- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Hệ thống giám sát điện năng trong các ứng dụng Internet of Things với kiến trúc mở Arduino và Raspberry Pi
Xem mẫu
- Hệ thống giám sát điện năng trong các ứng
dụng Internet of Things với kiến trúc mở
Arduino và Raspberry Pi
Nguyễn Khắc Phong, Nguyễn Hoàng Nam
Viện Điện,
Đại học Bách khoa Hà Nội
e-Mail: nam.nguyenhoang@hust.edu.vn
Abstract— Hiện nay kiến trúc phần cứng mở cũng như xác cao (thiết bị có thể đạt cấp chính xác 1, sai số ±1%
mã nguồn mở đang được các hãng hướng tới đặc biệt là hoặc thấp hơn). Bên cạnh đó, vi điều khiển có thể cho
kiến trúc mở Arduino. Hướng tới việc đo, giám sát và phép các nhà thiết kế bổ sung thêm các chức năng khác
phát hiện thiết bị tiêu thụ điện nhằm quản lý và tiết kiệm vào thiết bị đo như truyền phát dữ liệu không dây, cảnh
một cách tối ưu năng lượng, tài chính cho người sử dụng báo mất lưới, lưu trữ dữ liệu…
cũng như giám sát đồ thị tải cho nhà cung cấp, một nghiên
cứu đã được phát triển trên nền kiến trúc phần cứng mã 2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ GIÁM SÁT
nguồn mở cho một thiết bị đo và giám sát quá trình tiêu
Thiết bị đo và giám sát điện năng không dây mà
thụ điện năng. Mỗi thiết bị đo là một điểm đo nằm trong
mạng cảm biến không dây - Wireless Sensor Network với
nhóm đã nghiên cứu hướng tới xây dựng có sơ đồ khối
truyền phát không dây chuẩn Zigbee theo cấu trúc mạng được thể hiện như Hình 1.
kiểu mắt lưới Mesh. Ngoài ra, thiết bị đo trung tâm còn Cấu tạo thiết bị bao gồm 6 khối. Thiết bị sẽ sử dụng
có khả năng truyền tin về máy tính cá nhân thông qua nguồn điện xoay chiều một pha lấy trực tiếp từ lưới điện
Wi-Fi giúp dữ liệu đến tay người dùng dễ dàng hơn. dân dụng. Khối nguồn biến đổi dòng điện xoay chiều
thành dòng điện 1 chiều với các mức điện áp ổn định
Keywords: điện năng tiêu thụ, mạng cảm biến không
cấp cho các linh kiện trong thiết bị hoạt động. Khối
dây, IoTs, mạng Zigbee, Arduino, Raspberry Pi.
MCU (Micro-Controller Unit) là khối xử lý trung tâm
Ký hiệu được xây dựng dựa trên phần cứng mở Arduino xử lý
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa tín hiệu đo cung cấp bởi khối cảm biến, tính toán đưa ra
Urms V điện áp hiệu dụng kết quả đo để lưu trữ, hiển thị, truyền phát thông qua
Irms A dòng điện hiệu dụng khối hiển thị và khối truyền phát.
Prms W công suất hiệu dụng 2.1 Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều hiệu dụng
Papp W công suất biểu kiến một pha
cos hệ số công suất
Trước hết, để đo đại lượng điện áp hiệu dụng xoay
E kWh sản lượng điện năng tiêu thụ chiều, nhóm tác giả lựa chọn phương pháp đo sử dụng
điện trở phân áp. Thiết bị được thiết kế để sử dụng trong
Chữ viết tắt lưới điện sinh hoạt dân dụng với kiểu đấu dây của thiết
MCU Micro-Controller Unit bị là 1 pha hai dây (1 dây pha + 1 dây trung tính) với
ADC Analog-Digital Converter điện áp danh định 220VAC.
