Luận văn Ứng dụng công nghệ zigbee cho hệ thống Điều khiển chiếu sáng trong nhà

Những nội dung, chính của luận văn được trình bảy trong, 4 chương, CHUONG I: TONG QUAN VE CHIBU SANG TRONG NHA VA CdC CONG NGLE TRUYEN THONG UNG DUNG TRONG LE THONG DIEU KIHEN CHIEU SA

UNG DUNG CONG NGHE ZIGBEE CHO HE THONG DIEU KHIỂN

CHIEU SANG TRONG NHA

Chuyên ngành: Điều khiến và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐIÊU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYÊN QUỎC CƯỜNG

llà Nội Năm 2016

LOI CAM DOAN

Trong thời gian học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội,

trong chương trinh học cao học ngành Kỹ thuật Diều khiến và tự đồng hóa Dược sự

dạy bảo, giúp đỡ lận tỉnh của các Thây/Cô và đặc biệt là sự chỉ bảo, hướng đẫn, giúp đỡ của Thầy hướng dân PGS.TS Nguyễn Quốc Cường, Đến nay, tôi dã hoàn thành chương trình học, luận văn đứng hạn và đã đạt được những kết quá đã để ra

Tôi xit căm đoan, toàn bộ những nội đụng nghiên cửu trong luậu văn mà lôi

dã thực hiện là trung thực và không sao chép của ai

1Hà nội ngày tháng - năm 2016

Người cam đoan

LOI CAM ON

Lời dầu liên cho em duge gửi lời cảm on chân thành Thảy giáo PGS.TS

Nguyễn Quốc Cường, người đã trực tiên hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, truyền đạt cho

em nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm quỷ báu Qua đây cho em được bảy lô lòng biết ơn sâu sắc tới Thấy, em kinh chúc Thầy và ga dinh mạnh khỏe, lành phúc

va công tác tết

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thây/ Cô rong Việu Điện đã nhiệt tinh tryén dat cho em những kiên thừe chuyên môn va kinh nghiém quy bau Km xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Lãnh đạo Vian Dign, Vign Dao tao sau dai hoc Trường Đại học Bách khoa hà Nội đã tạo điều kiện cho cu dược học lập, nghiên cứu và hoàn thành chương trình học

Cudi cùng, cho em được gửi lời cảm ơn đến toàn thé gia đình, đồng nghiệp

và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, khích lệ và giúp đỡ em hoàn thành luận văn

và chương trình học

Học viên

Lê Mạnh 1ữu

MUC LUC

LOI CAM DOAN

1.1.1 Giới thiệu clung.[T] ằic server 4

1.1.2 Lợi ích của hệ thẳng điều khiến chiều sáng, - - 4 1.2 Tổng quan về các hệ thông điều khiển khong day 5

1.2.2 Giới thiệu công nghệ Z, WavQ eo 1

1.3 Tổng quan về các hệ thông điều khiển có đây - - 14

1.4 Đánh giá các hệ thông diều khiển chiếu sáng trong nhả.|5J 24 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CUU TONG QUAN VE CONG NGHỆ ZIGBEE VA

2.1 Công nghệ Zigbee.]2| sàneireeeerrre 27

2.1.3 Cấu trúc của giao thức Zig Bee vo 29

iv

2.1.5 PANITD TH HH rhgreerrrrrrrrriirrrerirrerrrrroooos.5

2.1.8 Quá trình hoạt động cũa hing th thiết bị trong mạng Zigbee 37

2.2.2 Những bước phát triển hệ thông ZLL Sen 4f

2.2.3 Khéi tạo mạng, gia nhập và rời mạng [8] 47 2.2.4 Đọc và phí thuộc tính ằnineeirriiirereereeooouÐ3)

3.3.6 Mô tà những thiết bị trong chun ZT [4], [Ê|- - 60

CHUONG 3: TIMET KE MO TENT I THONG DIU KIMGN CHHU SANG

4.1.1 Thủ nghiệm khoảng cách truyền và độ tin cây của mô hình hệ hệ hông 91

4.1.2 Thứ nghiệm khả nặng định tuyến của mạng, - - 94

4.1.3 Thử nghiệm hoạt động của mô hình hệ thống với cảm biến 95 4.2 Danh giá kết quả thử nghiệm 16 hinh hé théng Xreesssesi ĐỔ

TÀI LIỆU THAM KHẢO Hneeeoe 1

DANII MUC CAC TU VIET TAT

Institute of Electrical and Electronics Engineers

Radio frequency Wireless Local Area Network Wireless Personal Area Network Wireless Sensor Network

ZigBee Device Object Apptication Support Sublayer Personal Arca Network

Application Programmmg Interface Universal Asynchronous Recviver/Transmilter Acknowledgment

Organizationally Unique Identifier Open Systems Taterconnection

s¢ Multiple Ac

Received Signal Strength Indicator Ad-hoc On demand Distance Vector Bluetooth Low nergy

Zigbee Light Link Thuopean Installation Bus

Zigbee Cluster Library

DANIITMUC BANG

Bang 2.1 Băng lẫn và tốc dộ dữ liêu của chuẩn Zigbcc

Bảng eo kênh truyền và tần số của ⁄igbee

Bang 2.3 Bang so sanh chuan Zigbee voi chuan Bluetooth

Bang 2.4 Nhfitug nhóm dược sử dụng bởi ZLL

Bảng 2.5 Thiết bị chiếu sáng #⁄LLL

Tăng 2.6 Nhóm thiết bị bậtftắt trong ZLL,

Bang 2.7 Nhom thiét bi Orvoff Plug ine unit

đảng 2.8 Nhóm thiết bị điểu chính độ sảng

Bảng 2.9 Nhóm thiết bi Dimmable Pluh-in unit

ảng 2.10 Nhóm thiết bị đền màu,

Bang 2.11 Nhom thiét bi Extended Colour Light

Bang 2.12, Nhém thiét bi Colour Temperature Light

Bang 2.13 Nhóm thiết bị điều khiêu

Bang 2.14, Nhóm thiét bi diéu khién mau

Bang 2.15 Nhém thiết bị điều khiển máu theo quang cánh

Tăng 2.16 Nhóm thiết bị điểu khiến màu đơn sắc

Bảng 217 Nhóm thiết bị điều khiển máu đen sắc theo quang cảnh

Bang 2.18 Nhóm thiết bị diễu khiển câu nói co

Bang 2.19 Nhóm thiết bị cảm biển bật/tắt

DANII MUC INT VE

Hinb 1.1 Kién trie inang don bude

Hinh 1.2 Kién trie mang đa bước

Hinh 1.3 Kién tnic mang hin hop

linh 1.8 Cấu trúc mạng vùng của LHH, nen TÐ

Hinh 1.11 Cấu trúc bức diện của BIB ìcseere 21 Linh 1.12 Nguyên lý hoạt động của hệ theo e công nghệ DALI 22

Hình 3.1 Băng tắn của chuẩn Zigbec

linh 2.2, Cấu trúc giao thức

Linh 2.9 Ngăn xếp phân mễm ZLL TH are 1

Hình 2.11 Quả trình Rơuter tham gia mạng - pees ST inh 2.12 Qua trinh Lind Device tham gia mang - _

Tình 3.14 Quá trình yêu câu và trã lại đáp ứng về việc đọc thuộc tính 35 Hình 2.15 Quả trình yêu cầu vẻ trả lại dáp ứng phí thuộc tính estes eee SB Linh 2.16 Doc gid tr] thude tinh tir Structure Device 5B

‘Hinh 2.17 Giri gid tri thade (inh dén Struture Device - - 59 Hình 3.1 Minh bea mé hinh hé théng diéu khiển chiếu sáng, 70 Tinh 3.2 Sơ đề khói tổng thể của nứt trong mé hinh hé théng c7 Hình 3.3 Sơ đỗ nguyên lý nút End Deviee 73 Tình 3.4 Hình ảnh phần cứng nút End Device - - 14

viii

Hinh 3.7 Sơ để nguyên lý nút Coodinator

linh 3.8 1lình ánh phần cứng nút Coordinator

Hình 3.10 Truyền thông RF của n

linh 3.11 Khung truyền LIART

Hinh 3.12 Cầu trúc khung truyền API chế độ 1

Hình 3.13 Khung API ở chế độ 2

Hình 3.14 Cấu trúc cụ thể khung ÀPI co co

Hình 3.15 AFI truyền 64 bít địa chỉ

Hinh 3.16 APT tuyển 16 bịt dia chi,

Hình 3.17 Khung trạng thải truyền

linh 3.1% Khung nhận 64 bịt địa chỉ

Hình 3.19 Khung nhận 16 bit dia chi

Hình 3.20 Arduino Nano

Ilinh 3.21 Cam biển chuyển động PIR

Hình 3.22 Cự lý hoạt động của cảm biến chuyé ấn động PIR

Hình 3.3 ưu để thuật loán mút Bnd Device

Lưu dễ thuật toan mit Router

Lưu để thuật toán mrút CGordinaler

Tình 4.1 Mô hình thử nghiệm truyền tin higu tl: Coordinator đến EndD

Hình 4.2 Mõ hình thứ nghiệm khả năng dịnh tuyển của mạng,

xnạnh mẽ của khoa học công nghệ làm cho công nghệ truyền thông không dây cũng,

đã được phát triển Vì vậy, những hệ thống điều khiển chiếu sáng không đây đang được tập trung phát triển Lrên thế giới đã có nhiều hãng công nghệ phát triển hệ thông chiều sáng không đây và tích hợp vào trong những ngôi nhà thông minh Tiêu tiểu như một số hãng: hãng T.utron Eleerơnis của Mỹ, đá đưa ra thị trường nhiều thiết bị và hệ thông điều khiến chiếu sáng ủng đụng công nghệ Z4gbee Các hãng khác như: Philips, Osram cứng đã đua ra thị trường hệ thẳng điểu khiển chiếu sảng ứng dụng công nghệ không đây

Ở Việt Nam, công nghệ truyền thông không dây đã được nghiên cứu vả sử đụng trong hệ thông chiếu sáng của nhà thông tỉnh Một số nhóm nghiên cứu ở các trường dại học trong nước như: Đại học Đách Khoa Hà Nội, Đại hoc Công nghệ - Quốc Gia lla Nội, lách Khoa Tp.HCM đang tích cực nghiên cửu về công nghệ truyền thông không dây, cũng như nghiền cứu triển khai ứng dụng sông nghệ truyền thông không dây vào hệ thông chiếu sảng nha théng minh

Chính vi vậy, tập trưng nghiên cứu, ứng đụng công nghệ truyền thông không, đây trong hệ thống điều khiến chiêu sáng là một xu hướng

TMục đích của đề tài

‘Tap trung nghiên cửu công nghệ truyền thông không day Zigbee,

Zigbce Light Link trong điều khiển chiếu sáng Từ cơ sở đó, phân tích, thiết kế, chế tạo mê hình hệ thông diều khiển chiéu sang trong, nha ứng dụng ông nghệ ⁄igbee Tựa vào kết quả hoạt động của mô hình đó, đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ Zagbee Irong hệ thông điều khiển chiên sảng trong nhà

Tố cục của luận văn

Những nội dung, chính của luận văn được trình bảy trong, 4 chương,

CHUONG I: TONG QUAN VE CHIBU SANG TRONG NHA VA CdC CONG

NGLE TRUYEN THONG UNG DUNG TRONG LE THONG DIEU KIHEN CHIEU

SANG TRONG NHA

Giới thiệu tông quan vẻ chiếu sáng trong nhà, hệ thông điều khiển chiếu

sáng trong nhà và những lợi ích của nó

Giới thiệu tổng quát và phân tích về những công nghệ truyền thông có đây, không dây ứng dụng trong hệ thông diểu khiển chiếu sáng trơng nhà Có những sơ sánh tương đối vẻ những chuẩn đó và kết luận về hướng phát triển

CHUONG 2: NGHIEN CUtU TONG QUAN VE CONG NGHE ZIGBRE VA

ZIGBEE LIGHT LINK

Nghiên cửu, phân tích về những đặc điểm va tinh năng kỹ thuật của công,

ngh@ Z.ighes va Zigbec Light Tink

CHUONG 3: THIET KE MO HINH HE THONG DIEU KHIEN CHIEU SANG

TRONG NILA UNG DUNG CONG NGHE ZIGBEE

Thân tích những đặc điểm, yêu cầu của mê hình hệ thông điêu khiến chiếu sáng trong nha ứng dụng công nghệ ⁄igbee Từ đỏ lắm cơ sở để phân tích thiết kế,

chon ra phương án thiết kế phù hợp Cuỗi cùng tiến hành chế tạa mô hình hệ thông

điều khiến chiếu

ảng rong nhà ứng dụng công nghệ Zigbee

CHUONG 4: KET QUA THUC NGHIEM VA DANI GIÁ

iy

Đưa ra một số kịch bản thử nghiệm hoạt động của mô hình hệ thông Trên cơ

sở kết quả nhận được, kiểm nghiệm, đánh giả sự hoạt động của mô hinh hệ thông điều khiển chiếu sáng ứng dụng công nghệ Zipbec

Phương phân nghiền cứu

- Phương pháp nghiên cửu lý luận: Tìm hiểu, tổng hợp những tài liệu kỹ thuật liên quan đến nội đụng của dễ tài Tập trung nghiên cứu, phân tích, dành giá

để giải quyết những vấn để mả đẻ tài đặt ra

- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát, phân tích thiết kẻ, chế tạo mồ hình hệ

thông Từ kết quả thục nghiệm, kết hợp với kết quả của phương; pháp nghiên cửu lý luận đưa ra những đánh giá tổng quan về nội dưng của đẻ tải

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ CIIÉU SÁNG TRONG NHÀ VÀ CÁC CONG NGHE TRUYEN THONG UNG DUNG TRONG HE THONG

DIEU KHIEN CHIEU SANG TRONG NHA

1.1 Tổng quan về chiéu sáng trong nha

1.1.1 Giới thiệu chung [1]

Chiếu sáng trong nha (Indoor Lighting) được hiểu là chiếu sảng nhà ở, các công tinh din dụng (gồm cổ siêu thủ, bệnh viên, trường học khách san, văn phòng ) Chiều sáng các nhà công nghiệp: nhả sản xuất, nhá kho Chiều sáng phần

trong nhà của nhà ga sân bay Theo chức năng, chiều sáng trong nhà được chia ra

ếu sảng phân lần người, chiếu

và huỳnh quang eornpael và đèn LED

Với dân số nước ta hiện nay hơn 90 triệu người, củng với sự phát triển của

cơ sở hạ lằng xã lội, bên cạnh đó kinh lẻ xã hội ngày cảng phát triển nhanh, rữuu câu

của con người ngày càng tầng, cả vẻ số lượng và chất lượng Do dó, hệ thông chiều sáng trong nhà không chi đơn thuần là chiếu sảng mà nó còn kèm theo những tính ning về tiết kiện năng lượng, sự thông rmình, tiên ngìn thoải mái cho cou ng ười Để

có thêm những tính năng đỏ thị các hệ thông chiếu sáng truyền thống chưa đáp ứng được Vi vậy, trong các hệ thống chiếu sáng hiện nay, hệ thông điểu khién chiếu sáng, đóng vai trỏ quan trong và cần được tập trung nghiên cứu phát triển hơn nữa 1.1.2 Lợi ích của hệ thông diều khiển chiến sáng

"Tiết kiệm năng lượng: đây có lẽ là lợi ¡ch chính yên và căn bản nhất Trang,

mt loa nha, triển khai hệ thông điêu khiến chiếu sáng có thể giãm thiểu nẵng lượng, tiểu thụ cho việc thấp sáng lên đến 30%, giúp giảm năng lượng của toàn bộ tòa nha lên đến khoảng 10% hoặo cao hơn

Sự tiện nghỉ: điều khiển chiếu sáng là một hệ thông công nghệ cao, một hệ thống điều khiển tự động, đo đỏ nó đem lại sự tiện nghỉ nhiều hơn cho cơn người

Vide

éu sang được tự động, được giám sái, được lập trình sao cho dem đến sự

thoái mái co con người

Cung cấp thông tín: từ các bộ điều khiển kỹ thuật số, thông tin về trạng thải, thông số vận hành, quả trình hoại động, diện nẵng tiêu thụ v.v liêu Lục được Hiển thị, hưu giữ vá truyền tải vẻ các khu vực quản lý trung tâm của tỏa nhà Các thông tin từ đó được phân tích, giám sát và cải tiên hiệu quả của việc chiều sáng

Gia tăng hiệu năng làm việc: đây cũng 1à một lợi ích thú vị cũa hệ thống, điều khiển chiếu sảng Các nghiên cửu cho thấy việc tôi ưu hóa chiếu sảng sé gitp

cho con người trong không gian sống làm việc hiệu quả hơn Học sinh cẻ thế gia

tăng 26⁄4 của việc liếp thu bài, hay là công râu gia tăng gần 40% năng suất khi việc chiều sáng kết hợp với ảnh sảng ban ngày được triển khai hợp lý

An ninh, an toàn: với hệ thống điêu khiến chiều sáng, các đèn thoát hiểm hay các khu vực bãi xe, hành lạng, lỗi đi sẽ được giản sát và vận hành có chương trình, từ đỏ tăng cường khá năng an ninh chơ khu vục người sinh sống,

1.2 Tổng quan về các hệ thống điều khiển không dây

1.2.1 Tổng quan chung

Công nghệ không dây là một hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau,

có khỗ năng giao tiến thông qua sóng vỗ Luyên thay vì các đường truyền din bang dây Hiểu một cach don giản công nghệ khỏng dây lá công nghệ má cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với nhau bằng cách sử dụng một giao thúc chuẫn, nhưng, không can kết nổi vat ly hay không cân sử đụng đây đẫn

1.2.1.1 Đặc

iểm cấu trúc mạng không dây

TĐặc điểm của mạng không đây là bao gêm một số lượng lớn các nút truyền

thông, các rút truyền thông có giới hạn và răng buộc về tài nguyên đặc biết là năng,

lượng rất khắc khe 0o đó, cầu trúc mạng mới có đặc điểm rất khác với mạng truyền

thẳng

Chi phi san xuất: Vì các mạng không dây bao gồm một số lượng lớn các tiút truyền thông nền chỉ phí của mỗi nút rất quan trong trong việc điều chỉnh chi

mạng đất hơn chỉ phí triển khai nút truyền

phí của loàn mạng Nếu cửu phí của toả

thông theo kiểu truyền thông, như vậy mạng không có giá thành hop ly Do vay, chi phí của mỗi mút phải giữ ở raức thấp,

Những ràng buộc về phần cứng: Vì trong mạng có một số lượng lớn các Tiút truyền thêng nên chúng phải có sự ràng buộc với nhau về phân cứng: kich thước phải nhỏ, tiêu thụ it năng lượng, có khá năng hoạt động ở những nơi có mật độ cao,

hoạt động không cân có người kiếm soát, thích nghỉ với môi trường

Dễ triển khai: Là một tu điểm quan trọng của mạng không đây Người sử dụng không cần phải hiểu về mạng cũng như cơ chế truyền thông kiủ làm việc với xạng không dây Bởi dễ triển khai hệ thống thành công, rạng không dây cẩn phải

tự cấu hình Thêm vào đó, sự truyền thông giữa hai nút có thế bị ảnh hưởng trong, suốt thời gian sông do sự thay đổi vị trí hay các đối Lượng lớn Lúc này, mạng cần

có khả năng tự cầu hinh lại để khắc phục những điều này

Cấu hình mạng không dây: Trong mạng không dây, bảng trăm đến hàng nghin mit truyén thông được triển khai Chímg được triên khai trong vòng hàng chục feet của ruỗi nút (1feet — 30.48 cm) Mật độ các nút lên tới 20 nútuÈ Do số lượng các nút truyền thông rất lớn nên cần phái thiết lập một câu hình ồn định

Sự tiêu thụ năng lượng: Các nút tuyển thông không dây, có thể coi là một

thiết bị vì điện tử chỉ có thể được trang bị nguên năng lượng giới hạn Trong một số

ứng dụng, việc bỗ sung nguồn răng hượng không thể thực hiện được Vì thể khoảng thời gian sống của các nút phụ thuộc mạnh váo thời gian sống của pin G mang truyện thông đa ching Ađ hoc, mỗi một mút đảng vai trô kép vừa khởi tạo vừa định tuyến đữ liệu Sự Irục trặc của mội vài nút truyền thông có thể gây ra những thay đổi đảng kể trong cầu hình v:

vậy, việc duy trì và quân lý nguồn năng lượng đóng một vai Hỗ quan trọng

u cầu định tuyến tại các gói và tổ chức lại mạng, Vì

Bao mat: Cac hoat déng của một tòa nhà có thể tu thập được để đàng bằng, cách lẫy thông tin về nhiệt độ và ảnh sáng của tòa nhà đỏ Những thông tin này có

thê được sử dụng để sắp xếp một kế hoạch tân công vào một công ty Do đó, mạng không dây cẩn có khá năng giữ bí mặt các thông tin thu thập được Trong các ứng dụng an ninh, đữ bảo mật trở nên rất quan trọng Không chi duy tri tinh bi mat, no côn phái có khả năng xác tục dữ liệu truyền Sự kết hợp lính bí mật và xác thực là yêu cầu cản thiết của cả ba dạng ứng dụng Việc sử dụng mã hóa và giái mã sẽ làm

tăng chỉ phí vẻ năng lượng và băng thông Dữ liệu mã hóa và giải mã cần được

truyền cùng với mỗi gới tin Điệu đó ảnh huớng lới hiệu suất ứng dụng do giảm số lượng dữ liệu lẫy từ mạng và thời gian sống mong đợi

1.3.1.3 Các kiến kiến trúc mạng không dây

Mạng không dây bao gồm các nút ruyển thông, kết nối với nhau bằng sông,

vô tuyển Việc kết nối được quản lý và điều khiển theo những kiến trúc mạng nhất định Căn cử vào quá trình truyền nhận thông tin trong mạng, có thẻ nhận thấy các thiết bị [mm gia trao dỗi thông tín trong mang luôn hoạt động ở một trong hai vai trỏ

L Thiết bị cúng cấp thông tín (tiết bị nguồn sources)

+ Thiết bi nhận thông tin (thiết bi dich—sink)

Cáo nùt truyền thông trong mạng không đây có thể hoạt động với vai trỏ là thiết bị Sources hoặc thiết bị Simk tùy vào từng kiến trúc của mạng Ngoài ra, thiếL

bị sink còn cô thể là những thiết bị không tham gia trong mạng mà chỉ có chức năng, liên kết mạng này với mạng khác như: cáo máy tính cầm tay PDA, các thiết bị có chức năng như bộ lặp tín hiệu hay chuyến tiếp tin hiệu như gateway đề truyền tin về phòng trung tâm

Có hai loại kiển trúc mạng không đây cơ bản: kiến trúc mạng đơn bước

single-hop và kiến trúc mạng đa bước (multi-hop) Một mạng có thế sử đựng một trong hai kiểu cấu trúc hoặc sử dụng kết hợp cả hai

Kiến trúc đơn bước (Single- hop):

Kien trúc mạng đơn bước (single-hop) là kiến trúc mang bao gồm các liên kết mả trong môi liên kết đó chỉ có hai nút truyền thông, một nút đóng vai trỏ thiết

bị nguồn, nút còn lại đỏng vai trỏ thiết bị đích Thiết bị đích và thiết bị nguồn luôn

trao đổi trực tiếp toản bộ thông tin với nhau

ee | um | eee

Sink Sink sme

) Source’Sink li mit b)Source lamit cim — ¢) Source limit cam cảm biển biển, Sink lả máy tính bidn, Sink la gateway

cảm ty Hình 1.1 Kiến trúc mạng đơn bước

Kiến trúc mạng đa bước (Multi- hop)

Kiên tric mang da bước (Multi-hop) là kiến trủc mạng bao gồm các liên kết

mả trong mỗi liên kết đỏ cỏ nhiều hơn 2 nút truyền thông, một nút đóng vai trỏ thiết

bị nguồn, một nút đóng vai trỏ thiết bị đích, ngoài ra còn có một hay nhiều nút khác hoạt động với cai trò như một tram trung gian, chuyên tiếp toản bộ thông tin đảm bảo cho việc giao tiếp thông tin giữa thiết bị nguồn, thiết bị đích với nhau một cách

đây đủ vả chính xác

Source Chương ngại vật

Hưởng đi mong soda ca bi lúc Hag lie a a

Hinh 1.2 Kién tric mang da buée

Kiến trúc mạng hỗn hợp

Tế hợp cả hai kiểu kiên kết đơn bước và đa bước trong củng một mạng khiến cho kiên trúc mang không dây linh động hon, dé img dụng trong nhiều trường hợp Khi đỏ ta có kiến trúc mạng hôn hợp (multi-sink, multi-souree)

Lớp vật lý lả lớp cỏ liên quan chủ yếu nhất tới việc điều ché - giải điều che

của tín hiệu số vả qui định tân số sóng mang Tin hiệu số (dạng nhị phân) được điều chế và giải điều chế thông qua các bộ phận truyẻn/nhận (transceiver) sóng vô tuyển Lớp vật lý quyết định phương pháp mã hóa tín hiệu (FSK hay PSK), điều che/giai điều chế tín hiệu (điều chế tân số hay điều chế biển đô vào sỏng mạng), tân số sỏng

vô tuyến, tần số truyền/nhận sỏng vô tuyến, tân số truyền nhận, độ tin cây, độ an toàn vả chính xác của dữ liêu phụ thuộc rất nhiều vào các yêu tổ nói trên

Ngoài ra, một vẫn đề cần lưu ý là tần số sóng mang, gia tri tân sô sóng mang

phụ thuộc vao công nghệ không đây được sử dụng trong lớp vật lý Tân số sóng

mang có ảnh hưởng đến khả nẵng lan truyền sóng, lưu lượng truyền thông tin va

khả năng xuyên qua các chưởng ngại vật như tường, gỗ

Việc lựa chọn công nghệ không dây sử dạng ở lớp vật lý có ánh hướng trực tiếp về năng lượng sử dụng và giá thành của một mút truyền thông trong mạng không dây cũng như độ tin cậy, dộ bên vững thông tin của quả trình truyền vả nhận

đữ liệu

Lớp MAC

Giao thức truy cập đường truyền — Medim Access Cortrol (MAC) là giao thức nằm ở lớp phía trên của lớp vật lý, và vì vậy giao thức MÁC có ảnh hướng rất

lớn và rất quan trọng bởi những đặc tính của nó Nhiệm vụ của giao thite MAC la

điều chính việc buy cập vào đường truyền đứ liệu dùng chưng của các núi, sao cho

ập dường dùng chung một cách hợp lý và đúng lúc dường truyền rảnh rếi nhất để thực hiên việc truyền thành công

các mút có thể truy

Trong mô hình tham chiều OSI, giao thức MAC được biết đến như là một phan nằm ở lớp liên kết đữ liệu — Data lrứ layer (DI.L) Tuy nhiên, có sự phân chia công việc một cách rõ ràng giữa MAC và cáo phần cén lại của lớp DLL, Giao thức MAC xảo định cho một nút trong mạng các thời điểm hợp lý (thời điểm đường truyễn chỉmg rảnh rồi) rà vào đúng các thời điểm đỏ nút có thế truy cập đường truyền để thực hiện việc nhận đử liệu, điều khiển hoặc quản lý các gói dử liệu tới

mt mit khac tong mang hay thậm chí là truyền bản tin đồng loạt tới tất cả cào nút

trén mang (broadeasl, multicast) Hai nhiém vu quan trọng mà các phân còn lại của

lớp DLL phãi thực hiện là điều khiển lỗi và điều khiển luông thông tín Diễu khiển lỗi được sử đụng dé chic chin về tính đúng đắn của quá trình truyền thông tin, và đưa Ta thao lắc xử lý trong trường hợp việc truyền đữ liệu bị lỗt: truyền lại bản tim bay lrúy bản tia Điều khiển luồng thông tin có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ của việc truyên đữ liệu để tránh trường hợp việc nhận dữ liệu ở thiết li nhận cham hơn, có thé khién théng tin bi ghi dé mat

Có rất nhiều phương pháp truy cập đường truyền mà chúng ta dã biết như CDMA, CSMA, TDMA , phan nay chi tập trung vào giao thức truy nhập đường, truyền MAC trong mạng không dây Giao thức MAC trong mạng không đây ngoái các nhiệm vụ và dặo tỉnh nói chung, còn có thêm một số yêu cầu dành riêng, cho từng dung trong mạng không đây Yêu cầu phải nói đến trước tiên đó là điều khiến truy nhập dường truyền với mục tiêu tiêu thụ ít năng lượng nhất Việc thực hiện yêu cầu này khiến cho giao thức MAC trong mạng không dây trở nên tương đổi mới so với các giao thúc MAC kinh điền đã biết như CSMA, các giao thức nói trên không bao gầm điều khoân nào hướng về mục tiên tiết kiệm nắng lượng Một yêu cầu nữa cho giao thúc MAC đó lá tỉnh kinh tế và tính bền vững khí kiến trúc mạng thay đổi

Thường xuyên (sự thay đối đó là do việc thêm vào hay bớt đi nút truyền thông trang

rạng, đo nút chuyển trạng thái hoại động, bị chết hoặc bị hết pím) Với các yêu câu riêng biệt dành cho mạng không dây, hậu hết các giao thức MÁC trong mạng không đây đêu có thêm khả năng giải quyết các van dé sau: tránh xung đột (collisions), tránh nghe lộm (overhcsrig), prolocol overhead, nghe Irong khi ngủ (idl

listening)

1.2.2 Giới thiệu công nghệ 7 Wave

1.2.2.1 Sơ lược chung

Z-Wave là một giao thúc truyền thông không dây sử dụng chủ yếu cho tự động hóa tòa nhà Nó được định hướng cho mắng thị rường điều khiển và tự động khóa tòa nhà và được thiết kế dễ cung cấp một phương pháp truyền tin đơn giản và đáng tin cậy trong điều khiển không dây để điều khiến chiêu sáng, TVAC, hệ thông

an ninh Giẳng như các giao thức khác, hệ thống Z-Wave có thế được điều khiến

thông qua lnternet, với một Z-Wave Gateway hoặc thiết bị điều khiển trung tâm Z- Wave được phát triển bởi Danish startup Zen-Sys va sau đó duoc mua lai boi Sigma

Designs trong nam 2008 Hién co hon 1.500 sân phẩm Z-Wave tương thích trên thị

trường với các thương hiệu khác nhau vả hơn 35 triệu sản phẩm đã được bản kẻ từ

nằm 2005.

Tye zane ne woncaurouneaty

ADIUSTS THE NETWORK SIONAL “Z7 7

DEPENDING ON SIGNAL CONOITIONS

Hình 1.4 Hệ thông Z Wave

1.2.2.2 Đặc tính kỹ thuật

Z-Wave được thiết kế đề cung cắp phương thức truyền tin tin cây, độ trẻ thập

của các gói dữ liêu nhