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

Giải pháp chiếu sáng đường phố thông minh tiết kiệm năng lượng với việc chiếu sáng thông minh bằng đèn led tiết kiệm năng lượng mang một giá trị khác biệt đối với những sản phẩm đã có tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BAO CAO TONG KET CONG TRINH/DE TAI THAM GIA XET TANG GIAI

THUONG KHOA HOC VA CONG NGHE DANH CHO GIANG

VIEN/SINH VIEN TRONG CO SO GIAO DỤC ĐẠI HỌC NĂM

2024

TEN CONG TRINH/DE TAI GIAI PHAP CHIEU SANG DUONG PHO THONG MINH TIET

KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG THỜI ĐẠI CONG NGHỆ 4.0

Lĩnh vực khoa học và công nghệ: Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Chuyên ngành thuộc lĩnh vực khoa học và công nghệ: Kỹ thuật điện tử và viễn

thông

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

MIEN CUM ccc ccc cece cee ee seas ecesessesesesaeseaaesesesseaessesssessssessssseessasseeeseees 3

C0) 0D) OD, Cn 5 SH HH 1122 n1 11 111111 n1 1g cu rau 5 CHƯƠNG I: TÓNG QUAN 0 2122211 1221212 12112 112tr rau 5

Il Nguyên lý điều khiến của hệ thống -2 2 TEE1 2212111112111 1 1c rrrreg 15

HI Cách thức điều khiến - SH 1 1 1 11g ra 16 CHƯƠNG II: CHI TIET VE CAU TRUC HE THONG DIEU KHIỂN CHIẾU SANG THONG MINH L000 ccccccccccccccccccssesscsseesecsecssessesssseeseesetseesssesesesseseesecseseneees 35

To C&W roe ccccccccccccececeecssesseessesecssesesesessevseetesesesesseeseesetssesieeseesenstestess 35

H CUD tH cc cece ecccceeceessecseesecsecesesssesseseeseesussensvesseetettiisteversesetetse 40

Hiệu quả ứng dụng của công trình/đề tài 5G ST E112 12121 e 48

KÉT LUẬN 5 2c 1 21111221212221 1n 1t 1 nguy 49 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - 55 S1 2221211 1521711111121271221 re 50

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Trong một đô thị số tiền chi tiêu cho chiếu sáng công cộng là rất lớn Tính sơ bộ

mỗi cột đèn một năm tiêu thụ khoảng 250W x 8h x 365 ngày, tính ra tiền là 1.168.000.000 đồng

Với hệ thống LED có điều khiến có thể tiết kiệm dược tới 50 -70 % lượng điện tiêu thụ, giúp giảm đáng kế chi phí cho chiếu sáng đô thị

Giải pháp chiếu sáng đường phố thông minh tiết kiệm năng lượng với việc chiếu sáng thông minh bằng đèn led tiết kiệm năng lượng mang một giá trị khác biệt đối với những sản phẩm đã có trên thị trường

Mục tiêu

Hệ thống chiếu sáng với công nghệ LED điều khiến thông qua server IOT kết hợp Edge computer, cho phép giam sat va 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

Giúp tiết kiệm điện, tự động hóa hoàn toàn, giam chi phi nhân công, quản lý hệ thống tốt hơn

Cách tiếp cận

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 ngay cang tram 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 kiếm soát tại các tòa nhà cao tang, trung tam thương mại và những nơi công cộng đang làm cho nhiều người

bị nhiễu loạn thị giác, lãng phí điện và tiêm ấn nguy cơ cháy nỗ

Ngoài ảnh hưởng của ô nhiễm ánh sáng, các phát thải từ việc thu gom, xử lý các vật tư, thiết bị và sản phẩm 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 lấy con người là trung tâm để điều hành mọi hành vi, theo hướng bảo vệ sức khỏe con người Đây là xu hướng tất yếu của

xã hội hiện nay

Gắn với thực tế, hiện nay trên các dường phố đang sử dụng loại đèn 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 chi phí khá cao Nên nhóm dy an da nghĩ đến việc sẽ sử dụng đèn tiết kiệm năng lượng để

có thể giảm chi phi

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

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

3

- _ Đối tượng nghiên cứu: led tiết kiệm năng lượng

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

- _ Nội dung nghiên cứu:

- Voi kha nang nghiên cứu cấp sinh viên trong lĩnh vực điện tử - thông tin, chúng em đưa ra đề tài với hướng giải quyết như sau:

Theo đối hoạt động của hệ thông, thu thập số liệu về tiêu thụ điện, quản lý lỗi, hỗ trợ

xử lý sự cố

Quy trình sản xuất/thiết kế sản phẩm: Thiết kế: Hệ thống bao gồm 3 phân chính: server IOT, thiết bị điệu khiên DU hoạt động với cau trúc EDGE Computer, đèn và các thiệt bị thừa hành

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

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

Thiết kế và lắp đặt hệ thống diéu khién, đường điện, đường tín hiệu, thiết bị đo công suất tiêu thụ Tất cả đều dùng các thiết bị chuẩn công nghiệp

Trước khi tìm hiểu về tài liệu Internet of things, các thầy cô hãy cùng OhStem

tìm hiểu và làm rõ hơn về khái niệm IoT là gì nhé! Một cách tông quát, IoT liên

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

Anything Any Device

[ja

Anyone Anybody

The k2 INTERNET

Any Place O f TH | N G S Any Service

- _ Internet: đây là chỉ một hệ thống trung gian giúp tiếp nhận, xử lý và truyền đi những thông tin, đữ liệu piữa thiết bị nảy và thiết bị khác

- Things (vạn vật): có thé hiểu là tất cả những thiết bị có vai trò phục vụ và cung cấp thông tin, nhụ cầu cho hệ thống vận hành Internet ở trên Rất nhiều ví dụ thực tế quanh bạn có thê được coi là các thiết bi trong “vạn vật” của hệ thống loT từ những cảm biến đơn giản cho đến những cấu trúc phức tạp như nhà thông minh, đồng hồ đeo tay điện tử

- Một hệ thong loT là một mạng lưới gồm nhiều thành phần liên kết với nhau Trong đó, các thiết bị sẽ được bô sung hay tích hợp thêm nhiều thành phần điện

tử, phần mềm cũng như các cảm biển môi trường giúp thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu, xử lý đưa ra kết quả, rồi kết nối với mạng lưới để gui, chia sé dit 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 eIiảm bớt sánh nặng công việc cho con nguol

- Internet of Things trong cudc cach mang 4.0

Hiện nay IoT có thể được xem là không thể thiếu ở bất 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 ngày càng được hoản thiện và nâng cao nhằm phục phụ nhu cầu của con người

Các loại thiết bị loT

- _ Nhin chung nền tảng của các thiết bị Internet of things 14 kha nang két nối vả cảm biến Các cảm biến giúp lấy số liệu từ môi trường, khả năng kết nỗi giúp

gửi số liệu ấy đi

- Cac thiét bi Internet of things rat da dang va co thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau từ đo nhiệt độ môi trường, áp suất, độ âm cho đến phát hiện khói, vật thể

- _ Các thiết bị IoT khác ngoài những cảm biến phải kế đến những bộ chuyên đổi tín hiệu, đồng hồ đo, các thiết bị xử lý thông tin và hiển thi

Tinh trạng loT tại Việt Nam

- _ Cùng với xu hướng phát triển của thế giới, các doanh nghiệp Việt đã

và đang không ngừng chuyên mình, áp dụng công nghệ loT trong sản

- 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 ich của Internet of thines mang lại được dự đoán sẽ trở thành xu thế

phát triển, mang lai nhiéu loi ich dang kế cho cuộc sống Các lĩnh vực khác như y tế, bất động sản cần nhiều thời gian hơn đề có thế nghiên cứu ra những công nghệ IoT thích hợp

Cầu trúc của một hệ thống loT

Hệ thống loT có thể được chia thành 5 thành phần chính, bao gồm:

- Thiết bị IoT (IoT đevices): Đây là các thiết bị vật ly được kết nối với Internet và có khả năng thu thập, xử lý và truyền đữ liệu Thiết bị loT có thể là các thiết bị gia dung, thiét bi công nghiệp, thiết bị y tế,

- _ Kết nối (connectivity): Đây là thành phần cung cấp khả năng kết nỗi gitra cac 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,

- Cos@ ha tang (infrastructure): Day la thành phần cung cấp nền tảng cho hoạt động của hệ thống loT Cơ sở hạ tầng IoT bao gồm các yếu tố như mạng lưới, trung tâm dữ liệu,

- _ Dữ liệu (data): Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thông loT 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 loT có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sản xuất, nông nghiệp, chăm sóc sức khỏe, Hoạt động của hệ thống IOT

