Ứng dụng IoT giám sát năng lượng điện

 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.06.091 
 22 
ỨNG DỤNG IoT GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN 
Nguyễn Bá Thành(1) 
(1) Trường Đại học Thủ Dầu Một 
Ngày nhận bài 20/08/2020; Ngày gửi phản biện 22/08/2020; Chấp nhận đăng 28/10/2020 
Liên hệ email: thanhnb@tdmu.edu.vn 
https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.06.091 
Tóm tắt 
Năng lượng và môi trường là những yếu tố chính quyết định phát triển bền vững kinh 
tế quốc dân. Tiết kiệm năng lượng là một phần quan trọng của chiến lược phát triển bền 
vững. Để thực hành tiết kiệm, quản lý năng lượng hiệu quả cần một hệ thống giám sát, thu 
thập thông số năng lượng chính xác, thời gian thực. Bài báo này trình bày về thiết kế, thi 
công hệ thống giám sát năng lượng thông qua IoT dựa vào module đo điện đa năng PZEM-
004T. Hệ thống giám sát các thông số dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất và gửi 
lên mạng internet qua ứng dụng Blynk. Người quản lý có thể truy cập dữ liệu ở bất cứ thời 
gian nào và bất cứ nơi đâu thông qua các thiết bị laptop, tablet, hoặc smartphone được kết 
nối internet. Dữ liệu thu thập được có thể sử dụng cho các ứng dụng khác như tính tiền 
điện, smart grid và nhà thông minh. Nghiên cứu này góp phần ứng dụng IoT vào cuộc sống 
và hỗ trợ các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các hộ tiêu thụ. 
Từ khóa: PZEM-004T; Energy Monitoring; IoT, Blynk 
Abstract 
MONITORING ELECTRIC ENERGY USING IoT APPLICATION 
Energy and environment are key factors determining sustainable development of the 
national economy. Saving energy is an important part of the strategy for sustainable 
development. In order to practice saving and effective energy management, it is necessary 
to have a monitoring system that collects accurate, real-time energy parameters. This 
article presents the design and construction of an energy monitoring system through the IoT 
based on the PZEM-004T multipurpose metering module. The system monitors current, 
voltage, capacity, power factor parameters and sends it to the internet via Blynk 
application. Managers can access data anytime and anywhere through internet-connected 
laptop, tablet, or smartphone devices. The collected data can be used for other applications 
such as electricity billing, smart grid and smart home. This research contributes to the 
application of IoT to life and supports energy saving solutions for consumers. 
1. Giới thiệu 
Internet vạn vật (IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phòng ốc và các 
trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 6(49)-2020 
 23 
chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu 
thập và truyền tải dữ liệu. IoT đang được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống ngày nay. 
IoT giúp mọi người sống và làm việc thông minh hơn cũng như kiểm soát tốt hơn cuộc 
sống của mình. Bên cạnh việc cung cấp các thiết bị thông minh để hiện đại hóa ngôi 
nhà, IoT còn cung cấp cho các doanh nghiệp một tầm nhìn thực tế về việc làm thế nào 
để hệ thống công ty thực sự hoạt động hiệu quả. 
Do sự tăng trưởng kinh tế và dân số, nhu cầu tiêu thụ năng lượng đã tăng đáng kể. 
Điều này dẫn đến năng lượng cần đáp ứng bị thiếu hụt. Để khắc phục sự thiếu hụt năng 
lượng, một mặt người ta phải tìm kiếm nguồn năng lượng mới thay thế, mặt khác, người ta 
phải tìm cách sử dụng năng lượng hiệu quả. Muốn sử dụng năng lượng hiệu quả, chúng ta 
cần phải có thiết bị giám sát, theo dõi để từ đó đưa ra chiến lược vận hành các hộ tiêu thụ 
một cách tối ưu. Các hộ tiêu thụ năng lượng không chỉ được giám sát điện năng tiêu thụ sau 
mỗi định kỳ (tháng, quý, năm) mà còn phải được giám sát thời gian thực. Ngoài ra, các 
nghiên cứu đã cho thấy rằng áp dụng phương pháp giám sát thời gian thực giúp hộ gia đình 
giảm tiêu thụ năng lượng hơn cách truyền thống (giám sát qua hóa đơn hàng tháng) 
(Vishwakarma, Upadhyaya, Kumari, Mishra, 2019). Tan, Leee, Mok (2007), Rashdi, 
Malik, Rashid, Ajmal, Sadip (2013), Prathik, Anitha, Anitha (2018) đã thiết kế hệ thống 
giám sát dựa trên GSM để cung cấp thông tin năng lượng tiêu thụ đến các khách hàng. 
