zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển điện chiếu sáng công cộng sử dụng công nghệ truyền thông không dây áp dụng cho đèn LED

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

46
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dựa trên kết quả khảo sát và đánh giá thực trạng hệ thống chiếu sáng tại một số đô thị ở Việt Nam, kết hợp với xu hướng phát triển của các đô thị thông minh trên thế giới, nhóm tác giả đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ truyền thông không dây vào hệ thống giám sát và điều khiển điện chiếu sáng công cộng áp dụng cho đèn LED.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển điện chiếu sáng công cộng sử dụng công nghệ truyền thông không dây áp dụng cho đèn LED

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển điện chiếu sáng công cộng sử dụng công nghệ truyền thông không dây áp dụng cho đèn LED Dương Đông Hưng*, Lê Quyết Thắng, Đoàn Thị Như Quỳnh, Trần Thị Thơm, Nguyễn Thị Trang, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh * Email: duongdonghung@gmail.com Mobile: 0987166914 Tóm tắt Từ khóa: Dựa trên kết quả khảo sát và đánh giá thực trạng hệ thống chiếu 4G, 5G, Chiếu sáng công cộng, sáng tại một số đô thị ở Việt Nam, kết hợp với xu hướng phát triển Công nghệ LORA, Truyền thông của các đô thị thông minh trên thế giới, nhóm tác giả đề xuất giải không dây. pháp ứng dụng công nghệ truyền thông không dây vào hệ thống giám sát và điều khiển điện chiếu sáng công cộng áp dụng cho đèn LED. Nền tảng thiết kế dựa trên công nghệ LoRa_LED, tín hiệu giám sát và điều khiển được truyền thông qua mạng dữ liệu di động GSM/GPRS/3G/4G/5G từ trung tâm tới các tủ điều khiển chiếu sáng có độ ổn định cao, tốc độ và khoảng cách lớn, hạn chế tối đa các sự cố trên đường truyền. 1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG Ứng dụng công nghệ truyền thông không CÔNG CỘNG dây trong điều khiển chiếu sáng công cộng sẽ giải quyết được hoàn toàn các khó khăn mà truyền Hiện nay các hệ thống chiếu sáng công cộng thông qua đường dây điện trước đây gặp phải. đang dần được thay thế bằng công nghệ LED cho phép tiết kiệm điện năng, kéo dài thời gian sử dụng, 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI TIẾN HỆ giảm được ô nhiễm ánh sáng, tạo hệ thống giao THỐNG THÔNG TIN ĐIỀU KHIỂN thông an toàn hơn, giảm khí CO2, trách độc hại do 2.1. Hệ thống thông tin vô tuyến thủy ngân và dễ điều khiển. Ở Việt Nam, các hệ thống chiếu sáng công cộng tại các thành phố lớn Nguồn tin trước hết qua mã nguồn để giảm như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh… đang triển các thông tin dư thừa, sau đó được mã kênh để khai công nghệ này. chống các lỗi do kênh truyền gây ra. Tín hiệu sau Hiện trạng của các trung tâm điều khiển và khi qua mã kênh được điều chế để có thể truyền tải giám sát chiếu sáng công cộng đang sử dụng được đi xa. Các mức điều chế phải phù hợp để với đường truyền từ trung tâm đến các tủ điều khiển điều kiện của kênh truyền. Sau khi tín hiệu được khu vực qua đường điện thoại cố định dial-up và phát đi ở máy phát, tín hiệu thu được ở máy thu sẽ theo đường điện chiếu sáng (công nghệ truyền trải qua các bước ngược lại so với máy phát. Kết thông qua đường điện lưới - PLC). Việc truyền quả tín hiệu được giải mã và thu lại được ở máy nhận dữ liệu thông qua đường dây điện gặp rất thu. Chất lượng tín hiệu phụ thuộc vào chất lượng nhiều khó khăn: mất pha dẫn đến mất đường kênh truyền, các phương pháp điều chế và mã hóa truyền, nhiễu trên đường truyền tải điện, truyền khác nhau. thông chậm. Vì vậy thời gian giám sát và điều khiển còn chậm, cần được nâng cao hiệu quả để phục vụ cho vận hành quản lý. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ truyền thông không dây của các mạng di động trong các năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ truyền thông không dây vào việc truyền nhận dữ liệu đối với các ứng dụng quản lý, điều khiển các thiết bị từ xa, cụ thể ở đây là trong điều khiển chiếu sáng công cộng sẽ là xu hướng của hiện tại và tương lai. * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 118
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Hình 1. Mô hình đơn giản của một hệ thống thông tin các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh vô tuyến hơn khoảng 100 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp 2.2. Công nghệ GSM thế hệ 4 và 5 mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn. Lúc đó, xe (GSM/GPRS/3G/4G/5G) tự lái có thể đưa ra những quyết định quan trọng Vấn đề truyền thông được đặt ra giữa phòng tùy theo thời gian và hoàn cảnh. Tính năng chat điều khiển trung tâm với các tủ với các tủ điều video sẽ có hình ảnh mượt mà và trôi chảy hơn, khiển chiếu sáng. Tuy lượng thông tin trao đổi làm cho chúng ta cảm thấy như đang ở trong cùng không lớn và yêu cầu về tính năng thời gian thực một mạng nội bộ. Các cơ quan chức năng trong trong hệ thống chiếu sáng không cần ngặt nghèo thành phố có thể theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao nhưng phụ thuộc vào chất lượng của sóng thông, mức độ ô nhiễm và nhu cầu tại các bãi đậu GSM/GPRS/3G/4G/5G do đó cần phải chọn nhà xe, do đó có thể gửi những thông tin này đến cung cấp dịch vụ có chất lượng tốt. những chiếc xe thông minh của mọi người dân Căn cứ vào ưu nhược điểm của các phương theo thời gian thực[2]. án truyền thông, mục tiêu đặt ra và các kỹ thuật Thay vì những trạm cơ sở trên mặt đất đang truyền thông đã được áp dụng cho các dự án tương được sử dụng bởi mạng 2G, 3G và 4G, có thể 5G tự trên thế giới, phương án truyền thông được sử sẽ sử dụng các trạm HAPS (High Altitude dụng là: sử dụng dịch vụ GSM/GPRS/3G/4G/5G. Stratospheric Platform Stations). Về cơ bản, các GSM là một công nghệ dùng cho mạng trạm HAPS là những chiếc máy bay treo lơ lửng ở thông tin di động. GSM được viết tắt theo từ tiếng một vị trí cố định trong khoảng cách từ anh là Global System for Mobile Communications. 17km~22km so với mặt đất và hoạt động như một Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể vệ tinh. Cách này sẽ giúp đường tín hiệu được roaming với nhau do đó những máy điện thoại di thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể kiến trúc cao tầng. sử dụng được nhiều nơi trên thế giới [1]. 2.3. Ứng dụng công nghệ GSM/GPRS/4G/5G Mạng 4G: (Fourth-generation), là công để truyền thông trong hệ thống nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép 2.3.1. Sơ đồ tổng quan của hệ thống truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện Với việc ứng dụng dịch vụ truyền thông qua lý tưởng lên tới 1 cho đến 1,5 Gb/giây. Tên 4G do mạng GSM/GPRS/3G/4G/5G cho việc điều khiển IEEE (Institute of Electrical and Electronics và giám sát các tủ điều khiển chiếu sáng thì các Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa rằng công phần tử truyền thông phải có chức năng lập trình nghệ này vượt trội hơn so với 3G [3]. được để thiết lập cấu hình kết nối mạng và bảo mật Truyền thông GSM/GPRS/3G/4G sử dụng cho hệ thống thiết bị tại tủ điều khiển chiếu sáng. mạng truyền thông GSM làm cốt lõi dữ liệu được Sơ đồ thiết lập cấu hình cho hệ thống được trình truyền qua thiết bị không dây (GSM/GPRS/3G/4G bày trong hình sau: modem) về tổng đài GSM và từ tổng đài GSM kết nối với mạng internet toàn cầu tạo nên các dịch vụ đa dạng của công nghệ truyền thông GPRS[4]. Là giải pháp đã được quốc tế thừa nhận trong điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng công cộng. Hệ thống này đang được lắp đặt với một quy mô rộng lớn và nhanh chóng chứng tỏ là một hệ thống đáng tin cậy cung cấp nhiều lợi ích cho người sử dụng[5]. Truyền thông giữa trung tâm và các tủ điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ truyền thông Hình 2. Sơ đồ tổng quan hệ thống ứng dụng công GSM/GPRS/3G/4G . Đây là công nghệ hiện đại, nghệ GSM/GPRS. khả năng mở rộng lớn, giá thành hợp lý. Công nghệ GSM/GPRS/3G/4G đã được áp dụng trong Hệ thống được phân chia là 2 cấp điều khiển: nhiều lĩnh vực cũng như trong điều khiển Hệ thống - Cấp điều khiển từ trung tâm: chiếu sáng chiếu sáng cộng. Điều khiển đóng cắt tới bất kỳ tủ điều khiển Mạng 5G: (Thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc chiếu sáng nào; hệ thống không dây thứ 5) là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G, hoạt động ở các băng tần 28, 38, và 60 GHz. Theo 119 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Giám sát được các thông số: trạng thái điều Đường truyền áp dụng cho hệ thống là khiển, điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công đường truyền số liệu qua mạng suất, công năng tiêu thụ của trạm đèn chiếu sáng; GSM/GPRS/3G/4G/5G (có thể sử dụng SMS khi Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt của tủ mất mạng), từ trung tâm điều khiển đến tủ điều điều khiển chiếu sáng; khiển CS - Cấp điều khiển tại tủ điều khiển: Cùng với việc điều khiển giám sát, phần Điều khiển đóng cắt theo các chế độ; mềm thu thập số liệu có thể cảnh báo những sự cố Đặt thời gian, chu trình giám sát; nghiệm trọng cho người vận hành tại trung tâm. Đo lường giám sát trực tiếp các thông số: Quy mô quản lý: Trung tâm có khả năng trạng thái điều khiển, điện áp, dòng điện, công suất, điều khiển và giám sát đến từng tủ chiếu sáng và hệ số công suất, công năng tiêu thụ của trạm đèn đến từng điểm sáng; có các phầm mềm quản lý tiên chiếu sáng; tiến; có tính mở, linh hoạt và kết cấu module. Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt của tủ Yêu cầu bảo mật cho hệ thống: vừa tích hợp điều khiển chiếu sáng; bảo mật hệ thống trên phần mềm vừa bảo mật ở cơ Các tính năng khác cho việc cấu hình truyền chế cứng. thông cho tủ điều khiển chiếu sáng. Chu trình lắp đặt thiết bị đơn giản gọn nhẹ 2.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật chung đối với hệ thống: phù hợp với tất cảc các điểm lắp đặt các trạm đèn Hệ thống đèn chiếu sáng cần được đóng cắt chiếu sáng trong thành phố. đồng bộ theo thời gian thực được đặt sẵn tại phần Tại trung tâm điều khiển cần 01 thuê bao mềm quản lý vận hành tại trung tâm, thời gian mạng GSM/GPRS/3G/4G/5G, 01 thuê bao di động đóng cắt cho các tủ điều khiển chiếu sáng sẽ được sử dụng cho mục đích nhắn tin SMS đi và đến các gửi qua mạng GSM/GPRS/3G/4G đến các tủ điều tủ điều khiển chiếu sáng và 01 đường mạng khiển chiếu sáng. Các tủ điều khiển chiếu sáng Internet. Các tủ điều khiển chiếu sáng cần được lắp nhận được thời gian đóng cắt sẽ tự động điều khiển đặt một SIM điện thoại di động được đăng ký thuê các trạm đèn chiếu sáng. Hệ thống hoạt động theo bao dịch vụ GPRS và SMS, không sử dụng thuê hai cấp độ: bao cuộc gọi. Các điểm sáng cần lắp đặt một thiết Điều khiển đóng cắt, đặt thời gian đóng cắt bị điều khiển, nhận, truyền tín