IC Integrated Circuit
Về tổng quan khối đo điện áp sẽ gồm 4 khối chính
IoTs Internet of Things
WSN Wireless Sensor Network
với sơ đồ nguyên lý như Hình 2.
ZNP ZigBee Network Processor + Mạch phân áp R1, R2 giúp chia điện áp đầu vào
ZCL ZigBee Cluster Library sao cho nằm trong khoảng 0-2,5V. Giá trị điện áp sau
ML Machine Learning phần điện trở chia áp được tính bằng công thức (1):
R2
1. ĐẶT VẤN ĐỀ U out U rms (1)
R1 R2
Ngày nay, sự phát triển của các thiết bị đo năng + Mạch lọc thông cao được tạo ra bởi hai thành
lượng điện tử đã đem lại những hiệu quả cao hơn, rõ rệt phần tụ C và điện trở R4. Tần số cắt của mạch lọc
trong đo lường so với các thiết bị đo trước đây. Các thiết
thông cao được tính theo công thức (2):
bị đo năng lượng điện tử nhìn chung có hai ưu điểm
chính nổi bật so với các thiết bị đo kết cấu cơ điện truyền 1
f3dB (2)
thống đó là: cải thiện độ chính xác và mở rộng các chức 2 RC
năng. f
Trong đó: 3dB là tần số cắt của mạch lọc thông
Hiện tại, công nghệ vi điều khiển cho phép ta xây cao; C, R là giá trị của tụ điện và điện trở của mạch lọc
dựng được các thiết bị đo vừa có giá cả cạnh tranh so thông cao.
với các thiết bị đo truyền thống vừa đạt được độ chính
288
- Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị đo và giám sát điện năng không dây
Biến dòng HWCT 20A/20mA: có hệ số biến đổi là
NHWCT = 1/1000. Tín hiệu dòng điện đầu ra của biến
dòng sẽ được đưa qua một điện trở gánh (Burden)
nhằm biến đổi từ dòng điện qua điện áp.
Biến dòng SCT-013-030: có hệ số biến đổi là NSCT
= 1/1800, tích hợp sẵn một điện trở gánh 64 Ω, dải giá
trị dòng điện hiệu dụng đầu vào cho phép là 0 – 30A
Hình 2 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp xoay chiều hiệu và điện áp đầu ra tương ứng là 0-1V.
dụng Để tăng độ chính xác, nhóm tác giả đã chia dải đo thành
+ Mạch cộng điện áp offset R3, R4. Ở đây thay vì hai dải:
sử dụng điện áp tham chiếu nội của vi điều khiển ta sử Với HWCT: 0 – 5A (G = 4) và 5 – 20 A (G =1).
dụng điện áp ngoài Uref = 2,5V (được tạo bởi IC Với SCT: 0 – 6A (G = 4) và 6 – 24,75A (G=1).
REF5025 của Texas Instruments). Mức điện áp cộng Trong đó:
thêm Uoffset được tính theo công thức (3): + G là hệ số khuếch đại của Op-Amp phía sau biến
R4 dòng.
U offset U ref (3) + Đối với biến dòng giá trị dòng điện hiệu dụng cần
R3 R4 đo tối đa nên nằm trong dải 0 – 24,75A để đảm bảo yêu
Trong đó: Uref là hiệu điện thế hoạt động của bộ cầu Upeak ≤ 1,25 V đã nêu.
ADC vi điều khiển; R3, R4 là giá trị của điện trở của 2.3 Thuật toán đo điện áp và dòng điện hiệu dụng
mạch lọc thông cao.
Giá trị điện áp xoay chiều hiệu dụng được định
+ Khối Op-Amp (LM324) làm tăng trở kháng cho nghĩa bằng căn bậc hai của trung bình bình phương các
phần mạch đo trước khi đi vào ADC, giảm tổn hao năng giá trị điện áp tức thời được lấy định kỳ trong một
lượng, bảo vệ an toàn cho các linh kiện phía sau. khoảng thời gian nhất định. Ta có công thức tính điện
2.2 Thiết kế mạch đo dòng điện xoay chiều hiệu áp hiệu dụng (5)
dụng N 1
Về việc đo giá trị dòng điện, thiết bị cung cấp hai u 2
( n)
n 0
tùy chọn sử dụng hai loại biến dòng khác nhau là U rms GcalibU (5)
HWCT 20A/20mA và SCT-013-030 tùy vào đối tượng N
đo và yêu cầu sử dụng. Chú ý là thiết bị chỉ cho phép sử Trong đó: Urms là giá trị điện áp xoay chiều hiệu
dụng một biến dòng được sử dụng tại một thời điểm. dụng một pha cần đo; u là giá trị điện áp tức thời được
đọc tại thời điểm lấy mẫu thứ n; GcalibU là tính toán mở
Tương tự với kênh đo điện áp, ta cũng sử dụng điện rộng; N là tổng số lần lấy mẫu điện áp tức thời u.
áp tham chiếu Vref = 2,5 V (tạo bởi IC REF5025). Do
đó, giá trị cần đo phải nằm trong dải 0-2,5V. Để đạt Tương tự với đo giá trị điện áp hiệu dụng, từ các giá
được yêu cầu này, giá trị đo gồm điện áp một chiều trị tức thời, giá trị dòng điện hiệu dụng cũng được xác
offset Uoffset = 1,25V (loại bỏ phần điện áp âm) và thành định theo công thức (6).
phần xoay chiều có điện áp đỉnh Upeak ≤ 1,25 V (hay
N 1
Urms ≤ 0,88V).
i 2
(n)
n0
Ta có quan hệ giữa điện áp đầu ra và dòng điện đầu I rms GcalibI (6)
vào với cả hai loại là: N
U out I primary N Rburden Trong đó: Irms là giá trị dòng điện xoay chiều hiệu
(4)
dụng cần đo; i là giá trị dòng điện tức thời được đọc tại
Trong đó: Uout là điện áp hiệu dụng đầu ra; Iprimary là thời điểm lấy mẫu thứ n; GcalibI là hệ số tính toán mở
dòng điện đầu vào; N là hệ số biến đổi; Rburden là điện rộng; N là tổng số lần lấy mẫu điện áp tức thời i.
trở gánh.
289
- 2.4 Thuật toán tính công suất và sản lượng điện tiêu Để đảm bảo giá trị điện năng sẽ không bị mất khi
thụ mất điện hoặc sự cố nào đó, nhóm tác giả đã thiết kế
lưu giá trị điện năng tiêu thụ vào EEPROM và giá trị
Từ mỗi giá trị lấy mẫu điện áp tức thời u(n) và dòng
điện tức thời i(n), ta có thể tính được công suất tiêu thụ này sẽ được lưu sau mỗi lần giá trị E tăng lên 0.5 kWh.
thực tế của tải bằng công thức (7): Bắt đầu
N
[u (n)i(n)] Khởi tạo thiết bị
Prms GP n1 (7) ngoại vi và ZigBee
N
Trong đó: Prms là công suất tiêu thụ thực tế; u, i là
giá trị điện áp và dòng điện tức thời lấy mẫu tại thời S
t1 = 500us
điểm n; GP là hệ số tính toán công suất, trong đó,
GP GcalibU GcalibI ; N là tổng số lần lấy mẫu đo.
Đ
Để tính được hệ số công suất, trước hết ta cần tính Lấy mẫu
giá trị công suất biểu kiến. Giá trị này được tính theo
công thức (8) dưới đây:
S
N = 2048 mẫu
Papp U rms I rms (8)
Đ
P U
Trong đó: app là giá trị công suất biểu kiến; rms Tính toán
t2 = 10s
S S E tăng 0.5
t2++ kWh
là giá trị điện áp xoay chiều hiệu dụng đo được;
I r m s là giá trị dòng điện xoay chiều hiệu dụng đo Đ Đ
được.
Hiển thị lên
Gửi dữ liệu Lưu vào
LCD
Từ đó ta tính được hệ số cos φ theo công thức (9): đến Coor
t2 = 0
EEPROM
Prms
cos (9)
Papp
Hình 3 Lưu đồ thuật toán chương trình chính của thiết bị
cos Papp
Trong đó: là hệ số công suất; là giá trị 2.6. Thử nghiệm và hiệu chỉnh
Prms
công suất biểu kiến; là giá trị công suất thực tế Nhằm đánh giá khả năng xử lý, nhóm tác giả sử
Mức điện năng tiêu thụ theo kWh được tính theo dụng dao động ký điện tử để quan sát dạng tín hiệu, kết
công thức (10): quả thu được như trên Hình 4 và Hình 5 (Sử dụng tải
thuần trở).
E GE Prms t (10)
Trong đó: E là sản lượng điện năng tiêu thụ (đơn
P
vị tính kWh); GE là hệ số tính toán mở rộng; rms là giá
trị công suất thực tế mà tải tiêu thụ (kWh); t là thời gian
Prms
tải tiêu thụ công suất , tính theo đơn vị giờ.
2.5. Lưu đồ thuật toán
Quá trình hoạt động của thiết bị sẽ đi qua những
bước theo lưu đồ thuật toán Hình 3, bao gồm:
Cấp nguồn và Reset thiết bị.
Khởi tạo các thiết bị ngoại vi: EEPROM, LCD
5110, các chân vào ra (I/O), các chuẩn giao tiếp cần
thiết như Serial, SPI, và module ZigBee.
Quá trình lấy mẫu và tính toán. Hình 4 Dạng tín hiệu điện áp từ mạch đo áp
Trong đó: Từ Hình 4, ta thấy dạng sóng hình sin tương đối
+ Sử dụng Timer xác định các thời điểm lấy mẫu; chuẩn, ít nhiễu và tín hiệu nâng offset đúng thiết kế.
+ Tần số lấy mẫu là f = 2048Hz (T = 500µs);
+ Sau mỗi giây, vi xử lý sẽ thực hiện tính toán các
giá trị Urms, Irms, Prms, Papp, cosφ, E (sản lượng tiêu thụ
điện) và hiển thị lên LCD sau mỗi 10 giây.
Truyền dữ liệu về thiết bị điều phối (Coordinator)
ngay sau khi tính toán ra các thông số từ 2048 mẫu thu
được.
290
- 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU PHỐI
Hiện nay, nhóm tác giả đã thiết kế một phiên bản
thiết bị điều phối là EC-01. Sơ đồ khối của EC-01 được
thể hiện trên Hình 8.
Hình 5 Dạng tín hiệu từ mạch đo dòng
Trên Hình 5, tín hiệu màu vàng (kênh 1) là ứng với Hình 8 Sơ đồ khối thiết bị điều phối EC-01
hệ số khuếch đại G1 = 1; tín hiệu màu xanh (kênh 2) là 3.1. Khối xử lý trung tâm
ứng với hệ số khuếch đại G2 = 4.
Tương tự các thiết bị giám sát điện năng, thiết bị
Tiếp đến quá trình hiệu chỉnh. Thiết bị dùng làm điều phối cũng được xây dựng dựa trên nền tảng phần
tham chiếu là đồng hồ đa năng Wavetek HD115B do cứng mã nguồn mở Arduino sử dụng vi xử lý
hãng Wavetek Meterman - Hoa Kỳ sản xuất. Với Atmega328P.
