Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bo mạch Arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu bo mạch Arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về chiếu sáng và điều khiển chiếu sáng công cộng; Xây dựng mô hình trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng không dây GSM/GPRS; Tìm hiểu về bo mạch ardunio và xây dựng thuật toán cho bo mạch arduino để điều khiển chiếu sáng; Thiết kế mô hình điều khiển chiếu sáng sử dụng rơle Time và bo mạch Arduino.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bo mạch Arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên - 2015
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 6052 0216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA TRƯỞNG KHOA HỌC TS. Nguyễn Hoài Nam PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên – 2015
LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thành Trung Sinh ngày: 30 tháng 03 năm 1976 Học viên lớp cao học khoá 14 – Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Thành Trung
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo phòng đào tạo, và bộ phận quản lý đào tạo sau Đại học - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, cùng các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ đã quan tâm tổ chức chỉ đạo và trực tiếp giảng dạy khóa học cao học của chúng tôi. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Hoài Nam người đã tận tình chỉ bảo và góp ý về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những người đã luôn ủng hộ và động viên tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy thách thức, chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn!
i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................................... ii MỤC LỤC................................................................................................................................................ i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................................................... iv MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 1 1.Mục tiêu của luận văn..................................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................................... 1 3. Nội dung của luận văn ................................................................................................................. 2 CHƯƠNG 1............................................................................................................................................ 3 TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG.................................. 3 1. Tổng quan về tình hình chiếu sáng tại việt nam............................................................................. 3 1.1. Tính cấp thiết của hệ thống chiếu sáng công cộng..................................................................... 4 1.1.1. Vai trò của hệ thống chiếu sáng công cộng............................................................................. 4 1.1.2. Thực tế chiếu sáng công cộng ở Việt Nam.............................................................................. 4 1.2.Các nguyên lý cơ bản trong chiếu sáng....................................................................................... 5 1.3. Các cấp chiếu sáng .................................................................................................................... 6 1.4. Các phương án bố trí đèn .......................................................................................................... 7 1.4.1. Bố trí đèn ở một bên đường. ................................................................................................... 7 1.4.2. Bố trí đèn hai bên so le. .......................................................................................................... 8 1.4.3. Bố trí đèn hai bên đối diện. ..................................................................................................... 8 1.4.4. Bố trí đèn theo trục của đường ............................................................................................... 8 1.5. Các loại đèn sử dụng trong chiếu sáng đô thị ............................................................................ 9 1.5.1. Đèn hơi natri áp suất thấp. ...................................................................................................... 9 1.5.2. Đèn hơi natri áp suất cao. ....................................................................................................... 9 1.5.3. Đèn hơi thủy ngân. .................................................................................................................. 9 1.6. Nguồn cấp cho chiếu sáng công cộng ..................................................................................... 10 1.6.1.Tính toán tiết diện dây dẫn. .................................................................................................... 10 1.6.2. Các phương pháp cung cấp. ................................................................................................. 13 1.6.3. Phân phối điện. ..................................................................................................................... 13 1.6.4. Bố trí đường dây ................................................................................................................... 14 1.6.5. Trạm biến áp. ........................................................................................................................ 14 1.7. Yêu cầu kỹ thuật....................................................................................................................... 14 1.7.1 Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện......................................................................................... 15 1.7.2 Các yêu cầu chung đối với hệ thống chiếu sáng công cộng.................................................. 16 1.7.3. Dự định nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu hiện nay ......................................................... 16 1.7.4. Tính cấp thiết ........................................................................................................................ 19 1.8. Kết luận chương 1..................................................................................................................... 20
ii CHƯƠNG 2.......................................................................................................................................... 21 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS................................................................................................................... 21 2.1. Đặt vấn đề................................................................................................................................. 21 2.2. Thực trạng hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng tại Việt Nam vả trên thế giới. ...............21 2.3. Các mô hình điều khiển giám sát và truyền thông cho hệ thống chiếu sáng công cộng ...........22 2.4. So sánh ưu nhược điểm của các giải pháp truyền thông.......................................................... 24 2.5. Hệ thống điều khiển & giám sát chiếu sáng đô thị, sử dụng công nghệ GSM/GPRS do HAPULICO phát triển....................................................................................................................... 25 2.7. Giới thiệu giải pháp trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng – SAVELITE ( ISRAEL) .......29 Giới thiệu chung................................................................................................................................. 29 Mô hình hệ thống................................................................................................................................ 30 Tính năng hệ thống............................................................................................................................ 31 Mô hình rút gọn................................................................................................................................... 31 Thành phần hệ thống......................................................................................................................... 32 CHƯƠNG 3.......................................................................................................................................... 39 TÌM HIỂU VỀ BO MẠCH ARDUNIO VÀ XÂY ĐỰNG THUẬT TOÁN CHO BO MẠCH ARDUINO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG................................................................................................................. 39 3.1. Giới thiệu về Arduino................................................................................................................. 39 3.2. Hiện tượng Arduino................................................................................................................... 40 3.3. Ứng dụng arduino vào điều khiển hệ thống chiếu sáng............................................................ 41 3.4. Khả năng của bo mạch Arduino............................................................................................... 41 3.4.1. Sức mạnh xử lý.................................................................................................................... 41 3.4.2. Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:............................................................................................. 41 3.4.2. Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:............................................................................................. 42 3.4.3. Chuẩn Giao tiếp..................................................................................................................... 42 3.5. Môi trường lập trình bo mạch Arduino...................................................................................... 43 3.6. Các loại bo mạch Arduino........................................................................................................ 44 3.7. Giới thiệu về thư viện GSM....................................................................................................... 48 3.7.1. Cấu trúc thư viện.................................................................................................................... 48 3.7.2.Khả năng tương thích thư viện Ethernet................................................................................. 48 3.7.3. Giới thiệu thư viện Arduino trong simulink ............................................................................. 49 3.7.4. Khối Arduino IO Setup........................................................................................................... 49 3.7.5. Khối Real - Time Pacer ......................................................................................................... 50 3.8. Kết luận chương 3..................................................................................................................... 53 CHƯƠNG 4.......................................................................................................................................... 54 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG SỬ DỤNG RƠLE THỜI GIAN, ARDUINO VÀ MÁY TÍNH..................................................................................................................... 54 4.1.Giới thiệu về mô hình................................................................................................................. 54
iii 4.1.1. Tổng kê thiết bị vật tư làm mô hình........................................................................................ 56 4.1.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và mạch động lực ............................................................. 56 4.2. Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng sử dụng bo mạch arduino ...................................... 58 4.3. Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng qua máy tính.......................................................... 59 4.4. Kết luận chương 4..................................................................................................................... 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................................. 62 1. Kết luận:....................................................................................................................................... 62 2. Kiến nghị:..................................................................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................ 63 [1]. Mehmet Turan Soylemez, Metin Gokasan, 0. Seta Bogosyan (2003), “Position Control of a Single-Link Robot- Arm Using a Multi-Loop PI ............................................................................... 63 Controller”, Control Applications, 2003. CCA 2003. Proceedings of 2003 IEEE Conference on. 63
iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mắt người quan sát với mặt đường.................................................................................... 6 Hình 1.3. Bố trí đèn ở hai bên so le. ................................................................................................... 8 Hình 1.4. Bố trí đèn ở hai bên đường song song. ............................................................................ 8 Hình 1.5. Bố trí đèn trên dải phân cách.............................................................................................. 8 Hình 1.6. Bố trí chiếu sáng trên đường............................................................................................ 10 Hình 1.7. Điện áp rơi trên đường trục............................................................................................... 11 Hình 1.8. Độ sụt áp trên đường dây có tiết diện khác nhau. ......................................................... 12 Hình1.9. Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải. ..................................................................................... 14 Hình 2.1 Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng điện thoại cố định Dial-up kết hợp với truyền thông qua đường dây tải điện (PLC)..................................................................................... 22 Hình 2.2:Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL kết hợp với truyền thông qua đường tải điện PLC..................................................................................................................... 23 Hình 2.3: Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM/GPRS.............................. 23 Hình 2.4: Điều khiển giám sát Hệ thống chiếu sáng công cộng bằng công nghệ GSM/ GPRS ...27 Hình 2.5: Giao diện phần mềm điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng................................ 28 Hình 2.6: Mô hình hệ thống savelite.................................................................................................. 30 Hình 2.7: Mô hình hệ thống Savelite rút gọn.................................................................................... 31 Hình 2.8: Bộ sử lý thông tin............................................................................................................... 32 Hình 2.9: Thiết bị điều khiển công suất đèn chiếu sáng................................................................. 33 Hình 3.1: là hình ảnh bên ngoài của một cạc Arduino UNO. Bo mạch này đã được thiế kế và chế tạo hoàn chỉnh về phần cứng. Do đó người sử dụng chỉ cần quan tâm tới lập trình cho nó để thực hiện một thuật toán nào đó.