19 Hiện nay đã có nhiều sản phẩm tích hợp được cả hệ thống current sourcing và current sinking trong cùng một trình điều khiển. Các sản phẩm của MeanWell là ví dụ điển hình.
Xử lý tín hiệu điện áp điều khiển 0-10V: theo nhà sản xuất hiện nay, có 3 cách để xử lý tín hiệu điện áp điều khiển 0-10V đó là sử dụng biến trở, dùng tín hiệu PWM hoặc cung cấp điện áp từ 0-10V.
a) Phương pháp sử dụng biến trở:
Thơng thường Rc thường có giá trị từ 0-100k Ω là phù hợp nhất để điều chỉnh tín hiệu điện áp điều khiển 0-10V.
Một trong những giải pháp đơn giản và hợp lý nhất để làm mờ với trình điều khiển LED là sử dụng chiết áp Ohm đơn giản 100kΩ. Đây là một điện trở thay đổi dễ dàng gắn giữa hai dây tín hiệu điều khiển điện áp, phương pháp này đỡ tốn kém, tiết kiệm chi phí.
Hình 2.11 Sơ đồ nối dây của phương pháp điều khiển biến trở 100kΩ Hình 2.10 Đặc tuyến cường độ ánh sáng theo điện áp đầu vào Hình 2.10 Đặc tuyến cường độ ánh sáng theo điện áp đầu vào
20 Biến trở chia áp 100KΩ rất phù hợp cho các dự án nhỏ hơn, yêu cầu chỉ cần một núm xoay kiểu điều khiển, hoặc đơn giản là thử nghiệm khả năng làm mờ của trình điều khiển.
b) Phương pháp sử dụng xung PWM:
Các thiết bị điều khiển sẽ cung cấp xung PWM có tần số 100Hz đến 3kHz để thay đổi điện áp điều khiển 0-10V độ sáng đèn sẽ thay đổi theo một hàm tuyến tính.
Hình 2.12 Chiết áp điện tử 100KΩ
21 c) Cung cấp điện áp 0-10V:
Các thiết bị điều khiển sẽ cung cấp điện áp 0-10V cho trình điều khiển Led. Tuỳ thuộc vào giá trị điện áp cấp vào thì độ sáng của đèn sẽ thay đổi theo một hàm tuyến tính. Phương pháp này thích hợp cho việc tích hợp vào hệ thống chiếu sáng tự động trong các tồ nhà cao tầng.
Hình 2.14 Sơ đồ nối dây của biện pháp xung PWM
22 2. Phase Dimming (Leading & Trailing Edge) – Dimmer điện áp
Đây là loại dimmer truyền thống, sử dụng cắt một phần của điện áp hình Sin tại ngõ vào, qua đó điều chỉnh giá trị điện áp trung bình tại ngõ ra. Có 2 phương án là cắt phần trước hoặc phần sau của sóng hình Sin.
a) Leading-edge dimmers (TRIAC dimmers) – Cắt xung sườn lên: các trình điều khiển làm mờ TRIAC hoạt động như một công tắc tốc độ cao và được sử dụng để kiểm sốt lượng nguồn điện truyền đến bóng đèn. Một bộ kích hoạt ra lệnh khi nào mà thiết bị bắt đầu dẫn điện, về cơ bản là việc cắt hình dạng sóng điện áp, ngăn chặn điện áp được cung cấp ở tải.
Hình 2.16 Sơ đồ nối dây của phương pháp cấp áp điều khiển
23 b) Trailing-edge Dimmers (Reverse phase dimmers) – Cắt xung sườn xuống: Dimmer điện tử có thiết kế và hoạt động phức tạp hơn là dimmer Triac và thường sử dụng MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) hoặc IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Đèn LED sử dụng loại dimmer điện tử thường không phát ra tiếng ồn, cảm giác mượt mà, dễ chịu hơn Triac dimmer.
Một đặc tính khác đầy hấp dẫn của dimmer MOSFET là “khởi động mềm” tức độ sáng sẽ tăng dần đều từ 0% lên tới mức thiết lập. Ngoài đem lại cảm nhận tuyệt vời cho người dùng, nó cịn giúp tăng tuổi thọ thiết bị đèn chiếu sáng do dòng khởi động nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện định mức.
3. DMX
DMX là một tiêu chuẩn truyền thông để điều khiển các bộ đèn chiếu sáng hoạt động theo chương trình định trước. Tín hiệu DMX được phát đi từ một bộ DMX Master và truyền tới tồn thiết bị có trên đường tín hiệu. Đây là giao thức truyền thông 1 chiều, từ bộ DMX Master tới các bộ đèn và khơng có tín hiệu hồi tiếp. DMX
24 được sử dụng phổ biến trong chiếu sáng chun nghiệp, ví dụ như các chương trình biểu diễn, studio, chiếu sáng cảnh quan, ...
