Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng sử dụng công nghệ GSM GPRS luận văn ths công nghệ điện tử viễn thông 60 52 70 pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phan Văn Minh XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GSM/GPRS LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phan Văn Minh XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GSM/GPRS Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thăng Long Hà Nội - 2010 MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 Khái niệm đại lƣợng đo ánh sáng Bản chất sóng - hạt ánh sáng Nguồn sáng tự nhiên quang phổ liên tục Nguồn sáng nhân tạo quang phổ vạch Các đại lƣợng đo ánh sáng Một số tƣợng phát sáng phạm vi ứng dụng chiếu sáng nhân tạo Hiện tuợng phát sáng nung nóng Hiện tuợng phát sáng phóng điện 10 Hiện tƣợng phát sáng huỳnh quang 11 Hiện tƣợng phát sáng lân quang 12 Hiện tƣợng phát sáng thứ cấp 13 Các loại nguồn sáng nhân tạo thông dụng 13 Bóng đèn nung sáng 13 Bóng đèn huỳnh quang 16 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) 18 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) 19 Đèn Sulfua 19 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 20 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Cấu tạo thông số đèn chiếu sáng công cộng 20 Cấu tạo đèn chiếu sáng công cộng 20 Các thông số quang học đèn chiếu sáng công cộng 22 Phân loại đèn chiếu sáng công cộng 24 Hệ thống điều khiển giám sát chiếu sáng công cộng 25 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát chiếu sáng Công cộng sử dụng Hà Nội 26 Tủ điều khiển khu vực 26 Tủ điều khiển chiếu sáng 27 Phòng điều khiển giám sát Trung tâm 28 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHIẾU SÁNG QUA MẠNG GSM/GPRS 30 3.1 Giới thiệu Công nghệ GSM-GPRS 30 3.2 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS điều khiển 31 3.3 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng đô thị 32 3.3.1 Mô hình hệ thống 32 3.3.2 Phần mềm ứng dụng 33 3.3.3 Các yêu cầu kỹ thuật 33 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN KHU VỰC 35 4.1 Các chức tủ điều khiển chiếu sáng khu vực 35 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 4.4.9 4.4.10 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5 4.6 4.6.1 4.6.2 Các đặc điểm tủ điều khiển chiếu sáng khu vực 35 Sơ đồ khối tủ điều khiển chiếu sáng khu vực 36 Các phần tử tủ chiếu sáng khu vực 36 MODEM truyền thông GSM/GPRS 38 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tủ khu vực 41 Khối nguồn nuôi cho mạch 43 Khối quản lý nạp ắc quy 44 Khối chấp hành: Điều khiển khởi động từ rơ le 45 Khối thẻ nhớ SD Card 46 Khối truyền thông nối tiếp UART 46 Khối thời gian thực 48 Khối hiển thị: Graphic LCD 48 Khối Transducer 48 Khối vi điều khiển 56 Mạch in tủ điều khiển khu vực 60 Phần mếm nhúng vi điều khiển ATMEGA128 62 Bù offset cho kênh dòng áp ADE7758 63 Căn chỉnh khối đo cho ADE7758 64 Lƣu đồ chƣơng trinh chính: 66 Lƣu đồ chƣơng trình đọc giải mã lệnh từ MODEM 68 Truyền thông MODEM mạch điều khiển 69 Kết 71 Tìm hiểu, khảo sát 71 Thực nghiệm 71 KẾT LUẬN 77 PHỤ LỤC 79 MỞ ĐẦU Tại Việt Nam trƣớc đây, chiếu sáng đô thị đƣợc xây dựng sở lƣới đèn chiếu sáng công cộng đƣợc xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi đốt Đến năm 1975, đèn cao áp đƣợc lắp đặt khu vực quảng trƣờng Ba Đình lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh Ngoài chiếu sáng đƣờng phố, loại chiếu sáng khác đô thị nhƣ chiếu sáng công viên, vƣờn hoa, chiếu sáng cảnh quan công trình kiến trúc văn hoá, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tƣợng đài sơ sài Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ (4/1992) mốc khởi đầu cho phát triển ngành chiếu sáng đô thị Việt Nam Thực trạng chiếu sáng đô thị lúc kém, lạc hậu so với đô thị khu vực Sau Hội nghị chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức Đà Nẵng, với phát triển vƣợt bậc kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị nƣớc ta thực hình thành phát triển [1]  Vai trò chiếu sáng đô thị: Tại nƣớc phát triển, điện dùng cho chiếu sáng chiếm từ đến 13% tổng điện tiêu thụ Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng quan chức đô thị Chiếu sáng đƣờng phố tạo sống động, hấp dẫn tráng lệ cho đô thị đêm, góp phần nâng cao chất lƣợng sống cho ngƣời dân đô thị, thúc đẩy phát triển thƣơng mại du lịch Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí tạo không khí lễ hội, khác biệt cảnh quan đô thị dịp lễ tết ngày kỷ niệm lớn thời điểm diễn hoạt động trị, văn hóa xã hội nhƣ kiện quốc tế… Do cần có đánh giá xác khách quan hiệu mà chiếu sáng đem lại không mặt kinh tế, mà phƣơng diện văn hóa - xã hội Không nhìn nhận hiệu trực tiếp trƣớc mắt, tính đƣợc tiền mà hiệu gián tiếp lâu dài mà chiếu sáng đem lại việc quảng bá, thúc đẩy phát triển thƣơng mại, du lịch dịch vụ Chỉ có nhƣ vậy, hệ thống chiếu sáng đô thị phát triển trì cách bền vững, đóng vai trò ngày xứng đáng công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị Hiện Việt Nam nhu cầu điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng cấp thiết nhằm đảm bảo cho việc điều khiển chiếu sáng cách an toàn tối ƣu Một hệ thống điều khiển giám sát chiếu sáng công cộng cần thoả mãn số tính nhƣ sau:  Điều khiển ổn định xác hệ thống đèn chiếu sáng  Có thể điều khiển đèn khu vực thông qua trạm điều khiển  Có thể điều khiển trực tiếp trạm điều khiển  Đo đạc giám sát tình trạng hoạt động trạm điều khiển  Có khả lƣu trữ thông số đo đạc điều khiển thời gian dài  Có thể điều khiển giám sát riêng rẽ trạm hay tất trạm trung tâm Để đáp ứng yêu cầu nhƣ việc xây dựng hệ thống điều khiển giám sát phục vụ cho chiếu sáng cho đô thị, thành phố phức tạp tốn Cùng với phát triển công nghệ vi điện tử, họ vi điều khiển ngày trở nên nhỏ gọn, tích hợp nhiều chức năng, tiêu thụ lƣợng, phù hợp cho việc thiết kế chế tạo modul điều khiển đo đạc nhỏ gọn thông minh Bên cạnh công nghệ viễn thông phát triển, đặc biệt công nghệ truyền dẫn số liệu tốc độ cao thông qua mạng di động nhƣ GPRS, EDGE Vì việc ứng dụng công nghệ viễn thông kết hợp với số thiết bị đầu cuối thông minh để điều khiển giám sát xu đƣợc phát triển mạnh  Mục tiêu luận văn  Thiết kế, xây dựng đƣợc thiết bị có chức sau:  Nhận lệnh trực tiếp qua bàn phím để điều khiển On/Off hai khởi động từ pha công suất lớn  Giám sát đƣợc thông số điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất điện tiêu thụ pha  Tự động làm việc theo lịch trình lập trƣớc  Có khả kết nối với MODEM GSM/GPRS để điều khiển