Đây cũng là lý do chính để tác giả lựa chọn Arduino cho đề tài này. Ngoài UNO, còn có một số loại các khác nữa như............................................................ 40 Arduino Mega...................................................................................................................................... 40 Hình 3.2: Giao diện IDE của Arduino................................................................................................ 44 Hình 3.3: Bo mạch arduino GSM....................................................................................................... 45 Hình 3.4: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển qua giọng nói ................................. 46 Hình 3.5: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển nguồn............................................... 47 Hình 3.6: Bo mạch arduino GSM , các chân tiếp xúc điều khiển ................................................... 48 Hình 3.8: Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO Setup............................................................ 50 Hình 3.9: Khối ReaTimePacer............................................................................................................ 50
v Hình 3.10: Giao diện để điều khiển thời gian thực.......................................................................... 51 Hình 3.11: Sơ đồ khối của khối Arduino digital write...................................................................... 51 Hình 3.12: Giao diện của khối của khối Con Direction.................................................................... 51 Hình 4.1. Mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng rơle thời gian và kết nối qua bo mạch arduino...................................................................................................................................... 55 Hình 4.1.2: Sơ đồ nguyên lý............................................................................................................... 57 Hình 4.2: Điều khiển chiếu sáng công cộng qua máy tính.............................................................. 60
vi KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................................... ii MỤC LỤC................................................................................................................................................ i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................................................... iv MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 1 1.Mục tiêu của luận văn..................................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................................... 1 3. Nội dung của luận văn ................................................................................................................. 2 CHƯƠNG 1............................................................................................................................................ 3 TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG.................................. 3 1. Tổng quan về tình hình chiếu sáng tại việt nam............................................................................. 3 1.1. Tính cấp thiết của hệ thống chiếu sáng công cộng..................................................................... 4 1.1.1. Vai trò của hệ thống chiếu sáng công cộng............................................................................. 4 1.1.2. Thực tế chiếu sáng công cộng ở Việt Nam.............................................................................. 4 1.2.Các nguyên lý cơ bản trong chiếu sáng....................................................................................... 5 1.3. Các cấp chiếu sáng .................................................................................................................... 6 1.4. Các phương án bố trí đèn .......................................................................................................... 7 1.4.1. Bố trí đèn ở một bên đường. ................................................................................................... 7 1.4.2. Bố trí đèn hai bên so le. .......................................................................................................... 8 1.4.3. Bố trí đèn hai bên đối diện. ..................................................................................................... 8 1.4.4. Bố trí đèn theo trục của đường ............................................................................................... 8 1.5. Các loại đèn sử dụng trong chiếu sáng đô thị ............................................................................ 9 1.5.1. Đèn hơi natri áp suất thấp. ...................................................................................................... 9 1.5.2. Đèn hơi natri áp suất cao. ....................................................................................................... 9 1.5.3. Đèn hơi thủy ngân. .................................................................................................................. 9 1.6. Nguồn cấp cho chiếu sáng công cộng ..................................................................................... 10 1.6.1.Tính toán tiết diện dây dẫn. .................................................................................................... 10 1.6.2. Các phương pháp cung cấp. ................................................................................................. 13 1.6.3. Phân phối điện. ..................................................................................................................... 13 1.6.4. Bố trí đường dây ................................................................................................................... 14 1.6.5. Trạm biến áp. ........................................................................................................................ 14 1.7. Yêu cầu kỹ thuật....................................................................................................................... 14 1.7.1 Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện......................................................................................... 15 1.7.2 Các yêu cầu chung đối với hệ thống chiếu sáng công cộng.................................................. 16 1.7.3. Dự định nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu hiện nay ......................................................... 16 1.7.4. Tính cấp thiết ........................................................................................................................ 19 1.8. Kết luận chương 1..................................................................................................................... 20
