Giải pháp chiếu sáng Đường phố thông minh tiết kiệm năng lượng trong thời Đại công nghệ 4 0 – smartlight

Tính cấp thiết H Trong một đô thị số tiền chí tiêu cho chiếu sáng công cộng là rất lớn Tinh sơ bộ mỗi cột đèn một năm tiêu thụ khoảng 250W x 8h x 365 ngày, tính ra tiền H Hệ thống chiế

KHOA DIEN - DIEN TU

~ ——2s& CEÌ a»s@-~~—~

BAO CAO

DE TAI NGHIEN CUU KHOA HOC

NGHIEN CUU

“GIAI PHAP CHIEU SANG DUONG PHO THONG MINH TIET KIEM

NANG LUOQNG TRONG THOI DAI CONG NGHE 4.0 — SMARTLIGHT”

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đặng Hoàng Anh

Sinh viên thực hiện: Lê Thế Khải

Nguyễn Tiến Đạt

Trần Anh Tài

Khoa: Điện — Điện tử

Hà Nội, tháng 4 năm 2024

ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU

“GIAI PHAP CHIEU SANG DUONG PHO THONG MINH TIET KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG THỜI ĐẠI CÔNG NGHE 4.0 - SMARTLIGHT”

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đặng Hoàng Anh

Sinh viên thực hiện:

Lê Thê Khải 21A170100136 K24-TDH3

Nguyễn Tiến Đạt 20A17010002 K23C

Trân Anh Tài 20A17010167 K23C

Trường Đại học Mở Hà Nội

Khoa: Điện - Điện tử

Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

MỤC LỤC

1 Tính cấp thiết - 5 S1 TT 1 2122121122121 1 2121 101g yeu 4

2 Mục tiêu Q2 002.0001111 11101 111111111111 11111 K11 1n va 4

4 Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung

CHƯƠNG I: TÓNG QUAN 0 c1 22 111212 121 1 22g ng rung 6 IlHN 0) 0v ((*608aiiiiiÝố''7444ẢẢÝÝỶÝỶÝ 6

Il Nguyên lý điều khiến của hệ thống -2 2 TEE1 2212111112111 1 1c rrrreg l6

HI Cách thức điều khiến S5 TỰ t2 1221122121 rxa 17 CHUONG I: CHI TIET VE CAU TRUC HE THONG ĐIÊU KHIỂN CHIẾU

` b(049:i0)198.0)):L:ddadđaiaađaiiiỶảảỶỶ 36

I Cấu trúc c2 HH HH HH Hung ra 36 laaẦẶẮẶẮẮ 41 KÉT LUẬN S5 Sc St T1 1221122211211 n1 221tr ye 49 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - - 5551 E1215111271211152212221 te 50

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

H Trong một đô thị số tiền chí tiêu cho chiếu sáng công cộng là rất lớn Tinh sơ

bộ mỗi cột đèn một năm tiêu thụ khoảng 250W x 8h x 365 ngày, tính ra tiền

H Hệ thống chiếu sáng với công nghệ LED điều khiến thông qua server IOT kết

hop Edge computer, cho phép giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng linh hoạt hơn, hiệu quả hơn và khắc phục được nhược điểm của các hệ thống đèn chiếu sáng truyền thống

H Giúp tiết kiệm điện, tự động hóa hoàn toàn, gia4m chi phi nhân công, quản lý

hệ thống tốt hơn

3 Cách tiếp cận

H Cùng với tiến trình đô thị hóa, công tác phát triển đô thị được thúc đây nhanh hơn Nhiều thành phố hiện đại hơn kéo theo các loại ô nhiễm ngây cảng trầm trọng Vấn đề ô nhiễm ánh sáng đang là vấn đề đặt ra cấp thiết Sử dụng ánh sáng trang trí quá mức, lạm dụng ánh sáng thiếu kiểm soát tại các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại và những nơi công cộng đang làm cho nhiều người bị nhiễu loạn thị giác, lãng phí điện và tiềm ấn nguy cơ cháy nỗ

H Ngoài ảnh hưởng của ô nhiễm ánh sáng, các phát thải từ việc thu gom, xử lý các vật tư, thiết bị và sản phâm chiếu sáng thải bỏ cũng là vấn đề phải được quan tâm Do đó, vấn đề đặt ra là chiếu sáng như thế nào để đảm bảo sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, bảo vệ môi trường và sức khỏe của cộng đồng Hay nói cách khách là phải lẫy con người là trung tâm để điều hành mọi hành vi, theo hướng bảo vệ sức khỏe con người Đây là xu hướng tắt yếu của xã hội hiện nay

H Gắn với thực tế, hiện nay trên các dường phố đang sử dụng loại dén halogen, đối với loại đèn này sẽ có giới hạn tuổi thọ khá ngắn, khi đi thực tế nhóm dự

án đã thấy được độ sáng của đèn rất thấp, hiện nay để thay thế cần một chỉ phí khá cao Nên nhóm dự án đã nghĩ đến việc sẽ sử dụng đèn tiết kiệm năng lượng để có thê giảm chỉ phi

4 Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu

H Sử dụng kiến thức trên trường và sự góp ý của các thầy cô hướng dẫn

H Đối tượng nghiên cứu: led tiết kiệm năng lượng

oO Phạm vi nghiên cứu: chiếu sáng đô thị thông minh bằng led tiết kiệm năng lượng

