Nghiên cứu và hiện thực hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng bằng vi điều khiển ARM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN ĐÌNH KHƠI NGHIÊN CỨU VÀ HIỆN THỰC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, 7/2009 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA Khoa học kỹ thuật máy tính Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc oOo Tp HCM, ngày 18 tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Đình Khơi Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04-11-1984 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Khoa học máy tính Khóa 2007 MSHV: 00707691 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thực hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng vi điều khiển ARM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu thực mơ hình hệ thống quản lý đèn chiếu sáng công cộng hệ thống truyền liệu qua đƣờng dây tải điện hệ thống tin nhắn SMS, sử dụng vi điều khiển ARM 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : tháng 2/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : tháng 7/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): Tiến sĩ Đinh Đức Anh Vũ Nội dung đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tìm hiểu thực mơ hình hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng vi điều khiển ARM họ LPC2378 hãng NXP Mục tiêu đề tài xây dựng mơ hình cho hệ thống quản lý chiếu sáng với chức năng:  Quản lý tập trung (quy mơ quận, thành phố): tất bóng đèn chiếu sáng đƣợc quản lý tập trung trung tâm điều khiển  Tắt mở đèn theo lịch định: tùy theo khu vực, khu vực cần thiết tắt mở đèn theo ngày, hệ thống cho phép điều khiển đèn theo lịch định trƣớc  Tắt mở đèn theo môi trƣờng: khu vực cần thiết tắt mở đèn theo môi trƣờng (ngày, đêm, lúc trời mƣa…)  Quản lý công suất tiêu thụ: quản lý cơng suất tiêu thụ bóng hay dãy bóng, tăng giảm độ sáng bóng nhằm đạt yêu cầu tiết kiệm điện tiêu thụ  Quản lý hƣ hỏng, mát: khả báo động trung tâm điều khiển thiết bị hƣ hỏng hay bị đánh cắp Các vấn đề luận văn trình bày bao gồm nghiên cứu liên quan đến hệ thống quản lý chiếu sáng công cộng tự động giới từ đƣa mơ hình phù hợp, nghiên cứu công nghệ truyền liệu qua mạng điện lƣới (Power line communication), công nghệ nhắn tin SMS mạng GSM cuối luận văn trình bày thực hệ thống quản lý chiếu sáng nhƣ ii MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iii MỤC LỤC HÌNH v MỤC LỤC BẢNG vii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu 1.2 Phạm vi mục tiêu đề tài CHƢƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.1 Các giải pháp giúp điều chỉnh độ sáng hệ thống 2.2 Các giải pháp giúp điều khiển cho toàn hệ thống 2.3 Tổng kết giải pháp điều khiển hệ thống chiếu sáng 2.4 Mơ hình đề nghị CHƢƠNG 3: POWER LINE COMMUNICATION 10 3.1 Giới thiệu 10 3.2 Các chuẩn truyền liệu PLC 11 3.3 Plug-In Module (PIM) IT800D Yitran 14 CHƢƠNG 4: NHẮN TIN SMS THÔNG QUA MODEM GSM 21 4.1 Modem GSM tập lệnh AT 21 4.2 Các câu lệnh AT 22 4.3 Gửi nhận tin nhắn sử dụng câu lệnh AT 26 4.4 Modem GSM SIM508 28 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG 32 5.1 Điều chỉnh độ sáng đèn cao áp 32 5.2 Nhận biết đèn có hoạt động xác hay khơng 37 5.3 Mạch điều khiển đèn hoàn chỉnh 38 5.4 