Nghiên cứu Khoa học
Thiết kế và chế tạo hệ thống giám sát năng lượng điện thông minh
- 18/12/2025
- Nghiên cứu Khoa học
Tên đề tài
Thiết kế và chế tạo hệ thống giám sát năng lượng điện thông minh
1. Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng, việc giám sát, quản lý và sử dụng điện hiệu quả là yêu cầu cấp thiết đối với hộ gia đình, phòng thí nghiệm và các cơ sở nhỏ.
Các công tơ điện tử và hệ thống quản lý năng lượng thông minh (Smart Energy Monitoring) hiện nay có chi phí cao và khó tùy biến. Do đó, việc nghiên cứu và chế tạo một hệ thống giám sát năng lượng điện thông minh, chi phí thấp, dễ triển khai dựa trên kiến thức Điện – Điện tử là rất cần thiết và có tính ứng dụng cao.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số điện:
- Điện áp (V)
- Dòng điện (A)
- Công suất (W)
- Điện năng tiêu thụ (kWh)
- Xây dựng mạch đo và bộ xử lý trung tâm
- Hiển thị dữ liệu theo thời gian thực trên màn hình hoặc giao diện Web/App
- Lưu trữ dữ liệu phục vụ phân tích và quản lý năng lượng
- Đánh giá độ chính xác và độ ổn định của hệ thống
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Cảm biến dòng điện (ACS712, SCT-013 hoặc tương đương)
- Mạch đo điện áp xoay chiều
- Vi điều khiển (Arduino, ESP32)
- Module hiển thị (LCD/OLED) hoặc giao diện Web/App
- Module truyền thông (WiFi)
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống giám sát điện 1 pha, điện áp 220 V – 50 Hz
- Ứng dụng cho hộ gia đình, phòng học, phòng thí nghiệm
- Không nghiên cứu hệ thống đo điện công nghiệp 3 pha
4. Nội dung nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Tổng quan về hệ thống giám sát năng lượng điện thông minh
- Nguyên lý đo điện áp, dòng điện xoay chiều
- Phương pháp tính công suất và điện năng
- Tổng quan về vi điều khiển và truyền thông IoT
4.2. Thiết kế hệ thống
- Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
- Thiết kế mạch đo dòng và mạch đo điện áp
- Lựa chọn linh kiện và thông số kỹ thuật
4.3. Xây dựng phần mềm
- Lập trình vi điều khiển đọc dữ liệu cảm biến
- Thuật toán tính toán công suất và điện năng
- Xây dựng giao diện hiển thị (LCD/Web/App)
- Lưu trữ dữ liệu (EEPROM hoặc Cloud)
4.4. Chế tạo và tích hợp hệ thống
- Lắp ráp mạch trên breadboard/PCB
- Tích hợp phần cứng và phần mềm
- Kiểm tra hoạt động của hệ thống
4.5. Thử nghiệm và đánh giá
- Đo kiểm với các tải điện khác nhau
- So sánh kết quả với công tơ điện chuẩn
- Đánh giá sai số và độ ổn định
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu: giáo trình, bài báo, datasheet
- Mô phỏng mạch: Proteus, Multisim (nếu cần)
- Thực nghiệm: đo kiểm thực tế với tải điện
- Phân tích – đánh giá: xử lý số liệu, so sánh kết quả
6. Kết quả dự kiến
- Mô hình hệ thống giám sát năng lượng điện hoàn chỉnh
- Sơ đồ mạch và chương trình điều khiển
- Giao diện hiển thị dữ liệu trực quan
- Báo cáo phân tích kết quả đo và đánh giá sai số
- Đề xuất hướng phát triển và mở rộng hệ thống
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
7.1. Ý nghĩa khoa học
- Vận dụng kiến thức mạch điện, cảm biến và vi điều khiển
- Nâng cao kỹ năng thiết kế hệ thống điện tử đo lường
7.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Giúp người dùng theo dõi và quản lý điện năng tiêu thụ
- Có thể triển khai thực tế với chi phí thấp
- Là cơ sở phát triển thành hệ thống Smart Home
8. Kế hoạch thực hiện (dự kiến 12 tuần)
|
Tuần
|
Nội dung
|
|
1–2
|
Nghiên cứu tài liệu, xác định yêu cầu
|
|
3–4
|
Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ mạch
|
|
5–6
|
Lắp ráp và kiểm tra phần cứng
|
|
7–8
|
Lập trình vi điều khiển
|
|
9–10
|
Tích hợp, thử nghiệm hệ thống
|
|
11
|
Thu thập và xử lý số liệu
|
|
12
|
Viết báo cáo và hoàn thiện đề tài
|