vii CHƯƠNG 2.......................................................................................................................................... 21 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS................................................................................................................... 21 2.1. Đặt vấn đề................................................................................................................................. 21 2.2. Thực trạng hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng tại Việt Nam vả trên thế giới. ...............21 2.3. Các mô hình điều khiển giám sát và truyền thông cho hệ thống chiếu sáng công cộng ...........22 2.4. So sánh ưu nhược điểm của các giải pháp truyền thông.......................................................... 24 2.5. Hệ thống điều khiển & giám sát chiếu sáng đô thị, sử dụng công nghệ GSM/GPRS do HAPULICO phát triển....................................................................................................................... 25 2.7. Giới thiệu giải pháp trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng – SAVELITE ( ISRAEL) .......29 Giới thiệu chung................................................................................................................................. 29 Mô hình hệ thống................................................................................................................................ 30 Tính năng hệ thống............................................................................................................................ 31 Mô hình rút gọn................................................................................................................................... 31 Thành phần hệ thống......................................................................................................................... 32 CHƯƠNG 3.......................................................................................................................................... 39 TÌM HIỂU VỀ BO MẠCH ARDUNIO VÀ XÂY ĐỰNG THUẬT TOÁN CHO BO MẠCH ARDUINO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG................................................................................................................. 39 3.1. Giới thiệu về Arduino................................................................................................................. 39 3.2. Hiện tượng Arduino................................................................................................................... 40 3.3. Ứng dụng arduino vào điều khiển hệ thống chiếu sáng............................................................ 41 3.4. Khả năng của bo mạch Arduino............................................................................................... 41 3.4.1. Sức mạnh xử lý.................................................................................................................... 41 3.4.2. Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:............................................................................................. 41 3.4.2. Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:............................................................................................. 42 3.4.3. Chuẩn Giao tiếp..................................................................................................................... 42 3.5. Môi trường lập trình bo mạch Arduino...................................................................................... 43 3.6. Các loại bo mạch Arduino........................................................................................................ 44 3.7. Giới thiệu về thư viện GSM....................................................................................................... 48 3.7.1. Cấu trúc thư viện.................................................................................................................... 48 3.7.2.Khả năng tương thích thư viện Ethernet................................................................................. 48 3.7.3. Giới thiệu thư viện Arduino trong simulink ............................................................................. 49 3.7.4. Khối Arduino IO Setup........................................................................................................... 49 3.7.5. Khối Real - Time Pacer ......................................................................................................... 50 3.8. Kết luận chương 3..................................................................................................................... 53 CHƯƠNG 4.......................................................................................................................................... 54 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG SỬ DỤNG RƠLE THỜI GIAN, ARDUINO VÀ MÁY TÍNH..................................................................................................................... 54 4.1.Giới thiệu về mô hình................................................................................................................. 54
viii 4.1.1. Tổng kê thiết bị vật tư làm mô hình........................................................................................ 56 4.1.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và mạch động lực ............................................................. 56 4.2. Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng sử dụng bo mạch arduino ...................................... 58 4.3. Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng qua máy tính.......................................................... 59 4.4. Kết luận chương 4..................................................................................................................... 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................................. 62 1. Kết luận:....................................................................................................................................... 62 2. Kiến nghị:..................................................................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................ 63 [1]. Mehmet Turan Soylemez, Metin Gokasan, 0. Seta Bogosyan (2003), “Position Control of a Single-Link Robot- Arm Using a Multi-Loop PI ............................................................................... 63 Controller”, Control Applications, 2003. CCA 2003. Proceedings of 2003 IEEE Conference on. 63
1 MỞ ĐẦU 1. Mục tiêu của luận văn Hiện nay việc ứng dụng công nghệ thu thập dữ liệu xa, điều khiển xa và giám sát xa cho các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân là rất cần thiết. Ngành chiếu sáng nơi công cộng, đô thị…cũng là một trong những lĩnh vực rất được quan tâm, nhằm giải quyết bài toán giám sát, chống thất thoát điện năng. Đây là một vấn đề cấp thiết vì hệ thống chiếu sáng trải dài trên phậm vi toàn quốc Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạ tầng kỹ thuật không thể thiếu của các đô thị. Để đáp ứng được tốc độ phát triển đô thị, trong những năm gần đây các đô thị đã không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng. Trên thế giới, hầu hết các đô thị loại vừa và lớn đều được trang bị, lắp đặt một hoặc nhiều trung tâm điều khiển cho hệ thống chiếu sáng thành phố nhằm phát huy hiệu quả cao trong công tác vận hành và kiểm soát lưới đèn. Nhận thấy được vai trò quan trọng của không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng, vì vậy tôi chọn đề tài " NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ". 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu về chiếu sáng và so sánh các phương pháp điều khiển chiếu sáng trên thế giới dùng công nghệ truyền thông. - Khảo sát chất lượng trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng không dây GSM/GPRS để điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng bằng mô phỏng và kiểm chứng bằng thực nghiệm. - Nghiên cứu bo mạch arduino cho hệ thống điều khiển chiếu sáng. - Thiết kế tủ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng - Xây dựng tủ điều khiển cho hệ thống chiếu sáng công cộng trên thiết bị thực của xưởng điện.