Mạch giao tiếp với PLC modem 39 5.5 Mạch giao tiếp với GSM modem 40 5.6 Hiện thực điều khiển bóng đèn 41 5.7 Hiện thực điều khiển khu vực 44 5.8 Hiện thực chƣơng trình điều khiển trung tâm 47 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 50 iii 6.1 Kết đạt đƣợc 50 6.2 Hƣớng phát triển đề tài 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 iv MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1: Bật tắt đèn relay thời gian Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động Ballast điện từ mức điều chỉnh Hình 2.3: Nguyên lý điều chỉnh độ sáng cách thay đổi dạng sóng nguồn cung cấp Hình 2.4: Ballast điện tử hãng ELGADI cho phép truy nhập từ xa, thiết lập chế độ điều khiển độ sáng theo thời gian Hình 2.5: Mơ hình điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng Hình 3.1: Hệ thống truyền tin đƣờng dây điện 10 Hình 3.2: Sự phân chia dải tần số chuẩn CELENEC 13 Hình 3.3: Mơ tả node IT800D PLCC 14 Hình 3.4: Quá trình cài đặt ban đầu 18 Hình 3.5: Cấu trúc lệnh gởi 19 Hình 3.6: Cấu trúc trả lời yêu cầu IT800D 19 Hình 4.1: Gửi tin nhắn SMS 26 Hình 4.2: Đọc tin nhắn SMS 27 Hình 4.3: Sơ đồ khối chức SIM508 30 Hình 5.1: Cấu trúc triac kí hiệu 33 Hình 5.2: Điều khiển pha chu kỳ điện xoay chiều 34 Hình 5.3: Một mạch điều khiển pha đơn giản 34 Hình 5.4: Cấu tạo Optoisolator 35 Hình 5.5: Sử dụng optoisolator để điều khiển triac 35 Hình 5.6: Optoisolator MOC3020 36 Hình 5.7: Sơ đồ mạch phát zero-crossing 36 Hình 5.8: a Xung gai ngõ optoisolator 37 b Xung gai sau đƣợc điều chỉnh qua 7414 37 Hình 5.9: Mạch tạo tín hiệu DC từ cuộn cảm xoay chiều 37 Hình 5.10: Mạch điều khiển dimmer cho đèn 38 Hình 5.11: Mạch tạo tín hiệu DC từ cuộn cảm biến dòng điện 39 Hình 5.12: Sơ đồ chân PLC modem 39 Hình 5.13: Line coupler PLC modem 40 Hình 5.14: Giao tiếp SIM508 host qua dây UART 40 Hình 5.15: Giao tiếp SIM508 SIM card 41 Hình 5.16: Sơ đồ khối chức điều khiển bóng đèn 42 v Hình 5.17: Xung phát zero-crossing tạo 42 Hình 5.18: Bộ cảm biến ánh sáng 42 Hình 5.19: Sơ đồ giao tiếp task điều khiển bóng đèn 43 Hình 5.20: Sơ đồ khối chức điều khiển khu vực 45 Hình 5.21: Sơ đồ giao tiếp task điều khiển khu vực 46 Hình 5.22: Giao diện chƣơng trình 48 Hình 5.23: Giao diện chƣơng trình chế độ auto 49 vi MỤC LỤC BẢNG Bảng 3.1: Mô tả chi tiết cấu trúc lệnh gửi 19 Bảng 3.2: Mô tả chi tiết field trả lời yêu cầu 19 Bảng 3.3: Opcode tất lệnh Host gởi tới IT800D 20 Bảng 4.1: Các câu lệnh khởi động AT Command 22 Bảng 4.2: Các câu lệnh tổng quát AT Command 23 Bảng 4.3: Các câu lệnh AT gửi nhận tin nhắn 23 Bảng 4.4: Các câu lệnh điều khiển gọi 25 Bảng 4.5: Các câu lệnh điều khiển card liệu 25 Bảng 4.6: Các câu lệnh điều khiển điện thoại 25 vii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu Năm 2008, dự kiến sản lƣợng điện mà EVN sản xuất mua để cung cấp cho nƣớc đạt 76,03 tỉ kWh - có 67,29 tỉ kWh điện thƣơng phẩm Tuy nhiên, nhu cầu tiêu thụ cao nguồn cung Điều thể qua tình trạng điện diễn thƣờng xun thời gian qua Chính Bộ Cơng Thƣơng thừa nhận, tình trạng thiếu cung cấp điện không ổn định nguyên nhân làm hạn chế sản xuất công nghiệp năm Năm 2008, số tiền EVN bỏ đầu tƣ lên đến 38.817,1 tỉ đồng, phần lớn tập trung cho dự án sản xuất điện Nhƣng số vốn giảm đến 10% so với thực tế