4. DALI (Digital Addressable Lighting Interface)
Hình 2.19 Sơ đồ nối dây giao thức DMX
25 DALI là một giao thức chuyên dụng cho điều khiển ánh sáng tự động phát triển dựa trên hệ thống Dim 0/1-10V. Các thiết bị DALI được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 62386. Các thiết bị điện có trang bị DALI có thể tự động nhận diện và giao tiếp với nhau do cùng được chế tạo theo một tiêu chuẩn. Nhãn hiệu DALI phải có được kiểm tra và chứng nhận DiiA (DALI phiên bản-1) hoặc được chứng nhận (DALI-2) trên trang web DiiA. Chứng nhận D4i - một phần mở rộng của DALI-2 - đã được DiiA thêm vào tháng 11 năm 2019.
DALI được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng chiếu sáng chung như chiếu sáng văn phòng, chiếu sáng bảo tàng và chiếu sáng bệnh viện. DALI là một hệ thống rất linh hoạt và có thể điều khiển các hệ thống chiếu sáng chỉ với một bộ điều khiển và một bộ đèn hoặc các hệ thống tiên tiến.
Cảm biến và thiết bị điều khiển
Cảm biến ánh sáng là một yếu tố cơ bản để điều khiển tự động hệ thống ánh sáng hiện đại. Một cảm biến ánh sáng đo mức độ ánh sáng trong phòng hoặc ánh sáng xung quanh để làm mờ hoặc bật/tắt đèn. Cảm biến ánh sáng điển hình được sử dụng cho ứng dụng điều khiển ánh sáng cung cấp phạm vi đo giữa một vài chục lux và vài nghìn lux (chẳng hạn như 20 đến 3000 lux). Cảm biến ánh sáng có thể được thiết kế đơn giản để cung cấp đầu ra tương tự (tức là 0-10V) hoặc đầu ra kỹ thuật số nhị phân để sử dụng bộ điều khiển.
Một máy dò chuyển động điện tử chứa một cảm biến chuyển động biến đổi phát hiện chuyển động thành tín hiệu điện. Một máy dị chuyển động cũng có thể
26 được sử dụng để kiểm soát chiếu sáng, chẳng hạn như một cảm biến chuyển động. Những các thiết bị ngăn chặn sự lãng phí năng lượng ánh sáng trong khơng gian trống.
Chiến lược quản lý năng lượng và kiểm soát ánh sáng
Mục tiêu điều khiển của hệ thống chiếu sáng trong không gian sống, làm việc hoặc mục đích chung khác là cung cấp mơi trường trực quan tối ưu cho thoải mái thị giác và năng suất của người cư ngụ với năng lượng tiêu dùng tối thiểu. Các cách tiếp cận điển hình để đạt được mục tiêu như vậy có thể tóm tắt như sau:
• Cung cấp ánh sáng ở nơi cần chiếu sáng. • Cung cấp ánh sáng khi cần chiếu sáng. • Cung cấp lượng ánh sáng phù hợp.
• Tận dụng ánh sáng ban ngày càng nhiều càng tốt.
Điều khiển bằng công tắc, nút nhấn và chức năng làm mờ của đèn
Điều khiển công tắc và làm mờ là hai phương tiện cơ bản để kiểm soát ánh sáng đầu ra cho mục đích quản lý năng lượng và nhu cầu thị giác. Chính lợi ích của kiểm sốt ánh sáng mang đến sự hài lòng và thoải mái của người sử dụng tốt hơn và linh hoạt trong khi vận hành. Ưu điểm chính của điều khiển bằng cơng tắc là tương đối không tốn kém và đơn giản để vận hành.
Đặt lịch và điều khiển theo giá trị cảm biến
Nếu các khu vực diễn ra các hoạt đơng là cố định hoặc có thể dự đốn được, hệ thống điều khiển ánh sáng có thể được lập trình để bật hoặc tắt ánh sáng trong khơng gian, bao gồm cả mức độ chiếu sáng, theo một lịch trình. Những lịch trình này có thể được cố định, hoặc có thể khác nhau cho các ngày khác nhau trong tuần hoặc vào các ngày làm việc và ngày lễ. Các nhà điều hành có thể cập nhật hoặc thiết lập các lịch trình này theo nhu cầu thực tế của khu vực đó. Trong trường hợp hệ thống điều khiển ánh sáng được tích hợp với hệ thống đặt chỗ hoặc hệ thống kiểm sốt truy cập, lịch trình có thể được thiết lập và cập nhật tự động theo đặt phòng thực tế hoặc nhu cầu sử dụng của các khơng gian đó.
