Nghiên cứu thiết kế và xây dựng chương trình phần mềm cho hệ đo và giám sát các thông số mạch nguồn đèn led trước khi cho xuất xưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ QUỐC UY Đỗ Quốc Uy KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM CHO HỆ ĐO VÀ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MẠCH NGUỒN ĐÈN LED TRƯỚC KHI XUẤT XƯỞNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CLC2016A Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Quốc Uy NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM CHO HỆ ĐO VÀ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MẠCH NGUỒN ĐÈN LED TRƯỚC KHI XUẤT XƯỞNG Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS BÙI ĐĂNG THẢNH Hà Nội – 2017 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC KÍ TỰ VIẾT TẮT iv PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT MẠCH NGUỒN ĐÈN LED 1.1 LED mạch nguồn đèn LED 1.2 Thực trạng kiểm tra thông số mạch nguồn đèn LED cơng ty cổ phần bóng đèn phích nước Rạng Đông CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MẠCH NGUỒN ĐÈN LED 2.1 Mô hình tổng quan hệ thống 2.2 Yêu cầu kỹ thuật với hệ thống đo 10 2.3 Thiết kế hệ thống phần cứng 11 2.4 Thiết kế hệ thống phần mềm đo giám sát thông số mạch nguồn 17 2.4.1 Thiết kế tổng quan hệ thống phần mềm 17 2.4.2 Truyền tín hiệu mạch đo hệ thống phần mềm trung tâm 18 2.4.3 Thiết kế chức đăng nhập (và phân quyền người dùng) 23 2.4.4 Thiết kế chức cài đặt thông số cho loại sản phẩm 26 2.4.5 Thiết kế chức thu thập hiển thị liệu 30 2.4.6 Thiết kế hệ sở liệu chức lưu trữ liệu, trích xuất liệu, báo cáo cho hệ thống 34 2.4.7 Thiết kế chức hiển thị liệu theo đồ thị 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43 3.1 Chức đăng nhập (và phân quyền người dùng) 43 3.2 Chức thu thập hiển thị liệu 45 3.3 Chức cài đặt thông số 46 3.4 Chức lưu trữ liệu trích xuất báo cáo 49 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 i DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Các loại LED theo cơng suất Hình 2: Mạch nguồn đèn LED Hình 3: Nguyên lý hoạt động đèn LED Hình 4: Thử nghiệm thực tế dây chuyền Hình 5: Mơ hình tổng quan hệ thống đo mạch nguồn đèn LED Hình 6: Sơ đồ khối mạch vi điều khiển 11 Hình 7: Mạch truyền thông RS485 11 Hình 8: Mạch đo điện áp xoay chiều 12 Hình 9: Mạch đo dịng điện xoay chiều 12 Hình 10: Mạch đo điện áp chiều 13 Hình 11: Mạch đo dịng điện chiều 14 Hình 12: Mạch hiển thị 14 Hình 13: Mạch nguồn 5V cho IC HCPL 7800 15 Hình 14: Mạch tạo nguồn xung 16 Hình 15: Lưu đồ thuật tốn phần mềm máy tính trung tâm 18 Hình 16: Sơ đồ cấu trúc mạng truyền thông 19 Hình 17: lưu đồ hoạt động hệ thống truyền thông 20 Hình 18: Khung tin config 21 Hình 19: Khung tin setup dải đo 21 Hình 20: Lưu đồ thuật toán cho chức đăng nhập hệ thống 23 Hình 21: Biểu đồ chức đăng nhập phân quyền người dùng 26 Hình 22: Lưu đồ thuật tốn cho chức thu cài đặt thông số cho sản phẩm 27 Hình 23: Biểu đồ chức cài đặt thông số cho sản phẩm 30 Hình 24: Lưu đồ thuật tốn thu thập hiển thị liệu 31 Hình 25: Biểu đồ chức thu thập hiển thị thơng số mạch nguồn 34 Hình 26: Lưu đồ hệ CSDL 38 Hình 27: Mơ hình CSDL cho người dùng 39 Hình 28: Mơ hình CSDL cho thơng số mạch nguồn 39 Hình 29: Lưu đồ chức hiển thị liệu theo đồ thị 42 Hình 30: Giao diện đăng nhập 43 Hình 31: Đăng nhập thành công 44 Hình 32: Đăng nhập không thành công 44 Hình 33: Chức thu thập hiển thị liệu_Sản phẩm đạt 45 Hình 34: Chức thu thập hiển thị liệu_sản phẩm khơng đạt 45 Hình 35: Cảnh báo khơng có kết nối với mạch đo 46 Hình 36: Cài đặt người dùng 46 Hình 37: Cài đặt quản lý thiết bị 47 Hình 38: Cài đặt quản lý sản phẩm 48 Hình 39: Quản lý dây chuyền 49 ii Hình 40: Chức thống kê liệu báo cáo 50 iii DANH MỤC KÍ TỰ VIẾT TẮT SXKD Sản xuất kinh doanh KCN Khu công nghiệp SP Sản phẩm VĐK Vi điều khiển TP Thành phố CP Cổ phần EEPROM Electrically Programmable Memory Read Erasable Bộ nhớ đọc tái lập trình – Only tín hiệu điện ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đồi tương tự - số I2C Inter – Integrated Circuit Giao tiếp truyền thông dây SPI Serial Peripheral Interface Giao tiếp ngoại vi nối tiếp UART Universal Serial Bus Giao thức truyền nhận nối tiếp không đồng IC Integrated Circuit Mạch tích hợp MCU Micro – Controller Unit Vi điều khiển CSDL Cơ sở liệu iv PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, với nhiều ưu điểm như: sáng rõ, điện tiêu thụ ít, độ bền cao, cơng nghệ chiếu sáng LED sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: quảng cáo, bảng điện tử, hệ thống đèn giao thông…Để đạt hiệu cao nhất, cần nghiên cứu, áp dụng công nghệ để ngày nâng cao ưu điểm, tính sản phẩm Một số nâng cao độ bền đèn LED Độ bền đèn LED phụ thuộc vào số yếu tố như: Chất lượng vật liệu cấu tạo đèn, mạch in, phận tản nhiệt mạch nguồn đèn LED Như nói ngồi yếu tố liên quan tới chất lượng vật liệu mạch nguồn đóng vai trị quan trọng ảnh hưởng tới độ bền LED Để LED hoạt động tốt, ổn định, độ bền cao mạch nguồn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện điện áp ổn định, phù hợp với loại LED sản xuất Do đó, nhà sản xuất ln có yêu cầu kiểm tra chất lượng nguồn đền LED trước xuất xưởng Từ phát sinh hệ quả: Làm để việc kiểm tra đơn giản, xác mang lại hiệu kinh tế cao nhất? Đáp án câu hỏi cần xây dựng hệ thống thiết lập, đo giám sát thông số mạch nguồn đèn LED Để người sử dụng thao tác dễ dàng, thuận tiện đưa kết luận xác Với yêu cầu cấp thiết yêu cầu thực tiễn cơng ty bóng đèn Rạng Đơng, Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa (ICEA)- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tập trung nghiên cứu chế tạo hệ thống mạch đo giám sát thông số mạch nguồn đèn LED trước xuất xưởng Được đồng ý giảng viên hướng dẫn-Tiến sĩ Bùi Đăng Thảnh, em tham gia thiết kế hệ thống khoảng thời gian từ tháng 12/2015 tới tháng 12/2016 Nhận thấy dự án hay, có ý nghĩa thực tiễn em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế xây dựng chương trình phần mềm cho hệ đo giám sát thông số mạch nguồn đèn LED trước xuất xưởng” để làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Luận văn với mục đích đưa phương án thiết kế phần cứng phần mềm cho hệ thống đo giám sát mạch nguồn đèn LED, đối tượng phạm vi nghiên cứu chủ đạo xây dựng chương trình phần mềm cho hệ thống với yêu cầu sau: - Hiển thị thông số cần thiết mạch nguồn bao gồm: Điện áp, dòng điện đầu vào, điện áp dịng điện đầu ra, cơng suất mạch - Cài đặt ngưỡng thông số cho loại sản phẩm - Cho phép kết nối với thiết bị xa - Cho phép lưu trữ liệu theo sở liệu chuẩn trích xuất liệu để báo cáo dễ dàng Luận văn hoàn thành sau khoảng thời gian năm tác giả tham gia nghiên cứu, xây dựng, thực nghiệm kiểm thử triển khai thực tế với thầy cô, học viên Viện Điện,Viện kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn bao gồm chương: - Chương 1: Hệ thống Đo giám sát mạch nguồn đèn LED - Chương 2: Thiết kế hệ thống đo giám sát mạch nguồn đèn LED - Chương 3: Các kết đạt - Chương 4: Kết luận hướng phát triển đề tài Sau 12 tháng thực hiện, hướng dẫn tận tình TS.Bùi Đăng Thảnh thầy cô Viện Điện, Viện kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa, giúp đỡ sinh viên Viện Điện thực tập Viện kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa, nỗ lực thân, luận văn em hoàn thành, nhiên cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận đóng góp từ phía thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Học viên thực Đỗ Quốc Uy CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT MẠCH NGUỒN ĐÈN LED 1.1 LED mạch nguồn đèn LED LED, viết tắt Light – Emitting - Diode có nghĩa “đi-ốt phát sáng”, nguồn sáng phát sáng có dịng điện tác động lên Được biết tới từ năm đầu kỷ 20, công nghệ LED ngày phát triển, từ diode phát sáng với ánh sáng yếu đơn sắc đến nguồn phát sáng đa sắc, công suất lớn cho hiệu chiếu sáng cao Ưu điểm đèn LED Đầu tiên phải kể đến khả tiết kiệm điện với công suất tiết