Trong phần trước đã giới thiệu một số thành phần cơ bản được dùng cho hệ thống. Hình 3-23 cho thấy sơ đồ tổng quan của hệ thống truyền thông tin qua đường điện lực. Hệ thống này hoạt động theo các bước sau:
a. Máy tính gửi lệnh điều khiển các thiết bị tới modem PLC qua cổng truyền thông nối tiếp khi con người có yêu cầu điều khiển các thiết bị.
b. Modem PLC điều chế dữ liệu nhận được rồi gửi qua đường dây điện sử dụng điều chế ASK.
c. Sau đó, ở kết cuối nhận, modem PLC nhận dữ liệu và giải điều chế từ tín hiệu được điều chế ASK thành tín hiệu nối tiếp.
d. Bộ vi điều khiển nhận tín hiệu nối tiếp và bật, tắt thiết bị dựa vào tín hiệu nhận được.
Hình 3.23: Sơ đồ tổng quan của hệ thống PLC
Khi có nhiều thiết bị cần được điều khiển trong hệ thống, thì modem PLC bổ sung cần được thêm vào. Hình 3.24 là kết nối mạng có topology hình sao cho hệ thống này. Ta cần tưởng tượng rằng mỗi modem PLC và bộ vi điều khiển được đặt trong một trạm để điều khiển các thiết bị điện. Hệ thống này là hệ thống song hướng, và có cùng nguyên lý với kỹ thuật X-10.
Hình 3.24: Sơ đồ khối của hệ thống có topology (cấu trúc) hình sao.
Dữ liệu được gửi đi từ hai hướng; một hướng là từ máy tính qua cổng USB tới các thiết bị, một hướng đi theo chiều ngược lại. Tại mỗi hướng, modem PLC và
bộ vi điều khiển sẽ nhận cùng tín hiệu dữ liệu mỗi lần bên phát gửi. Bộ vi điều khiển sẽ thực thi lệnh để điều khiển thiết bị .
3.6 . Các kết quả thu đƣợc
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy các MODEM hoạt động ổn định. Người sử dụng có thể điều khiển trực tiếp trên MODEM bằng nút nhấn hoặc có thể điều khiển trực tiếp từ REMOTE.
Phần mềm điều khiển hoạt động chính xác theo những yêu cầu điều khiển thiết bị điện và có báo phản hồi lại các thiết bị đã điều khiển.
Sản phẩm nghiên cứu của đề tài có thể sản suất thương mại. Thiết bị này có thể được trang bị lắp đặt cho những ngôi nhà cao tần, chung cư, khách sạn, công ty, xí nghiệp ... tùy theo yêu cầu và vị trí lắp đặt các thiết bị điện. Sau khi được lắp đặt nó sẽ mang lại sự sang trọng và tiện lợi cho người quản lý. Giá thành của sản phẩm sau khi lắp đặt sẽ giảm đi rất nhiều so với việc lắp đặt sử dụng các cầu dao, công tắc, ... trong một số công trình như hiện nay.
Nhận xét
Về sự chống nhiễu: Mạch cho thấy khả năng chống nhiễu khá tốt, ngay cả vào thời gian nhiễu lớn nhất trong ngày, và cùng với sự hoạt động của các thiết bị gây nhiễu mạnh như máy khoan, máy mài kim loại… cũng chưa thấy gây tác động đến hoạt động của hệ thống. Khi kiểm tra sự ảnh hưởng của máy phát đến các thiết bị điện nhạy cảm như TV thì cũng không thấy có tác động tiêu cực nào.
Về phạm vi hoạt động: qua một số lần kiểm tra hệ thống hoàn toàn hoạt động tốt trong phạm vi nhà trường, ở khoảng cách về đường điện xa hơn (vào khoảng 100m) thì hệ thống hoạt động bắt đầu kém đi, phụ thuộc vào điều kiện gây suy hao là sự tiêu thụ điện sinh hoạt. Như vậy, tuy mới chỉ thử nghiệm công suất ra rất thấp, đặc biệt là công suất phát thực lên đường truyền càng nhỏ hơn rất nhiều nhưng kết quả về tầm hoạt động thu được là khá tốt.
Về tính ổn định của hệ thống thì vẫn là điều cần được kiểm nghiệm thêm do khả năng trôi tần số là có thể xảy ra.
3.7 . Kết luận chƣơng
Chương này thiết kế một hệ thống đơn giản điều khiển thiết bị qua mạng điện hạ thế. Giao thức đặc biệt được thiết kế riêng cho loại ứng dụng này. Giao thức này sử dụng truyền thông đa nút song công để tăng tối đa số thiết bị có thể điều khiển được từ một máy tính chủ (server) ở xa. Hệ thống này có thể điều khiển tổng số tối đa lên tới 255 thiết bị.
Trên đây là một sản phẩm thiết kế đầy đủ chức năng và tiện dụng. Sử dụng giao thức đơn giản, các tập lệnh dễ sử dụng và chi phí thực hiện thấp. Sử dụng một modul chuẩn khi cắm vào ổ cắm chuẩn xoay chiều có thể điều khiển các thiết bị điện .Một modul khác đùng để đọc dữ liệu từ mạng điện thực hiện lệnh điều khiển đồng thời phát lệnh báo ngược trở lại modul phát. So với các phương pháp khác, chi phí thực hiện của phương án này rất thấp.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Hiện tại công nghệ truyền dữ liệu trên đường dây điện lực PLC (Power Line Communication) đang được ứng dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới và ở nhiều lĩnh vực khác nhau như: Hệ thống giám sát và điều khiển, SCADA, Hệ thống đo đếm điện năng từ xa, Dịch vụ internet trên PLC, Home Automation, ... Song thực tế cho thấy đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, mọi hệ thống truyền thông luôn cố gắng để đạt được phối hợp trở kháng tốt. Một số trở kháng không phối hợp khác có thể xuất hiện trên đường dây điện lực (ví dụ do các hộp cáp không phối hợp trở kháng với cáp), và vì vậy suy giảm tín hiệu càng lớn hơn. Một tham số quan trọng để đánh giá hiệu năng của hệ thống truyền thông đó là SNR (công suất thu được /công suất nhiễu). Cho đến nay các đặc tính cụ thể của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả.
Sau một thời gian tìm hiểu nghiên cứu, luận văn đã trình bày được các vấn đề sau:
- Trình bày nguyên lý cơ bản của các hệ thống truyền thông qua đường dây điện lực; Phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống và đưa ra các giải pháp kỹ thuật khắc phục; Cập nhật các thành tự đạt được trên thế giới về công nghệ truyền thông PLC.
- Để xuất, phân tích, lựa chọn thiết bị, lựa chọn giao thức và thiết kế, lắp ráp một hệ thống điều khiển các thiết bị sử dụng công nghệ PLC đơn giản dùng vi điều khiển PIC16F877A và modem truyền thông TDA5051A giao tiếp, điều khiển thiết bị từ xa bằng máy tính với chi phí thấp. Cụ thể đề tài này đã nghiên cứu chế tạo MODEM điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện dân dụng. Sản phẩm sau khi chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị trong trường học … Công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực (PLC) sử dụng lưới điện hạ thế để truyền thông tin. Khi phát lệnh điều khiển MODEM MASTER từ phím nhấn hoặc
REMOTE, các tín hiệu thông tin được điều chế có tần số từ 1-2Mhz sẽ được truyền đi song song với tín hiệu điện trên lưới điện hạ thế, các tín hiệu này sẽ đi đến các MODEM SLAVE để giải điều chế và điều khiển thiết bị điện tương ứng với lệnh đã phát, đồng thời phát lệnh báo phản hồi trở lại MODEM MASTER.
Qua thử nghiệm MODEM Master và MODEM Slave có thể điều khiển thiết bị điện một cách độc lập với lưới điện 220Vac. Song với môi trường làm việc của nhà trường còn có các thiết bị 3 pha và các thiết bị sử dụng điện áp 380V thì đề tài chưa thử nghiệm được. Vì vậy hướng phát triển của đề tài là tiếp tục thử nghiệm các kỹ thuật mã hóa, trải phổ và kỹ thuật điều chế OFDM nhằm nâng cao chất lượng và mở rộng ứng dụng của hệ thống để đáp ứng nhu cầu sử dụng của nhà trường từ đó mở rộng ứng dụng của đề tài cho những ngôi nhà cao tầng, chung cư, khách sạn, công ty, xí nghiệp ... tùy theo yêu cầu và vị trí lắp đặt các thiết bị điện. Sau khi được lắp đặt nó sẽ mang lại sự sang trọng và tiện lợi cho người quản lý. Giá thành của sản phẩm sau khi lắp đặt sẽ giảm đi rất nhiều so với việc lắp đặt sử dụng các cầu dao, công tắc, ... trong một số công trình như hiện nay.
Một lần nữa tác giả xin được cảm ơn PGS. TS Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua.
Thái Nguyên ngày 20 tháng 11 năm 2012 Người thực hiện
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. PGS.TS. Nguyễn Hữu Công (2007), Nghiên cứu hệ thống đọc công tơ từ xa, Khoa điện tử -
Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
[2]. Lê Văn Doanh, Phạm Khắc Chương (1998), Kỹ Thuật Vi Điều Khiển, Nhà xuất bản khoa học & kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Phạm Minh Hà (2008), Kỹ thuật mạch điện tử , Nhà xuất bản khoa học & kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Thanh Hà, Nguyễn Phương Huy (2010) , Ứng dụng kỹ thuật điều
chế OFDM cho truyền thông trên đường dây điện lực hạ thế, Tạp chí khoa học công
nghệ ĐH Thái nguyên, Trang 52-57,tập 66 số 4 , năm 2010
[5]. Văn Thế Minh (2006), Họ vi điều khiển PIC 16F87xA , NXB Khoa học kỹ thuật. [6]. Tống Văn On (2000) ,Vi mạch và tạo sóng , Nhà xuất bản giáo dục.
[7]. Tống Văn On , Hoàng Đức Hải (2001), Họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất bản lao động và xã hội, 2001.
[8] . Dương Minh Trí (1997), Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn, NXB Khoa học kỹ thuật
[9]. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật ( 1993), Tra cứu Transistor Nhật Bản tập 1,2,3, Tài liệu dịch từ National Semiconductor
[10]. Http://www.vegastar.com.vn
Tiếng Anh
[11]. Thomas and Rosa (2001), The Analysis and Design of Linear Circuits,
New York: John Wiley & Sons, Inc., 2001.
[12]. I. H. Cavdar(2009). A solution to remote detection of illegal electricity usage via power line communications. IEEE 2009 (Available in the database IEEE Xplore)
[13]. Zhe CHEN, Mu WEI (2008), A Voltage Quality Detection Method,
DRPT2008 6-9 April 2008 Nanjing China
[14]. Patrick A., Newbury J., Gargan S (1998), Two-way communications systems in the electricity supply industry. IEEE transactions on Power Delivery.
Vol. 13, No. 1, January 1998. (Available in the database IEEE Xplore).
[15]. C. A. Duque (M-IEEE), P. G. Barbosa (M-IEEE) and D. P. Baptista (2005), Data Transmission through Power Lines - Student Member, IEEE
[16]. Design Notes, “Home Automation Circuits.” (Online article), Available
[17]. Smith Bellerby Limited(2007), Smart Metering ,The article is available on.the.website:http://www.smithbellerby.co.uk/newsarticle/smart-
metering/769.html)
[18] J.B. Anderson (1998), "Digital Transmission Engineering", IEEE Press. [19] M. Arzberger, K. Dostert, T. Waldeck, M. Zimmermann (1997), "Fundamental Properties of the Low Voltage Power Distribution Grid", Proc. 1997 International Symposium on Power-line Communications and its Applications", Essen, Germany.
[20] J.S. Barnes (1998), "A Physical Multi-path Model for Power Distribution
Network Prop- agation", Proc. 1998 International Symposium on Power-line
Communications and its Applications", Tokyo, Japan, 1998.
[21] Paul Brown (1997), "Directional Coupling of High Frequency Signals onto Power Net- works", Proc. 1997 International Symposium on Power-line
communications and its Applications", Essen, Germany.
[22] P. A. Brown (1998), "Some Key Factors Influencing Data Transmission
Rates in the Power Line Environment when Utilising Carrier Frequencies above 1 MHz",Proc. 1998 International Symposium on Power-line Communications and its
Applications", Tokyo, Japan, 1998.
[23] A.G. Burr, D.M.W. Reed, P.A. Brown (1998), "HF Broadcast Interference on LV Mains Distribution Networks", Proc. 1998 International
Symposium on Power-line Communications and its Applications", Tokyo, Japan, 1998.
PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2