Sử dụng ánh sáng ban ngày và ánh sáng bóng râm
Tận dụng tốt nhất ánh sáng ban ngày là một phương tiện tiết kiệm năng lượng rõ ràng hệ thống chiếu sáng. Kính là một yếu tố quan trọng trong kiến trúc của tồ nhà và thường cung cấp khơng gian trong nhà với kết nối trực quan với ngoài trời và ánh sáng ban ngày để nâng cao chất lượng mơi trường trong nhà.
27 Nhưng mặt ngồi tịa nhà phải phục vụ một chức năng quan trọng trong vai trị của nó để giúp duy trì mơi trường làm việc nội thất thích hợp dưới sự khắc nghiệt của điều kiện mơi trường bên ngồi. Thơng lượng mặt trời và ánh sáng ban ngày có thể thay đổi rất nhanh qua trong phạm vi rộng. Kiểm soát mức tăng năng lượng mặt trời và quản lý ánh sáng ban ngày, tầm nhìn và ánh sáng chói các vấn đề cho việc sử dụng hiệu quả ánh sáng ban ngày, và vẫn còn là một thách thức ngày nay.
Các hệ thống che nắng cơ học vận hành thủ công truyền thống như rèm cửa hoặc mành có thể được cơ giới hóa và sau đó được kiểm sốt bằng hành động của người cư ngụ hoặc bởi cảm biến và điều khiển tịa nhà. Cơng nghệ kính thơng minh mới nổi thậm chí có thể thay đổi động các thuộc tính quang học và có thể được kích hoạt bằng tay hoặc bằng cách hệ thống điều khiển tự động. Trong những trường hợp này, ánh sáng điện nên được kiểm sốt như dự phịng để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, đồng thời tối đa hóa hiệu quả năng lượng và giảm thiểu nhu cầu điện.
28
Chương 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM Thiết kế phần cứng
Thiết kế mơ hình
Triển khai ý tưởng
Từ ý tưởng ban đầu, với mục đích xây dựng mơ hình tồ nhà, nhóm quyết định thiết kế mơ hình với hình dáng tồ nhà trung tâm của trường. Đưa ra phương án cụ thể cũng như có sự tìm hiểu và kiến thức cơ sở để thực hiện ý tưởng.
Bản vẽ 3D
Mơ hình được phác thảo với kích thước LxWxH: 710x620x1000mm.
Hình 3.2 Hình vẽ dựng 3D mơ hình trên Sketchup Pro 2019 Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết kế phần cứng Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết kế phần cứng
29
Bản vẽ AutoCad 2D
Hình 3.3 Bản vẽ mặt trước, mặt sau và hai mặt bên của mơ hình
30
Lựa chọn vật liệu
Nhóm quyết định lựa chọn Mica làm vật liệu để dựng mơ hình, tuỳ vào vị trí và mục đích sử dụng nhóm sẽ chọn màu sắc Mica cho phù hợp. Trong trường hợp khơng có màu sắc thích hợp, nhóm sẽ sử dụng decal để trang trí.
Hình 3.5 Bản vẽ các phần phụ kiện của mơ hình
31
Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng Nguyên lý vận hành của hệ thống:
• Hai cảm biến ánh sáng đo độ sáng đưa tín hiệu analog về bộ điều khiển DDC-C46.
• Bộ điều khiển có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, tính tốn số liệu và đưa về hiển thị trên phần mềm điều khiển.
• Khối điều khiển (điều khiển bằng phần mềm DDC-Configurator): hiển thị dữ liệu ngõ vào đã được tính tốn bởi bộ điều khiển số DDC-C46; cấp tín hiệu điều khiển relay chuyển đổi chế độ điều khiển (tự động và thủ cơng); cấp tín hiệu analog điều khiển độ sáng của đèn ở chế độ điều khiển tự động. • Relay: điều khiển lựa chọn chế độ điều độ sáng của đèn.
• Led Driver: nhận tín hiệu từ bộ điều khiển (tín hiệu analog từ bộ điều khiển DDC-C46 hoặc bộ Dimmer) điều khiển độ sáng đèn LED.
Bộ điều khiển số trực tiếp DDC-C46
Đa phần các bộ DDC hiện này đều của nước ngồi nên việc bảo hành khó khăn, khó tiếp cận với các kĩ thuật viên để tìm hiểu về cách sử dụng. Vì thế, nhóm chọn bộ DDC của PNTech vì đây là sản phẩm của Việt Nam nên giao diện phần mềm được viết bằng Tiếng Việt khá dễ dàng cho người sử dụng.