2 3. Nội dung của luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan về chiếu sáng và điều khiển chiếu sáng công cộng. Chương 2: Xây dựng mô hình trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng không dây GSM/GPRS. Chương 3: Tìm hiểu về bo mạch ardunio và xây dựng thuật toán cho bo mạch arduino để điều khiển chiếu sáng. Chương 4: Thiết kế mô hình điều khiển chiếu sáng sử dụng rơle Time và bo mạch Arduino Kết luận và kiến nghị.
3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 1. Tổng quan về tình hình chiếu sáng tại việt nam Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạ tầng kỹ thuật không thể thiếu của các đô thị. Để đáp ứng được tốc độ phát triển đô thị, trong những năm gần đây các đô thị đã không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng. Trên thế giới, hầu hết các đô thị loại vừa và lớn đều được trang bị, lắp đặt một hoặc nhiều trung tâm điều khiển cho hệ thống chiếu sáng thành phố nhằm phát huy hiệu quả cao trong công tác vận hành và kiểm soát lưới đèn. Ở Việt Nam, thành phố Hà Nội là đơn vị lắp đặt trung tâm điều khiển đầu tiên trong cả nước – từ những năm 1980, tiếp theo là thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng với quy mô điều khiển 12.000 điểm sáng. Từ khi ứng dụng trung tâm điều khiển vào việc quản lý hệ thống đèn chiếu sáng các đơn vị quản lý chiếu sáng công cộng đều thấy được các hiệu quả góp phần nâng cao công tác quản lý: Điều chỉnh linh hoạt thời gian đóng cắt Hệ thống chiếu sáng tại các khu vực từ trung tâm theo tình hình thời tiết, giảm tiêu thụ điện năng. Từ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát tới từng tủ chiếu sáng của mỗi khu vực. Quan sát tức thời các thông số điện áp, dòng điện. Báo hiệu sự cố khi có tình trạng chạm chập, quá tải và các hiện tượng câu móc điện. Quản lý số liệu vận hành: Tình trạng đóng cắt, mức độ tiêu thụ điện năng. Tổng hợp số liệu, chiết xuất các báo cáo phục vụ công tác quản lý Giảm thời gian đi kiểm tra lưới đèn cho Công nhân quản lý vận hành. Góp phần nâng cao năng lực và ứng dụng công nghệ mới cho các cán bộ kỹ thuật của công ty.