đầu tƣ năm 2007 Và nhiều nguyên nhân khác nhau, có tám dự án với tổng cơng suất khoảng 1.415 MW bị chậm tiến độ cung cấp điện vào năm 2009 nhƣ Nhiệt điện than Hải Phịng, Thủy điện sơng Ba Hạ Chính thế, dù sản lƣợng điện năm có tăng 13,9% so với năm 2007 - tƣơng đƣơng tăng 9,25 tỉ kWh - nhƣng số mà EVN tăng đƣợc nhờ tự sản xuất 2,53 tỉ kWh, cịn lại phải mua ngồi Tốc độ tăng sản lƣợng nhƣ đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ- tăng bình quân khoảng 17%/năm Chẳng hạn, riêng mùa khô 2008, nhu cầu điện lên tới 31,7 tỉ kWh, tăng đến 4,8 tỉ kWh so với kỳ năm trƣớc Do đó, theo Bộ Cơng Thƣơng, năm 2009 nƣớc tiếp tục thiếu khoảng tỉ kWh điện Bởi với tốc độ tăng trƣởng kinh tế tiêu dùng, nhu cầu điện năm 2009 lên đến 78 tỉ kWh, khả cung cấp điện thƣơng phẩm khoảng 77,1 tỉ kWh Với tình hình thiếu điện kéo dài, yêu cầu tiết kiệm điện cấp thiết lĩnh vực nhƣ sinh hoạt, sản xuất, chiếu sáng đô thị…, riêng lĩnh vực chiếu sáng thị, thủ tƣớng phủ có thị cắt giảm 50% số lƣợng đèn chiếu sáng (trừ biển báo, đèn tín hiệu dẫn giao thông), điều chỉnh thời gian bật, tắt chiếu sáng hợp lý để khơng gây ảnh hƣởng đến an tồn giao thông, trật tự an ninh TP Cụ thể, theo thị thủ tƣớng phủ, UBND thành phố có thị riêng phù hợp với địa bàn nhƣ cắt giảm 50% số lƣợng đèn chiếu sáng, quy định tắt mở đèn cụ thể theo mùa…Tuy nhiên việc thực theo thị tiết kiệm điện chƣa đƣợc thực triệt để Các hệ thống chiếu sáng công cộng hoạt động 100%, bật tắt đèn cịn tùy tiện, có nơi đèn sáng bình thƣờng ban ngày Một mặt yếu khác lĩnh vực chiếu sáng công cộng hầu hết hệ thống chiếu sáng công cộng Việt Nam chƣa đƣợc áp dụng hệ thống điều khiển tự động Việc bật tắt bóng đèn đƣờng chủ yếu đƣợc thực tay bán tự động cách tắt mở theo cố định Một số nơi áp dụng việc sử dụng cảm biến ánh sáng bóng đèn nhƣng việc áp dụng chƣa hiệu Điều dẫn đến tƣợng lãng phí điện chiếu sáng việc chiếu sáng không hiệu Chẳng hạn nhƣ ngƣời điều khiển hệ thống đèn quên tắt đèn đèn sáng CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI suốt khoảng thời gian ban ngày Hoặc hệ thống định tắt mở cố định nhƣ tắt vào lúc 30 sáng, mở vào lúc 30 chiều, có mùa 30 sáng trời cịn tối nhƣng lại có mùa 30 chiều trời chƣa tối, dẫn đến hệ thống chiếu sáng khơng đem lại hiệu mà cịn lãng phí điện vơ ích Vấn đề cuối thiết bị chiếu sáng chƣa có khả tự cảnh báo bị hƣ hỏng hay mát Ví dụ ta đƣờng thƣờng thấy số bóng đèn bị hƣ chƣa đƣợc thay số bóng đèn tắt sáng liên tục nhƣng chƣa đƣợc phát sửa chữa, thay kịp thời Mục tiêu đề tài giải hạn chế nêu hệ thống chiếu sáng công cộng Việt Nam, đƣa giải pháp xây dựng hệ thống quản lý chiếu sáng phù hợp với yêu cầu hiệu tiết kiệm điện 1.2 Phạm vi mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài xây dựng mơ hình cho hệ thống quản lý chiếu sáng với chức năng:  Quản lý tập trung (quy mơ quận, thành phố): tất bóng đèn chiếu sáng đƣợc quản lý tập trung trung tâm điều khiển  Tắt mở đèn theo lịch định: tùy theo khu vực, khu vực cần thiết tắt mở đèn theo ngày, hệ thống cho phép điều khiển đèn theo lịch định trƣớc  Tắt mở đèn theo môi trƣờng: khu vực cần thiết tắt mở đèn theo môi trƣờng (ngày, đêm, lúc trời mƣa…)  Quản lý công suất tiêu thụ: quản lý công suất tiêu thụ bóng hay dãy bóng, tăng giảm độ sáng