Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word bia Mau doc Bé c«ng th−¬ng viÖn ®iÖn tö – tin häc b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi kh&cn cÊp bé nghiªn cøu x©y dùng hÖ thèng tiÕt kiÖm ®iÖn n¨ng chiÕu s¸ng øng dông m¹ng sensor kh«ng d©y M sè 18[.]
Bộ công thơng viện điện tử tin học báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp nghiên cứu xây dựng hệ thống tiết kiệm điện chiếu sáng ứng dụng mạng sensor không dây MÃ số: 187 08RD/HĐ-KHCN chủ nhiệm đề tài: ths Trần văn tuấn 7171 17/3/2009 Hµ néi - 2008 BỘ CƠNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA o0o KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH VÀ PTCN CẤP BỘ NĂM 2008 Đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHIẾU SÁNG ỨNG DỤNG MẠNG SENSOR KHÔNG DÂY Mã số: 187.08RD/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Ths Trần Văn Tuấn Hà Nội-12.2008 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA o0o KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH VÀ PTCN CẤP BỘ NĂM 2008 Đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHIẾU SÁNG ỨNG DỤNG MẠNG SENSOR KHÔNG DÂY Mã số: 187.08RD/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Ths Trần Văn Tuấn Cán tham gia: ThS Trần Văn Tuấn KS Tạ Văn Nam ThS Nguyễn Tuấn Nam KS Bùi Đức Thắng ThS Phạm Thùy Dung Hà Nội 2008 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN TÓM TẮT ĐỀ TÀI Mục tiêu đề tài: Tạo tảng phần cứng phần mềm cho mạng sensor kết hợp thiết bị chấp hành hệ thống quản lý điều khiển chiếu sáng Tình hình nghiên cứu nước: Ở Việt Nam, điện chiếu sáng chiếm tỉ lệ lớn điện tiêu thụ Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo phần tử tích hợp hệ thống tiết kiệm điện chiếu sáng cần thiết Qua tìm hiểu chúng tơi nhận thấy, việc ứng dụng cơng nghệ điều khiển chiếu sáng số đơn vị ứng dụng thành cơng Song góc độ nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị dạng rời tích hợp thành hệ thống chưa có đơn vị thực Tình hình nghiên cứu nước ngồi: Tiết kiệm điện năng, đặc biệt điện chiếu sáng vấn đề toàn cầu quan tâm Việc tiết kiệm điện tập trung chủ yếu mức thiết bị mức hệ thống Các giải pháp điều khiển chiếu sáng tích cực nghiên cứu phát triển bao gồm hồn thiện công nghệ đèn chiếu sáng, công nghệ chấn lưu điện tử mạng điều khiển chiếu sáng Các mạng điều khiển chiếu sáng sử dụng bus truyền thông riêng GE, Honeywell, Lutron, … truyền đường dây điện hay truyền thông không dây Một hệ thống điều khiển chiếu sáng bao gồm phần tử sau: - Phần tử chấp hành (đèn, rơle, chấn lưu,…) kết nối thành mạng - Bộ điều khiển - Phần mềm quản lý giám sát Phương pháp nghiên cứu: - Tập trung vào chế tạo cụm thiết bị - Áp dụng công nghệ truyền thông khơng dây, sensor khơng dây,… - Lựa chọn thích hợp module phần cứng dạng OEM - Thiết kế phản biện thiết kế Nội dung chính: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo nút sensor/actuator không dây cho hệ quản lý điều khiển chiếu sáng - Tạo dựng hệ firmware chuẩn cho mạng sensor/actuator không dây cho hệ quản lý điều khiển chiếu sáng - Nghiên cứu, thiết kế điều khiển tập trung cho hệ quản lý điều khiển chiếu sáng ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN - Nghiên cứu xây dựng giải pháp điều khiển chiếu sáng ứng dụng cho phân xưởng sản xuất, tòa nhà … ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG MỚI NHẤT 1.1 VAI TRÒ CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG GIẢI PHÁP CHIẾU SÁNG HIỆN ĐẠI Ở VIỆT NAM 1.2 KHẢO SÁT CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG MỚI NHẤT 1.2.1 Các hệ điều khiển chiếu sáng .3 1.2.2 Cấu trúc hệ điều khiển chiếu sáng dạng tập trung 1.2.3 Các phần tử chấp hành .7 1.2.4 Các sensor (cảm biến) 1.2.5 Điều khiển chiếu sáng .10 1.3 TỔNG QUAN CÁC BUS GIAO TIẾP CHO MẠNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG 11 1.3.1 Mạng 1-wire 13 1.3.2 Mạng MODBUS 13 1.3.3 ZIGBEE 14 1.3.4 DALI 16 1.4 MẠNG SENSOR KHÔNG DÂY VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG VÀO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG 21 2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 21 2.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG DTC 26 2.3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO NÚT SENSOR/ACTUATOR KHÔNG DÂY mLCP-8 28 2.4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO NÚT TOUCHLIGHT (công tắc điều khiển dạng cảm ứng) 30 2.5 THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC NÚT SENSOR 31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG 33 3.1 CÔNG CỤ VÀ MÔI TRƯỜNG PHÁT TRIỂN 33 3.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 34 3.3 PHẦN MỀM TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 38 3.3.1 Stack Zigbee 38 3.3.2 Hệ điều hành hướng kiện (event driven scheduler) 40 3.4 PHẦN MỀM ỨNG DỤNG CÁC NÚT 42 3.5 PHẦN MỀM TRÊN BỘ ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG DTC 45 3.5.1 Tổng quát phần mềm DTC .45 3.5.2 Giao diện sử dụng DTC 46 3.6 PHẦN MỀM CHO MẠNG SENSOR/ACTUATOR KHÔNG DÂY TRÊN mLCP-8 54 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 57 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 57 4.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG 59 4.3 THỬ NGHIỆM 62 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 69 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1: Điều khiển đóng cắt đơn giản Hình 2: Điều khiển chiếu sáng lập trình (dạng panel đơn) .4 Hình 3: Hệ thống chiếu sáng DOUGLAS Hình 4: Hệ thống chiếu sáng Hubbell Hình 5: Mơ hình hệ điều khiển chiếu sáng .6 Hình 6: Biến tử phát người PIR .9 Hình 7: Sensor đo độ sáng Hình 8: Lưu đồ mạng IBECS sử dụng công nghệ 1-wire 13 Hình 9: Giao thức MODBUS tương ứng với lớp mơ hình OSI 14 Hình 10: Kiến trúc phân lớp ZigBee 15 Hình 11: Mạng hình mạng mắt lưới ZigBee 16 Hình 12: Sơ đồ mạng DALI gồm chấn lưu thiết bị điều khiển độ sáng 17 Hình 13: Mơ hình hệ thống điều khiển chiếu sáng thiết kế .22 Hình 14: Các nút thiết kế 24 Hình 15: Sơ đồ hệ thống mở rộng .25 Hình 16: Sơ đồ khối DTC 27 Hình 17: Sơ khối module Wireless 27 Hình 18: Sơ đồ tổng quát panel điều khiển chỗ(Douglas) 28 Hình 19: Sơ đồ mạng panel (Douglas) .29 Hình 20: Sơ đồ khối nút mLCP-8 30 Hình 21: Sơ đồ khối nút TouchLight 31 Hình 22: Sensor phát người 31 Hình 23: Sơ đồ khối nút sensor khơng dây 32 Hình 24: Mơ hình hệ thống 34 Hình 25: Phần mềm master slave 35 Hình 26: Mơ hình master/slave 36 Hình 27: Mơ hình phân lớp ISO-OSI .38 Hình 28: Một nút zigbee bao gồm phần cứng phần mềm phần mềm phân