Nghiên cứu bo mạch Arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 6052 0216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Hoài Nam PHÕNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thành Trung Sinh ngày: 30 tháng 03 năm 1976 Học viên lớp cao học khoá 14 – Kỹ thuật điều khiển tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Thành Trung Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo phòng đào tạo, phận quản lý đào tạo sau Đại học - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ quan tâm tổ chức đạo trực tiếp giảng dạy khóa học cao học Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Hoài Nam người tận tình bảo góp ý chuyên môn cho suốt trình làm luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình đồng nghiệp - người ủng hộ động viên nghiên cứu hoàn thành luận văn Tuy nhiên, thân bắt đầu đường nghiên cứu đầy thách thức, chắn luận văn nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy cô giáo đồng nghiệp Tôi xin trân trọng cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU 1 Mục tiêu luận văn Mục tiêu nghiên cứu Nội dung luận văn CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG Tổng quan tình hình chiếu sáng việt nam 1.1 Tính cấp thiết hệ thống chiếu sáng công cộng .4 1.1.1 Vai trò hệ thống chiếu sáng công cộng .4 1.1.2 Thực tế chiếu sáng công cộng Việt Nam 1.2.Các nguyên lý chiếu sáng 1.3 Các cấp chiếu sáng 1.4 Các phƣơng án bố trí đèn 1.4.1 Bố trí đèn bên đƣờng 1.4.2 Bố trí đèn hai bên so le 1.4.3 Bố trí đèn hai bên đối diện 1.4.4 Bố trí đèn theo trục đƣờng 1.5 Các loại đèn sử dụng chiếu sáng đô thị .9 1.5.1 Đèn natri áp suất thấp .9 1.5.2 Đèn natri áp suất cao 1.5.3 Đèn thủy ngân 1.6 Nguồn cấp cho chiếu sáng công cộng 10 1.6.1.Tính toán tiết diện dây dẫn 10 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii 1.6.2 Các phƣơng pháp cung cấp 13 1.6.3 Phân phối điện 13 1.6.4 Bố trí đƣờng dây 14 1.6.5 Trạm biến áp .14 1.7 Yêu cầu kỹ thuật 14 1.7.1 Yêu cầu thiết kế cung cấp điện 15 1.7.2 Các yêu cầu chung hệ thống chiếu sáng công cộng 16 1.7.3 Dự định nghiên cứu xu hƣớng nghiên cứu 16 1.7.4 Tính cấp thiết 19 1.8 Kết luận chƣơng 20 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS 21 2.1 Đặt vấn đề 21 2.2 Thực trạng hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng Việt Nam vả giới 21 2.3 Các mô hình điều khiển giám sát truyền thông cho hệ thống chiếu sáng công cộng 22 2.4 So sánh ƣu nhƣợc điểm giải pháp truyền thông 24 2.5 Hệ thống điều khiển & giám sát chiếu sáng đô thị, sử dụng công nghệ GSM/GPRS HAPULICO phát triển .26 2.6 Phát triển phần mềm điều khiển giám sát Hệ thống chiếu sáng 28 2.7 Giới thiệu giải pháp trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng – SAVELITE ( ISRAEL) 29 2.7 Khả ứng dụng công nghệ truyền thông mạng không dây điều khiển quản lý hệ thống chiếu sáng Việt Nam 38 2.8 Kết luận chƣơng 39 CHƢƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ BO MẠCH ARDUNIO VÀ XÂY ĐỰNG THUẬT TOÁN CHO BO MẠCH ARDUINO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG .40 3.1 Giới thiệu Arduino 40 3.2 Hiện tƣợng Arduino 40 3.3 Ứng dụng arduino vào điều khiển hệ thống chiếu sáng .41 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii 3.4 Khả bo mạch Arduino 41 3.4.1 Sức mạnh xử lý 42 3.4.2 Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào: .42 3.4.2 Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra: 42 3.4.3 Chuẩn Giao tiếp 43 3.5 Môi trƣờng lập trình bo mạch Arduino 44 3.6 Các loại bo mạch Arduino 45 3.7 Giới thiệu thƣ viện GSM 48 3.7.1 Cấu trúc thƣ viện 48 3.7.2.Khả tƣơng thích thƣ viện Ethernet 49 3.7.3 Giới thiệu thƣ viện Arduino simulink 49 3.7.4 Khối Arduino IO Setup 49 3.7.5 Khối Real - Time Pacer 50 3.8 Kết luận chƣơng 53 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG SỬ DỤNG RƠLE THỜI GIAN, ARDUINO VÀ MÁY TÍNH 54 4.1.Giới thiệu mô hình .54 4.1.1 Tổng kê thiết bị vật tƣ làm mô hình .56 4.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển mạch động lực 56 4.2 Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng sử dụng bo mạch arduino .58 4.3 Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng qua máy tính 59 4.4 Kết luận chƣơng 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .62 Kết luận: 62 Kiến nghị: 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mắt ngƣời quan sát với mặt đƣờng Hình 1.2 Bố trí đèn bên đƣờng Hình 1.4 Bố trí đèn hai bên đƣờng song song Hình 1.5 Bố trí đèn dải phân cách Hình 1.3 Bố trí đèn hai bên so le Hình 1.6 Bố trí chiếu sáng đƣờng 10 Hình 1.7 Điện áp rơi đƣờng trục 11 Hình 1.8 Độ sụt áp đƣờng dây có tiết diện khác .12 Hình1.9 Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải 14 Hình 2.1 Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng điện thoại cố định Dial-up kết hợp với truyền thông qua đƣờng dây tải điện (PLC) 22 Hình 2.2:Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL kết hợp với truyền thông qua đƣờng tải điện PLC .23 Hình 2.3: Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM/GPRS 24 Hình 2.4: Điều khiển giám sát Hệ thống chiếu sáng công cộng công nghệ GSM/ GPRS 27 Hình 2.5: Giao diện phần mềm điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng .28 Hình 2.6: Mô hình hệ thống savelite .30 Hình 2.7: Mô hình hệ thống Savelite rút gọn 32 Hình 2.8: Bộ sử lý thông tin 33 Hình 2.9: Thiết bị điều khiển công suất đèn chiếu sáng 34 Hình 3.1: hình ảnh bên cạc Arduino UNO Bo mạch đƣợc thiế kế chế tạo hoàn chỉnh phần cứng Do ngƣời sử dụng cần quan tâm tới lập trình cho để thực thuật toán đó.Đây lý để tác giả lựa chọn Arduino cho đề tài Ngoài UNO, có số loại khác nhƣ 40 Arduino Mega 40 Hình 3.2: Giao diện IDE Arduino 44 Hình 3.3: Bo mạch arduino GSM 46 Hình 3.4: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển qua giọng nói 47 Hình 3.5: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển nguồn 47 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v Hình 3.6: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển 48 Hình 3.8: Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO Setup 50 Hình 3.9: Khối ReaTimePacer 51 Hình 3.10: Giao diện để điều khiển thời gian thực .51 Hình 3.11: Sơ đồ khối khối Arduino digital write 51 Hình 3.12: Giao diện khối khối Con Direction 52 Hình 4.1 Mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng rơle thời gian kết nối qua bo mạch arduino .55 Hình 4.1.2: Sơ đồ nguyên lý 57 Hình 4.2: Điều khiển chiếu sáng công cộng qua máy tính 60 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT C.I.E: Tiêu chuẩn chiếu sáng đƣờng : Điện trở công suất vật liệu làm dây dẫn ΔU: Sụt áp cho phép đƣờng dây ISL: Chỉ số chói lóa đèn LTB: Giá trị độ chói trung bình đƣờng PLC: công nghệ truyền thông qua đƣờng tải điện hạ thế: Power Line Communication GSM/GPRS: Mạng không dây ICP/IP: Bộ giao thức liên mạng GIS: Bản đồ hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information SystemError! Bookmark not defined Digital output: Ngõ tín hiệu bo mạch arduino PWM output: Cổng dùng để xuất tín hiệu điều chế xung bo mạch arduino Serial: Đây chuẩn giao tiếp nối tiếp đƣợc dùng phổ biến bo mạch Arduino TWI (I2C): Đây chuẩn giao tiếp đồng khác nhƣng bus có hai dây Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 50 Hình 3.8: Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO Setup Khối Arduino IO Setup: Trên giao diện Parameters sử dụng hai tham số: - Biến Arduino: Có nhiều biến Arduino, sử dụng biến Arduino1 cho hệ thống - Cổng nối tiếp Serial (COM) port : Do máy tính kết nối với Arduino thông qua cổng nối tiếp COM3, ta phải khai báo COM3 tham số Serial (COM) port 3.7.5 Khối Real - Time Pacer Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ d on 51 Hình 3.9: Khối ReaTimePacer Hình 3.10: Giao diện để điều khiển thời gian thực Khối Real - Time Pacer: giao diện Parameters sử dụng tham số |u| Abs Speedup (Simulation Time / Real Time), làArduino1 tỉ số thời gian mô thời gian Convert thực Analog Write Pin Data Type Conversion Analog Write Để điều khiển thời gian thực, taArduino chọn Speedup >= Compare To Zero Arduino1 Digital Write Pin Gain3 Arduino Digital Write Hình 3.11: Sơ đồ khối khối Arduino digital write Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 52 Hình 3.12: Giao diện khối khối Con Direction Khối Con Directionsử dụng hai tham số: - Chọn biến Arduino: Là Arduino1 - Thời gian lấy mẫu Sample: Là 0,01 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 3.8 Kết luận chƣơng Chƣơng giải đƣợc số vấn đề sau: - Thực tìm hiểu giới thiệu bo mạch arduino shields truyền thông - Tìm hiểu ứng dụng bật môi trƣờng lập trình cho bo mạch arduino - Tìm hiểu giới thiệu thƣ viện truyền thông không dây lập trình cho Arduino Simulink/Matlab - Tìm hiểu thƣ viện vào Arduino Matlab Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 CHƢƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG SỬ DỤNG RƠLE THỜI GIAN, ARDUINO VÀ MÁY TÍNH 4.1.Giới thiệu mô hình Vì lý điều khiển chiếu sáng công cộng lĩnh vực nghiên cứu rộng Nên mô hình đề tài dừng lại trạm chiếu sáng điều khiển cho hai lộ đèn, chƣa vào việc xây dựng trung tâm điều khiển chiếu sáng hay điều khiển điểm sáng Qua phần nghiên cứu từ chƣơng trên, để điều khiển đƣợc công suất hay trạng thái điểm sáng phải dùng cảm biến để nhận tín hiệu từ điểm sáng đƣa trung tâm điều khiển qua hệ thống savelite Nếu dùng cảm biến điều khiển điểm sáng dẫn tới giá thành công trình chiếu sáng công cộng cao nhiệt độ môi trƣờng trời làm tuổi thọ cảm biến bị ảnh hƣởng Nếu dùng hệ thống Savelite lại gặp phải nhƣợc điểm điều khiển điểm sáng dùng đèn phóng điện không tiến hành giảm công suất điểm sáng đƣợc Vì lý em xây dựng mô hình luận văn điều khiển chiếu sáng công cộng cho hai đƣờng giao có hai lộ đèn chiếu sáng hai bên, với giả thiết đèn chiếu sáng đèn cao áp thủy ngân Khi trời tối hai lộ đèn bật, 23h đêm lúc lƣu lƣợng tham gia giao thông giảm nên lộ tự động tắt điều khiển qua mạng không dây để tắt nhằm tiết kiệm điện Khi trời sáng tự động tắt lặp lại chu kỳ nhƣ cho ngày Trên mô hình đèn đèn led 3v mầu đỏ gắn ống hút làm cột đèn đƣợc lắp nối tiếp qua điện trở để chịu đƣợc điện áp 6v ( chia làm lộ mắc song song xen kẽ ) Bộ điều khiển gắn mô hình gồm có rơ le thời gian CKC-220V dùng để điều khiển rơ le thời gian Vì đèn rơ le thời gian sử dụng điện áp 6V chiều nên mô hình em dùng biến áp hạ áp chỉnh lƣu cầu pha Khi cần điều khiển qua bo mạch arduino dễ dàng cấp điện áp Ngoài thiết bị mô hình có thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ cầu nối Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 Hình 4.1 Mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng rơle thời gian kết nối qua bo mạch arduino Đây mô hình thiết bị đƣợc sử dụng rộng rãi có giá thành thấp, phù hợp với khí hậu Việt Nam Tuy nhiên sử dụng rơle Time cho trung tâm điều khiển chiếu sáng hay trạm chiếu sáng ngõ vào rơle dẫn đến cồng kềnh lắp đặt phức tạp Vì chủ yếu rơle Time dùng cho trạm tủ điều khiển chiếu sáng công cộng Trên thực tế có nhiều loại rơle Time hãng khác chủ yếu dùng cá loại rơ le Time có nguồn nuôi sẵn tự sạc có điện áp nguồn, qua thực tế pin tự sạc rơle hầu nhƣ tháng phải tiến hành thay Trong mô hình luận văn em dùng rơ le Time CKC 220V nguồn nuôi, bỏ qua việc trì điện áp cho việc điều khiển coi nhƣ điện áp nguồn số luôn đƣợ trì Em sử dụng mô hình rơ le điện áp chiều 6V để lợi dụng tiếp điểm thƣờng mở đóng cắt cho hai lộ đèn để dễ kết nối với bo mạch arduino chung điện áp nguồn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 4.1.1 Tổng kê thiết bị vật tƣ làm mô hình Tên vật tƣ thiết bị STT Thông số KT Số lƣợng Rơle Time CKC 220V 03 Rơle điện áp 6V chiều 02 Biến áp 220/6V 01 Áptomat 15A 01 Cầu chì 10A 01 Bộ chỉnh lƣu cầu 5A 01 Đèn Led 3V 40 Điện trở 220 Ôm 40 Ống hút hộp 60 10 Dây điện đơn 0,5 mm2 5m 11 Hộp gỗ 80x80 01 Ghi 4.1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển mạch động lực Ở mô hình này: Điều khiển hai lộ đèn cho hai đƣờng giao nhau, 18h tối ngày cấp điện, tất đèn sáng, đến 24h đêm tắt nửa số đèn xen kẽ nhau, đến 6h sáng ngày hôm sau tắt hết, tự động lặp lại chu kỳ cho ngày Thời gian đóng cắt thay đổi đƣợc từ arduino máy tính Thuyết minh sơ đồ nguyên lý: 18h ngày đóng aptomat cấp điện cho toàn mạch, rơ le Time đƣợc cấp điện bắt đầu tính thời gian ( rơle RT3 đặt 24h, rơle RT2 đặt 12h, rơle RT1 đặt 6h) rơle điện áp chiều đƣợc cấp điện nhờ cặp tiếp điểm thƣờng đóng mở chậm tính thời gian theo rơle Time Hai lộ đèn hai bên đƣờng sáng Sau 6h hết thời gian đặt rơle Time1( lúc 12h đêm ), tiếp điểm Rt1 mở rơle điện áp RA1 không đƣợc cấp điện nên tiếp điểm Ra1 mở dẫn đến vị trí đèn Đ1 tắt Sau 12h hết thời gian đặt rơle Time2 ( lúc 6h sáng ngày hôm sau ), tiếp điểm Rt2 mở rơle điện áp RA2 không đƣợc cấp điện nên tiếp điểm Rt2 mở dẫn đến số đèn lại Đ2 tắt Sau 24h hết thời gian đặt rơle Time3 ( lúc 18h ngày hôm sau) tiếp điểm Rt3 mở toàn mạch động lực mạch điều khiển điện rơle Time Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 điện áp trở lại trạng thái ban đầu, tiếp điểm Rt3 đóng tiếp tục chu kỳ điều khiển đặt nhƣ ( thời gian lặp lại chu kỳ cho ngày tiếp điểm Rt3 đảm nhận) Sơ đồ nguyên lý 220V ATM BA Rt3 RT1 RT2 C RA1 RT3 Rt1 RA2 Rt2 Ð1 Ra1 Ð2 Ra2 Hình 4.1.2: Sơ đồ nguyên lý Ghi chú: RT3,RT1,RT2 rơle Time RA1,RA2 rơle điện áp Rt3,Rt2,Rt1 tiếp điểm thƣờng đóng mở chậm rơle Time Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 Ra1,Ra2 tiếp điểm thƣờng mở rơle điện áp BA biến áp ATM thiết bị đóng cắt aptomat 4.2 Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng sử dụng bo mạch arduino Chƣơng trình viết cho arduino để điều khiển mô hình chiếu sáng #define CHA // define pin to channel A #define CHB // define pin to channel B #define CHC // define pin to channel C #define BUTTON // define pin to button int i; int j; void setup (){ pinMode (CHA, OUTPUT); pinMode (CHA, OUTPUT); pinMode (CHA, OUTPUT); pinMode (BUTTON, INPUT); } void loop(){ digitalRead (BUTTON); if (BUTTON == 0){ //read value of button //check if button is pressed or not digitalWrite (CHA,HIGH); //if button is pressed all channels are high digitalWrite (CHB,HIGH); digitalWrite (CHC,HIGH); } else{ genorator; // if button is not pressed then the square wave generator } } void genorator (){ // generate the the square wave with Period = seconds Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 int state = 0; while(1) { if(state == 0) { digitalWrite(CHA, LOW); digitalWrite(CHB, LOW); digitalWrite(CHC, LOW); state = 1; } else { digitalWrite(CHA, HIGH); digitalWrite(CHB, HIGH); digitalWrite(CHC, HIGH); state = 0; } delay(1000*60); } } Thời gian đóng cắt đƣợc thay đổi thông qua lệnh delay 4.3 Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng qua máy tính Đây mô hình đƣợc sử dụng rộng rãi cho trung tâm điều khiển chiếu sáng Vì hầu nhƣ Trung tâm điều khiển chiếu sáng cần có để điều khiển giám sát khu vực điểm sáng Với giải pháp sử dụng máy tính phần mềm cài đặt điều khiển chiếu sáng kết hợp với tủ chiếu sáng sử dụng rơle Time điều khiển cứng thiết bị điểm sáng qua cổng kết nối điều khiển bo mạch Arduino để làm trung tâm quản lý chiếu sáng công cộng, làm đa dạng phƣơng pháp điều khiển Tín hiệu điều khiển nhanh hơn, mềm hơn, nhờ sức mạnh bo mạch Arduino Các công ty quản lý chiếu sáng có hệ thống điều khiển trung tâm điều khiển thiết bị chiếu sáng theo kế hoạch, tiết kiệm điện vào thấp điểm mà tắt điện theo phase nhƣ Ngoài ra, hệ thống cho biết tình trạng chiếu sáng công cộng lúc nơi, có đƣợc thông tin hệ thống nhằm thiết lập cách thức tổ chức để đối phó hữu hiệu với cố, vấn đề xảy trình vận hành hệ thống Các công ty chiếu sáng tăng lực quản lý nhờ vào thông tin xác, kịp thời đầy đủ Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 Hình 4.2: Điều khiển chiếu sáng công cộng qua máy tính Trên mô hình khối Arduino IO Setup: Trên giao diện Parameters sử dụng hai tham số: - Biến Arduino: Có nhiều biến Arduino, sử dụng biến Arduino1 cho hệ thống - Cổng nối tiếp Serial (COM) port : Do máy tính kết nối với Arduino thông qua cổng nối tiếp COM3, ta phải khai báo COM3 tham số Serial (COM) port Trên mô hình khối Real - Time Pacer: giao diện Parameters sử dụng tham số Speedup (Simulation Time / Real Time), tỉ số thời gian mô thời gian thực Trên mô hình Display1 tín hiệu điều khiển đầu qua rơle Time 1, Display tín hiệu điều khiển đầu qua rơle Time cho hai lộ đèn Trên mô hình khối Pluse Generator Pluse Generator hai tín hiệu xung điều khiển máy tính cho hai lộ đèn Trên mô hình khối Arduino Digital Write Arduino Digital Write1 tín hiệu điều khiển trực tiếp hai lộ đèn qua bo mạch Arduino Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 4.4 Kết luận chƣơng - Xây dựng đƣợc mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng gồm lộ giao nhau, lộ có đèn đƣờng bên - Viết cài đặt thuật toán điều khiển cho bo mạch Arduino để điều khiển thực mô hình chiếu sáng - Viết chƣơng trình điều khiển mô hình hệ thống chiếu sáng Matlab/Simulink điều khiển thực mô hình chiếu sáng Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Đã thiết kế, chế tạo lắp ráp hoàn thiện (tự làm) mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng cho ngã tƣ đƣờng dùng máy tính, bo mạch arduino, rơle time - Xây dựng đƣợc mô hình toán học cho bo mạch arduino - Kết mô thực nghiệm chứng minh mô hình thiết kế đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ điều khiển cho trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng, đƣa kết so sánh hệ thống điều khiển chiếu sáng thực tế sử dụng - Với mô hình luận văn trình bầy ta dùng để thiết kế tủ điều khiển chiếu sáng, trạm điều khiển chiếu sáng khu vực từ kết nối với trung tâm điều khiển chiếu sáng để điều khiển giám sát đến điểm sáng - Việc xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng bo mạch arduino cho kết mong muốn Mô hình dùng phòng thí nghiệm hƣớng dẫn thực hành trung tâm thực nghiệm Kiến nghị: - Để điều khiển đƣợc điểm sáng cần nghiên cứu thêm, chƣa đƣa đƣợc giải pháp tối ƣu giảm công suất cho điểm sáng thiết bị tự nghiên cứu giảm giá thành sản phẩm - Chƣa thiết kế đầy đủ đƣợc trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng thực - Thiết kế điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng thiết bị khác, phản hồi so sánh trạng thái cho mô hình luận văn này Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [ 1] Đặng Văn Đào – Lê Văn Doanh Kỹ thuật chiếu sáng Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật - 2002 [2] Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tâm Thiết kế cấp điện Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Hà Nội - 2006 [3] Nguyễn Văn Sum Sổ tay thiết kế điện chiếu sáng Nhà xuất Thanh Niên – 2000 [4] Nguyễn Phùng Quang (2006), “Matlab  Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh [1] Mehmet Turan Soylemez, Metin Gokasan, Seta Bogosyan (2003), “Position Control of a Single-Link Robot- Arm Using a Multi-Loop PI Controller”, Control Applications, 2003 CCA 2003 Proceedings of 2003 IEEE Conference on [2] Erik Wernholt, Svante Gunnarsson (2006), “Nonlinear Identification of a Physically Parameterized Robot model”, Report no: LiTH-ISY-R-2739, Accepted for publication in SYSID 2006, Newcastle, Australia [3] E.Wernholt and S.Gunnarsson (2006), “Modeling an Industrial Robot Arm”, pages 143 – 148, Newcartle, Australia [4] Phillip John McKerrow (1993), “Introduction to Robotics”, British Library, England.) Một số trang Web: [4] htttp://hiendaihoa.com [5] htttp://ebook.com.vn [6] http://letsmakerobots.com/node/2057 [7].www.arduino.cc [8].http://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/the-making-of-arduino/0 [9].http://en.wikibooks.org/wiki/Embedded_Systems/Atmel_AVR Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 [10].http://automation.net.vn/Cong-nghe-Ung-dung/Su-dung-cong-nghe-truyen-thongqua-mang-khong-day-gsm-gprs-quan-ly-van-hanh-trung-tam-dieu-khien-chieu-sangdo-thi.html Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... đầu tƣ cải tạo và xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lƣợng ánh sáng, vì vậy tôi chọn đề tài " NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG " 2 Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu về chiếu sáng và so sánh các phƣơng pháp điều khiển chiếu sáng trên thế giới dùng công nghệ truyền thông - Khảo sát chất lƣợng trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng không... điều khiển hệ thống chiếu sáng tại các đô thị là rất cần thiết nhằm phục vụ cho việc quản lý vận hành, đáp ứng đƣợc nhu cầu ánh sáng về đêm cho ngƣời dân, tiết kiệm năng lƣợng Sau khi nghiên cứu các giải pháp công nghệ chúng tôi đề xuất lựa chọn mô hình đó là: Nghiên cứu bo mạch Arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng cho việc quản lý vận hành Hệ thống chiếu sáng công cộng là công nghệ hiện đại,... sau: Chƣơng 1: Tổng quan về chiếu sáng và điều khiển chiếu sáng công cộng Chƣơng 2: Xây dựng mô hình trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng không dây GSM/GPRS Chƣơng 3: Tìm hiểu về bo mạch ardunio và xây dựng thuật toán cho bo mạch arduino để điều khiển chiếu sáng Chƣơng 4: Thiết kế mô hình điều khiển chiếu sáng sử dụng rơle Time và bo mạch Arduino Kết luận và kiến nghị Số hóa bởi Trung... tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng không dây GSM/GPRS để điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng bằng mô phỏng và kiểm chứng bằng thực nghiệm - Nghiên cứu bo mạch arduino cho hệ thống điều khiển chiếu sáng - Thiết kế tủ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng - Xây dựng tủ điều khiển cho hệ thống chiếu sáng công cộng trên thiết bị thực của xƣởng điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN... tƣớng chính phủ về việc áp dụng hệ thống điều khiển trung tâm với mục đích tiết giảm điện năng tiêu thụ, điều khiển từ xa hệ thống chiếu sáng công cộng theo ngày và theo mùa, hiện đại hóa hệ thống về mặt vận hành, nâng cao hiệu quả phục vụ của hệ thống chiếu sáng công cộng đƣờng phố Việc xây dựng các trung tâm điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng là việc ứng dụng các công nghệ truyền thông phù hợp... thiết của hệ thống chiếu sáng công cộng Để thấy đƣợc tính cấp thiết của vấn đề này em sẽ đi vào tìm hiểu vai trò và hiện trạng của chiếu sáng nƣớc ta hiện nay 1.1.1 Vai trò của hệ thống chiếu sáng công cộng Tại các nƣớc phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8% đến 13% tổng điện năng tiêu thụ Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm có nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng. .. phải xây dựng đƣợc một hệ thống chiếu sáng tập trung để quá trình vận hành hệ thống đƣợc thuận lợi Hệ thống chiếu sáng hiện nay đƣợc điều khiển bật/tắt tại các tủ chiếu sáng dựa vào thời gian thực Do đó thời gian bật tắt đèn hàng ngày là cố định mà mỗi mùa lại có thời gian sáng và tối của một ngày là khác nhau, quá trình thay đổi giờ khó khăn và phức tạp Thực tế đó dẫn đến đèn chiếu sáng của chúng ta có... là 50 ở 4000K và 60 đối với sêri "cao cấp" ở 3300 K - Tuổi thọ lý thuyết 10000 giờ Ứng dụng - Sử dụng trong chiếu sáng ngoài trời và trong các sở công nghiệp lớn Trong chiếu sáng đô thị (chủ yếu là chiếu sáng cho các công viên vƣờn hoa, nó vẫn giữ nguyên tính chắc chắn, tin cậy và giá thành) 1.6 Nguồn cấp cho chiếu sáng công cộng 1.6.1.Tính toán tiết diện dây dẫn Hình 1.6 Bố trí chiếu sáng trên đường... điểm sáng Từ khi ứng dụng trung tâm điều khiển vào việc quản lý hệ thống đèn chiếu sáng các đơn vị quản lý chiếu sáng công cộng đều thấy đƣợc các hiệu quả góp phần nâng cao công tác quản lý:  Điều chỉnh linh hoạt thời gian đóng cắt Hệ thống chiếu sáng tại các khu vực từ trung tâm theo tình hình thời tiết, giảm tiêu thụ điện năng  Từ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát tới từng tủ chiếu sáng của... QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 1 Tổng quan về tình hình chiếu sáng tại việt nam Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạ tầng kỹ thuật không thể thiếu của các đô thị Để đáp ứng đƣợc tốc độ phát triển đô thị, trong những năm gần đây các đô thị đã không ngừng đầu tƣ cải tạo và xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lƣợng ánh sáng Trên ... dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lƣợng ánh sáng, chọn đề tài " NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG " Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu chiếu sáng. .. kiểm chứng thực nghiệm - Nghiên cứu bo mạch arduino cho hệ thống điều khiển chiếu sáng - Thiết kế tủ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng - Xây dựng tủ điều khiển cho hệ thống chiếu sáng công... sáng đêm cho ngƣời dân, tiết kiệm lƣợng Sau nghiên cứu giải pháp công nghệ đề xuất lựa chọn mô hình là: Nghiên cứu bo mạch Arduino ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng cho việc quản lý vận hành Hệ