bóng nhằm đạt yêu cầu tiết kiệm điện tiêu thụ  Quản lý hƣ hỏng, mát: khả báo động trung tâm điều khiển thiết bị hƣ hỏng hay bị đánh cắp CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG Độ khuếch đại tầng thứ đƣợc giữ (R2=R3) để đảm bảo tính đối xứng dạng sóng sau đƣợc hiệu chỉnh Nên chọn giá trị R2 lớn R1 tối thiểu 10 lần để đảm bảo độ xác Độ khuếch đại tầng R5/R4 + Độ khuếch đại đƣợc chọn để lấy đƣợc giá trị điện áp DC theo ý muốn Lợi mạch so với sử dụng cầu diode hiệu điện đầu vào có giá trị nhỏ (10 – 100mV) sau đƣợc khuếch đại lên giá trị mong muốn Điều cho phép ngƣời dùng chọn linh kiện có kích thƣớc nhỏ tăng độ xác so với cầu diode Ngõ DC phải đƣợc lọc qua tụ để khử cƣa sau ta dùng tín hiệu đƣa vào ADC vi điều khiển Khi bóng đèn hoạt động, cƣờng độ dịng điện qua bóng đèn thay đổi tùy theo trạng thái nó, dẫn đến dịng thứ cấp cuộn cảm sinh thay đổi theo tƣơng ứng Sử dụng giá trị điện áp DC mạch tạo ra, ta biết xác đèn hoạt động trạng thái 5.3 Mạch điều khiển đèn hồn chỉnh Hình 5.10: Mạch điều khiển dimmer cho đèn Hình 5.10 mạch điều khiển dimmer cho đèn theo độ sáng mong muốn theo nguyên lý kết hợp triac optoisolator nhƣ mô tả phần Cuộn cảm dùng để cảm biến cƣờng độ dòng điện đƣợc mắc nối tiếp với mạch ngõ cuộn cảm đƣợc đƣa vào mạch tạo tín hiệu DC Tín hiệu điều khiển C_LAMP đƣợc đƣa vào vi điều khiển để điều khiển triac theo chu kỳ dòng điện AC 38 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG Hình 5.11: Mạch tạo tín hiệu DC từ cuộn cảm biến dịng điện Các giá trị điện trở đƣợc chọn nhƣ hình vẽ Giá trị hiệu điện DC V_FBACK đƣợc đƣa vào ADC vi điều khiển 5.4 Mạch giao tiếp với PLC modem Hình 5.12: Sơ đồ chân PLC modem Line line đƣờng tín hiệu đƣợc lấy từ line couper, PIM_TX chân truyền tín hiệu giao tiếp nối tiếp, PIM_RX chân nhận tín hiệu giao tiếp nối tiếp, PIM_RST chân reset PLC modem Các chân PIM_MISO, PIM_MOSI, PIM_SCK, PIM_NSS chân tín hiệu cho chuẩn SPI Nguồn 3.3VDC, 12VDC đƣợc lấy từ line couper Trong ứng dụng ta sử dụng chân giao tiếp UART PLC modem mà không sử dụng chuẩn SPI Tốc độ giao tiếp UART PLC modem cố định 38400 baud Line Coupler gồm có phần biến thế, triệt điện tạm thời tụ điện Line Coupler Yitran:  Input: 90 – 265VAC, 50/60Hz, 0.3A 39 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG  Output: 3.3VDC/1A, 5VDC/0.3A, 12VDC/0.28A, Ground, dây tín hiệu để truyền liệu, 8.5W Hình 5.13: Line coupler PLC modem 5.5 Mạch giao tiếp với GSM modem GSM modem SIM508 SIMCOM có 80 chân giao tiếp với hệ thống ngoài, nhiên ứng dụng ta sử dụng số chức nó, đƣợc mơ tả phần 5.5.1 Giao tiếp nối tiếp UART SIM508 hỗ trợ giao tiếp UART theo chuẩn modem, với dây, nhiên ứng dụng này, ta cần sử dụng dây TxD RxD với kết nối nhƣ hình vẽ sau Hình 5.14: Giao tiếp SIM508 host qua dây UART Lƣu ý, chân RTS SIM508 phải đƣợc nối với GND sử dụng dây nhƣ SIM508 hỗ trợ tốc độ truyền 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps Ngồi cịn hỗ trợ autobauding với tốc độ 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps Autobauding cho phép GSM modem tự động phát tốc độ truyền liệu host Cấu hình xuất xƣởng SIM508 autobauding, điều cho phép ngƣời dùng linh hoạt thiết kế mà không cần quan tâm đến tốc độ truyền UART host Ta thiết lập lại giá trị truyền