Nội dung nghiên cứu:

Với khả năng nghiên cứu cấp sinh viên trong lĩnh vực điện tử - thông tin,

chúng em đưa ra đề tài với hướng giải quyết như sau:

O Theo dõi hoạt động của hệ thông, thu thập số liệu về tiêu thụ điện, quản

lý lỗi, hỗ trợ xử lý sự có

H Quy trình sản xuất/thiết kế sản phẩm: Thiết kế: Hệ thống bao gồm 3 phan chính: server IOT, thiết bị điều khiến DTU hoạt động với cầu trúc EDGE Computer, đèn và các thiết bị thừa hành

H Sản xuất: Sử dụng các thiết bị có sẵn, nhóm tập trung vào việc phát triển phần mềm chạy trên cloud server và phần mềm chạy trên thiết bị DTU

H Thiết kế và sản xuất các app App chạy trên Windows cho việc cài đặt va thiết lập các kịch bản hoạt động co toàn hệ thống App chạy trên Android cho test thử các hệ thông điều khiến tại hiện trường

H Thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiến, đường điện, đường tín hiệu, thiết

bị đo công suất tiêu thụ Tất cả đều dùng các thiết bị chuân công nghiệp

H Trước khi tìm hiểu về tài ligu Internet of things, cdc thầy cô hãy

cùng OhStem tìm hiểu vả làm rõ hơn về khái niệm IoT là gì nhé!

Một cách tông quát, loT liên quan đến sự tương tác của một số đối tượng (vật, hay còn gọi là thiết bị IoT) với nhau và với thế giới bên ngoài thông qua các mạng lưới Internet Mục tiêu chính của IoT la làm cho cuộc sông của chúng ta trở nên đễ dàng, thoải mái hơn

The INTERNET

Any Place of TH | N GS Any Service

XÃ

Any Path

Any Network

oO Internet: đây là chỉ một hệ thống trung gian giúp tiếp nhận, xử lý và truyền đi những thông tin, dữ liệu s1ữa thiết bị nảy và thiết bị khác Things (van vật): có thê hiểu là tất cả những thiết bị có vai trò phục

vụ và cung cấp thông tin, nhu cầu cho hệ thống vận hành Internet ở trên Rất nhiều ví dụ thực tế quanh bạn có thể được coi là các thiết

bị trong “vạn vật” của hệ thống IoT từ những cảm biến đơn giản cho đến những câu trúc phức tạp như nhà thông minh, đồng hồ đeo tay

điện tử,

Một hệ thông loT là một mạng lưới gồm nhiều thành phần liên kết với nhau Trong đó, các thiết bị sẽ được bổ sung hay tích hợp thêm nhiều thành phân điện tử, phần mềm cũng như các cảm biến môi trường giúp thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu, xử lý đưa ra kết quả, rồi kết nối với mạng lưới đề gửi, chia sẻ dữ liệu đã phân tích đi

Hệ thống thông minh này sẽ giúp giải quyết nhiều công việc một cách nhanh chóng, ít sai sót và piảm bớt gánh nặng công việc cho

COn n8ười

Internet of Things trong cuộc cách mạng 4.0 Hiện nay loT có thể được xem là không thể thiếu 6 bat kỳ lĩnh vực, ngành nghề nào mà hiệu quả hơn cả là trong sản xuất công nghiệp Song song với sự phát triển của khoa học công nghệ, loT ngảy cảng được hoàn thiện và nâng cao nhằm phục phụ nhu cầu của con

TĐƯỜI

H Các loại thiết bị loT

H_ Nhìn chung nền tảng của các thiết bị Internet of things là kha năng kết nối vả cảm biến Các cảm biến giúp lấy số liệu từ môi trường, khả năng kết nối giúp gửi số liệu ấy đi

O Cac thiét bi Internet of things rat đa đạng và có thê thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau từ đo nhiệt độ môi trường, áp suất, độ âm cho đến phát hiện khói, vật thể

H Các thiết bị loT khác ngoài những cảm biến phải kể đến những bộ chuyên đổi tín hiệu, đồng hồ đo, các thiết bị xử lý thông tin và hiển thị

Dep Wireless Infrastructure

Machine-to-Machino

O Tinh trang IoT tai Viét Nam

H Cùng với xu hướng phát triển của thế giới, các doanh nghiệp ViIệt đã và đang không ngừng chuyên mình, áp dụng công nghệ IoT trong sản xuất

O Internet of things 6 Viét Nam đang rất “nóng”, được nhiều công ty và tập đoàn công nghệ hăng hái nghiên cứu Một số cái tên tiêu biểu phải kể đến như Mimosa Tech đã cung cấp những giải pháp thông minh cho nông nghiệp bằng IoT; Hachi cung cấp khu vườn thông minh tại nhà; BKAV và Lumi đã

và đang cạnh tranh không ngừng trong lĩnh vực nhà thông minh với không chỉ phục vụ thị trường trong nude ma con xuất khâu sang Úc, Ấn Độ