- _ Mọi hệ thống loT hoàn chỉnh đều có 4 bước: Thu thập, chia sẻ,

xử lý đữ liệu và đưa ra quyết định

- Hệ thống loT bao gồm các thiết bị thông minh hỗ trợ web sử dụng hệ thông nhúng, như bộ xử lý, cảm biến và phần cứng

truyền thong, dé thu thập, gửi và xử lý trên dữ liệu mả chúng thu

thập được Các thiết bị loT chia sẻ dữ liệu cảm biến thu thập được bằng cách kết nối với công IoT hoặc thiết bị biên khác, nơi

dữ liệu được gửi đến đám mây đề phân tích hoặc phân tích cục

bộ

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

được kết nối internet,

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

Các công nphệ sử dụng trong loT

Các công nghệ tích hợp trong hệ thông loT có thể bao gồm:

Điện toản biên Điện toán biên để 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 loT 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

or

Carer) B

=< (_ 9 ;

Xử lý dữ liệu Đưa ra quyết định

Dữ liệu trên bộ lưu trữ đám mây được hệ thống máy tính xử lý

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

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

Điện toán đám mây

Điện toán đâm mây được sử dụng để lưu trữ đữ liệu từ xa và quản lý các thiết

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

Máy học liên quan đến phần mềm và thuật toán được áp dụng để xử lý dữ liệu

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

Ưu điểm của IOT

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

Cải thiện kết nỗi gitra cac thiết bị điện tử

Chuyến các gói đữ liệu qua mạng được kết nối tiết kiệm thời gian va tiền bạc

Tự động hóa các nhiệm vụ g1úp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp

và giảm nhu cầu can thiệp của con người

Nhược điểm cuả IOT

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 thông tin bí mật cũng tăng lên

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

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

Vì không có tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích cho IoT, rất khó đề các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau liên kết với nhau

Edse Computing hay điện toán biên là một mô hình điện toán phan tan dem 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

Nguồn gốc cua Edge Computing chinh la CDN - những mạng phân phối nội dung được tạo ra cuỗi thập niên 90 để phân phối các nội dung web và video từ các máy chủ biên gần với người dùng nhất Các mạng nảy sau đó tiễn 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

Điện toán biên hoạt động bằng cách nắm bắt và xử lý thông tin càng 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 đữ liệu và cung cấp dữ liệu cho các máy chủ biên hoặc đám mây Tùy thuộc vào nhiệm vụ và kết quả mong muốn, đữ liệu này có thể 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 thong hoặc sản phẩm

Tuy nhiên, các trung tâm đữ liệu biên và đám mây không phải là cách duy nhất

đề xử lý dữ liệu Irong một sô trường hợp, các thiệt bị loT có thê tự xử lý dữ liệu băng phần cứng tích hợp hoặc gửi đữ liệu đến thiết bị thông minh được kết nối

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

Mô hình kiến trúc trong điện toán biên:

Edge Computing, Cloud Computing va IoT

- Edge Computing gan chat voi dign toan dam may (Cloud Computing) va Internet of Things (loT) No la tang trung gian phu trach cung cập xử lý và lưu

trữ dữ liệu nhỏ, cần phản hồi nhanh từ tầng IoT và tiết kiệm băng thông cho các

xử lý dữ liệu lớn được chuyên tiếp "lên mây"

Trong hé sinh thai cua Edge Computing, di liệu được thu thập từ các cảm biến, máy đo, ở tầng thiết bị IoT Dữ liệu sau đó không được đưa ngay lên máy chủ đám mây mà đi qua vùng biên — các trung tâm tính toán và lưu trữ cục bộ đặt gần nguồn dữ liệu là các thiết bị loT

Có một câu hỏi thường gặp là biên nam ớ đâu? Trong nhiều trường hợp biên có thể là một máy trạm cục bộ được kết nối Internet nhưng vẫn nằm ở rỉa của một mạng LAN, nhưng cũng có khi biên lại là một trung tâm dữ liệu tại địa phương phụ trách xử lý cho một khu vực địa lý Nhìn chung biên không nhất thiết phải nắm ở mạng LAN hay kết nối qua Internet, miễn là nó ở gần nguồn đữ liệu nhất và sẵn sàng cung cấp xử lý độ trễ thấp trong thời gian thực