4 1.1. Tính cấp thiết của hệ thống chiếu sáng công cộng Để thấy được tính cấp thiết của vấn đề này em sẽ đi vào tìm hiểu vai trò và hiện trạng của chiếu sáng nước ta hiện nay 1.1.1. Vai trò của hệ thống chiếu sáng công cộng Tại các nước phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8% đến 13% tổng điện năng tiêu thụ. Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm có nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan chức năng, chiếu sáng nơi công cộng… Chiếu sáng nơi công cộng tạo ra sự sống động , hấp dẫn và tráng lệ cho các đô thị về đêm, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân, thúc đẩy sự phát triển thương mại và du lịch. Đặc biệt hệ thống chiếu sáng nơi công cộng còn tạo ra không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan của các khu dân cư trong các dịp lễ tết hay những ngày kỉ niệm lớn, hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động chính trị, văn hóa xã hội cũng như sự kiện quốc tế. Trong điều kiện thiếu hụt về điện năng của nước ta, đã có những lúc những nơi chiếu sáng công cộng bị coi là phù phiếm, lãng phí và không hiệu quả. Điều này xuất phát từ góc độ tiêu thụ năng lượng mà chưa nhận thức tổng quát về vai trò chiếu sáng công cộng. Do đó cần có sự đánh giá chích xác và khách quan về hiệu quả mà chiếu sáng đem lại không chỉ về mặt kinh tế, mà còn cả trên bình diện văn hóa xã hội. Không chỉ nhìn nhận những hiệu quả trực tiếp trước mắt, có thể tính được bằng tiền mà còn cả hiệu quả gián tiếp và lâu dài mà chiếu sáng nơi công cộng mang lại trong việc quảng bá, thúc đẩy sự phát triển của thương mại, du lịch và dịch vụ. Chỉ có như vậy, hệ thống chiếu sáng nơi công cộng mới có thể phát triển và duy trì một cách bền vững, đóng một vai trò ngày càng xứng đáng trong các công trình hạ tầng kĩ thuật. Để làm được việc đó chúng ta phải đẩy mạnh nghiên cứu, ứng dụng và phát triển về công nghệ chiếu sáng công cộng ngày càng hoàn thiện, nhằm xây dựng đất nước Việt Nam vừa mang phong cách hiện đại vừa giữ gìn được những nét truyền thống. 1.1.2. Thực tế chiếu sáng công cộng ở Việt Nam Quá trình phát triển nhanh của các đô thị trọng tâm hiện nay là rất lớn, do đó hệ thống chiếu sáng phải phát triển để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Hiện nay hệ
5 thống chiếu sáng của chúng ta đang gặp nhiều bất cập, nhất là các thành phố lớn tốc độ phát triển đô thị nhanh. Hệ thống chiếu sáng không kịp đáp ứng yêu cầu đó nên để lại nhiều vấn đề cần phải giải quyết. Vấn đề quản lý và vận hành hệ thống chiếu sáng còn chưa tập chung, thiếu đồng bộ, quá trình vận hành và bảo dưỡng mất nhiều thời gian. Vì thế chi phí cho đội ngũ nhân viên bảo dưỡng sửa chữa tốn kém ảnh hưởng đến quá trình phát triển chung. Vì thế vấn đề đặt ra đó là cần phải xây dựng được một hệ thống chiếu sáng tập trung để quá trình vận hành hệ thống được thuận lợi. Hệ thống chiếu sáng hiện nay được điều khiển bật/tắt tại các tủ chiếu sáng dựa vào thời gian thực. Do đó thời gian bật tắt đèn hàng ngày là cố định mà mỗi mùa lại có thời gian sáng và tối của một ngày là khác nhau, quá trình thay đổi giờ khó khăn và phức tạp. Thực tế đó dẫn đến đèn chiếu sáng của chúng ta có thể được bật lên sớm hoặc lên muộn, tắt sớm hoặc tắt muộn. Điều này làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân và nguy cơ dẫn đến mất an toàn giao thông. Điều này đặt ra cho hệ thống chiếu sáng là phải đáp ứng được về mặt thời tiết từng mùa, cũng như từng vùng miền. Mặt khác do sự phát triển nhanh của các đô thị mới được xây dựng, quá trình lắp đặt hệ thống mới đồng bộ với hệ thống cũ là rất khó khăn và mất nhiều thời gian. Không những thế hệ thống chiếu sáng cũ còn rất bất cập trong quá trình thay mới và sửa chữa dẫn đến chất lượng chiếu sáng ở nhiều nơi còn chưa đồng đều, nơi thì thiếu nơi thì thừa. 1.2.Các nguyên lý cơ bản trong chiếu sáng Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường bộ thực chất đòi hỏi cho phép một tri giác nhìn nhanh chóng, chính xác và tiện nghi cụ thể: Độ chói trung bình của mặt đường do người lái xe quan sát khi nhìn mặt đường ở tầm xa 100m khi thời tiết khô. Mức yêu cầu phụ thuộc vào loại đường (mật độ giao thông, tốc độ, vùng đô thị hay nông thôn. . .) trong các điều kiện làm việc bình thường. * Mặt đường được xét đến được quan sát dưới góc 0,50 đến 1,50 và chải dài từ 60 đến 170m trước người quan sát.