H Sắp tới, các ứng dụng quản lý giao thông thông minh như thu phí không dừng, taxi công nghệ, giao hàng tiện lợi, đều là những lợi ích của Internet

of things mang lai duoc dự đoán sẽ trở thành xu thế phát triển, mang lại nhiều lợi ích đáng ké cho cuộc song Các lĩnh vực khác như y tế, bất động

sản cần nhiều thời gian hơn để có thể nghiên cứu ra những công nghệ loT

thích hợp

H Cấu trúc của một hệ thống loT

oO

oO

Hệ thông loT có thể được chia thành 5 thanh phan chinh, bao g6m: Thiết bị loT (IoT devices): Đây là các thiết bị vật lý được kết nối với Internet và có khả năng thu thập, xử lý và truyền đữ liệu Thiết bị IoT

có thê là các thiết bị gia dung, thiét bi công nghiệp, thiết bị y té, Kết nối (connectivity): Đây là thành phần cung cấp khả năng kết nối

giữa các thiết bị loT với nhau và với Internet Kết nối loT có thể sử

dụng các công nghệ khác nhau, chẳng hạn như Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, LoRa,

Cơ sở hạ tầng (infrastructure): Đây lả thành phần cung cấp nền tảng

cho hoạt động của hệ thông IoT Cơ sở hạ tầng loT bao gồm các yếu

tố như mạng lưới, trung tâm đữ liệu,

Dữ liệu (data): Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống IoT

Dữ liệu được thu thập từ các thiết bị loT được sử dụng để phân tích,

ra quyết định và thực hiện các hành động

Ứng dụng (applications): Đây là thành phần sử dụng dữ liệu từ các

thiết bị loT để cung cấp các giá trị cho người dùng Ứng dụng IoT có thê được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sản

xuất, nông nghiệp, chăm sóc sức khóc,

H Hoạt động của hệ thống IOT

Thu thập dữ liệu

Cảm biến/thiết bị thu thập

dữ liệu từ môi trường

Dữ liệu có thể đơn giản là

nhiệt độ, độ ẩm, hay phức

tạp như hình ảnh, video

Chia sẻ dữ liệu Nhờ cảm biến/thiết bị

dữ liệu được chia sẻ thông qua bộ lưu trữ đám mây

Máy tính tự đưa ra quyết định hoặc gửi kết quả đến người dùng

N= lf

Dua ra quyét dinh Người dùng nhận dữ liệu qua email, thông báo, v.v., và có thể dựa vào đó để đưa ra điều chỉnh thông qua một bộ giao diện

Các công nghệ sử dụng trong loT

H Các công nghệ tích hợp trong hệ thống IoT có thể bao gồm:

L1 Điện toản biên

H Điện toán biên đề cập đến việc sử dụng công nghệ để kiểm soát các thiết bị thông minh, thực hiện nhiều nhiệm vụ hơn, không chỉ giới hạn ở việc truyền và nhận dữ liệu từ nền tảng IoT Công nghệ này nâng cao khả năng xử lý tại biên của mạng lưới loT, giảm độ trễ trong truyền thông và cải thiện tốc độ phản hồi

H Điện toán đám mây

H Điện toán đám mây được sử dụng để lưu trữ dữ liệu từ xa và quản lý các thiết

bị IoT, tạo điều kiện cho nhiều thiết bị trong mạng lưới có thể truy cập dữ liệu

O May hoc

O May hoc lién quan dén phan mém và thuật toán được áp dụng để xử lý dữ liệu

và đưa ra quyết định theo thời gian thực dựa trên thông tin thu thập Các thuật toán máy học này có thê triển khai trên đám mây hoặc tại điểm biên

H Ưu điểm của IOT

H Khả năng truy cập thông tin từ mọi nơi, mọi lúc trên mọi thiết bị

H Cải thiện kết nối o1ữa các thiết bị điện tử

O Chuyén các sói dữ liệu qua mạng được kết nối tiết kiệm thời gian va tién bac

O Tự động hóa các nhiệm vụ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp

và giảm nhu cầu can thiệp của con người

10

H Nhược điểm cuả IOT

H Khi số lượng thiết bị được kết nối ngày càng tăng và nhiều thông tin được chia sẻ giữa các thiết bị, thì khả năng hacker có thé lay cap thong tin bí mật cũng tăng lên

H Việc thu thập và quản lý dữ liệu từ tất cả các thiết bị của các doanh nghiệp có quy mô cũng sẽ là một thách thức lớn

H Nếu có lỗi trong hệ thông, có khả năng mọi thiết bị được kết nối sẽ bị hỏng

H Vi không có tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích cho IoT, rat khó

để các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau liên kết với nhau

2 Edge computer

Edge computing

Get your data calculatedsfast, here“and now!

O Edge Computing hay điện toán biên là một mô hình điện toán phân tán đem

sức mạnh tính toán và lưu trữ đến gần hơn với nơi phát sinh đữ liệu có nhu cầu

xử lý độ trễ thấp và tiết kiệm băng thông

H Nguồn gốc của Edge Computing chính là CDN - những mạng phân phối nội

dung được tạo ra cuối thập niên 90 để phân phối các nội dung web và video từ các máy chủ biên gần với người dùng nhất Các mạng này sau đó tiến hóa để lưu trữ các ứng dụng và các thành phần ứng dụng tại các máy chủ biên, tạo ra những dịch vụ điện toán biên đầu tiên như tông hợp dữ liệu thời gian thực

H Điện toán biên hoạt động bằng cách nắm bắt và xử lý thông tin cảng gần nguồn dữ liệu hoặc sự kiện mong muốn cảng tốt Nó dựa vào cảm biến, thiết

bị điện toán và máy móc để thu thập dữ liệu và cung cấp dữ liệu cho các máy chủ biên hoặc đám mây Tùy thuộc vào nhiệm vụ và kết quả mong muốn, dữ liệu này có thê cung cấp cho hệ thống phân tích và học máy, cung cấp khả

11

năng tự động hóa hoặc cung cấp khả năng hiển thị về trạng thái hiện tại của thiết bị, hệ thống hoặc sản phẩm

H Tuy nhiên, các trung tâm đữ liệu biên và đám mây không phải là cách duy nhất đề xử lý dữ liệu Trong một số trường hợp, các thiết bị loT có thê tự xử lý

dữ liệu bằng phân cứng tích hợp hoặc gửi dữ liệu đến thiết bị thông minh được kết nôi

what etwor

integrates Device

‘ integrated Gewce

Outer-Edge Edge Computing cung cấp cho hệ thống phân tích và học máy

O Mô hình kiến trúc trong điện toán biên

Edge Computing, Cloud Computing và loT

H Edge Computing sẵn chặt với điện toán đám mây (Cloud Computing)

va Internet of Thines (loT) Nó la tang trung gian phu trach cung cap

xử lý và lưu trữ dữ liệu nhỏ, cần phản hồi nhanh từ tầng loT và tiết kiệm băng thông cho các xử lý đữ liệu lớn được chuyên tiếp "lên mây"

H Trong hệ sinh thái của Edee Computins, dữ liệu được thu thập từ các cảm biến, máy đo, ở tầng thiết bị loT Dữ liệu sau đó không được đưa ngay lên máy chủ đâm mây mà ổi qua vùng biên — các trung tâm tính toán và lưu trữ cục bộ đặt gan nguồn dữ liệu là các thiết bị loT

H Có một câu hỏi thường gặp là biên nằm ở đâu? Trong nhiều trường hợp

biên có thể là một máy trạm cục bộ được kết nối Internet nhưng vẫn nam 6 ria cua một mạng LAN, nhưng cũng có khi biên lại là một trung tâm đữ liệu tại địa phương phụ trách xử lý cho một khu vực địa ly Nhìn chung biên không nhất thiết phải nằm ở mạng LAN hay kết nỗi qua Internet, miễn là nó ở gần nguồn đữ liệu nhất vả sẵn sảng cung cấp

xử lý độ trễ thấp trong thời gian thực

H Cuối cùng, những xử lý dữ liệu lớn và phức tạp sẽ được chuyền đến may chu dam mây thực hiện Dù độ trễ cao và phụ thuộc đường truyền,

12

điện toán đám mây lại phù hợp với các tính toán cần sức mạnh xử lý

lớn

allows data from internet of things

being sent to a

data centre or cloud

-Connected systems —

Edge Computing gan chặt với điện toán đám may va Internet of Things

H Các thành phần cơ bản trong hệ sinh thái điện toán biên

H Cloud Server: Đây có thê là một đám mây công cộng hoặc riêng tư, hoặc có thể là một trung tâm dữ liệu Những đám mây này lưu trữ và chạy các ứng dụng được sử dụng để điều phối và quản lý các edge node (nút biên) khác nhau Khối lượng công việc ở biên, ở thiết bị cuối và trên các đám mây sẽ tương tác lẫn nhau trong quá trình xử lý

H Thiết bị biên (edge device): la thiét bi duoc tich hop kha nang tính toán như máy ATM, máy ảnh số hoặc ô tô Các thiết bị biên thường có năng lực tính toán hạn chế, chỉ xử lý các yêu cầu tức thời cần độ trễ thấp Mặc dù cũng có những edse device voi cầu hình mạnh, chúng là ngoại lệ chứ không đại diện cho da sé

O Nut bién (edge node): Nut biên là một cách gọi chung để chi bat ky thiết bị biên, máy chủ biên hoặc công biên nào mà tính toán biên có thê được thực hiện

H Máy chủ biên (edpe server): máy chủ biên là một máy tính có mục đích chung duoc dat trong mét co sở hoạt động từ xa như nhà máy, cửa hàng bán

lé, khách sạn, trung tâm phân phối hoặc chỉ nhánh ngân hàng Máy chủ biên

thường được xây dựng bằng PC công nghiệp với CPU có 8 - 16 lõi hoặc hơn, bộ nhớ từ 16GB và hàng trăm GB dung lượng lưu trữ cục bộ Một máy chủ biên thường được sử dụng đề chạy khối lượng công việc của ứng dụng doanh nghiệp và các dịch vụ được chia sẻ

13

H Công biên (edge gateway): một công biên thường là một máy chủ biên, ngoài việc xử lý khôi lượng công việc của ứng dụng doanh nghiệp còn thực hiện các chức năng mạng như biên dịch giao thức, bảo vệ tường lửa hoặc

kết nối không dây

INTERNET

CLOUD

Burners Loge (at Web

LAN/WAN

si & f fy,

SENSORS AND CONTROLLERS

O Ly do nén dung Edge Computing

H Giới hạn về tốc độ xử lý Cloud Computing

Máy chủ đám mây có thể xử lý những tác vụ rất lớn, nhưng do chúng thường được đặt ở các vị trí rất xa nên độ trễ đường truyền qua Internet co thé tính bằng hàng trăm mili giây Ngược lại, các thiết bị biên có thể yếu hơn rất nhiều nhưng với lượng đữ liệu không quá lớn từ các thiết bị loT, chúng có thể cung cấp tốc độ phản hồi ở mức micro giây từ khoảng cách

ngắn Thử nghĩ về những chiếc xe tự lái, mỗi mili giây độ trễ có thể đánh đôi bằng an toản của con người