Primicanta, Nayan, Awan (2010) đã kết hợp ZigBees và GSM để truyền dữ liệu. 
Trong bài báo này, chúng tôi tiến hành thiết kế, thi công hệ thống giám sát hộ tiêu 
thụ năng lượng thông qua module PZEM-004T kết nối với ESP8266 trên nền tảng ứng 
dụng Blink. Các dữ liệu phụ tải gồm có sát điện áp (V), đòng điện (A), công suất (W), 
cos(φ), được chuyển từ PZEM – 004T đến ESP8266. EPS8266 xuất dữ liệu lên dabase 
và gửi các giá trị, gồm có biểu đồ lên trang web, mobile app, hoặc email khách hàng, 
giúp khách hàng dễ dàng biết được tình trạng sử dụng điện năng và đưa ra chiến lược 
vận hành các thiết bị điện hiệu quả. 
2. Hệ thống giám sát năng lượng qua IoT 
Với xu thế kết nối internet, rất nhiều công ty cho ra đời các hệ thống năng lượng 
thông minh. Bằng cách sử dụng các thiết bị thông minh và phân tích dữ liệu hoạt động 
bằng công nghệ IoT giúp tối ưu sử dụng năng lượng, dự đoán sự cố thiết bị trước khi sự 
cố đó gây hỏng hóc, v.v.. (hình 1). Trong đề tài này, chúng tôi thiết kế hệ thống giám sát 
năng lượng với các thiết bị chính là PZEM – 004T, ESP8266, như được trình bày ở 
hình 2. Hệ thống giám sát được chạy trên ứng dụng Blynk. 
Các thông số phụ tải (điện áp, dòng điện, tần số, hệ số công suất, công suất) được 
PZEM-004T gửi về thiết bị ESP8266 và đưa lên internet. Ứng dụng có thể biểu diễn dữ 
liệu thu được dưới dạng thời gian thực, biểu đồ miền, theo giờ, tháng, hoặc năm. Đặc 
biệt, hệ thống có thể xuất dữ liệu qua email, từ đó ta có thể tính toán các chi phí tiêu thụ 
lượng điện của các hộ tiêu thụ và đề ra các giải pháp tối ưu tiết kiệm chi phí hơn, cũng 
như chuẩn đoán các sự cố có khả năng xảy ra. 
 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.06.091 
 24 
Hình 1. Hệ thống 
IoT đặc thù 
(Shakerighadi, 
Anvari-Moghaddam, 
Vasques, 2018) 
Hình 2. Sơ đồ khối hệ 
thống giám sát năng 
lượng 
3. Thiết kế, thi công hệ thống giám sát năng lượng qua IoT 
 3.1. Các linh kiện chính 
 3.1.1. ESP8266 
 Esp8266 là vi điều 
khiển chính của hệ thống, 
đóng vai trò giúp chuyển 
tất cả các dữ liệu đo được 
lên internet (Blynk App). 
 Hình 3. Esp8266 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 6(49)-2020 
 25 
 3.1.2. PZEM-004T 220V-100A 
 PZEM-004T được sử dụng để đo và theo dõi gần như hoàn toàn các thông số về 
điện năng AC của mạch điện như điện áp hoạt động, dòng tiêu thụ, công suất và năng 
lượng tiêu thụ. Mạch sử dụng giao tiếp UART dễ dàng kết nối truyền dữ liệu tới vi điều 
kiển hoặc máy tính, thích hợp cho các ứng dụng theo dõi năng lượng IoT. 
Hình 4. PZEM-004T và cuộn biến dòng 
 3.1.3 Máy biến dòng cuộn dây dẫn 
 Cuộn sơ cấp của máy biến dòng loại này sẽ được kết nối trực tiếp với các dây dẫn, 
có nhiệm vụ đo cường độ dòng điện chạy trong mạch. Cường độ dòng điện trong cuộn 
thứ cấp phụ thuộc vào tỷ số vòng dây quấn của máy biến dòng. 
