4. Kết cấu của luận văn
3.6.2. Thiết kế mạch điều khiển LED
Để thiết kế mạch điều khiển LED cần thực hiện 3 bước theo trình tự trên hình 3.6:
Hình 3.6 Thiết kế mạch điều khiển tổ hợp LED
1) Giao diện người sử dụng (Graphical User Interface - GUI): Giao diện đồ hoạ cho phép người sử dụng tạo file ảnh dữ liệu theo yêu cầu kịch bản chiếu sáng (hình ảnh, màu sắc, thời gian hiển thị...)
2) Logic vi xử lý (Microcontroller Logic): Dữ liệu từ bộ vi điều khiển được gửi
tới các thanh ghi trên bo mạch. Vi điều khiển cho phép định địa chỉ và nạp dữ liệu từ GUI.Tín hiệu được nạp qua bộ đệm (buffer), được khuếch đại và nối với LED. Màn hình LED hiển thị các dữ liệu chứa trên từng thanh ghi. Đồng hồ đầu vào clock điều khiển nhịp xử lý. Clear cho phép xoá dữ liệu đưa về mức zero. Bộ vi điều khiển hình 5 cho phép:
• Kết nối USB / Ethernet / Serial Link Interface logic. • Lập trình bằng C, Visual Basic cho kịch bản chiếu sáng.
• Điều khiển điện áp.
• Đầu ra bội để điều khiển ma trận LED với tuỳ chọn.
Một khi dữ liệu truyền tới bộ vi điều khiển sẽ chuyển từ dữ liệu ảnh số từ GUI sang dữ liệu tương tự có thể điều khiển LED.
3) Bảng mạch ma trận LED (LED Matrix Circuit) cho phép:
• Nạp và lưu dữ liệu 8 bit qua thanh ghi đầu ra nối tiếp-song song Serial-In Parallel-Out (SIPO).
• Định địa chỉ các hàng của mảng chọn bộ dồn kênh DMUX cho các nửa ma
trận.
• Tín hiệu cường độ cao cho LED công suất. • Dòng điện và công suất thiểu.
• Định thang cho nhiều bo mạch để giảm thiểu dây nối từ vi điều khiển tới các LED.
Hình 3.7 Đường dữ liệu của bộ vi điều khiển 8 bit
Tín hiệu từ bộ đệm Buffer được nối với đèn và nguồn Vcc như hình 3.8. Như vậy việc bật tắt và điều khiển dòng điện qua đèn sẽ do bộ vi điều khiển quyết định. Kịch bản chiếu sáng sẽ do người sử dụng viết trong GUI.
Hình 3.8 Điều khiển đèn theo kịch bản chiếu sáng
Kết luận: Nhờ kỹ thuật vi điều khiển có thể dễ dàng xây dựng chiến lược điều khiển tổ hợp LED theo một kịch bản chiếu sáng cho trước. Điều này không chỉ thuận tiện cho LED màu trắng trong chiếu sáng nội, ngoại thất mà còn rất thuận lợi cho chiếu sáng trang trí.
Chương 4- KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Công nghệ đèn LED không mới, nhưng việc ứng dụng LED trong việc chiếu sáng lại là một dấu ấn ít nhiều mang tính cách mạng.
Tương lai của đèn LED như thế nào? Các nhà sản xuất đèn LED mong muốn chế tạo loại đèn đạt 150 lumen/watt trong tương lai. Nhiều nhà sản xuất bóng đèn chủ chốt mong muốn nó chiếm lĩnh 50% sản lượng dụng cụ chiếu sáng vào năm 2010. Theo đó, người tiêu thụ có thể chứng kiến thay đổi lớn lao trên thị trường chiếu sáng trong vài năm tới đây.
Từ năm 1974 đến nay (tháng 10/2009) có 2.272 sáng chế về LED. Nhìn bản đồ sáng chế của LED qua các năm, có thể nhận thấy con đường phát triển của công nghệ LED chia làm 2 chặng rõ rệt. Từ những năm 2000 trở về trước, sáng chế LED chỉ dừng ở con số hàng chục thì từ năm 2000 đến nay, số lượng sáng chế về LED tăng vọt, đạt đến con số hàng trăm (Hình 1). Các công ty sở hữu các sáng chế LED chính là các công ty điện tử có bề dày phát triển và có thế mạnh trên thị trường. Dẫn đầu là tập đoàn chiếu sáng số 1 Philips với 164 sáng chế, thứ hai là Cree Inc. với 33 sáng chế, một số tập đoàn điện tử khác cũng đã ghi tên mình trên bản đồ sáng chế là Gelcore LLC (28), Osram (27), Siemens (23), Samsung (20), LG (17), Univ (15).
So sánh đèn LED với các loại đèn khác
BẢNG 5: PHÂN TÍCH TIỀN TIẾT KIỆM ĐÈN COMPACT VỚI ĐÈN LED
HẠNG MỤC COMPACT ĐÈN 40W ĐỀN LED 24W GHI CHÚ QUANG THÔNG(LM) 2.100 2.160 ĐIỆN TIÊU THỤ(WH) 40 24 TUỔI THỌ(GIỜ) 6.000 50.000
SỐ LƯỢNG BÓNG DÙNG TRONG 50000GIỜ 8,33 1
GIÁ BÓNG ĐỀN ĐẦU TƯ + THAY THẾ 1.247.800 1.300.000 95.400580.000đ/1bóng đ/bộ; TỔNG ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ(KWH) 2.000 1.200 TỔNG CHI PHÍ ĐIỆN($) 2.200.000 1.320.000 1100/KWH TIỀN CHI PHÍ BẢO TRÌ 295.960 49.000 8 LẦN THAY BÓNG TỔNG CHI PHÍ($) 3.743.760 2.669.000 TỔNG TIÊT KIỆM($) 1.074.760 % TIẾT KIỆM 28,71%
BẢNG 6: PHÂN TÍCH TIỀN TIẾT KIỆM ĐÈN MERCURY SO VỚI ĐÈN LED
HẠNG MỤC ĐÈN MERCURY 80W ĐÈN LED 24W GHI CHÚ
QUANG THÔNG(LM) 3.700 2.160 ĐIỆN TIÊU THỤ(WH) 80 24 TUỔI THỌ(GIỜ) 2.500 50.000 SỐ LƯỢNG BÓNG DÙNG TRONG 50000GIỜ 20,00 1 GIÁ BÓNG ĐỀN ĐẦU TƯ + THAY THẾ 1.530.000 1.300.000 580.000đồng/bộ; 50,00đồng/1bóng TỔNG ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ(KWH) 4.000 1.200 TỔNG CHI PHÍ ĐIỆN($) 4.402.000 1.320.600 1100,5/KWH TIỀN CHI PHÍ BẢO TRÌ 719.320 49.000 19 LBÓNG ẦN THAY TỔNG CHI PHÍ($) 6.651.320 2.669.600 TỔNG TIÊT KIỆM($) 3.981.720 % TIẾT KIỆM 59,86%
Theo đó, chiếc bóng đèn LED này sẽ tiêu thụ chỉ 9W trong khi đó nó lại cung cấp một nguồn ánh sáng tương tự với bóng đèn sợi đốt 40W và lại có tuổi thọ cao gấp... 25 lần. Chiếc bóng đèn tiêu thụ chỉ 9W/giờ này sẽ cung cấp ánh ánh sáng tự như nguồn ánh sáng mặt trời tự nhiên, tuổi thọ của bóng lên tới 25.000 giờ. Nếu tính trung bình ta sử dụng 4 giờ/ngày thì bóng đèn này có tuổi thọ lên tới 17 năm. Để đạt được mức ánh sáng và tuổi thọ kinh ngạc này chính là thành quả của công nghệ LED mang lại.
Và như vậy với mỗi bóng đèn sợi đốt được thay thế bằng một bóng đèn LED này, chúng ta sẽ tiết kiệm tới 77% sản lượng điện tiêu thụ. Đây là một con số đáng ghi nhận, đặc biệt là trong thời kỳ cách mạng bảo vệ môi trường đang được đặt lên hàng đầu như hiện nay.