giám sát từ xa CHƢƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG 1.1 Khái niệm đại lƣợng đo ánh sáng [1] 1.1.1 Bản chất sóng - hạt ánh sáng Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng vô tuyến,…tất dạng lƣợng điện từ đƣợc truyền không gian dƣới dạng sóng, giống nhƣ xạ điện từ khác đƣợc đặc trƣng bƣớc sóng λ Sóng điện từ đƣợc chia thành dải nhƣ bảng sau, ánh sáng mà mắt ngƣời thấy đƣợc dải sóng điện từ hẹp khoảng 380nm - 780nm: Từ 3000 m đến 1000 m Từ 1000 m đến 100 m Từ 100 m đến 10 m Từ 10 m đến 0,5 m Từ 0,5 m đến 1,0 mm Từ1000 µm đến 0,78 µm Từ 780 nm đến 380 nm Từ 380 nm đến 10 nm Từ 100 A0 đến 0,01 A0 Từ 0,01 A0 đến 0,001 A0 Sóng dài (LW = long wave) Sóng trung (MW = medium wave) Sóng ngắn (SW = Short wave) Sóng vô tuyến (FM) Sóng rađa Sóng hồng ngoại Ánh sáng nhìn thấy Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) Tia X Tia γ, tia vũ trụ Bảng 1: Dải sóng điện từ ( µm = 10-6 m ; nm = 10-9 m; A0 = 10-10 m) Theo thuyết lƣợng tử, ánh sáng mang chất hạt (photon), phát sáng vật thể giải thích nhƣ sau:  Một photon bị biến va vào đẩy điện tử vòng lên trạng thái kích thích quỹ đạo xa nhân hấp thu lƣợng ánh sáng vật chất  Một photon đƣợc sinh điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang quỹ đạo khác gần nhân tải lƣợng mà nguyên tử bị dƣới dạng tia sáng mà bƣớc sóng tỷ lệ nghịch với lƣợng đƣợc truyền phát lƣợng ánh sáng vật chất Nhƣ vào bƣớc sóng ta phân biệt đƣợc sóng ánh sáng dạng lƣợng khác quang phổ điện từ 1.1.2 Nguồn sáng tự nhiên quang phổ liên tục Ánh sáng nhìn thấy khác với dạng xạ điện từ khác khả làm kích hoạt võng mạc mắt ngƣời Vùng ánh sáng nhìn thấy có bƣớc sóng dao động từ 380nm - 780nm Thực nghiệm cho thấy phổ ánh sáng mặt trời dải quang phổ liên tục có bƣớc sóng thay đổi từ 380nm –780nm Hình 1: Thí nghiệm quang phổ liên tục 1.1.3 Nguồn sáng nhân tạo quang phổ vạch Hình 2: Thí nghệm quang phổ vạch Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch) Hình kết thí nghiệm xác định quang phổ số nguồn sáng nhân tạo sau qua lăng kính: 1.1.4 Các đại lƣợng đo ánh sáng 1.1.4.1 Góc khối  Ký hiệu góc khối: Ω  Đơn vị: Sr (steradian)  Ý nghĩa: Góc khối góc không gian, đặc trƣng cho góc nhìn (tức từ điểm nhìn vật thể dƣới góc khối) Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng xạ lƣợng 1.1.4.2 Quang thông Thông lƣợng lƣợng ánh sáng nhìn thấy khái niệm có ý nghĩa quan trọng mặt vật lý Tuy nhiên kỹ thuật chiếu sáng khái niệm đƣợc quan tâm Hình 3: Đường cong hiệu ánh sáng Giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ=700nm) màu vàng (λ=577nm) có mức lƣợng tác động đến mắt ngƣời kết nhận đƣợc mắt ngƣời cảm nhận tia màu đỏ tốt màu vàng Điều giải thích khúc xạ qua mắt (vai trò thấu kính hội tụ) khác nhau: tia sáng có λ bé bị lệch nhiều hội tụ trƣớc võng mạc, tia có λ lớn lại hội tụ sau võng mạc, có tia λ=555nm (vàng) hội tụ võng mạc Trên sở ta phải xây dựng đƣờng cong hiệu ánh sáng V(λ) mắt ngƣời (hình 3) Đƣờng cong ứng với thị giác ban ngày đƣờng cong ứng với thị giác ban đêm Nhƣ thông lƣợng lƣợng dùng kỹ thuật chiếu sáng phục vụ ngƣời, phải đƣa vào đại lƣợng W(λ) phải kể đến đƣờng cong V(λ), đại lƣợng gọi quang thông  Ý nghĩa: Về chất, quang thông lƣợng nhƣng đơn vị tính W mà Lumen Đây đại lƣợng quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể phần lƣợng mà nguồn sáng xạ thành ánh sáng toàn không gian xung quanh 1.1.4.3 Cƣờng độ sáng  Ý nghĩa : Cƣờng độ sáng đại lƣợng quang học bản, đại lƣợng quang học khác đại lƣợng dẫn suất xác định qua cƣờng độ sáng  Ký hiệu : I  Đơn vị : Cd (cadela) Cadela có nghĩa “ngọn nến”, đơn vị đo lƣờng (m, kg, s, A, K, mol, cd)  Định nghĩa Cd: Cadenla cƣờng độ sáng theo phƣơng cho nguồn phát xạ đơn sắc có tần số 540.1012Hz (λ=555mm) cƣờng độ lƣợng theo phƣơng 1/683 W/Sr 1.1.4.4 Độ rọi  Ký hiệu : E  Đơn vị: Lux hay Lx Lux đơn vị đo độ chiếu sáng bề mặt Độ chiếu sáng trì trung bình mức lux trung bình đo đƣợc điểm khác khu vực xác định Một lux lumen mét vuông  Ý nghĩa: Thể lƣợng quang thông chiếu đến đơn vị diện tích bề mặt đƣợc chiếu sáng, nói cách khác mật độ phân bố quang thông bề mặt chiếu sáng 1.1.4.5 Độ trƣng  Ý nghĩa: Độ trƣng đặc trƣng cho phát sáng theo phƣơng vật phát sáng (bao gồm nguồn sáng ánh sáng phản xạ vật đƣợc chiếu sáng)  Ký hiệu: R  Đơn vị: Lm/m2 Lm/m2 độ trƣng nguồn sáng hình cầu có diện tích mặt 1m2 phát quang thông Lumen phân bố theo phƣơng 1.1.4.6 Độ chói  Ý nghĩa: Thể mật độ phân bố cƣờng độ sáng phát từ đơn vị diện tích bề mặt theo hƣớng xác định đến ngƣời quan sát Độ chói phụ thuộc vào tính chất phản quang bề mặt hƣớng quan sát (không phụ thuộc vào khoảng cách từ mặt đến điểm quan sát)  Ký hiệu: L  Đơn vị: Cd/m2 Cd/m2 độ chói mặt phẳng phát sáng có diện tích m2 có cƣờng độ sáng Cd theo phƣơng vuông góc với nguồn 1.1.4.7 Nhiệt độ màu Nhiệt độ màu nguồn sáng đƣợc thể theo thang Kelvin (K) biểu màu sắc ánh sáng phát Một sắt nguội có màu đen, nung nóng 66 4.5.3 Lƣu đồ chƣơng trinh chính: Hình 48: Lưu đồ chương trình ADE7758 67 Giải thích lƣu đồ:  Đầu tiên khởi tạo hệ thống: Khởi tạo định thời, biến  Đọc nhớ EEPROM để lấy thông số chỉnh dòng áp, điện lịch đóng cắt  Đọc nhớ NVRam để lấy giá trị điện đƣợc tích lũy đến thời điểm  Sau chƣơng trình vào vòng lặp vô hạn: o Chip thời gian thực DS1307 sau giây đƣa xung dƣơng vi điều khiển, vi điều khiển dùng xung để quét kiện không cần cập nhật nhanh:  Đọc thời gian thực  Đọc thông số điện áp, dòng điện, điện năng, hệ số công suất  Kiểm tra lịch đóng cắt, đến thời điểm đóng cắt lệnh đóng cắt khởi động từ  Kiểm tra thời điểm ghi thẻ nhớ, đến thời điểm ghi thẻ nhớ ghi thông số hệ thống vào thẻ nhớ o Đọc đệm nhận UART từ MODEM, có lệnh giải mã thực lệnh o Quét thực lệnh có lệnh từ bàn phím o Kiểm tra điện áp ắc quy, ắc quy đầy ngắt dòng nạp vào ắc quy 68 4.5.4 Lƣu đồ chƣơng trình đọc giải mã lệnh từ MODEM Hình 49: Lưu đồ chương trình đọc giải mã lệnh từ MODEM Giải thích lƣu đồ:  Khi có liệu đệm nhận UART từ MODEM, vi điều khiển lọc chuỗi đánh dấu: “MEMSLAB”  Khi chuỗi đánh dấu MEMSLAB, tách byte mã lệnh sau chuỗi “MEMSLAB”: o Tách byte tham số ứng với lệnh o Thực lệnh o Phản hồi thành công MODEM  Kết thúc, quay trở lại chƣơng trình 69 4.5.5 Truyền thông MODEM mạch điều khiển MODEM Q24 vi điều khiển ATMEGA128 giao tiếp với qua đƣờng nối tiếp UART  Tốc độ truyền 19200 bit/giây  bit liệu  bit start, bit stop  Không có bít chẵn lẻ 4.5.5.1 Khung truyền liệu từ MODEM đến vi điều khiển ATMEGA128 Để tránh lỗi truyền, lệnh điều khiển từ MODEM hay lệnh phản hồi trung tâm