 3.2 Thi công phần cứng 
 Trong đề tài này, nhóm tác giả thiết kế hệ thống giám sát năng lượng cho dòng 
điện xoay chiều, một pha. Sản phẩm thi công như hình 5. 
Hình 5. Sản phẩm thiết kế 
phần cứng 
 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.06.091 
 26 
 3.3 Thiết kế phần mềm 
Tác giả thiết kế cho việc kết nối PZEM-004T với ESP8266 và kết nối ESP8266 
với ứng dụng Blynk. Hình 6 là lưu đồ chương trình đọc, xử lý dữ liệu và xuất kết quả 
lên ứng dụng điện thoại. Qua thử nghiệm cho thấy, hệ thống hoạt động tốt. Tuy nhiên, 
do thời gian có hạn, nhóm nghiên cứu chưa kiểm tra độ chính xác của hệ thống cũng 
như cài đặt các thiết bị đóng cắt từ xa giúp tối ưu hệ thống. 
Hình 6. Lưu đồ chương trình kết nối PZEM-
004T, ESP8266 và xuất dữ liệu lên ứng dụng 
điện thoại, email 
4. Thử nghiệm 
 Tác giả đã tiến hành thử nghiệm thiết bị 
với bóng đèn vào ngày 07/06/2020 tại Trường 
Đại học Thủ Dầu Một. Kết quả thử nghiệm như 
hình 7. 
Hình 7. Kết quả đánh giá và gợi ý 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 6(49)-2020 
 27 
5. Kết luận 
 Sự phát triển của Internet of Things (IoT) đã cách mạng hóa các hệ thống quản lý 
năng lượng để sử dụng năng lượng thích hợp. IoT được coi là đóng vai trò nòng cốt 
trong việc biến các hệ thống quản lý năng lượng này thông minh hơn trong tương lai sắp 
tới. Mỗi thiết bị có thể được kết nối với một mạng và nhiều thông tin có thể được thu 
thập từ các thiết bị được kết nối này. Trong đề tài, nhóm tác giả đã thiết kế, thi công một 
hệ thống giám sát năng lượng đơn giản qua ứng dụng Blynk. Trong tương lai, tác giả sẽ 
mở rộng số nút giám sát để xây dựng dữ liệu hoàn thiện cho một công trình, hoặc phân 
xưởng sản xuất từ đó giúp cho việc quản lý tiết kiệm năng lượng. 
 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 
[1] Vishwakarma, S. K., Upadhyaya, P., Kumari, B., & Mishra, A. K. (2019, April). Smart 
energy efficient home automation system using iot. In 2019 4th International Conference on 
Internet of Things: Smart Innovation and Usages (IoT-SIU) (pp. 1-4). IEEE. 
[2] [Tan, H. R., Lee, C. H., & Mok, V. H. (2007, December). Automatic power meter reading 
system using GSM network. In 2007 International Power Engineering Conference (IPEC 
2007) (pp. 465-469). IEEE. 
[3] [Rashdi, A., Malik, R., Rashid, S., Ajmal, A., & Sadiq, S. (2013). Remote energy 
monitoring, profiling and control through GSM network. Arabian Journal for Science and 
Engineering, Vol. 38. N
o
. 11), 3249-3257. 
[4] Prathik, M., Anitha, K., & Anitha, V. (2018, February). Smart Energy Meter Surveillance 
Using IoT. In 2018 International Conference on Power, Energy, Control and Transmission 
Systems (ICPECTS) (pp. 186-189). IEEE. 
[5] Primicanta, A. H., Nayan, M. Y., & Awan, M. (2010, June). ZigBee-GSM based automatic 
meter reading system. In 2010 International Conference on Intelligent and Advanced 
Systems (pp. 1-5). IEEE. 
[6] Shakerighadi, B., Anvari-Moghaddam, A., Vasquez, J. C., & Guerrero, J. M. (2018). 
Internet of things for modern energy systems: State-of-the-art, challenges, and open issues. 
Energies, 11(5), 1252.