6 Hình 1.1. Mắt người quan sát với mặt đường. * Độ đồng đều phân bố biểu kiến của độ chói lấy ở các điểm khác nhau của bề mặt. Độ chói không giống nhau theo mọi hướng (sự phản xạ không phải là vuông góc mà là phản xạ hỗn hợp), điều quan trọng là chỉ rế hình dạng "lưới" của chỗ quan sát. * Nói chung trên đường giao thông người ta đưa ra hai điểm đo theo chiều ngang và một tập hợp cách nhau gần 5m giữa các cột đèn đối với số lần đo theo chiều dọc. * Hạn chế lóa mắt không tiện nghi, nguồn cản trở và sự mệt mỏi do số lượng và quang cảnh của các đèn xuất hiện trong thị trường, liên quan đến độ chói trung bình của con đường. * Do đó người ta định nghĩa một "chỉ số lóa mắt" G (Glare index) chia theo thang từ 1 (không chịu được) đến 9 (không cảm nhận được) và cần phải giữ ít nhất ở mức 5 (chấp nhận được). * Hiệu quả dẫn hướng nhìn khi lái phụ thuộc vào vị trí của các điểm sáng trên các đường cong, loại nguồn sáng trên một tuyến đường và tín hiệu báo trước những nơi cần chú ý (đường vòng, chỗ thu thuế đường, ngã tư...) cũng như các lối vào của con đường. 1.3. Các cấp chiếu sáng Đối với các tuyến đường mô quan trọng, C.I.E xác định 5 cấp chiếu sáng khi đưa ra các giá trị tối thiểu phải thỏa mãn với chất lượng phục vụ. Cần chú ý sự khác nhau của công thức hệ số đồng đều: giá trị của U 0 từ 0,4 có thể đảm bảo tri giác nhìn chính xác khi nhìn mặt đường thấy phong cảnh thấp thoáng, còn gọi là "hiệu ứng bậc thang". Nếu độ đồng đều theo chiều dọc U1 lớn hơn 0,7 hiệu ứng này không còn nữa. Tất nhiên, do sự già hóa của thiết bị, các chuyên viên thiết kế phải tăng độ chói trung bình khi vận hành cũng giống như trường hợp chiếu sáng trong nhà.
7 Bảng 1.1. Các cấp chiếu sáng tương ứng với loại đường. Cấp Loại đường Mốc Độ chói Độ đồng Độ đồng Chỉ số trung đều nói đều tiện nghi bình chung chiều dọc G cd/m2 Ltb Lmin Lmin U0 U1 Ltb Lmax A Xa lộ Xa lộ cao tốc 2 0,4 0,7 6 B Đường cái Sáng 2 0,4 0,7 5 Đường hình tia Tối 1 đến 2 6 C Thành phố hoặc Sáng 2 0,4 0,7 5 đường có ít người đi bộ Tối 1 6 D Các phố chính Sáng 2 0,4 0,7 4 Các phố buôn bán E Đường vắng Sáng 1 0,5 4 Tối 0,5 5 1.4. Các phương án bố trí đèn 1.4.1. Bố trí đèn ở một bên đường. Đó là trường hợp đường tương đối hẹp hoặc một phía có hàng cây hoặc chỗ uốn cong. Trường hợp này sẽ bố trí đèn ở ngoài chỗ uốn khúc để đảm bảo hướng tầm nhìn cho phép đánh giá tầm quan trọng chỗ rẽ. Sự đồng đều của độ rọi được đảm bảo bằng giá trị h ≥1. Hình 1.2. Bố trí đèn ở một bên đường.
8 1.4.2. Bố trí đèn hai bên so le. Dành cho đường hai chiều, độ rọi nói chung sẽ đều hơn nhưng phải tránh uốn khúc. Sự đồng đều của độ chói ngang đòi hỏi độ cao của đèn h ≥ 2/31. Hình 1.3. Bố trí đèn ở hai bên so le. 1.4.3. Bố trí đèn hai bên đối diện. Đối với các đường rộng hoặc khi đảm bảo độ cao nhất định của đèn, sự đồng đều của độ chói ngang cần thiết có h ≥ 0,51. Hình 1.4. Bố trí đèn ở hai bên đường song song. 1.4.4. Bố trí đèn theo trục của đường Được sử dụng trong trường hợp đường đôi có phân cách ở giữa, sự bố trí như vậy chỉ cho phép sử dụng một cột có hai đầu nhô ra, đồng thời cũng là đường cung cấp điện. Hình 1.5. Bố trí đèn trên dải phân cách.