theo lớp khác 39 Hình 29: Chức nút mạng Zigbee 39 Hình 30: Phân vai trị cho nút mạng 40 Hình 31: Gọi hàm đồng gọi hàm dị 41 Hình 32: Chu trình thực chương trình 41 Hình 33: Các thành phần TinyOS 42 Hình 34: Endpoint Zigbee 42 Hình 35: Có thể gán thiết bị cho Endpoint 43 Hình 36: Bảng kết nối phần tử 43 Hình 37: Quy trình khởi tạo gán liên kết 44 Hình 38: Cấu trúc phần mềm DTC 45 Hình 39: Màn hình giao diện DTC 47 Hình 40: Màn hình cài đặt lịch trình điều khiển .47 Hình 41: Lưu đồ cài đặt lịch trình điều khiển 48 Hình 42: Màn hình cài đặt nhóm 49 Hình 43: Lưu đồ cài đặt nhóm 49 Hình 44: Màn hình cài đặt đầu vào 50 Hình 45: Lưu đồ thiết lập Switch Station 50 Hình 46: Lưu đồ lập trình sensor .51 Hình 47: Cài đặt hệ thống .51 Hình 48: Lưu đồ cài đặt hệ thống .52 Hình 49: Cài đặt chức 53 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN Hình 50: Lưu đồ cài đặt số chức .54 Hình 51: Phần mềm khối quản lý trung tâm mLPC-8 .55 Hình 52: Máy trạng thái giao diện mLPC-8 56 Hình 53: Hộp DTC 57 Hình 54: Bên hộp DTC 57 Hình 55: Hộp mLCP-8 .58 Hình 56: Bo mạch Relay Scanner (mạch mLCP-8) 58 Hình 57: Bo mạch Relay Scanner (mạch mLCP-8) 58 Hình 58: Nút công tắc cảm ứng TouchLight 59 Hình 59: Các sensor không dây 59 Hình 60: αPanel 64 Hình 61: βPanel 65 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Ước lượng tỉ lệ lượng tiết kiệm dùng cảm biến phát người Bảng 2: Bảng tổng hợp hiệu sử dụng điều khiển chiếu sáng 11 Bảng 3: Bảng tổng hợp giao thức số hệ chiếu sáng thương mại (hữu tuyến) 12 Bảng 4: So sánh chuẩn RF 15 Bảng 5: Những đặc tính mạng Dali 17 Bảng 6: So sánh số mạng truyên thông .18 Bảng 7: Bảng phân chia chức cho nút .23 Bảng 8: Bảng tổng hợp phần mềm 37 Bảng 9: Bảng cấu trúc logic điều khiển hệ thống 46 CÁC MÀN HÌNH CHÍNH CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN DTC MAIN MENU Schedules Groups System Inputs Presets System Settings Special Functions VIEW Schedule CLEAR Schedule VIEW Group CLEAR Group NAME Schedule EDIT Schedule NAME Group EDIT Group Holidays Back Back VIEW Preset CLEAR Preset NAME Preset EDIT Preset Back Time & Date Astro Clock Security Relay Panels Open/Close Time Hours of Operation Tablet Settings Diagnostics Blink Alert Settings After Hour OFF Sweeps Back Back CÁC MÀN HÌNH CỦA SCHEDULE CÁC MÀN HÌNH CỦA GROUP G1 Select Group Group G2 Group Group Group Group Group Back G5 OK Panel in Group Panel Panel Panel Panel Panel Panel Panel Panel Panel Panel Panel Back ARE YOU SURE? YES OK YES NO Back Panel in Group Panel G4 Sch1 CLEAR Group Group yes yes yes yes no Back G6 G3 Sch1 CLEAR Group NO Back G7 Relays in Group: Group Panel Include Exclude Back Relay Relay Relay Relay Relay OK yes yes yes yes no G8,G9,G10=G1 CÁC MÀN HÌNH CỦA SYSTEM INPUTS Switch Station Switch node Switch Station View Switch Station Name Switch Station Switch node Switch node Switch node Switch node Program Switch Station Back Name Switch INPUT Switch INPUT Type Map Switch INPUT Active/Inactive Times Switch INPUT Mapping Switch Node Switch Momentary PB Map to single Relay Switch INPUT Mapping Switch Node Switch Map to Group of Relays Back Back OK Back Open/close Time Hours of Operation Switch MOM PB MOM PB Maintained Timed ON Set Preset Output Override PM OK Active/inactive days Switch node Mondays Tuesdays Wednesdays Thursdays Fridays Saturdays Sundays Holidays OK Back OK Group Group Group Group Group Back OK ACTIVE BETWEEN Switch Node Switch Mondays Start 8:00AM End 5:30PM Start Time Hour Min AM Back Select Switch INPUT Switch node OK START Time Switch Node Switch Mondays END Time Back Select Switch INPUT Switch node Select Group Group Relay Relay Relay Relay Relay Switch Station Node Mondays ACTIVE/INACTIVE Time Type: Normal Time Min AM Select Relay Switch node Switch ON/OFF Toggle Realy panel Switch ON/OFF Toggle Relay Panel Relay Panel Relay Panel Relay Panel Relay Panel Astro Time Map Switch OFF action Preset Switch INPUT Mapping Switch node Hour Back Map Switch ON action Back END Time Switch Node Switch Mondays Switch Node Switch Momentary PB OK Normal Time Map to single Relay Switch INPUT Mapping Switch Switch Switch Switch Back OK Back Switch ON/OFF Toggle Map to Group of Relays Back Switch Station button Active Select Switch INPUT Switch node Back Back OK Back Switch Station Switch Station Switch node PM OK Select TIMED ON Duration Switch node Switch MOM PB/Maintained PB Switch Timed ON Toggle ON Only OFF Only Minutes Back OK Back OK CÁC MÀN HÌNH CỦA SYSTEM INPUTS CÁC MÀN HÌNH CỦA SYSTEM SETTINGS CÁC MÀN HÌNH CỦA SPECIAL FUNCTIONS MƠ TẢ LỊCH TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA PANEL THỬ NGHIỆM TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Panel mLCP-8 Mơ tả Mã Số Rơle Local Switch Group Switch Time Control Occupancy Control *Dimmer Control Phòng làm việc tập trung 103 SW5 Ö Ö Ö 104 SW6 Ö Ö Ö Phòng làm việc riêng 101 SW3 Ö Ö 102 SW1 Ö Ö Tiền sảnh SW2 Ö Ö Hành lang SW4 Ö Ö Rơle 04,07,08,09 Thời gian Mô tả 7:30 AM Bật đèn( theo lịch trình) 6:00 PM Đèn tắt( theo lịch trình) Tự động bật tắt theo Sensor phát người Thời gian trễ 10 phút 6:00 PM to 7:30 AM Khu vực điều khiển: Hành lang *Điều chỉnh độ sáng Rơle 02,10 Sensor phát người T7 CN Ö Ö Ö Ö Ö Ö T2 T3 T4 T5 T6 Inactive Active Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Active Ö Ö Ö Ö Khu vực điều khiển: Tiền sảnh Sensor phát người T2 T3 T4 T5 T6 Bật đèn( theo lịch trình) Inactive Ư Ư Ư Ư Ư 6:00 PM Đèn tắt( theo lịch trình) Active Ư Ư Ö Ö 6:00 PM to 7:30 AM Tự động bật tắt theo Sensor phát người Thời gian trễ 10 phút Active Ư Ư Ư Ư Thời gian Mơ tả 7:30 AM *Điều chỉnh độ sáng Rơle 01,03 Thời gian 7:30:00 AM đến 6:00PM 6:00 PM 6:00 PM to 5:30 AM CN Ö Ö Ö Ö Ö Ö Khu vực điều khiển: Phòng làm việc tập trung Sensor phát người Mô tả *Điều chỉnh độ sáng Bật công tắc gắn tường, hệ thống chuyển sang hoạt động theo lịch trình Active Tự động bật tắt theo Sensor phát người Thời gian trễ 10 phút Inactive Active Inactive Active Ö Ö Ö Ö Inactive Active Ö Ö Ö Ö Đèn tắt( theo lịch trình) Tự động bật tắt theo Sensor phát người Thời gian trễ 10 phút T7 T7 CN Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö T2 T3 T4 T5 T6 Ö Ö Ö Ö Ö Inactive Rơle 05,06 Thời gian Mô tả 7:30:00 AM Hệ thống hoạt động theo đến 8:00PM sensor phát người,thời gian trễ 10 phút 8:00 PM to 7:30 AM Khu vực điều khiển: Phòng làm việc riêng *Điều chỉnh độ sáng Sensor phát người Active Inactive Inactive T2 T3 T4 T5 T6 Ö Ö Ö Ö Ö Active Ö Ö Ö Ö Ö T7 CN Ö Ö Ö Ö