H Đảm bảo đường truyền dữ liệu

Các máy chủ biên ở gần hay thậm chí trong cùng mạng cục bộ luôn có thế đảm bảo tốc độ và sự ôn định khi truyền đữ liệu Một ví dụ dễ thấy là mỗi khi cáp quang gặp sự cố, ảnh hướng đến kết nối Internet trong nước lả

không đáng kế trong khi băng thông quốc tế luôn sụt giảm đến mức khó chụu

H Bảo mật an toàn cao

Vấn đề nôi bật của điện toán đám mây, nhất là đám mây công cộng chính là tính riêng tư vả bảo mật dữ liệu Có thế nói điện toán biên phần nảo đó khá giống với đâm mây lai hybrid cloud, khi mà những xử lý cục bộ - tại thiết bị

14

biên luôn cho sự an tâm tốt hơn về bảo mật Chỉ các dữ liệu không quan trọng mới được đây lên máy chủ công cộng

H Giảm tải băng thông cua Cloud Computing

Băng thông đến các máy chủ đám mây đặt ở xa là nguồn tài nguyên hạn chế

mà ai cũng muốn tiết kiệm Những tải công việc được xử lý ngay tại biên

không chỉ giúp piảm lượng đữ liệu phải truyền qua Internet đến Cloud

Server ma con cat giam chi phi đầu tư cho năng lực xử lý đám mây

H Nhược điểm cúa điện toán biên

H Thiếu cơ sở vật chất tại chỗ

Edge Computing thực hiện xử lý ở vùng biên - nơi đặt các máy chủ gần nhất Nhưng đôi khi có những vùng kém phát triển gây khó khăn khi triển khai cơ sở hạ tầng điện toán biên, khiến những ưu điểm của mô hình này

không thê phát huy tối da

H Khó giám sát và xử lý các vấn đề an ninh

Đây là vấn đề chung của điện toán phân tán, khi có quá nhiều nút biên không đồng đều về năng lực bảo mật thì việc theo đối kiểm soát khó hơn nhiều điện toán tập trung

O Mat mat dữ liệu

Tại biên, những đữ liệu bị đánh giá là thừa thường sé bị loại bỏ trong qua trình xử lý để khối lượng công việc tải lên đám mây là tôi ưu hóa Tuy nhiên đó cũng là con đao hai lưỡi vì trong trường hợp các thiết bị biên đánh gia sal tam quan trọng của đữ liệu thì vấn đề truy vết và khôi phục sẽ trở nên rất phức tạp

O Chi phi dau tư lớn

Mặc dù điện toán biên đem đến nhiều lợi ích và khả năng tiết kiệm băng thông cũng như năng lực xử lý đám mây, chi phí ban đầu bỏ ra cho một mạng biên là không hề nhỏ Số lượng thiết bị lớn, phân tán về vị trí địa lý

có thể làm chủn bước ngay cả các doanh nghiệp lớn

15

Il Nguyên lý điều khiến của hệ thống

H Hệ thống tích hợp nhiều nguyên lý điều khiển Điều chỉnh được độ sáng của đèn, sáng rõ, sáng yếu tùy vào thời gian trong ngày với 2 cách:

H Tắt từng pha đèn

H Đưa công suất điện vào ít hơn

H Với các đèn thế hệ cũ, chưa sử dụng bộ dinmer sẽ điều khiển bằng cách tắt từng pha

H Với các đèn thế hệ mới sẽ điều chỉnh ánh sáng bằng các điều chỉnh công

H DU tự động đọc số liệu từ đầu đo ánh sáng và căn cứ vào giới hạn bật tắt do Server gửi sẽ tự động bật tắt đèn

H1 DU tự động theo đối thời gian hoạt động để chuyền chế độ hoạt động, server chỉ đưa ra định hướng hoạt động Ví dụ cụ thể: server đưa ra là từ 8h hoặt động 100% công suất, tới 10h piảm còn 50%, toàn bộ lệnh này được DTU lưu lại và thực hiện kế cả có kết nối với server hay không

H Trong trường hợp mật kết nối với seerrver (tính huống rất thường xuyên

xay ra VỚI kết nối interrnet) DTU sé van tiếp tục thực hiện theo các kịch bản chiếu sáng đã được thiết lập Nói cách khác server không trực tiếp điều khiển đèn mà chỉ đưa ra các phương án chiếu sáng cho DTU thực hiện

H Điều chỉnh được công suất 3 người sử dụng sẽ biết được mức tiêu thụ điện của đèn 3 tiết kiệm chi phí Hệ thống có tích hợp thiết bị đo công suất điện tiêu thụ của toàn bộ dãy đèn, với thiết bị này DU cung cấp hai chức năng chính:

