mạch chỉnh lưu để chuyển đổi điện áp xoay chiều (AC) thành 1 chiều(DC), và thông qua biến đổi tương tự sang số (ADC) để xác định mức điện áp DC này qua đótính toán giá trị mức điện áp xoay chiều trên thiết bị điện.Để xác định mức dòng tiêu thụ của thiết bị điện, ta có thể sử dụng một số loại cảm biếnhoạt động dựa trên hiệu ứng Hall như ACS712 hoặc dựa trên nguyên lý của biến áp nhưYHDC SCT-013-000. Với các loại cảm biến trên mức dòng đầu ra sẽ tỷ lệ với mức dòng đầuvào, hay mức dòng chạy qua tải, tuy vậy tín hiệu đầu ra đều ở dạng tương tự, nên khi tích hợptrong các thiết bị điện tử, ta phải sử dụng chức năng ADC của thiết bị để xác định và tính toáncác mức giá trị dòng xoay chiều này. Với hệ thống mạng giám sát được nêu trong bài báo, cácnút mạng sử dụng loại cảm biến YHDC SCT-013-000, do loại cảm biến này có ưu điểm trongviệc thực hiện đo đạc do không đòi hỏi thay đổi việc kết nối giữa thiết bị điện với hệ thốngcấp điện.Cảm biến dòng YHDC SCT-013-000 có cấu trúc dạng biến áp, trong đó cuộn thứ cấp cósố vòng gấp nhiều lần cuộn sơ cấp, thường theo tỷ lệ 1: 2000. Khi có dòng chạy qua cuộn sơcấp thì dòng cảm ứng ở cuộn thứ cấp được xuất ra ở đầu ra. Dòng cảm ứng đầu ra cảm biến,tương ứng với mức dòng đầu vào qua tải, được chuyển đổi thành điện áp thông qua một điệntrở Rburdenmắc song song với cuộn thứ cấp, như mô tả ở hình 1.
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 3 (04/2020), 274-284277Hình 1. Nguyên lý và mạch kết nối với cảm biến SCT-013-000.Đối với cảm biến dòng mã hiệu YHDC SCT-013-000 cho phép do mức dòng AC hiệudụng từ 0 đến 100 (A). Tương ứng với mức dòng AC hiệu dụng lớn nhất 100A thì mức dòngAC đỉnh-đỉnh đầu vào cảm biến là 141,4 ( = 100√2 ) (A), và mức dòng AC đầu ra ở cuộn thứcấp là 141,4/2000 bằng 0,0707(A), tương ứng với 70,7 mA.Nếu điện áp tham chiếu VREF cho mạch biến đổi ADC bên trong chíp vi xử lý của nútmạng cảm biến là 2,5V (bằng nửa mức điện áp hoạt động của nút mạng cảm biến là 5V), thìđiện trở để chuyển đổi dòng thành áp trong mạch giao tiếp với cảm biến dòng Rburdencó trị sốđược xác định bằng 35,4 Ω (bằng 2,5 V/0,0707 A). Công thức chung để tính giá trị của điệntrở Rburdennhư sau:m22IrefBurdenaxVNR(1)Trong đó: N là Số vòng cuộn thứ cấp. Imax(A) là giá trị dòng AC lớn nhất đầu vào, được nêutrong thông số của cảm biến. Với các biến SCT-013-000 thì Imax= 100 A. Tuy vậy ngườidùng có thể lựa chọn giá trị Imax nằm dưới giá trị thông số của thiết bị để phù hợp với cácứng dụng đo khác nhau.Như vậy việc tính toán giá trị điện trở Rburden phụ thuộc vào mức điện áp tham chiếu,hay mức điện áp hoạt động của mạch đo, đồng thời giá trị Imax mà người dùng lựa chọn.Với nút mạng cảm biến được thiết kế cho hệ thống mạng giám sát, sử dụng chíp ESP8266hoặc chíp ESP32 hoạt động ở điện áp 3,3V nên giá trị Rburdensẽ được tính toán và lựa chọntheo công thức (1) có giá trị là 220với mức dòng Imax= 10 A, hoặc có giá trị 22với mứcdòng Imax= 100 A, tùy vào từng nút mạng để phù hợp với các dải đo khác nhau.2.1.2. Thiết bị nút mạng cảm biếnMột nút mạng cảm biến được thiết kế tích hợp chíp ESP (viết tắt cho các dòng chípESP8266 và ESP32), là chíp vi xử lý 32 bít tốc độ cao, có thể kết nối với mạng Internet quamột bộ định tuyến không dây AP (Access Point) [5]. Trong cấu trúc thiết bị nút mạng cảm
desklib-logo
You’re reading a preview
card-image

To View Complete Document

Become a Desklib Library Member.
Subscribe to our plans

Download This Document