Cuối cùng, những xử lý đữ liệu lớn và phức tạp sẽ được chuyển đến máy chủ dam 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

allows data from internet of things

=> _—

edge of the network before being sent toa

data centre or cloud

Edge Computing gan chat vdi dién todn dam my va Internet of Things

Cac thanh phan co ban trong hé sinh thai dién toan bién

Cloud Server: Day có thể là một đám mây công cộng hoặc riêng tư, hoặc có thé

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

Thiết bị biên (edge device): là thiết bị được tích hợp khả năng 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

12

edge device với cau hinh manh, chúng là ngoại lệ chứ không đại diện cho đa

SỐ

- _ Nút biên (edge node): Nút biên là một cách gọi chung để chỉ bất kỳ thiết bị biên, máy chủ biên hoặc công biên nào mà tính toán biên có thể được thực hiện

- May chu bién (edge server): may chủ biên là một máy tính có mục đích chung được đặt trong một cơ sở hoạt động từ xa như nhà máy, cửa hàng bán lẻ, khách sạn, trung tâm phân phối hoặc chi 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 ŒB dung lượng lưu trữ cục bộ Một máy chủ biên thường được sử dụng để chạy khối lượng công việc của ứng dụng doanh nghiệp và các dịch vụ được chia sẻ

- Công biên (edge øateway): một công biên thường là một máy chủ biên, ngoài việc xử lý khối 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

Bx C6 a pc cung) Pures Lage Dat Warehoneurey

LAN/WAN

SENSORS AND CONTROLLERS

Ly do nén dung Edge Computing

Giới hạn về tốc độ xử ly 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 có thể tính bằng hàng trăm mili giây Ngược lại, các thiết bị biên có thế yếu hơn rất nhiều nhưng với lượng dữ 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

13

ngăn Thử nghĩ vê những chiếc xe tự lái, môi mili giây độ trể có thê đánh doi bang an toan của con người

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 truyện dữ liệu Một ví dụ đề thấy là mỗi khi cáp quang gặp sự cô, ảnh hưởng đên kêt nôi Internet trong nước là không đáng kế trong khi băng thông quốc tế luôn sụt giảm đến mức khó chịu

Bao mat an toan cao

Van dé noi bat của điện toán đám mây, nhất là đám mây công cộng chính là tính riêng tư vả bảo mật dữ liệu Có thể 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 biên luôn cho sự an tâm tốt hơn về bảo mật Chỉ các đữ liệu không quan trọng mới được đây lên máy chủ công cộng

Giảm tải băng thông của 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 giảm lượng đữ liệu phải truyền qua Internet đến Cloud Server mà còn cắt giảm chỉ phí đầu tư cho năng lực xử lý đám mây

Nhược điểm của điện toán biên

Thiếu cơ sở vật chất tại chỗ

Edge Computing thực hiện xử lý ở vùng biên — nơi đặt các máy chủ gan nhất Nhưng đôi khi có những vùng kém phat trién gay kho khan khi trién khai cơ sở hạ tầng điện toán biên, khiến những ưu điểm của mô hình nay không thê phát huy tôi đa

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 kiếm soát khó hơn nhiêu điện toán tập trung

14

Mat mat dữ liệu

Tại biên, những đữ liệu bị đánh piá là thừa thường sé bị loại bỏ trong quá

trình xử lý để khối lượng công việc tải lên đám mây là tối 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 thi vấn đề truy vết và khôi phục sẽ trở nên rất phức tạp

Chi phi đầu tư lớn

Mặc dù điện toán biên đem đến nhiều lợi ích vả khả năng tiết kiệm băng

thông cũng như năng lực xử ly dam may, chi phí ban đâu 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 chùn bước ngay cả các doanh nghiệp lớn

Il Nguyên lý điều khiến của hệ thống

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

- _ Tắt từng pha đèn

- Đưa công suât điện vào ít hơn

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

Với các đèn thế hệ mới sẽ điều chỉnh ánh sáng bằng các điều chỉnh công suất đèn (dimmer)

Với hệ thống đèn Halogen (không điều chỉnh sáng tối được) có thê sử dụng hệ thông đề tự động bật tắt xen kẽ các đèn

Hệ thống tự động hoàn toàn với độ an toàn cao Nhờ sử dụng nguyên lý của EDGE computer: trên server chỉ đưa lệnh xuông, nhưng bộ DU tự động xử lý và đưa