H Cho biết lượng điện tiêu thụ, hỗ trợ cho việc quản lý điện năng tiêu thụ

H Phát hiện lỗi - sự cố trên hệ thống Khi lượng điện tiêu thụ khác xa với thông số tiêu thụ thông thường khả năng đã có lỗi xảy ra trên hệ thông (ví dụ lượng điện tiêu thụ thấp hơn bình thường thì khả năng có đèn bị cháy, không hoạt động)

H Điều chỉnh qua mternet giúp giảm chi phí nhân công, quản lý hệ thống tốt hơn

16

II Cách thức điều khiến

H Sử dụng các app cho cài đặt, điều khiển và theo dõi toàn bộ hệ thống Ở đây nhóm dự án sử dụng hai app:

H ATH smartlight là app chạy trên Android: app nảy được sử dụng để điều

khiến trực tiếp bật tắt các đèn, khi đèn hỏng có thé giúp công nhân kiểm tra, test thử tại hiện trường

H App này kết nối trực tiếp với DTU, cho phép cài đặt chương trình hoạt động, điều khiển thiết bị bằng tay, thu thập số liệu về hiện trạng hoạt động của DU và các đèn

O App cho phép điều khiển bật tắt theo pha hoặc điều chỉnh sáng tối

(dimmer), cung cấp số liệu tiêu thụ và so sánh với số liệu tiêu thụ thông thường để hỗ trợ phát hiện lỗi

H App chạy trên Windows:

Sử dụng để cài đặt chương trình chạy trên server Các chương trình (kịch bản) hoạt động của đèn có thê thiết lập theo 3 bậc:

- Chương trình chung cho toản bộ thành phố

- Chương trình cho từng tuyền phố hoặc khu vực

- Chương trinh cho từng thiết bị DTU

Các kịch bản hoạt động được thể hiện rõ rang bang đồ thị, cho phép người điều hành năm được chu trình hoạt động của hệ thống

H Ngoài ra còn chức năng cài đặt đặc biệt cho một khoang thoi gian xác định Có thể ứng dụng tính năng này để cài đặt chiếu sáng cho các dịp đặt biệt như lễ tết hoặc ngảy trái đất

H Inventronics: dùng để điều chỉnh độ sáng tối theo yêu cầu, có thế là sáng

30%,70%, 100%

17

H Do kết nối lên server không ôn định nên nhóm nghiên cứu tìm hiểu đến “Edge Computing”:

H Edge Computing là mô hình điện toán đám mây phân tán vô cùng tiềm

năng Công cụ đem tới sức mạnh tính toán cũng như lưu trữ đến gần hơn

với nơi phát sinh data Nho qua trình này giúp tiết kiệm băng thông và giảm

do tré Edge Computing hoat động bằng cách nắm bắt, xử lý thông tin Điều kiện là đảm bảo gan nguồn đữ liệu và sự kiện mong muốn là ưu tiên hàng đầu Công cụ vận hành nhờ thiết bị cảm biến, điện toán và máy móc Dữ liệu đã thu thập được cung cấp cho các máy chủ biên hoặc đám mây Tùy thuộc nhiệm vụ và kết quả mong muốn, data còn có thể truyền đến hệ thống phân tích và máy học Đặc điểm nỗi bật là khả năng tự động hóa và cung cấp hiển thị về trạng thái thực Đối tượng hướng đến bao gồm thiết bị, hệ thông hoặc sản phẩm Tuy vậy, không phải trung tâm dữ liệu biên và đám mây là cách duy nhất xử lý data Trong một số trường hợp, thiết bị loT tự thực hiện bằng phần cứng tích hợp hoặc smart devices được kết nối

18

O Hoat dong cua Edge Computing: Điện toán biên hoạt động bằng cách nắm bắt và xử lý thông tin cảng gân nguồn dữ liệu hoặc sự kiện mong muốn cảng tốt Nó dựa vào cảm biến, thiết bị điện toán và máy móc để thu thập

đữ liệu và cung cấp đữ liệu cho các máy chủ biên hoặc đám mây Tùy thuộc vào nhiệm vụ và kết qua mong muốn, đữ liệu nảy có thé cung cấp cho hệ thông phân tích và học máy, cung cấp khả năng tự động hóa hoặc cung cấp khả năng hiển thị về trạng thái hiện tại của thiết bị, hệ thống hoặc sản phẩm Tuy nhiên, các trung tâm đữ liệu biên và đâm mây không phải là cách duy nhất để xử lý dữ liệu Trong một số trường hợp, các thiết bị IoT có thể tự xử

lý dữ liệu bằng phần cứng tích hợp hoặc gửi đữ liệu đến thiết bị thong minh được kết nối

O Edge computer là 1 phần của iot

O1 lot (không có edse computer) thì các logic thuật toán được xử lý trên server, dtu chỉ thừa hành

O Voi edge computer, server dua lénh xuéng (vi du dim 35%), nhưng edge computer tiép tục xử lý đề điều khiến đèn

O Chic nang xu ly cua Edge computer:

1 - từ dim tinh toan bat tat ro le

2- so sánh thời gian để quyết định có điều chỉnh đèn không Nếu lệnh là đợi tới chu kỳ hoạt động tiếp theo, Edee computer sẽ đợi, chứ không

thực hiện lệnh noay

3- nếu có sensor ánh sáng, đọc số đo của sensor để điều chỉnh đèn, server chỉ cấp ra giới hạn ví dụ 100 lux thi bat, Con lai dtu làm hết