hiệu và một SIM từ trung tâm đến các tủ chiếu sáng. điện thoại di động được đăng ký thuê bao dịch vụ Điều khiển đóng cắt, đặt thời gian đóng cắt GPRS và SMS. Một đường điện thoại cố định để từ tủ chiếu sáng đến các điểm sáng. nghe phản ánh của nhân dân và các cán bộ khi có Khi không có sự can thiệp của người vận sửa chữa bảo dưỡng. hành tại trung tâm hoặc trực tiếp tại tủ, thiết bị điều 2.3.3. Các yêu cầu đối với trung tâm điều khiển khiển tại tủ sẽ điều khiển tự động theo chu trình Trung tâm điều khiển phải được thiết kế gọn thời gian đã được đặt sẵn trong bộ nhớ của thiết bị. nhẹ và dễ dàng quan sát toàn bộ Hệ thống chiếu Khi người quản lý vận hành thay đổi thời sáng công cộng, phát hiện sự cố kịp thời. Các thiết gian đóng cắt từ trung tâm thì dữ liệu sẽ được bị tại trung tâm được thiết kế dễ dàng lắp đặt và có truyền qua mạng GSM/GPRS/3G/4G/5G đến thiết thể di chuyển tới vị trí khác nếu cần thiết. bị điều khiển tại tủ điều khiển chiếu sáng làm cho Phòng điều khiển trung tâm: được thiết kế lịch trình đóng cắt của thiết bị tại tủ được thay đổi với nội dung chính như sau: đồng bộ với thời gian đóng cắt tại trung tâm. Hệ thống máy tính phục vụ cho người vận Người vận hành có thể đóng cắt tại trung hành: 1 Máy chủ, 2 máy trạm. tâm điều khiển chiếu sáng theo 3 mức sáng khác Phần mềm điều khiển và cơ sở dữ liệu cho nhau: Bật 100% số đèn, bật 2/3 số đèn, bật 1/3 số hệ thống. đèn hoặc tắt toàn bộ. 2.3.4. Các yêu cầu kỹ thuật cho tủ điều khiển chiếu sáng Cùng với việc điều khiển các trạm đèn các Tự động điều khiển đóng cắt các trạm đèn thiết bị có khả năng giám sát liên tục các trạm đèn theo các mốc thời gian được đặt tại trung tâm hoặc và gửi thông số giám sát về trung tâm điều khiển: đặt trực tiếp tại tủ điều khiển chiếu sáng; các thông số gửi về là: trạng thái đóng cắt, điện áp, Nhận lệnh đóng cắt hoặc đặt thời gian từ dòng điện, công suất, hệ số công suất, năng lượng trung tâm điều khiển; tiêu thụ của cả 3 pha. Đo trực tiếp các giá trị dòng điện và truyền Các thông số cho hệ thống có thể đặt được về trung tâm điều khiển; từ trung tâm là: thời gian đóng cắt, thời gian giám Có khả năng mở rộng cao. sát và các thông số khác của thiết bị. * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 120
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH 3. THIẾT KẾ MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG LED TRÊN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ LORA 3.1. Công nghệ LORA Được phát minh bởi Cycleo năm 2010 tại Pháp, sau đó được công ty Semtech mua lại vào năm 2012, LoRa là công nghệ với các module vô tuyến được phát triển cho các ứng dụng có tốc độ thấp, tiêu thụ năng lượng thấp nhưng có khoảng cách truyền thông lớn và có tốc độ truyền dữ liệu từ 0,3 kbps đến 50 kbps với độ rộng băng thông 125 Khz. Trên cơ sở LoRa tổ chức LoRa Alliance đã phát triển và chuẩn hóa mạng LoRa diện rộng gọi là LoRaWAN [6]. LoRaWAN gồm các thành phần chủ chốt: Trạm cơ sở hoặc Gateway (LRR, LRC).., máy Hình 4. Mô hình giám sát, điều khiển HTCS chủ mạng LoRaWAN, hệ thống trợ giúp hoạt ứng dụng công nghệ LoRa WAN động (OSS) để giám sát và quản lý hệ thống mạng [7]. Trong hệ thống này các khối LoraWAN_i với i=1,2,…n là các hệ thống con của các hệ thống chiếu sáng công cộng của từng tuyến đường hoặc khu vực (Tủ điều khiển). Dữ liệu thu thập từ các hệ thống con này được truyền qua mạng truyền thông GPRS hoặc 3G hoặc Internet về máy chủ giám sát (server) và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Người sử dụng có thể giám sát, điều khiển từ xa thông qua máy chủ hoặc trực tiếp qua các thiết bị đầu cuối như latop, máy tính bảng, điện thoại di động… Người giám sát cũng có thể gửi lệnh điều khiển từ xa trực tiếp tới các hệ Hình 3. Kiến trúc “star of star” của LoraWAN thống con LoRaWAN_i hoặc qua máy chủ. 3.2. Giải pháp giám sát, điều khiển hệ thống chiếu sáng với công nghệ LORA_WAN Trên cơ sở những hạn chế của hệ thống chiếu sáng ở Việt Nam hiện nay, những ưu, nhược điểm của các hệ thống chiếu sáng của các hãng trên thế giới đối với điều kiện Việt Nam, Nhóm tác giả đề xuất giải pháp hệ thống giám sát, điều khiển hệ thống chiếu sáng với công nghệ LED là LORA_LED. Hệ thống LORA_LED có cấu trúc như hình 4. Hệ thống gồm các đèn LED riêng rẽ, mỗi đèn LED được gắn một nút End- Hình 5. Cửa sổ điều khiển LED qua mạng LoRa LoRa (Sensor Notes). Các nút LoRa-End có thể truyền qua nhiều Gateway khác nhau để chuyển Hệ thống thử nghiệm giám sát và điều khiển dữ liệu về server trung tâm hoặc nhận lệnh từ từ xa tiến hành trong mạng cục bộ theo cả 2 trường trung tâm server qua các Gateway khác nhau. hợp: có kết nối có dây và không dây qua WiFi sử Các nút LoRa-End được gắn với mỗi LED có thể dụng thiết bị di động. trải dài theo một tuyến đường hoặc theo cụm với các Gateway là trung tâm, tùy từng ứng dụng. Hệ 4. KẾT LUẬN thống LORA_LED gồm các nút đầu cuối (LoRa- Giải pháp Mạng không dây sử dụng dịch End) gắn với các đèn Led, Gateway, máy chủ vụ GSM/GPRS/3G/4G/5G và ứng dụng công trung tâm, các máy chủ ứng dụng và đường nghệ LoRaWAN cho các hệ thống chiếu sáng truyền Internet, môi trường truyền sóng LoRa. 121 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH công cộng LED thật sự là một giải pháp hiệu quả, [2]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2008), Giáo mềm dẻo, giá thành hạ, an toàn và dễ dàng tích trình “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G hợp với các hệ thống khác trong tiến trình xây lên 4G”, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn dựng thành phố thông minh. Nhóm tác giả đã và thông, Hà Nội. đang tiến hành thực hiện được các công việc sau: [3]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2001), Thông Tiến hành khảo sát hệ thống chiếu sáng tin di động thế hệ ba, NXB Bưu Điện thực tế, [4]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003) Nghiên cứu và đưa ra giải pháp với công cdmaOne và cdma2000, NXB Bưu Điện. nghệ LoRa. [5]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2006), An Tiến hành xây dựng hệ thống thử nghiệm ninh trong thông tin di động, NXB Bưu Điện. với công nghệ LED. [6] LoRa Alliance, “LoRaWAN™ -What is it? “, Tiến hành các kịch bản thử nghiệm A technical overview of LoRa® and Đánh giá kết quả thử nghiệm LoRaWAN™ , Technical Marketing Workgroup Kết quả thực nghiệm sẽ cho thấy hoạt động 1.0, November 2015. của hệ thống đáng tin cậy, đáp ứng được yêu cầu [7] N. Sornin , M. Luis, T. Eirich, T. Kramp, và có thể triển khai trong các hệ thống chiếu sáng O.Hersent, “LoRa Specification “,Copyright © LED công cộng trong thực tế. 2015 LoRa Alliance, Inc. [8] Nicolas DUCROT, Dominique RAY, Ahmed TÀI LIỆU THAM KHẢO SAADANI, “ LoRa Device Developer Guide”, Orange Connected Objects & Partnerships, April [1]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2007), Bài 2016. giảng “Thông tin di động” cho đào tạo từ xa, [9] Semtech, “SX1272/3/6/7/8: LoRa Energy Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông , Hà Consumption Design”, Application Note Nội. AN1200.17 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 122

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.