Các nhà phát minh cho biết: việc nghiên cứu và thiết kế loại bóng đèn LED này đã được nghiên cứu một cách hết sức kỹ lưỡng và tỉ mỉ dựa trên các nghiên cứu
thực tiễn. Nguồn ánh sáng được phát trực tiếp xuống bề mặt sẽ tốt hơn và tiết kiệm hơn rất nhiều so với nguồn ánh sáng tỏa xung quanh.
Chính vì vậy, thay vì sản xuất loại bóng đèn dài như dạng đèn neon hiện nay đang được sử dụng phổ biến, loại bóng đèn tròn với ánh sáng tạo tâm điểm đã được các nhà nghiên cứu lựa chọn
Dẫn lời ông John Strainic - quản lý sản phẩm toàn cầu của GE cho biết “Đây không chỉ là loại bóng đèn sẽ trở nên thông dụng, mà hơn cả thông dụng, nó sẽ có mặt ở hầu hết các gia đình, từ phòng ngủ của các bé sơ sinh cho tới các học sinh trung học”, “Đây còn là một tiến bộ khoa học đáng ghi nhận, là biểu tượng của trí tưởng tượng và sáng tạo để giải quyết vấn đề lớn nhất mà cả thế giới đang quan tâm đó là tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường”.
KIẾN NGHỊ
Nhận thấy rõ tính ưu việt của LED nguồn sáng mới trong chiếu sáng, các công ty chiếu sáng của nước ta nên xin quyền chuyển giao công nghệ để đưa LED về sản xuất hàng loạt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Nguyễn Sơn Hải, KS. Lê Trung Kiên, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu công nghệ GSM/GPRS để xây dựng mô hình ứng dụng điều khiển
và giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng các đô thị Việt Nam”, Hà Nội, tháng
11 năm 2009.
[2] PGS.TS. Phạm Thượng Hàn (chủ biên), Bùi Đăng Thảnh, Đào Đức Thịnh, Nguyễn Anh Tuấn, Hệ thống thông tin công nghiệp, NXB Giáo Dục, 2007. [3] Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào, Kỹ thuật chiếu sáng, NXB Khoa Học – Kỹ
Thuật Hà Nội, 2002.
[4] LED lighting by Gary Gereffi and Marcy Lowe Contributing CGGC researchers: Gloria Ayee, Stacey Frederick and Lorenzo Gui
[5] Efficient Lighting Management Curricula for ASEAN (ELMCA)
[6] R. Haitz, F. Kish, J. Tsao, J. Nelson, 1999 Optoelectronic Industry Development Association, Washington DC, October 6.1999
[7] R. Stevenson, Compound Semicond. Vol.10/10, p. 18-22 (Nov. 2004) [8] K. Evans, Compound Semicond. Vol.110/9, p. 27-31 (October 2004)
[9] S. Illek, I. Piezonka, A. Ploessl, P. Strauss, W. Wegleiter,R. Windisch, R. Wirth, H. Zull and K. Streubel., Proc. SPIE, Vol.4996, 2003, p.p. 18-25
[10] M.R. Kramers et al., Applied Physics Letters, 75 [16], pp. 2365, 1999 [11] A. Ploessl, G. Kraeuter, Mat. Sci. Eng., R 25, 1999, p.p. 1-88
[12] T. Withaker, R. Stevenson, Compound Semicond. Vol.10/11, p. 18-19 (Nov. 2004)
[13] M. Hatcher, Compound Semicond. Vol.10/11, p. 25, 26 (Nov. 2004) [14] V. Haerle; B Hahn; J. Baur; M. Fehrer, A. Weimar; S. Kaiser; Eisert;
F.Eberhard; A. Plossl; S. Bader, Proc. SPIE , 2004, Vol.5187, p.34-40 [15] http://www.dientutieudung.vn [16] http://materials.usask.ca [17] http://www.bbeled.com [18] http://www.led-professional.com [19] http://www.bodospower.com [20] http://www.100led.com