qua MODEM có chuỗi đánh dấu: “MEMSLAB” Cả Server vi điều khiển trƣớc nhận lệnh phải nhận đƣợc xác chuỗi Cấu trúc lệnh truyền thông MODEM vi điều khiển nhƣ sau: MEMSLAB byte mã lệnh Các byte tham số (tùy theo mã lệnh) Tập lệnh điều khiển từ MODEM tủ chiếu sáng Thứ lệnh tự Chuỗi đánh dấu Mã lệnh Các tham số Chức MEMSLAB 00 Lệnh đóng cắt khởi động từ MEMSLAB 01 00: Đóng 100% 01: Đóng 30% 02: Đóng 70% 03: Tắt Không tham số MEMSLAB 02 MEMSLAB 03 MEMSLAB 04 MEMSLAB 05 MEMSLAB 06 MEMSLAB 07 Yêu cầu truyền Trạng thái lên Server Giờ, phút, ngày, Đặt thời gian thực tháng, năm g1,p1,s1,g2,p2,s2 Đặt lịch đóng g3,p3,s3,g4,p4,s4 cắt g5,p5,s5 Ngày, tháng, Đọc thẻ nhớ năm Không tham số Giữ kết nối với MODEM Không tham số Reset điện tiêu thụ Đặt thời gian Time 70 ghi thẻ định kỳ nhớ Bảng 5: Tập lệnh điều khiển từ MODEM tủ chiếu sáng 4.5.5.2 Tập lệnh gửi từ mạch điều khiển trung tâm qua MODEM Thứ tự Chuỗi đánh dấu lệnh MEMSLAB Mã lệnh Các tham số Chức 00 MEMSLAB 01 Báo cáo lệnh đóng cắt thực thành công Truyền liệu trung tâm MEMSLAB 02 00: Đóng 100% 01: Đóng 30% 02: Đóng 70% 03: Tắt giờ,phút,ngày,tháng, năm,s,u1,u2,u3,i1,i2, i3,p1,p2,p3,e1,e2,e3 giờ, phút, ngày, tháng, năm MEMSLAB 03 MEMSLAB 04 MEMSLAB 06 g1,p1,s1,g2,p2,s2 g3,p3,s3,g4,p4,s4 g5,p5,s5 giờ,phút,ngày,tháng, năm,s,u1,u2,u3,i1,i2, i3,p1,p2,p3,e1,e2,e3 Không tham số MEMSLAB 07 Time Đặt thời gian thực thành công Đặt lịch đóng cắt thành công Truyền liệu từ thẻ nhớ trung tâm Reset điện tiêu thụ thành công Đặt thời gian ghi thẻ nhớ thành công Bảng 6: Tập lệnh trả trung tâm từ tủ chiếu sáng trung tâm qua MODEM 71 4.6 Kết Trong thời gian học tập thực luận văn em thu đƣợc số kết nhƣ sau: 4.6.1 Tìm hiểu, khảo sát  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cấu tạo số loại đèn chiếu sáng thông dụng  Khảo sát kỹ hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố Hà Nội  Đƣa đƣợc mô hình hệ thống chiếu sáng công cộng sử dụng công nghệ GSM/GPRS nhằm khắc phục hạn chế hệ thống thời 4.6.2 Thực nghiệm Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công tủ chiếu sáng khu vực có khả điều khiển giám sát dãy bóng đèn chiếu sáng nhƣ sau:  Nhận lệnh điều khiển từ trung tâm để đóng mở dãy đèn  Có khả tự trị hoạt động theo lịch cài sẵn  Đo thông số E, U, I, Cosφ với cấp xác 1% 4.6.2.1 Kết đo dòng điện thiết bị: Đồ thị kết đo dòng điện 60 50 Ampe 40 Thiết bị chuẩn Tủ chiếu sáng 30 20 10 10 11 Hình 50: Đồ thị kết đo dòng điện thiết bị Đồ thị cho thấy kết đo dòng thiết bị khớp với thiết bị phát dòng chuẩn Sai số phép đo dòng là: eI  I max I 72 eI  50.72  50.45  0.54% 50 4.6.2.2 Kết đo điện áp thiết bị: Đồ thị kết đo điện áp 350 300 Vôn 250 200 Thiết bị chuẩn 150 Tủ chiếu sáng 100 50 Hình 51: Đồ thị kết đo điện áp thiết bị Sai số phép đo điện áp là: U max U 300.37  300.08 eu   0.1% 300 eu  73 4.6.2.3 Kết đo điện hữu công thiết bị: Đồ thị kết đo điện hữu công 30 25 kWh 20 Thiết bị chuẩn 15 Tủ chiếu sáng 10 5 10 11 Hình 52: Đồ thị kết đo điện hữu công thiết bị Sai số phép đo điện áp là: Emax E 11.16  11.1 eE   0.54% 11.1 eE  4.6.2.4 Thời gian trễ truyền thông MODEM trung tâm Truyền thông MODEM trung tâm có thời gian trễ định Nó phụ thuộc vào thời điểm Nhìn chung thời gian nhỏ giây Vào đêm 30 tết nguyên đán năm 2010, thời gian