Ask a question from expert

Ask now

Transport and Communications Science PDF

11 Pages5268 Words87 Views
   

Added on  2020-11-06

Transport and Communications Science PDF

   Added on 2020-11-06

BookmarkShareRelated Documents
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 3 (04/2020), 274-284 274 Transport and Communications Science Journal IMPLEMENTATION OF ELECTRICAL POWER CONSUMPTION MONITORING SYSTEM BY USING WIRELESS SENSOR NETWORK AND IOT Minh-Tuan Le, Thi-Thu-Huong Mai* University of Transport and Communications, No 3 Cau Giay Street, Hanoi, VietnamARTICLE INFOTYPE: Scientific communication Received: 9/3/2020 Revised: 24/3/2020 Accepted: 8/4/2020 Published online: 24/4/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.11*Corresponding author Email: maihuongktvt@gmail.com, huongmtt@utc.edu.vn Abstract. The article presents an electrical power monitoring system, implemented via wireless sensor network and Google server. The electrical power comsumption level of any electrical 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 and Internet of Things (IoT), which allows to deploy in a wide area with the high flexibility in function and application ability in practice. Keywords: Wireless sensor network, Internet of things, Remote monitoring and warning. 2020 University of Transport and Communications
Transport and Communications Science PDF_1
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 3 (04/2020), 274-284 275 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT MỨC TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG THÔNG QUA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ IOT Lê 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 học Ngày nhận bài: 9/3/2020 Ngày nhận bài sửa: 24/3/2020 Ngày chấp nhận đăng: 8/4/2020 Ngày xuất bản Online: 24/4/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.11*Tác giả liên hệ Email: maihuongktvt@gmail.com, huongmtt@utc.edu.vn Tóm tắt. Bài báo trình bày về hệ thống giám sát mức tiêu thụ điện năng cho các thiết bị điện nói chung, được thực hiện thông qua mạng cảm biến không dây và hệ thống máy chủ Google của mạng Internet. Mức tiêu thụ điện năng của một thiết bị điện hay mức tiêu thụ điện năng của một khu vực như văn phòng, phòng học, nhà ở có thể được giám sát từ xa qua mạng Internet. Hệ thống mạng được xây dựng tích hợp các công nghệ của mạng cảm biến không dây và Internet kết nối vạn vật (IoT), cho phép triển khai ở một khu vực rộng, có tính linh hoạt 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 từ xa. 2020 Trường Đại học Giao thông vận tải 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đối với người sử dụng, việc giám sát mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện nói riêng và của một hệ thống điện trong một khu vực nói chung là rất cần thiết, qua đó giúp người dùng có thể đánh giá được mức độ, tính chất sử dụng các thiết bị điện để có thể đưa ra những phương án sử dụng hiệu quả nhất, tiết kiệm chi phí. Để xác định mức tiêu thụ điện năng của thiết bị điện thông thường, người dùng cần sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng để xác định được mức điện áp, mức dòng điện, qua đó tính toán được mức công suất điện năng của thiết bị. Tuy vậy cách thức thực hiện này có tính hạn chế, và không phù hợp trong các trường hợp như cần giám sát thiết bị hoạt động liên tục trong thời gian dài, hay đòi hỏi phải
Transport and Communications Science PDF_2
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 3 (04/2020), 274-284 276 giám sát nhiều thiết bị ở các vị trí khác nhau trong cùng một thời điểm. Với những công nghệ hiện 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 vị trí khác nhau trong một không gian lớn. Đặc biệt khả năng giám sát không chỉ bó hẹp trong một 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 nghệ IoT, với máy chủ Google cho phép người dùng có thể giám sát mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị hay hệ thống điện qua mạng Internet. Mỗi nút mạng được gắn cảm biến để xác định mức công suất điện của một hoặc nhiều thiết bị điện, đồng thời gửi các thông tin này qua mạng cảm biến tới nút mạng có khả năng kết nối với mạng Internet để chuyển tiếp dữ liệu lên máy chủ Google. Qua kết nối với mạng Internet, người dùng có thể phân tích được các thông số về mức công suất điện của các thiết bị điện được giám sát ở mỗi nút mạng. Ngoài ra hệ thống máy chủ Google sẽ được cấu hình để có khả năng tự động giám sát dữ liệu, qua đó gửi đi cảnh báo qua thư điện tử cho người giám sát khi giá trị dữ liệu vượt trên mức ngưỡng đã được thiết lập. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2. Phương pháp đo mức công suất điện và thiết bị nút mạng cảm biến 2.1.1. Phương pháp đo mức công suất điệnĐối các thiết bị điện thông thường, ta có thể xác định mức công suất điện của thiết bị thông 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 dụng thì mức điện áp sử dụng thường là 220V xoay chiều. Trong những hệ thống điện có sử dụng ổn áp thì mức điện áp trên các thiết bị điện trong hệ thống thường không thay đổi hoặc thay đổi rất ít, nên ta chỉ cần thực hiện đo đạc một lần qua đồng hồ đo điện áp để xác định mức điện áp hoạt động và lấy giá trị này để tính toán các tham số khác của hệ thống. Với các ứng dụng đòi hỏi phải xác định mức điện áp hiện tại trên thiết bị khi tính toán, ta có thể sử dụng biến áp xoay chiều để chuyển đổi từ điện áp cao (220V, hoặc 110V) xuống điện áp thấp (5V hoặc 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 đó tính 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 biến hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall như ACS712 hoặc dựa trên nguyên lý của biến áp như YHDC SCT-013-000. Với các loại cảm biến trên mức dòng đầu ra sẽ tỷ lệ với mức dòng đầu vào, hay mức dòng chạy qua tải, tuy vậy tín hiệu đầu ra đều ở dạng tương tự, nên khi tích hợp trong các thiết bị điện tử, ta phải sử dụng chức năng ADC của thiết bị để xác định và tính toán các mức giá trị dòng xoay chiều này. Với hệ thống mạng giám sát được nêu trong bài báo, các nút mạng sử dụng loại cảm biến YHDC SCT-013-000, do loại cảm biến này có ưu điểm trong việc thực hiện đo đạc do không đòi hỏi thay đổi việc kết nối giữa thiết bị điện với hệ thống cấp điện. Cảm biến dòng YHDC SCT-013-000 có cấu trúc dạng biến áp, trong đó cuộn thứ cấp có số vòng gấp nhiều lần cuộn sơ cấp, thường theo tỷ lệ 1: 2000. Khi có dòng chạy qua cuộn sơ cấp 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 điện trở Rburdenmắc song song với cuộn thứ cấp, như mô tả ở hình 1.
Transport and Communications Science PDF_3
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 3 (04/2020), 274-284 277 Hình 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 hiệu dụng từ 0 đến 100 (A). Tương ứng với mức dòng AC hiệu dụng lớn nhất 100A thì mức dòng AC đỉnh-đỉnh đầu vào cảm biến là 141,4 ( = 100√2 ) (A), và mức dòng AC đầu ra ở cuộn thứ cấp 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 nút mạng cảm biến là 2,5V (bằng nửa mức điện áp hoạt động của nút mạng cảm biến là 5V), thì điện trở để chuyển đổi dòng thành áp trong mạch giao tiếp với cảm biến dòng Rburdencó trị số được xác định bằng 35,4 Ω (bằng 2,5 V/0,0707 A). Công thức chung để tính giá trị của điện trở 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 nêu trong thông số của cảm biến. Với các biến SCT-013-000 thì Imax= 100 A. Tuy vậy người dùng có thể lựa chọn giá trị Imax nằm dưới giá trị thông số của thiết bị để phù hợp với các ứng 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 ESP8266 hoặc chíp ESP32 hoạt động ở điện áp 3,3V nên giá trị Rburdensẽ được tính toán và lựa chọn theo công thức (1) có giá trị là 220 với mức dòng Imax= 10 A, hoặc có giá trị 22 với mức dòng 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 biến Một nút mạng cảm biến được thiết kế tích hợp chíp ESP (viết tắt cho các dòng chíp ESP8266 và ESP32), là chíp vi xử lý 32 bít tốc độ cao, có thể kết nối với mạng Internet qua một bộ định tuyến không dây AP (Access Point) [5]. Trong cấu trúc thiết bị nút mạng cảm
Transport and Communications Science PDF_4

End of preview

Want to access all the pages? Upload your documents or become a member.

Related Documents
Xử lý tình huống: Việc sử dụng văn bằng không hợp pháp của giáo viên Hoàng Thanh N
|19
|5957
|185

Thực tập tốt nghiệp: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống quản lý xe buýt sử dụng công nghệ thông tin tại Xí nghiệp xe điện Hà Nội
|68
|13238
|346

Thiết kế hệ thống mạng cho công ty TPLTranser - Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh
|25
|6883
|100

Cách tìm kiếm khách hàng và quảng cáo cho buổi biểu diễn nghệ thuật
|6
|2969
|401

[pic]. ------?&?------. TIỂU LUẬN. MÔN: DOANH NGHIỆP VÀ
|10
|3024
|219

Cung Van hoa Lao dong - A Place for Sports and Culture in Ho Chi Minh City
|20
|3067
|51