Bộ điều khiển DDC (Direct Digital Controller) là bộ điều khiển chuyên dụng trong hệ thống BMS, HVAC, AHU, Chiller, Lighting … dùng để điều khiển các hệ thống hoạt động độc lập trong các toà nhà, nhà tồ, …
32 DDC – C46 giúp người vận hành dễ dàng giám sát, cấu hình và cài đặt thơng số thiết bị. Mang lại sự ổn định, tiết kiệm chi phí và tối ưu tốt nhất cho hệ thống điều khiển.
• 24V IN và 0V IN : nguồn cấp cho bộ điều khiển 24VAC/DC. • NOn 1 + NOn 2 : ngõ ra dạng Relay ON/OFF.
• AOn + GND : ngõ ra dạng Analog.
• UI 0n : ngõ vào đa chức năng.
• A1+ và B1- : Tín hiệu RS485 cho Modbus RTU port 1. • A2+ và B2- : Tín hiệu RS485 cho Modbus RTU port 2.
Hình 3.8 Bộ điều khiển DDC-C46
33
Cảm biến ánh sáng
Do thiếu hụt về mặt kinh phí nên chọn cảm biến ánh sáng điện tử giá rẻ nên không phù hợp với thực tế nhưng đáp ứng về độ rọi vẫn được đảm bảo. Phạm vi đo phù hợp với yêu cầu do sử dụng trong toà nhà nên đọ rọi chỉ cần từ 0-1000 Lux, giảm thiểu về sai số khơng đáng có.
Hình 3.11 Cảm biến ánh sáng và cáp kết nối
34
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến ánh sáng
Nguồn cấp 3.3 ~ 5 VDC Phạm vi đo 1 – 1000 Lux Thời gian đáp ứng 15µs Tính hiệu trả về Analog Kích thước 22x30 mm Chân kết nối Đỏ: VCC Đen: GND Xanh: S
Module Relay Opto 5VDC Low
Về phần Relay, có thể chọn nhiều loại nhưng do nhóm có sẵn Relay Opto nên có thể đem vào sử dụng.
Bảng 3.2 Thơng số kỹ thuật của mạch Module Relay 5V
Mức logic 0V (GND)
Tải Điều khiển đóng ngắt điện DC hoặc AC, bạn có thể điều
khiển tải 220VAC 10A Tiếp điểm
NO: thường mở (khi kích tiếp điểm đóng lại) COM: chung
NC: Thường đóng (khi kích tiếp điểm mở ra) Đầu vào
Điện áp ni: 5VDC
Tín hiệu vào điều khiển: 0V + Tín hiệu là 0: thì Relay đóng + Tín hiệu là 1: thì Relay mở Đầu ra
+ Tiếp điểm relay 220V 10A (Lưu ý tiếp điểm , không phải điện áp ra)
+ NC: Thường đóng + NO: Thường mở + COM: Chân chung
Ký hiệu nguồn + VCC, GND là nguồn ni Relay + IN là chân tín hiệu điều khiển
35
Driver LED
Hệ dim nhóm chọn là 0-10V nhưng do công suất khá lớn khá tốn kém và nhà cung cấp chỉ bán Driver đèn khơng bán kèm theo đèn. Việc tìm kiếm đèn khá khó khăn. Từ các lí do trên nhóm chọn loại dim 1-10V của nhà cung cấp VinaLed, nhà cung cấp bán kèm Driver và đèn LED, giá thành cũng không quá cao. Về bản chất dim 0-10V và dim 1-10V là tương tư nhưng đối với loại dim 1-10V cần thêm Relay để tắt đèn.
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của Driver LED
Đèn LED
Cơng suất tiêu thụ 20W
Kích thước sản phẩm L150 x W40 x H30 mm
Điện áp ngõ vào 200 – 240VAC
Điện áp ngõ ra 9 - 40 VDC
Ứng dụng Chỉnh Dimming cho led âm trần
Mức chỉnh 10 – 100 %
Hình 3.13 Driver LED Dimming 1 – 10V
36
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của đèn LED F4 10W
Cơng suất tiêu thụ 10W
Bóng led CREE (USA)
Quang thông 1075lm
Nhiệt độ màu ánh sáng 4000K
Kích thước sản phẩm Φ94 x H87mm Kích thước thi cơng Φ83mm Điện áp ngõ vào 220 - 240VAC Chỉ số hoàn màu Ra > 80/Ra > 90 Góc chiếu sáng 24°/36°
Tuổi thọ > 30.000 giờ
Bảo hành 3 năm
Tiêu chuẩn bảo vệ IP20 Cách lắp đặt Âm trần
Lựa chọn thêm Có chức năng chỉnh Dimmer 1 – 10VDC