H Trong nhiều trường hợp biên có thể là một máy trạm cục bộ được

kết nối Internet nhưng vẫn nằm ở rìa của một mạng LAN, nhưng

cũng có khi biên lại là một trung tâm đữ liệu tại địa phương phụ trách xử lý cho một khu vực địa lý Nhìn chung biên không nhất thiết phải nằm ở mạng LAN hay kết nối qua Internet, miễn là nó ở

gần nguồn dữ liệu nhất và sẵn sàng cung cấp xử lý độ trễ thấp trong thời gian thực Cuối cùng, những xử lý dữ liệu lớn và phức tạp sẽ được chuyên đến máy chủ đám mây thực hiện Dù độ trễ cao và phụ thuộc đường truyền, điện toán đám mây lại phù hợp với các tính toán cần sức mạnh xử lý lớn

H Trong dé tai Edge computing da duoc img dung rat tot

[L1 Hệ thống đèn luôn hoạt động, kể cả khi mất kết nối với server

H Tốc độ xử lý cao, tránh được độ trễ (latency) của hệ thống Internet

O Cac Edge computer nam trong cùng một hệ thống nhưng có thể hoạt động độc lập, cho phép điều khiến từng thiết bị DTU mà không làm ảnh hưởng tới hoạt động của các DTU khác

O Voi Edge computer cdc thuật toán được xử lý tại các thiết bị DTU, đo đo không yêu cầu sử dụng server mạnh, không đòi hỏi băng thông lớn, lượng dữ liệu truyền trên mạng đo đó cũng ít Ví

19

dụ để điều khiến cường độ sáng tối của đèn server chỉ đưa ra chỉ

thị "time":"20:00","dim":50" cac DTU sé tu hiểu và tính toán chế

độ dimmer cũng như bật tắt các pha đèn sao cho phù hợp nhất

O Edge computer cting cé kha nang manh trong thu thập, quản ly

dữ liệu So với các thiết bị khác các thiết bị DTU của nhóm có thê lưu trữ lượng lớn dữ liệu Ngoài việc báo cáo về server các dữ liệu này cũng phục vụ việc quản lý, chuẩn đoán lỗi tại hiện trường

Trong quá trình nghiên cứu nhóm dự án đã thử nghiệm với các chức năng dimmer:

4 Dimmer hay con gọi là bộ diéu chinh dién ap cung cap cho thiét bi điện Nó có tác dụng làm cho cường độ dòng điện thay đổi Nhờ vậy

mà nó có thê điều chỉnh được công suất hoạt động của thiết bị điện Ứng dụng thường thấy của bộ điều chỉnh điện áp là được kết nối với các thiết bị điện chiếu sáng để tùy biến công suất phát sáng của đèn sao cho phủ hợp nhất với nhu cầu sử dụng

+ Dimmer hoạt động dựa trên sự thay đổi của hiệu điện thế chạy qua thiết bị tiêu thụ điện, giup kiểm soát khả năng chiếu sáng của đèn tốt hơn

+ Hiểu theo cách khác thì dimmer hoạt động dựa trên việc điều chỉnh của điện trở Vì điện trở làm tiêu hao điện năng do quả trình sinh nhiệt, dẫn đến thay đôi cường độ dòng điện Từ đó làm thay đôi cường độ ánh sáng của đẻn

+ Những loại dimmer

O Dimmer van nang Loai nay duoc su dung để điều khién đèn halogen, dén sợi đốt, đèn huỳnh quang compact va đèn Led, ma không gặp tình trạng nhấp nháy ánh sáng Tuy nhiên, trước khi sử dụng cho đèn huỳnh quang

và đèn Led thi bạn cần kiếm tra sản phẩm đó có dinmable hỗ trợ hay không

H Dimmer cho đèn sợi đốt và đèn halogen Được thiết kế dành riêng cho 2 loại đèn này Nên không thể sử dụng cho đèn huỳnh quang compact và đèn Led vì hiệu suất kém

O Dimmer ELV Được sử dụng cho điều khiển máy biến áp thấp, đèn led dây, đèn

track light Dé lap dimmer ELV can c6 thém mét dây trung tính

O Dimmer tir tinh điện áp thấp MLV Loại này dành riêng cho đèn âm tường có từ tính và điện áp thấp

Dimmer MLV thuong nang và có kích thước lớn hon dimmer ELV

O Dimmer céng suat cao Loại này được dùng cho những đèn có công suất cao, thường là 1000W Nếu bạn cần sử dụng cho đèn có công suất từ 600W trở lên thi nên chọn đimmer công suất cao

20

+ Các ứng dụng của dimmer trong cuộc sống

H Điều chỉnh độ sáng của đèn Một số loại đèn chiếu sáng như đèn bàn làm việc, đèn ngủ, đèn trong

các rạp hát, đèn sân khấu sẽ sử dụng dimmer.Dimmer hỗ trợ điều chỉnh mức ánh sáng phù hợp nhất với nhu cầu của người dùng Khi

tắt, đèn sẽ mờ dần rồi mới tắt hăn Khi bật, đèn sẽ sáng dần rồi sáng

hắn, tạo cảm giác thoải mái cho người nhìn vì mắt không bị thay đổi ánh sáng đột ngột