UART xác định cho SIM508 cách dùng lệnh AT+IPR=x;&W với x tốc độ baud mong muốn Tốc độ mà ta thiết lập đƣợc lƣu vào ROM modem 40 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG 5.5.2 Giao tiếp với SIM card Hình 5.15: Giao tiếp SIM508 SIM card Giao tiếp với SIM card hỗ trợ chuẩn GSM phase phase 2+ Đồng thời cịn hỗ trợ SIM card 3V lẫn SIM card 1.8V Chân SIM_PRESENCE đƣợc dùng để phát SIM card có đƣợc nối với module hay khơng Host sử dụng lệnh AT để truy xuất nội dung SIM card cấu hình lại giao tiếp SIM card module 5.6 Hiện thực điều khiển bóng đèn 5.6.1 Sơ đồ khối chức Bộ điều khiển bóng đèn có sơ đồ khối nhƣ hình 5.15 với xử lý trung tâm MCU LPC2378 MCU nối với dimmer đèn với đƣờng giao tiếp Tín hiệu zero-crossing: tín hiệu phát zero-crossing sinh thời điểm bắt đầu nửa chu kỳ sóng điện xoay chiều Tín hiệu có dạng xung vng với chu kỳ 10ms (đối với dịng điện xoay chiều có tần số 50Hz) nhƣ hình 5.16 Xung vng đƣợc đƣa vào chân interrupt ngoại LPC2378 MCU biết thời điểm bắt đầu nửa chu kỳ Khi chƣơng trình phục vụ ngắt đƣợc thực thi để tiến hành điều khiển pha cho triac 41 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG Light sensor Bộ dimmer đèn LAMP F_BACK PLC modem UART LPC2378 C_LAMP Tín hiệu zerocrossing Hình 5.16: Sơ đồ khối chức điều khiển bóng đèn 10ms Hình 5.17: Xung phát zero-crossing tạo C_LAMP tín hiệu từ vi điều khiển đƣa vào mạch dimmer để điều khiển đèn LED optoisolator nửa chu kỳ sóng sine LAMP_FBACK tín hiệu từ dimmer trả cho vi điều khiển để nhận biết trạng thái hoạt động đèn Tín hiệu đƣợc đƣa vào ADC 10 bit vi điều khiển để chuyển từ mức điện áp DC thành số integer Light_sensor cảm biến ánh sáng để nhận biết ánh sáng mơi trƣờng Hình 5.18: Bộ cảm biến ánh sáng Tín hiệu cảm biến ánh sáng trả đƣợc đƣa vào ADC 10 bit LPC2378 để chuyển từ mức điện áp DC thành số integer PLC modem giao tiếp với LPC2378 thông qua đƣờng UART với tốc độ truyền 38400 bps 42 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG 5.6.2 Sơ đồ giao tiếp task điều khiển đèn Firmware viết cho điều khiển đèn đƣợc phát triển hệ điều hành RTX RTX hệ điều hành thời gian thực cho vi xử lý mà vi xử lý nhân CPU ARM Hệ điều hành cung cấp interface (viết ngôn ngữ C) cho phép ngƣời dùng xây dựng ứng dụng họ cách sử dụng task chạy song song CPU Sơ đồ giao tiếp task cho điều khiển đèn nhƣ hình dƣới START INIT TASK RECV_PLC TASK LAMP_TASK SEND_PLC TASK SENSOR TASK Wait for PLC data Wait for command Wait for PLC data Read sensor Parse data Control lamp Send data ADC UART interrupt Get feedback Hình 5.19: Sơ đồ giao tiếp task điều khiển bóng đèn Bộ điều khiển đèn bao gồm task: INIT, RECV_PLC TASK, LAMP_TASK, SEND_PLC TASK, SENSOR TASK INIT task chạy vừa khởi động hệ thống, task có nhiệm vụ thiết lập giá trị ban đầu cho module sử dụng hệ thống nhƣ UART, ADC, interrupt… khởi tạo task lại Sau thực thi xong nhiệm vụ, INIT tự động xóa khỏi nhớ vi điều khiển RECV_PLC TASK task có nhiệm vụ nhận liệu từ PLC modem xử lý liệu nhận đƣợc Khi có liệu từ điều khiển khu vực truyền đến PLC modem, PLC modem truyền liệu qua cho host qua đƣờng UART Khi đó, UART interrupt host đƣợc kích hoạt thơng báo cho RECV_PLC TASK biết có 43 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG liệu đến Sau xử