- Trong trường hợp mật kết nối với seerrver (tính huông rất thường xuyên xảy ra với kết nối interrnet) DTU sé van tiếp tục thực hiện theo các kịch bản chiếu

15

sáng đã được thiết lập Nói cách khác server không trực tiếp điều khiển đèn mà chỉ đưa ra các phương án chiêu sáng cho DU thực hiện

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

- Cho biét lượng điện tiêu thụ, hỗ trợ cho việc quản lý điện năng tiêu thụ

- _ 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 thống (ví dụ lượng điện tiêu thụ thấp hơn bình thường thì khả năng có đèn bị cháy, không hoạt động)

Điều chỉnh qua internet giúp giảm chí phí nhân công, quản lý hệ thống tốt hơn

II Cách thức điều khiển

Sử dụng các app cho cai dat, điều khiến và theo dõi toàn bộ hệ thông Ở đây nhóm dự án sử dụng hai app:

ATH smartlight là app chạy trên Android: app này được sử dụng đề điều khiến trực tiếp bật tắt các đèn, khi đèn hỏng có thể giúp công nhân kiểm tra, test thử tại hiện trường

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

- App cho phép điều khiến 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 đề hỗ trợ phát hiện lỗi

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 nắm được chu trình hoạt động của hệ thống

- Ngoài ra còn chức năng cài đặt đặc biệt cho một khoảng thời p1an xác định Có thé ứng dụng tính năng này để cài đặt chiếu sáng cho cac dip đặt biệt như lễ tết hoặc ngày trái đất

Inventronics: dùng để điều chỉnh độ sáng tối theo yêu cầu, có thé là sáng 30%,70%, 100%

16

17

Hoạt động của Edae Computing: Điện tốn biên hoạt động bằng cách nắm bắt

và xử ly thơng tin cảng gân nguồn dữ liệu hoặc sự kiện mong muốn càng tốt

Nĩ dựa vào cảm biến, thiết bị điện tốn và máy mĩc 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, đữ liệu này cĩ thể cung cấp cho hệ thống phân tích và học máy, cung cấp khả năng tự động hĩa hoặc cung cấp khả năng hiến thị về trạng thái hiện tại của thiết bị, hệ thống hoặc sản phâm Tuy nhiên, các trung

tâm dữ liệu biên và đám mây khơng phải là cách duy nhất để xử lý dữ liệu

Trong một số trường hợp, các thiết bị loT cĩ thê tự xử lý đữ liệu bằng phần cứng tích hợp hoặc gửi dữ liệu đến thiết bị thơng minh được kết nối

Edge computer là 1 phần của iot

lot (khơng cĩ edee computer) thì các lòic thuật tốn được xử ly trên server, dtu chỉ thừa hành

Với edge computer, server đưa lệnh xuống (ví dụ dim 35%), nhung edge computer tiép tuc xu ly đê điêu khiến đèn

Chức năng xu ly cua Edge computer:

1 - từ dim tinh toan bat tat ro le

2- so sánh thời gian dé quyết định cĩ điều chỉnh đèn khơng Nếu lệnh là đợi tới chu kỳ hoạt động tiếp theo, Edge computer sé doi, chtr khong

trách xử lý cho một khu vực địa lý Nhìn chung biên khơng nhất thiết phải nằm ở mạng LAN hay kết nối qua Internet, miễn là nĩ 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 tốn đám mây lại phù hợp với các tính tốn cần sức mạnh xử lý lớn

Trong đề tài Edge computing đã được ứng dụng rất tốt

- Hệ thống đèn luơn hoạt động, kể cả khi mắt kết nối với server

- _ Tốc độ xử ly cao, tránh được độ trễ (Iatency) của hệ thống internet

- Cac Edge computer nam trong cing mét hé théng nhung co thê hoạt động độc lập, cho phép điều khiến từng thiết bị DTU mà khơng làm ảnh hưởng tới hoạt động của các DU khác

18

Voi Edge computer cac thuat toán được xử lý tại các thiết bị DTU, do đo không yêu cầu sử dụng server mạnh, không đòi hỏi băng thông lớn, lượng đữ liệu truyền trên mạng do đó cũng ít Ví dụ đề điều khiến cường độ sáng tôi của đèn server chi dua ra chi thi "time":"20:00","dim":50" cac DTU sé tu hiéu va tinh toán chế độ dimmer cũng như bật tat các pha đèn sao cho phủ hợp nhất

Edge computer cting co kha nang manh trong thu thập, quản lý dữ liệu So với các thiết bị khác các thiết bị DTU của nhóm có thê lưu trữ lượng lớn đữ liệu Ngoài việc báo cáo về server các dữ liệu này cũng phục vụ việc quản lý, chuân đoán lỗi tại hiện trường

Trong quá trình nghiên cứu nhóm dự án đã thử nghiệm với các chức năng dưnmer: Dimmer hay còn gọi là bộ điều chỉnh điện áp cung cấp cho thiết bị điện Nó có tác dụng làm cho cường độ dòng điện thay đổi Nhờ vậy mà nó có thể 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 tủy 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, siúp kiếm 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 quá trình sinh nhiệt, dẫn đến thay đôi cường độ dòng điện Từ đó làm thay đôi cường độ ánh sáng của đèn

Những loai dimmer

Dimmer van nang Loại này được sử dụng để điều khiến đèn halogen, dén sợi đốt, đèn huỳnh quang compact và đèn Led, mà không gặp tình trạng nhấp nháy ánh sáng Tuy nhiên, trước khi sử dụng cho đèn huỳnh quang

và đèn Led thì bạn cần kiểm tra sản phẩm đó có dimmable hỗ trợ hay không

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 suât kém

Dimmer ELV Được sử dụng cho điều khiến máy biến áp thấp, đèn led dây, đèn track light De lap dunmer ELV cân có thêm một dây trung tính Dimmer tir tinh dién ap thap MLV

Loại này đành riêng cho đèn âm tường có từ tính và điện áp thấp Dimmer MLV thường nặng và có kích thước lớn hon dimmer ELV

19

Dimmer công suât cao Loại này được dùng cho những đèn có công suất cao, thường là 1000W Nêu bạn cân sử dụng cho đèn có công suât từ 600W trở lên thi nên chon dimmer céng suat cao

Các ứng dụng của dimmer trong cuộc sông

- - Điều chỉnh độ sáng của đèn Một số loại đèn chiếu sáng như đèn bản làm việc, đèn ngủ, đèn trong các rạp hát, đèn sân khấu sẽ sử dụng dimmer Dimmer hé tro diéu chỉnh mức ánh sáng phủ 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

- 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 gid 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 thấy 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 dé dang nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt Ngoài ra, việc xoay các dimmer cũng nhẹ nhàng vả có cảm giác thân thiện hơn

- _ Ứng dụng trong nông nghiệp Dimmer được ứng dụng để thay đổi độ sáng đèn trong nông nghiệp Trong nuôi trồng, người ta hay sử dụng đèn sợi đốt đề thay đổi nhiệt

độ môi trường Dimmer là sản phâm tuyệt vời để thay đổi được nhiệt

độ môi trường gián tiếp qua đèn, rất tiện dụng

Thiết kế Dimming dựa trên công nghệ điều chế tần số và dòng điện, mang lại hiệu ứng làm mờ đồng đều và ổn định Kỹ thuật này phổ biến đối với đèn có thể điều chỉnh độ sáng, đặc biệt là đèn sợi đốt Trong quá trình Dimming, các đèn LED van hoạt động ở cùng một điện áp và dòng điện như trong quá trình phat sang day du

Có 3 loại Công tắc phô biến hiện nay đó là:

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 halopen sau này là đèn LED G1ao tiếp tín hiéu gitra Triac Dimmer va Triac Led Driver la tin higu analog

- Ưu điểm: chỉ phí lắp đặt thấp, đấu nỗi đễ dàng, hiệu suất

làm việc khá tốt và ôn định

- Nhược điểm: Công suất Triac dimmer nhỏ (Max 400W

cho LED) nên thích hợp điều chỉnh hệ thông 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 cac 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 thông 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 đổi từ 1V đến 10V tương ứng điều chỉnh độ sáng đèn ở

mức 5% đến 100%,

Ưu điểm: điều chỉnh ánh sáng mịn và mượt mà hơn, có thể điều chỉnh số lượng đèn lớn lên công lên đến hảng ngản Watt chỉ với 1 dimmer Hệ thống 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 tín hiệu [V và 10V

3 DALI DIM

Dali (Digital Addressable Lighting 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

thông, thiết lập từng nhóm đèn (øroup) hoặc các ngữ cảnh (scene) của từng đèn

Dali - tiêu chuẩn kỹ thuật giao tiếp tín hiệu trong chiếu sáng đã nổi lên như một tiêu chuan ở Châu Âu để giải quyết các vấn đề về điện ngày cảng tăng, hầu hết cho các mục đích thương mại và công nghiệp Có rất nhiều sản phẩm điều khiển 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 là 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 thể lập trình điều khiển thông qua phần mềm thích hợp cho các ứng dụng chuyên nghiệp

Nhược điểm: hệ thống đấu nỗi dây phức tạp hơn, chỉ phí lắp đặt cao hơn

in DaliDimmable v [xe iy DaliDimmable ,.| Thien

ĐA Led Driver SJ /DA Led Orrver a a 4

LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG DIM

- Dimming chỉ hoạt động điều chỉnh công suất lumen hoặc thay đổi độ sáng của các thiết bị chiếu sáng

Nó có một số lợi ích như:

- _ Tạo sự linh động điều chỉnh cường độ sáng phù hợp với nhu cầu của từng thời điểm chiếu sáng

- _ Giảm lượng tiêu thụ điện năng, tránh lãng phí năng lượng

- Tang tuổi thọ bộ đèn LED

Nhóm nghiên cứu sử dụng công tắc đimmer 1-10V đimming

- 1-10V Dimming: Day 1a loai Diming ma Giao tiép gitra 1-10V Dimmer & 1-

10V Dimable Led Driver la tin hiệu analog Có biên độ thay đôi từ 1V đến 10V tương ứng điều chỉnh độ sáng đèn ở mức 5% đến 100%

Ưu điểm:

Điều chỉnh ánh sáng mịn và mượt mà hơn, có thể điều chỉnh số lượng đèn lớn chỉ với 1 dimmer Sé lượng đèn có thê điều khiển phụ thuộc vào khoảng cách, do điện áp suy hao khi khoảng cách lớn

Hệ thông phủ hợp với các công trinh lớn, các phòng lớn điêu khiên sô lượng đèn lớn,công suât cao,nhiêu chuối đèn

Hệ thống còn tương thích với hệ thống thiết bị nhà thông minh

Dễ đàng lắp đặt và triển khai đo thiết bị DAC tạo điện áp 0-10V rất dễ

kiếm trên thị trường

Có thể kết hợp với LORA để truyền tín hiệu không dây từ trung tâm

DALI DIMMER: Dali (Digital Addressable Liphting Interface) là tiêu chuân 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 Dimmer là một loại dinming kỹ thuật số cho phép điều chỉnh từng đèn

trong hệ thống, thiết lập từng nhóm đèn (group) hoặc các ngữ cảnh (scene) của từng đẻn

DALI đang tiếp tục phát triên với các biến thể DALI-2 DT-6, DT-§ cung cấp nhiều chức anwng tiên tiến cho việc điều khiển đèn

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

Tín hiệu kỹ thuật số nên không không bị ảnh hưởng bới khoảng cách, đèn đầu dãy cũng như cuối dãy sẽ sáng với cùng cường độ

Khoảng cách điều khiển xa: tới khoảng 300 m với dây dẫn 1.5 ly

Chức năng theo dõi hoạt động, nhiệt độ, tudi thọ, công suất của đèn

Các chức năng an toàn như tự động bật / hoặc tắt khi đường điều khiển bị lỗi, chức năng bật / tắt đèn khi đóng điện vào

Chức năng FADE: Tăng giảm cường độ sáng từ từ (15 bậc) tránh sốc cho người tham gia giao thông do ánh sáng thay đôi quá nhanh

Có thê đánh số (addressable) tới 64 bộ DALI Dimmer, dễ dàng quản lý tới

từng đẻn

Nhược điểm:

Hệ thống đấu nối dây phức tạp hơn,chi phí lắp đặt cao hơn

Do DALI mới được chuẩn hóa nên thiết bị điều khién DALI (DALI

controller) hién it, g14 thanh cao

Hiện với sản phâm DALI Dimmer có rất nhiều hãng nước ngoài như: Legrand, Panasonic, Schneider Electric, Bosch, GE, Honeywell, Simens, Simon; Các hãng Thiết bị trong nước cũng có những dòng Dimmer bình dan: Sino, Nano, MPE, Sunmax, Lioa

¬ Sau khi nghiên cứu và kiểm nghiệm thử nhóm dự án đã quyết định chọn “ DALI DIMMER” để thực hiện sản phẩm

25