H Điều chỉnh tốc độ của quạt Các loại quạt thông thường sử dụng tại các hộ gia đình hoặc văn

phòng làm việc luôn cần có dimmer Bởi vì nhiều khi mức độ gio

mặc định của nhà sản xuất có thể không phù hợp với nhu cầu của người dùng.Ví dụ: Bạn đang bật quạt ở mức số 3 và cảm thây hơi

lạnh Nhưng khi giảm về mức số 2 thì lại chưa đủ mát Lúc nảy các

dimmer sẽ giúp bạn giải quyết vấn đề một cách đễ dàng nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt Ngoài ra, việc xoay các dinmer cũng nhẹ nhang và có cảm ø1ác thân thiện hơn

H Ứng dụng trong nông nghiệp

Dimmer duoc ứng dụng để thay đổi độ sáng đèn trong nông nghiệp Trong nuôi trồng, người ta hay sử dụng đèn sợi đốt để thay đổi nhiệt

độ môi trường Dimmer là sản phẩm tuyệt vời để thay đôi được nhiệt

độ môi trường gián tiếp qua đèn, rất tiện dụng

4 Thiét ké Dimming dựa trên công nghệ điều chế tần số và dòng điện, mang lại hiệu ứng làm mờ đồng đều và ôn định Kỹ thuật này phố biến đối với đèn có thể điều chỉnh độ sáng, đặc biệt là đèn sợi đốt

Trong quá trình Dimming, các đèn LED vẫn hoạt động ở cùng một

điện áp và dòng điện như trong quá trình phát sáng đầy đủ

+ Có 3 loại Công tắc phổ biến hiện nay đó là:

4 PHAN BIET CAC CHUC NANG 1) TRIAC DIM

Đây là loại đim truyền thông Dimmer này cũng được dùng để điều chỉnh bóng đèn sợi đốt và halogen sau này là đèn LED Giao tiếp tín hiéu gitra Triac Dimmer va Triac Led Driver la tin hiéu analog

O Uu diém: chi phi lap dat thap, đấu nối dễ dàng, hiệu suất làm

việc khá tốt và 6n định

H Nhược điểm: Công suất Triac dimmer nhỏ (Max 400W cho LED) nên thích hợp điều chỉnh hệ thống đèn với công suất thấp, số lượng đèn ít và hệ thống ít chuỗi đèn Phù hợp với điều chỉnh đơn lẻ hoặc ít bóng đèn (<350W)

2) 1-10V DIM

Hau hết các LED Drivers tương thích với các thiết bị và hệ thống điều khiển 1-10V có sẵn trên thị trường như cảm biến chiếm chỗ, tế bào quang điện, bộ điều chỉnh độ sang, điều khiến từ xa, điều khiển kiến trúc và sân khấu cũng như các hệ thống tự động hóa tòa nhà và chiếu sáng

Đây là loại Dim mà Giao tiếp giữa 1-10V Dimmer & 1-10V Dimable Led Driver là tín hiệu xung số Có biên độ thay đôi từ 1V đến 10V tương ứng điều chỉnh độ sáng đèn ở

mức 5% đến 100%,

Uu điểm: điều chỉnh ánh sáng mịn và mượt mà hơn, có thê điều chỉnh số lượng đèn

lớn lên công lên đến hảng ngàn Watt chỉ với 1 đimmer Hệ thông phủ hợp với các

công trình lớn, các phòng lớn điều khiến số lượng đèn lớn, công suất cao, nhiều chuỗi đèn Hệ thống còn tương thích với hệ thống thiết bị nhà thông minh

Nhược điểm: đấu nối dây sẽ phức tạp hơn vì phải đấu nối thêm 2 dây điều khiến tin

hiệu 1V và 10V

3) DALI DIM Dali (Dipital Addressable Liphting Interface) là tiêu chuẩn kỹ thuật giao tiếp tín hiệu trong chiếu sáng (IEC 62386) giữa bộ phát và bộ

thu được mã hóa theo từng địa chỉ riêng biệt Dali Dim là một loại dim kỹ thuật số cho phép điều chỉnh từng đèn trong hệ thống, thiết lập từng nhóm đèn (proup) hoặc các ngữ cảnh (scene) của từng đèn Daili - tiêu chuẩn kỹ thuật giao tiếp tín hiệu trong chiếu sáng đã nỗi lên như một tiêu chuân ở Châu Âu đề giải quyết các vấn đề về điện ngày càng tăng, hầu hết cho các mục đích thương mại và công

nghiệp Có rất nhiều sản phâm điều khiến chiếu sáng hỗ trợ Dali có

sẵn từ tất cả các nhà sản xuất hàng đầu và hiện nó đã được công nhận

rộng rãi lả tiêu chuẩn toàn cầu về điều khiến chiếu sáng

Ưu điểm: điều chỉnh khá linh hoạt, có thể điều chỉnh từng đèn riêng

lẻ hoặc từng cụm đèn Có thê lập trình điều khiến thông qua phần

mềm thích hợp cho các ứng dụng chuyên nghiệp

Nhược điểm: hệ thống đấu nối dây phức tạp hơn, chi phí lắp đặt cao hơn

ĐA ĐA ` nsãp : LED am LED

in ali Dimmable v “.~ tn ali Dirmmable °— HS, eee

0A Led Driver vị C) /DA Led Driver os - + * + + + + + + + +