lý liệu nhận đƣợc, RECV_PLC TASK thông báo cho LAMP_TASK biết để task thực thi cơng việc chế độ hoạt động manual khởi tạo SENSOR TASK chế độ auto LAMP_TASK task có nhiệm vụ điều khiển đèn theo yêu cầu từ điều khiển khu vực Khi nhận đƣợc yêu cầu từ RECV_PLC TASK (chế độ manual) SENSOR_TASK (chế độ auto), LAMP_TASK tiến hành điều khiển đèn hoạt động theo yêu cầu đó, sau đọc giá trị feedback dimmer đèn trả lại Dựa vào giá trị feedback đó, LAMP_TASK nhận biết đƣợc trạng thái hoạt động đèn thông báo cho SEND_PLC TASK để gửi trạng thái cho điều khiển khu vực SEND_PLC TASK có nhiệm vụ chờ nhận feedback từ LAMP_TASK gửi feedback PLC modem theo đƣờng UART SENSOR TASK task đƣợc thực thi chế độ hoạt động auto Khi chế độ manual, task bị xóa khỏi nhớ vi điều khiển đƣợc khởi tạo lại chuyển sang chế độ hoạt động auto Task có nhiệm vụ đọc liệu từ cảm biến quang, dựa vào liệu đọc đƣợc thơng báo cho LAMP_TASK để điều khiển đèn hoạt động theo ánh sáng mơi trƣờng bên ngồi 5.7 Hiện thực điều khiển khu vực 5.7.1 Sơ đồ khối chức Bộ điều khiển khu vực có chức tƣơng tự nhƣ điều khiển bóng đèn, ngồi cịn có thêm chức quản lý tất điều khiển bóng đèn khu vực định Tất điều khiển bóng đèn khu vực liên lạc với qua đƣờng dây điện hạ trung thế, nhiên đến trạm biến áp qua pha khác chúng khơng thể liên lạc với qua PLC modem Đây nhƣợc điểm công nghệ PLC Để giải vấn đề này, trạm biến áp khu vực điểm chuyển pha mà PLC modem truyền liệu qua, ta đặt điều khiển khu vực Các điều khiển khu vực PLC modem cịn có thêm GSM modem để giao tiếp với trạm trung tâm qua mạng không dây GSM 44 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG Light sensor Bộ dimmer đèn LAMP F_BACK PLC modem UART LPC2378 C_LAMP Tín hiệu zerocrossing UART GSM modem Hình 5.20: Sơ đồ khối chức điều khiển khu vực GSM modem giao tiếp với vi điều khiển thông qua đƣờng UART với tốc độ 9600 bps 45 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG 5.7.2 Sơ đồ giao tiếp task điều khiển khu vực START INIT TASK SEND_GSM TASK RECV_PLC TASK RECV_GSM TASK LAMP_TASK SEND_PLC TASK SENSOR TASK Wait for data to send Wait for slave’s feedback Wait for GSM data Wait for command Wait for PLC data Read sensor Send data Parse data Parse data Control lamp Send data ADC UART interrupt UART interrupt Get feedback Hình 5.21: Sơ đồ giao tiếp task điều khiển khu vực Bộ điều khiển đèn bao gồm task: INIT, RECV_PLC TASK, RECV_GSM TASK LAMP_TASK, SEND_PLC TASK, SEND_SMS TASK, SENSOR TASK INIT task chạy vừa khởi động hệ thống, task có nhiệm vụ thiết lập giá trị ban đầu cho module sử dụng hệ thống nhƣ UART, ADC, interrupt… khởi tạo task lại Sau thực thi xong nhiệm vụ, INIT tự động xóa khỏi nhớ vi điều khiển RECV_SMS TASK task có nhiệm vụ nhận liệu từ GSM modem trung tâm điều hành gửi tới Khi GSM modem nhận đƣợc liệu, tự động thơng báo cho host biết có tin nhắn Khi RECV_SMS TASK có nhiệm vụ truy xuất vào GSM modem để đọc tin nhắn đó, xử lý nội dung tin nhắn thực nhiệm vụ sau  Nếu hệ thống hoạt động chế độ manual thơng báo cho LAMP_TASK biết để task tiến hành điều khiển đèn theo yêu cầu trung tâm Nếu trung tâm yêu cầu hệ thống chuyển sang chế độ auto, khởi tạo SENSOR_TASK  Thơng báo cho SEND_PLC TASK để task gửi yêu cầu điều khiển đến điều khiển đèn nằm khu vực mà quản lý RECV_PLC TASK task có nhiệm vụ nhận liệu từ PLC modem xử lý liệu nhận đƣợc Khi có liệu từ điều khiển đèn khu vực gửi tới cho PLC modem, modem gửi liệu host, tạo UART interrupt kích hoạt RECV_PLC TASK Task chờ nhận hết liệu feedback từ điều khiển 46 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG khu vực thông báo cho SEND_SMS TASK gửi liệu trung tâm điều hành LAMP_TASK task có nhiệm vụ điều khiển đèn theo yêu cầu Khi nhận đƣợc yêu cầu từ RECV_SMS TASK (chế độ manual) SENSOR_TASK (chế độ auto), LAMP_TASK tiến hành điều khiển đèn hoạt động theo yêu cầu đó, sau đọc giá trị feedback dimmer đèn trả lại Dựa vào giá trị feedback đó, LAMP_TASK nhận biết đƣợc trạng thái hoạt động đèn thông báo cho SEND_SMS TASK để tập hợp liệu tất đèn khu vực gửi trung tâm điều hành SEND_PLC TASK có nhiệm vụ chờ nhận liệu từ RECV_SMS TASK gửi liệu cho điều khiển đèn nằm khu vực SENSOR TASK task đƣợc thực thi chế độ hoạt động auto Khi chế độ manual, task bị xóa khỏi nhớ vi điều khiển đƣợc khởi tạo lại chuyển sang chế độ hoạt động auto Task có nhiệm vụ đọc liệu từ cảm biến quang, dựa vào liệu đọc đƣợc thơng báo cho LAMP_TASK để điều khiển đèn hoạt động theo ánh sáng môi trƣờng bên ngồi 5.8 Hiện thực chƣơng trình điều khiển trung tâm Chƣơng trình điều khiển trung tâm chạy PC đƣợc thiết kế Visual Basic Chƣơng trình có giao diện nhƣ hình 5.22 Đây giao diện chƣơng trình hệ thống hoạt động chế độ manual Khung số hệ thống Giờ đƣợc cập nhật liên tục để ngƣời dùng sử dụng chế độ lập lịch trình điều khiển đèn tự động Khung số hình ảnh tƣợng trƣng cho bóng đèn Các bóng đèn có trạng thái nhƣ sau  Đèn tắt  Đèn sáng mức độ 50% công suất  Đèn sáng mức độ 100% công suất  Đèn hƣ hỏng bị cắp (màu đỏ chớp nháy liên tục) 47 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG Hình 5.22: Giao diện chương trình Khung số điều chỉnh lƣợng cho đèn Thanh có mức, tƣơng ứng với đèn tắt, đèn sáng 50% đèn sáng 100% Ở chế độ manual, ngƣời dùng chỉnh lƣợng đèn xong, ngƣời dùng phải nhấn nút Submit để chƣơng trình gửi tin nhắn đến điều khiển khu vực Ngồi chƣơng trình cịn có nút dùng để mở hết tất đèn mức độ 100% lƣợng tắt hết tất đèn Vùng Schedule dùng để ngƣời dùng lập lịch trình tắt mở theo cho tất đèn Vùng cho phép ngƣời dùng nhập vào giờ, phút mở đèn, mức lƣợng hoạt động đèn phút tắt đèn Ở ta không cần thiết phải lập lịch trình theo ngày việc sử dụng đèn hầu nhƣ ngày Nếu hệ thống hoạt động chế độ auto, giao diện chƣơng trình đơn giản nhƣ hình 5.23 Chế độ auto có hình ảnh mơ tả trạng thái đèn ngƣời dùng lệnh điều khiển đèn theo ý đèn hoạt động dựa cảm biến ánh sáng môi trƣờng xung quanh 48 CHƢƠNG 5: HIỆN THỰC HỆ THỐNG Hình 5.23: Giao diện chương trình chế độ auto 49 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Kết đạt đƣợc Điều khiển đƣợc đèn cao áp sáng với độ sáng theo ý muốn phƣơng pháp điều khiển pha nhƣ trình bày phần Tuy nhiên ứng dụng ta điều khiển đèn sáng mức độ 100% 50% công suất không cần phải sáng mức độ khác Giao tiếp tốt PLC modem điều khiển đèn với giao tiếp tốt GSM modem điều khiển khu vực với trạm điều hành trung tâm Xây dựng đƣợc mơ hình điều khiển dựa mơ hình đề nghị ra, nhiên hệ thống nhƣợc điểm chƣa làm thành board mạch tích hợp tồn phận mạch mà mạch dạng module rời nối với dây bus Một nhƣợc điểm tác giả sử dụng board vi điều khiển MCB2300, board phát triển ứng dụng cho LPC2378 Keil thiết kế mà chƣa tự thiết kế board MCU riêng Chƣơng trình điều khiển máy tính viết ngơn ngữ VB với giao diện cịn đơn giản, mang tính chất demo chƣa phát triển thành hệ thống lớn đƣợc Để phát triển thành hệ thống lớn điều khiển đƣợc vài trăm bóng đèn khu vực phải phát triển thêm chƣơng trình dựa sở liệu quản lý tốt Một nhƣợc điểm lớn hệ thống hệ thống hoạt động chƣa ổn định Mỗi đèn thay đổi trạng thái hoạt động xung điện áp xuất mạch làm cho PLC modem bị ngừng hoạt động Hiện tƣợng chƣa tìm đƣợc cách để khắc phục 6.2 Hƣớng phát triển đề tài Đề tài đƣợc phát triển thành hệ thống hoạt động ổn định diện rộng, quản lý hệ thống đèn quận thành phố với hệ thống sở liệu quản lý tất trạm Hƣớng phát triển khác thiết kế hệ thống không điều khiển đèn mà cịn có khả điều khiển thiết bị gia dụng khác nhà cách tập trung, tạo thành hệ thống nhà thông minh mà chủ nhà quản lý ngơi nhà thơng qua hệ thống máy tính cá nhân hay hệ thống tin nhắn SMS từ xa 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Eirik Bjelland Intelligent Street Lighting in Oslo, Norway Hafslund ASA, Norway [2] Kamron Hyodhyad Energy Saving Project for Street Lighting of Provincial Electricity Authority (PEA) System Development Division, Provincial Electricity Authority, Bangkok, Thailand [3] Halid Hrasnica, Abdelfatteh Haidine, Ralf Lehnert Broadband Powerline Communication Network Design Wiley [4] PL 3120/PL 3150/PL 3170 Power Line Smart Transceiver Data Book Echelon Corporation [5] IT800D PLC Host User Manual YITRAN Communications Ltd [6] IT800D Command Set User Guide YITRAN Communications Ltd [7] SIM508 Hardware design Shanghai SIMCom Wireless Ltd [8] AT command set Shanghai SIMCom Wireless Ltd [9] Thyristor Theory and Design Considerations ON Semiconductor Company [10] Phase control using thyristor Teccor Electronics Company [11] Precision Rectifier Circuit for CT Signal Conditioning CR Magnetic INC [12] Datasheet linh kiện sử dụng 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lý lịch trích ngang Họ tên: Phan Đình Khơi Ngày sinh: 04-11-1984 Nơi sinh: TPHCM Địa chỉ: 305/22 Lê Văn Sỹ, P1, Tân Bình, TPHCM Quá trình đào tạo: Tốt nghiệp đại học Bách Khoa TPHCM, khoa Công nghệ thông tin Học cao học trƣờng ĐH Bách Khoa TPHCM, ngành Khoa học máy tính Q trình cơng tác: Giảng dạy trƣờng ĐH Bách Khoa TPHCM, khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính, mơn Kỹ thuật máy tính 52 ... TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thực hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng vi điều khiển ARM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu thực mô hình hệ thống quản lý đèn chiếu sáng cơng cộng hệ thống truyền... nơi đèn sáng bình thƣờng ban ngày Một mặt yếu khác lĩnh vực chiếu sáng công cộng hầu hết hệ thống chiếu sáng công cộng Vi? ??t Nam chƣa đƣợc áp dụng hệ thống điều khiển tự động Vi? ??c bật tắt bóng đèn. .. hình điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng CHƢƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.4.1 Các điều khiển độ sáng bóng đèn Các bóng đèn đƣợc gom lại thành cụm nhỏ đƣợc điều khiển độ sáng chung điều khiển