kiệm lên tới 90% so với bóng đèn sợi đốt 50% so với bóng đèn compact; phát mầu sắc ý muốn mà không cần lọc mầu theo phương pháp truyền thống; giảm nguy cháy nổ khó bị phá hủy va đập Về chất lượng ánh sáng đèn LED có nhiệt độ màu 3200k 6500k phù hợp sử dụng đèn LED cho không gian trung tâm thương mại hay quan, văn phòng Xét lợi ích lâu dài đèn LED có tuổi thọ lên tới 50.000 cao gấp lần so với bóng đèn sợi đốt Đèn LED chiếu sáng tỏa nhiệt so với loại đèn có cấu trúc tương tự nhờ giảm lượng phát khí thải CO2 [1] Đèn LED chiếu sáng khơng bị nhấp nháy bật tắt an tồn cho mắt; tối thiểu hóa tia cực tím xạ hồng ngoại khơng gây nhức mỏi mắt nhằm hạn chế khả bị cận cho người sử dụng Nhờ ưu điểm mà sử dụng đèn LED vừa biện pháp có lợi cho sức khỏe vừa thân thiện với môi trường Nếu bóng sợi đốt đến có hiệu suất thấp, từ 10 đến 16 lumen/watt (lm/W), tức khoảng 4% điện chuyển thành ánh sáng Đèn huỳnh quang đạt tối đa 70 lm/W sử dụng phổ biến thị trường.Trong đó, đèn LED có ưu việt vượt trội đạt hiệu suất 300 lm/W, hay 150 lm/W với sản phẩm thương mại, chuyển đổi 50% điện thành ánh sáng [3] Tại Việt Nam, tổng lượng điện sử dụng cho chiếu sáng chiếm 25%, tương đương với 50 tỷ kW Do đó, đèn LED sử dụng, vấn đề chiếu sáng tiết kiệm điện có bước tiến nhảy vọt (giúp giảm tải áp lực điện cho ngành điện lực) [2] Ngồi ra, cơng nghệ LED cịn cho phép tạo loại đèn đặc chủng, sử dụng để điều khiển thời điểm hoa hoa cúc, long,…đem lại giá trị kinh tế cao tiết kiệm lượng Nếu tính cụ thể lợi ích kinh tế mà đèn LED chiếu sáng mang lại có biện pháp so sánh cụ thể sau, sử dụng loại bóng đèn sợi đốt, đèn LED chiếu sáng, đèn compact với thời gian nhau, bạn trả khoảng 1.905.000 đồng cho bóng đèn sợi đốt, 697.000 đồng cho bóng đèn compact 471.000 đồng cho bóng đèn LED chiếu sáng Một mức tiết kiệm tương đối lớn chi phí bỏ ban đầu cho bóng đèn LED chiếu sáng không cao Các thành phần đèn LED Đèn LED tạo thành từ thành phần chính, bao gồm: Phần tử phát sáng LED, mạch in đèn, mạch nguồn, phận tản nhiệt vỏ đèn - Phần tử phát sáng LED (Light-emitting diode – Đi-ốt xạ ánh sáng): Bản chất LED đi-ốt, chứa chíp bán dẫn có pha tạp chất để tạo tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến K-tốt (kênh N), điện tử lấp đầy chỗ trống sinh xạ ánh sáng, bước sóng phát có màu khác tùy thuộc vào tạp chất chíp bán dẫn LED phân thành ba loại theo dải cơng suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn Hình 1: Các loại LED theo công suất - Mạch in đèn LED: Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn LED với mạch in ảnh hưởng đến lớn đến độ bền đèn, điều kiện khí hậu nhiệt đới device.setParams(paramList); } WDevicegetdeviceBySlaveId(int slaveId) { foreach (WDevice device in devices) { if (slaveId == device.slave_id) { return device; } } returnnull; } publicvoid login(User _user) { this.user = _user; notifyPropertyChanged("user"); notifyPropertyChanged("isLoggedIn"); } publicvoid logout() { this.user = null; notifyPropertyChanged("user"); notifyPropertyChanged("isLoggedIn"); } publicbool start() { if (!serialPortConnecter.connectIfNeed()) returnfalse; isRunning = true; dataReceiver.startServer(); returntrue; } publicvoid stop() { isRunning = false; dataReceiver.stopServer(); } } } 63 Devices using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; usingRangDong.Core; usingRangDong.Core.Model; using RangDongApp.Components; using RangDongApp.Windows; namespace RangDongApp.Models { publicclassDevice : ActiveRecord { publicoverridestring table { get { return"tbl_device"; } } publicoverrideList primary { get { returnnewList(){ "id" }; } } publicoverrideList properties { get { returnnewList() { "id", "active", "created_time", "updated_time", "name", "slave_id", "device_type_id" }; } } publicoverrideDictionary labels { get 64 { returnnewDictionary() { {"name","Tên thiết bị"} }; } } publicoverrideDictionary validateRules { get { returnnewDictionary() { {"name",newSValidator.Required()} }; } } publicoverrideDictionary relations { get { returnnewDictionary() { {"device_type",newobject[]{ RelationType.BELONGS_TO, "device_type_id" }} }; } } publiclong id { get; set; } privateint _active { get; set; } publicint active { get { return _active; } set { _active = value; notifyPropertyChanged("active"); notifyPropertyChanged("active_text"); } } publiclong created_time { get; set; } publiclong updated_time { get; set; } publicstring name { get; set; } 65 publicint slave_id { get; set; } publiclong device_type_id { get; set; } publicstring active_text { get { return active == ? "Không hoạt động" :"Hoạt động"; } } publicDeviceType device_type { get { return getRelation("device_type"); } } public Device() { active = 1; this.onBeforeValidate += Model_onBeforeValidate; } void Model_onBeforeValidate(Device ar) { long currentTimestamp = Util.getCurrentTimestamp(); if (this.isNewRecord) { this.created_time = currentTimestamp; } this.updated_time = currentTimestamp; } publicbool doConfig() { if (!AppController.getInstance().serialPortConnecter.connectIfNeed()) returnfalse; clearRelation("device_type"); bool result = AppController.getInstance().dataReceiver.config(slave_id, device_type.num_hardware, device_type.source_type, device_type.getValuesToConfig()); return result; } } } 66 DevicesTypes using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; usingRangDong.Core; usingRangDong.Core.Model; using RangDongApp.Components; using RangDongApp.Windows; namespace RangDongApp.Models { publicclassDeviceType : ActiveRecord { publicconstint SOURCE_TYPE_BALAST = 1, SOURCE_TYPE_LED = 2; publicoverridestring table { get { return"tbl_device_type"; } } publicoverrideList primary { get { returnnewList(){ "id" }; } } publicoverrideList properties { get { returnnewList() { "id", "active", "created_time", "updated_time", "name", "source_type", "urms_min", "urms_max", "irms_min", "irms_max", "pac_min", "pac_max", "cosphi_min", "cosphi_max", "udc_min", "udc_max", "idc_min", "idc_max", "pdc_min", "pdc_max", "h_min", "h_max", "num_hardware" 67 }; } } publicoverrideDictionary labels { get { returnnewDictionary() { {"name","Tên sản phẩm"} }; } } publicoverrideDictionary validateRules { get { returnnewDictionary() { {"name",newSValidator.Required()} }; } } publiclong id { get; set; } publicint active { get; set; } publiclong created_time { get; set; } publiclong updated_time { get; set; } publicstring name { get; set; } privateint _source_type; publicint source_type { get { return _source_type; } set { _source_type = value; notifyPropertyChanged("source_type"); notifyPropertyChanged("source_type_label"); notifyPropertyChanged("is_type_led"); } } 68 publicint num_hardware { get; set; } publicfloat urms_min { get; set; } publicfloat urms_max { get; set; } publicfloat irms_min { get; set; } publicfloat irms_max { get; set; } publicfloat pac_min { get; set; } publicfloat pac_max { get; set; } publicfloat cosphi_min { get; set; } publicfloat cosphi_max { get; set; } publicfloat udc_min { get; set; } publicfloat udc_max { get; set; } publicfloat idc_min { get; set; } publicfloat idc_max { get; set; } publicfloat pdc_min { get; set; } publicfloat pdc_max { get; set; } publicfloat h_min { get; set; } publicfloat h_max { get; set; } publicstring source_type_label { get { switch (source_type) { case SOURCE_TYPE_BALAST: return"Balast"; case SOURCE_TYPE_LED: return"Led"; } returnnull; } } publicbool is_type_led { get { return source_type == SOURCE_TYPE_LED; } } public DeviceType() { active = 1; this.onBeforeValidate += Model_onBeforeValidate; } void Model_onBeforeValidate(DeviceType ar) { 69 long currentTimestamp = Util.getCurrentTimestamp(); if (this.isNewRecord) { this.created_time = currentTimestamp; } this.updated_time = currentTimestamp; } publicbool validateParam(Param param) { if (source_type == SOURCE_TYPE_BALAST) { bool valid = urms_min