phương pháp hiệu chỉnh Bình phương cực tiểu nhằm
tìm mối quan hệ bậc nhất giữa giá trị tham chiếu và giá 3.2. Khối RTC, hiển thị, USB và bộ nhớ ngoài
trị đo được từ đó có được hệ số hiệu chỉnh nhân tính và Để có tính năng thời gian thực, EC-01 sử dụng IC
cộng tính. Kết quả sau hiệu chỉnh được thể hiện trên thời gian thực là DS1307. Sử dụng LCD5110 để hiển
Hình 6 và Hình 7. thị các thông số đo được. Để có thể giao tiếp với máy
tính, EC-01 sử dụng IC PL-2303 giúp chuyển đổi
“UART to USB(COM)”. Ngoài ra, EC-01 còn hỗ trợ
Thang đo 170-250V thẻ nhớ microSD giúp lưu trữ dữ liệu nhận được từ các
260 thiết bị giám sát EM-03.
250 3.3. Khối truyền tin không dây
240
230 EC-01 hỗ trợ hai chuẩn truyền thông là IEEE
220
210 802.15.4/ZigBee và IEEE 802.11/WiFi. Trong đó:
200
190 + Về vai trò ZigBee: EC-01 sẽ đóng vai trò khởi tạo
180 mạng, nhận và xử lý bản tin từ EM-03. Module được
170 sử dụng cũng là module CC2650F128 (đã được nạp
160
firmware mesh của Texas Instruments);
160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 + Về vai trò WiFi: EC-01 sẽ được kết nối với một
Uread Uref máy tính PC và truyền dữ liệu (thu được sau khi xử lý
các bản tin ZigBee) lên đó. Để thực hiện truyền tin, EC-
01 sử dụng module WiFi ESP8266 v7 và do có sở hữu
Hình 6 Đồ thị so sánh giá trị điện áp đo được với thiết bị
tham chiếu sau hiệu chỉnh một vi điều khiển riêng nên ta cũng cần lập trình riêng
cho module này để có thể thực hiện tính năng WiFi theo
lưu đồ thuật toán trên Hình 9.
Thang đo 0.6-5A Quá trình hoạt động của module ESP 8266 sẽ gồm
các bước sau:
5.5
5 Cấp nguồn, thực hiện kết nối WiFi bằng việc phát
4.5 mạng sau đó thực hiện kết nối TCP với PC thông qua
4
3.5 địa chỉ IP của PC được cấp phát bởi ESP8266;
3 Khởi tạo Timer giá trị t;
2.5
2 Bất cứ khi nào có bản tin gửi từ vi xử lý trung tâm
1.5 Atmega328P thì sẽ lật tức gửi về PC và ngược lại;
1
0.5 Bất cứ khi nào giá trị t tăng và đạt t = 5 giây thì sẽ
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 tiến hành kiểm tra lại đường truyền thông qua 2 bước
kiểm tra WiFi và TCP và nếu có bất kì kết nối nào bị
Iread Iref lỗi sẽ thực hiện khởi tạo lại đúng kết nối đó.
Hình 7 Đồ thị so sánh giá trị dòng điện đo được với thiết bị
tham chiếu sau hiệu chỉnh
291
- Bắt đầu
S
Kết nối WiFi
S Thiết lập
phương thức
TCP
Đ
S
Hình 11 Cấu trúc bản tin theo chuẩn ZigBee
S Dữ liệu từ S t = 5s
Dữ liệu từ PC
ATmega328P
Đ
Đ Đ
Kiểm tra Lỗi
kết nối WiFi
Gửi tới PC Gửi tới t=0
(TCP Client) ATmega328P
Tốt
Tốt Kiểm tra kết Lỗi
nối TCP Hình 12 Dữ liệu nhận được tại PC từ kết nối WiFi
Hình 9 Lưu đồ thuật toán cho ESP8266
3.4. Lưu đồ thuật toán
Quá trình hoạt động của EC-01 sẽ trải qua hai quá
trình chính là quá trình khởi tạo thiết bị ngoại vi, mạng
Zigbee và quá trình truyền/nhận bản tin. Quá trình khởi
tạo được thể hiện trên lưu đồ thuật toán Hình 10.
Hình 13 Hệ thống giám sát điện năng trong nhà
4. WINDOW FORM CHO HỆ THỐNG
Để phục vụ yêu cầu nhận bản tin và hiển thị, nhóm
tác giả đã thiết kế một Window Form cho việc thu thập
dữ liệu với các yêu cầu sau:
+ Có 3 tab ứng với 3 tính năng nhận dữ liệu là thông
qua Serial, TCP/IP ứng với hai vai trò là Server và
Client;
+ Có các tính năng để gửi dữ liệu, xóa dữ liệu cũ…
+ Khả năng lưu lại dữ liệu vào tệp .txt;
+ Thể hiện thông tin kết nối.
Ngôn ngữ được nhóm tác giả sử dụng là C# cùng
công cụ lập trình Visual Studio của Microsoft và kết quả
Window Form được thể hiện trên Hình 14.
Hình 10 Lưu đồ thuật toán quá trình khởi tạo của EC-01
Sau quá trình khởi tạo, EC-01 sẽ thực hiện việc
truyền tin bằng cách bất cứ khi nào nhận bản tin từ các
thiết bị giám sát, EC-01 sẽ gửi ngay lật tức về PC thông
qua WiFi.
Chú ý là quá trình khởi tạo của EC-01 và module
ESP8266 là độc lập và song song với nhau ngay sau khi
cấp nguồn thiết bị
Các bản tin truyền đi sẽ được minh họa ở Hình 11
và Hình 12 dưới đây:
Hình 14 Window Form cho kết nối WiFi (tab TCP Server)
292
- Đối với kết nối WiFi, nhóm tác giả đã thiết kế cho Sau khi phân tích, quá trình chạy hệ thống với thuật
cả hai chế độ Client và Server của kết nối TCP với các toán Học máy đã nảy sinh hai vấn đề lớn:
tính năng sau:
+ Thể hiện dữ liệu đã gửi (sent data), đã nhận + Dữ liệu thu được gồm các đại lượng: Tổng năng
(received data) và đang nhập (send data); lượng E, Urms, Irms, Prms, cosφ thì ta chỉ sử dụng 4 biến
+ Thể hiện trạng thái kết nối WiFi của máy và địa đầu vào là Urms, Irms. Prms, cosφ còn giá trị tổng năng
chỉ Gateway IP và địa chỉ Ipv4 của máy; lượng E không có ý nghĩa trong nhận diện. Dễ thấy 4
+ Cấu hình địa chỉ kết nối và port lắng nghe trong biến đầu vào này hoàn toàn là đại lượng điện nên việc
giao thức TCP; nhận diện sẽ có độ chính xác không cao; gặp các
+ TCP Server có phần thể hiện trạng thái kết nối trường hợp các thiết bị có đặc tính điện năng tương
của các client và đếm số lượng client đang kết nối. đồng cùng bật, hoặc thiết bị có đặc tính điện năng với
giá trị quá nhỏ thì khi bật cùng các thiết bị có giá trị
5. YÊU CẦU ĐẶT RA TRONG QUÁ TRÌNH điện năng lớn hơn cũng rất khó để nhận diện…
HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG + Khả năng tính toán của vi xử lý trung tâm trong
mỗi thiết bị giám sát bị ảnh hưởng bởi phải thực hiện
Hiện nay, việc áp dụng Học máy – ML vào đời sống
nói chung và công nghệ kĩ thuật nói riêng đã trở thành quá nhiều tác vụ cùng lúc như lấy mẫu, truyền tin, hiển
một xu thế toàn cầu. Nhóm tác giả cũng đã áp dụng thị và tính toán ma trận cho quá trình nhận diện.
thuật toán Học máy vào hệ thống và cụ thể là tại các Từ các vấn đề này đã đặt ra hai yêu cầu:
thiết bị giám sát. Dữ liệu sau khi đo được sẽ làm đầu + Bổ sung khả năng đo được các đại lượng không
vào cho thuật toán nhân ma trận hệ số và kết quả thu điện như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, rung…
được sẽ được dùng để nhận biết trạng thái bật tắt của + Thiết bị giám sát cần có một bộ xử lý mạnh mẽ
các thiết bị điện trong vùng giám sát. hơn.
Một câu hỏi nảy sinh ở đây là tại sao lại áp dụng Sau quá trình tìm hiểu, so sánh giữa nhiều nền tảng,
thuật toán học máy ở các thiết bị giám sát EM-03 khi nhóm tác giả lựa chọn sử dụng nền tảng Raspberry Pi
các thiết bị này đã có quá nhiều tác vụ để thực hiện thay với module Raspberry Pi CM3 (Computer Module).
vì tại PC nơi có khả năng tính toán mạnh mẽ cùng khả Với module này, nhóm tác giả đã đặt ra một số yêu cầu
năng mở rộng dễ dàng. Nguyên nhân của quyết định này định hướng thiết kế như sau:
là nằm ở độ tin cậy trong truyền tin và cách xử lý theo
hướng “Edge Computing”. Với 3 thiết bị giám sát đã + Phải thiết kế một bo mạch mở rộng cho module
xây dựng được, nhóm tác giả đã thực hiện kiểm tra độ do Raspberry Pi CM3 ở dạng thanh RAM DDR2
tin cậy truyền tin và thu được kết quả như trên Bảng 1. SODIMM nên chưa có bất kì kết nối ngoại vi vào;
+ Các chân GPIO, giao tiếp của module phải được
Bảng 1 Độ tin vậy trong truyền tin đưa ra dạng jumper để kết nối dễ dàng hơn với các cảm
Số lượng thiết bị Tỉ lệ bản tin đúng cho 100 bản tin biến;
cùng hoạt động (Tại PC) + Khối nguồn phải đủ tốt để có thể cấp nguồn cho
1 95% các mạch mở rộng đặt lên sau này.
2 93%
3 78%
Ta thấy có một sự giảm đáng kể hiệu suất truyền tin
khi có nhiều thiết bị tham gia vào mạng. Phần lớn là các
bản tin không tới được PC dù trong quá trình kiểm
nghiệm thiết bị giám sát có báo đã gửi. Nguyên nhân có
thể do tần số nhận bản tin tăng lên làm cho thiết bị trung
tâm không xử lý kịp và dẫn đến bị “lỡ” bản tin.
Nếu ta áp dụng học máy tại PC thì đương nhiên ta
phải liên tục gửi dữ liệu về PC và mỗi bản tin phải chứa
toàn bộ thông tin cần cho học máy đây sẽ là một vấn đề
rất lớn ảnh hưởng đến độ tin cậy khi lượng thông tin
tăng và số lượng nút giám sát tăng. Lúc này thiết bị
trung tâm sẽ như một nút thắt cổ chai của mạng. Hình 15 Bo mạch RasP-Ioteam
Ngược lại, nếu ta đi theo hướng “Edge Computing” Từ các yêu cầu trên, nhóm tác giả đã thiết kế xong
thì dữ liệu ta sẽ được tính toán ngay tại hiện trường và bản vẽ cho bo mạch mở rộng được đặt tên là RasP-
đôi khi ta chỉ cần gửi đi những dữ liệu có chứa thông tin IoTeam như Hình 15.
hữu ích cao như tổng điện năng tiêu thụ, nhiệt độ, độ Bo mạch này ngoài khả năng hỗ trợ các chuẩn giao
ẩm, trạng thái bật/tắt nếu có thay đổi,… về PC điều này tiếp phổ biến như SPI, UART, I2C thì còn có hỗ trợ các
thay vì phải gửi các thông tin trừu tượng như điện áp, chuẩn giao tiếp tốc độ cao như HDMI, CAMERA,
dòng điện, công suất, cosφ vì đối với người dùng các DISPLAY sẽ rất hữu ích cho việc ta có thể thiết lập bo
thông tin này không mang nhiều ý nghĩa. Nhờ đó sẽ mạch như một máy tính PC thu nhỏ.
giảm đáng kể lưu lượng truyền tải trong mạng cũng như
giảm bớt tần suất vi điều khiển phải truyền tin giúp tăng
băng thông truyền, độ chính xác và tin cậy của bản tin.
293
- 6. KẾT LUẬN Nguyễn Hoàng Nam
Xu thế Internet of Things là xu thế hiện đại của công nhận bằng Kỹ sư Điện tại Trường
nghiệp 4.0. Và nhóm tác giả đã bước đầu làm nên một Đại học Bách khoa Hà Nội
hệ thống giám sát năng lượng trong tòa nhà áp dụng các (HUST) năm 2002, bằng Thạc sỹ
công nghệ về vi xử lý, truyền thông không dây… Và về Thiết bị đo và Vi điện tử tại
với những cải tiến đang được tiến hành đã được trình Trường Đại học Hendri Poincaré,
bày ở phần 5. Nhóm tác giả tin tưởng với lượng dữ liệu cộng hòa Pháp năm 2004, và nhận
được tăng thêm nhờ các cảm biến không điện được bổ bằng Tiến sỹ Vi điều tử và Điện tử
sung thì thuật toán học máy sẽ có độ chính xác cao hơn Nano tại Trường đại Học Bách
giúp nhận diện thiết bị điện tốt hơn. Nhóm sẽ tiếp tục khoa Grenoble, cộng hòa Pháp năm 2009. Anh tham
quá trình cải tiến hệ thống để hệ thống có tính thực tiễn gia giảng dạy tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
cao hơn từ đó nhận được sự đón nhận từ thị trường và (HUST) từ năm 2010 đến nay. Hiện anh đang là giảng
người tiêu dùng. viên thuộc Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp
(3I), viện Điện và đồng thời là nghiên cứu viên tại viện
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa (ICEA). Hướng
[1] https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino nghiên cứu chính là các hệ thống đo thông minh, các
-Pro-Mini-schematic.pdf/. hệ thống nhúng và hệ thống năng lượng tái tạo.
[2] IEC, International standard IEC 62053-21,
1/2003. Nguyễn Khắc Phong
[3] IEEE, IEEE Std. 802.15.4TM-2003, Part 15.4: sinh năm 1995. Hiện là Cử nhân
Wireless Medium Access Control (MAC) and ngành Điều khiển và Tự động hóa,
Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate viện Điện, trường Đại học Bách
Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), khoa Hà Nội (HUST). Hiện tại
October 2003. Nguyễn Khắc Phong đang học tập
[4] Texas Instrument, (2015, February) – SWRS158B, và nghiên cứu để nhận bằng Kĩ sư.
CC2650 SimpleLinkTM Mutilstandard Wireless
MCU, Available: http://ti.com
[5] Texas Instrument, (2014, January), Developing a
Zigbee® System Using a CC2530-ZNP Approach,
Application Report [Online], Available:
http://ti.com.
[6] ZigBee Alliance,Inc, (2012, May) Zigbee Cluster
Library Specification, Available:
http://www.zigbee.org.
[7] Raspberry Pi Foundation, Raspberry Pi
Documentation. Available at:
https://www.raspberrypi.org/documentation/hard
ware/raspberrypi/
[8] Raspberry Pi CM3 Datasheet. Available at:
https://www.raspberrypi.org/.../datasheets/rpi_D
ATA_CM_1p0.pdf
[9] IPC-2221A, “Generic Standard On PCB Design”,
Feb/1998. Available at: www.ipc.org/TOC/IPC-
2221.pdf
294
nguon tai.lieu . vn