mà mạng GSM/GPRS tắc nghẽn nhƣng việc truyền thông tủ chiếu sáng trung tâm đƣợc đảm bảo tốt Điều cho thấy tính khả thi công nghệ truyền thông GSM/GPRS 4.6.2.5 Một số kết thực nghiệm thu đƣợc trình thử nghiệm thiết bị công ty chiếu sáng Hà Nội 74 Đồ thị theo dõi điện áp pha tủ điều khiển từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 240 235 230 Vôn 225 Pha1 220 Pha2 Pha3 215 210 205 200 194 387 580 773 966 1159 1352 1545 1738 1931 2124 2317 2510 2703 Số mẫu ( mẫu/giây) Hình 53: Đồ thị theo dõi điện áp pha tủ điều khiển lắp phố Trần Khát Chân từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 Điện áp pha dao động khoảng từ 215 vôn đến 237 vôn Đồ thị theo dõi dòng điện tiêu thụ tủ điều khiển từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 60 Ampe 50 40 Pha1 30 Pha2 20 Pha3 10 171 341 511 681 851 1021 1191 1361 1531 1701 1871 2041 2211 2381 2551 2721 Số mẫu ( mẫu/giây) Hình 54: Đồ thị theo dõi điện áp pha tủ điều khiển lắp phố Trần Khát Chân từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 Dòng điện qua pha (màu xanh dƣơng) pha không sử đƣợc sử dụng Ban ngày đèn tắt nên dòng điện qua pha (tím) pha (vàng) 75 Đồ thị theo dõi dòng điện thụ tủ điều khiển từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 140 120 kWh 100 Pha1 80 Pha2 60 Pha3 40 20 180 359 538 717 896 1075 1254 1433 1612 1791 1970 2149 2328 2507 2686 Số mẫu ( mẫu/giây) Hình 55: Đồ thị theo dõi tiêu thụ tủ điều khiển lắp phố Trần Khát Chân từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 Các đoạn thẳng đồ thị tƣơng ứng với thời gian ban ngày, đèn tắt nên điện tiêu thụ pha không tăng lên Các đoạn dốc lên tƣơng ứng với thời gian đèn sáng, điện tiêu thụ tích lũy pha (tím) pha (vàng) tăng dần lên Đồ thị theo dõi hệ số công suất pha tủ điều khiển từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 1.2 0.8 Pha1 0.6 Pha2 Pha3 0.4 0.2 192 383 574 765 956 1147 1338 1529 1720 1911 2102 2293 2484 2675 Số mẫu ( mẫu/giây) Hình 56: Đồ thị theo dõi tiêu thụ tủ điều khiển lắp phố Trần Khát Chân từ ngày 22/06/2009 đến 23h59 ngày 22/06/2009 76 Hệ số công suất Pha (xanh dƣơng) dòng điện Hệ số công suất Pha (tím) pha (vàng) vào ban ngày không cấp điện cho hệ thống đèn chiếu sáng Đoạn tụt xuống đồ thị đèn đƣợc bật lên thời gian định để sáng ổn định, thời gian độ hệ số công suất đèn thấp chạy ổn định 77 KẾT LUẬN Trong thời gian học tập thực luận văn em thu đƣợc số kết nhƣ sau:  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cấu tạo số loại đèn chiếu sáng thông dụng, khảo sát hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố Hà Nội  Đƣa đƣợc mô hình hệ thống chiếu sáng công cộng sử dụng công nghệ GSM/GPRS nhằm khắc phục hạn chế hệ thống thời  Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công tủ chiếu sáng khu vực có khả điều khiển giám sát dãy bóng đèn chiếu sáng nhƣ sau: o Nhận lệnh điều khiển từ trung tâm qua mạng GSM/GPRS để đóng mở dãy đèn o Có khả tự trị hoạt động theo lịch cài sẵn o Đo thông số E, U, I, Cosφ với cấp xác 1%  Thiết bị đƣợc lắp đặt thử nghiệm thời gian dài tủ điều khiển chiếu sáng thuộc quản lý công ty chiếu sáng Hà Nội Kết điều khiển giám sát có tính ổn định cao Điều cho thấy khả ứng dụng hiệu thiết bị Do thời gian có hạn nên mô hình thiết kế có số hạn chế nhƣ:  Chƣa có chế mã hóa để bảo mật liệu đƣờng truyền thông với trung tâm  Do đóng cắt 1/3 dãy đèn nên hiệu suất sử dụng lƣợng chƣa cao  Phần nguồn dùng biến sắt từ nên dải điện áp hoạt động bị hạn chế Từ kết đạt đƣợc, em xin đề xuất số hƣớng phát triển cho hệ thống nhƣ sau:  Tối ƣu lại khung truyền liệu để vừa tăng tốc độ điều khiển giảm cƣớc phí GPRS  Cần bổ xung chế bảo mật liệu  Cần dùng nguồn Switching để đảm bảo độ ổn định  Mở rộng điều khiển đến bóng để tối ƣu việc sử dụng lƣợng điện 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Mạnh Hà (2009), Bài giảng kỹ thuật chiếu sáng đô thị, tr 7-59, Trƣờng đại học kiến trúc Đà Nẵng Trần Quang Vinh, Chử Văn An (2005), Nguyên lý kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội Ngô Diên Tập (2003), Kỹ thuật vi điều khiển với AVR, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh Dale Wilken, Balu Ananthanarayanan, Patrick Hasson (2001), “European Road Lighting Technologies”, Federal Highway Administration, pp 6-13 R J Bates (2001), GPRS: General Packet Radio Service, McGraw-Hill, New York H Granbohm and J Wiklund (1999), GPRS-general packet radio servic, Vol.II, Ericsson Review, pp 82-88 “ADE7758 Data Sheet”, Analog Devices, Inc, Available at: http://www.analog.com/static/imported-files/data /ADE7758.pdf “ATMEGA128 Data Sheet”, Atmel Corporation, Available at: http://www.atmel.com/atmel/acrobat/doc2467.pdf “All Data Sheet Library” [March 2, 2006] (Online Document), Available at: http://www.alldatasheet.com 79 PHỤ LỤC Một số hình ảnh tủ chiếu sáng mà em thực luận văn này: Thiết bị điều khiển chƣa lắp vào tủ chiếu sáng Giao diện hình thiết bị điều khiển 80 Tủ điều khiển khu vực phố Trần Khát Chân – Hà Nội [...]... của toàn bộ Hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố 2.2.4.1 Phần mềm điều khiển giám sát 29 Hình 20: Giao diện phần mềm điều khiển và giám sát chiếu sáng hiện nay tại Hà Nội Phần mềm điều khiển giám sát đƣợc xây dựng trên cơ sở giao diện đồ họa để điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của hệ thống chiếu sang thuộc trung tâm Đóng cắt các trạm điều khiển khu vực và các tủ điều khiển chiếu sáng, tự động... cho các ứng dụng công cộng 32 3.3 Mô hình ứng dụng mạng GSM/ GPRS trong điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng đô thị 3.3.1 Mô hình hệ thống Hình 22: Mô hình hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng dùng công nghệ GSM/ GPRS Mô tả: Hệ thống chia làm 2 phần Thiết bị lắp đặt tại tủ và trao đổi dữ liệu với trung tâm qua mạng GSM/ GPRS: thiết bị này có chức năng nhận lệnh điều khiển và đặt thời gian... thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng Một hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng phải có một trung tâm điều khiển và các tủ điều khiển khu vực, tủ điều khiển khu vực có thể nhận và gửi lệnh về trung tâm để điều khiển đóng cắt trực tiếp các dãy bóng đèn chiếu sáng Thông thƣờng để tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu quả ngƣời ta thƣờng bố trí tại mỗi dãy phố một tủ khu vực để điều khiển. .. tâm và các tủ khu vực ( Có dây hoặc không dây ) Hình 18: Hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng Trung tâm điều khiển và giám sát Hệ thống Chiếu sáng thành phố Hà Nội đƣợc đặt tại trụ sở Xí nghiệp Quản lý điện Chiếu sáng số 66 phố Vân Hồ 3 thuộc Công ty TNHH nhà nƣớc một thành viên Chiếu sáng &TBĐT hiện đang quản lý 18 khu vực với qui mô 123 trạm đèn 26 2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển. .. 19: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng hiện nay tại Hà Nội 2.2.2 Tủ điều khiển khu vực Tủ điều khiển khu vực có chức năng nhƣ một tủ điều khiển chiếu sáng, ngoài ra nó có thêm các chức năng sau: Quản lý và điều hành mạng truyền thông PLC cho các tủ chiếu sáng trong một khu vực (mạch vòng hoặc hình tia) Điều khiển các tủ điều khiển chiếu sáng trong một khu vực Việc chiếu sáng đƣợc thực... thái và cảnh báo cho các tủ chiếu sáng Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng thành phố cần đƣợc xây dựng theo cấu trúc phân cấp, chia làm hai cấp điều khiển:  Cấp điều khiển 1: Trung tâm điều khiển -giám sát 33 Điều khiển đóng/cắt tới bất kỳ một tủ chiếu sáng nào Giám sát đƣợc các thông số : điện áp từng pha nguồn, dòng điện làm việc mỗi pha, trạng thái đóng cắt (bật/tắt) của cơ cấu chấp hành tại mỗi tủ điều. .. khu vực chiếu sáng Phát tín hiệu thông báo, báo động khi có sự cố mất dòng/áp, thấp/quá dòng/áp, lỗi truyền thông (đứt đƣờng điện thoại, nhiễu trên đƣờng điện) Lƣu trữ dữ liệu và lập báo cáo, thống kê 30 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHIẾU SÁNG QUA MẠNG GSM/ GPRS 3.1 Giới thiệu về Công nghệ GSM- GPRS GSM là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động GSM đƣợc viết tắt theo từ tiếng... trên thế giới và tại việt nam 31 Truyền thông GSM/ GPRS sử dụng mạng truyền thông GSM làm cốt lõi dữ liệu đƣợc truyền qua thiết bị không dây (GSM/ GPRS 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 3.2 Mô hình ứng dụng mạng GSM/ GPRS trong điều khiển Hình 21: Mô hình ứng dụng mạng GSM/ GPRS trong điều khiển Máy tính... cố tại trạm bất kỳ, thông tin sẽ đƣợc báo về trung tâm (tự động cập nhật) MODEM ở tủ điều khiển trung tâm và tủ điều khiển khu vực là loại tốc độ 56K chuẩn V90 2.2.3.2 Truyền thông giữa tủ khu vực và tủ chiếu sáng Truyền thông giữa tủ điều khiển khu vực và các tủ điều khiển chiếu sáng trong mỗi khu vực thông qua đƣờng cáp cấp điện chiếu sáng (công nghệ truyền thông qua đƣờng tải điện hạ thế: Power Line... thoại công cộng Tủ khu vực sẽ truyền thông với các tủ điều khiển chiếu sáng qua đƣờng cáp điện chiếu sáng Bộ điều khiển tại tủ khu vực sẽ đảm nhận vai trò chính điều khiển đóng cắt các tủ chiếu sáng trong mạch theo chế độ và thời gian đặt trƣớc từ trung tâm  Đọc các thông số làm việc của từng tủ chiếu sáng và lƣu vào bộ nhớ (khả năng lƣu trữ trong vòng 1 tháng)  Cấp điều khiển 3: Tại tủ điều khiển chiếu ... HỌC CÔNG NGHỆ Phan Văn Minh XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GSM/ GPRS Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60. .. thống điều khiển giám sát chiếu sáng công cộng 25 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát chiếu sáng Công cộng sử dụng Hà Nội 26 Tủ điều khiển khu vực 26 Tủ điều khiển chiếu. .. chụp rộng 25 2.2 Hệ thống điều khiển giám sát chiếu sáng công cộng Một hệ thống điều khiển giám sát chiếu sáng phải có trung tâm điều khiển tủ điều khiển khu vực, tủ điều khiển khu vực nhận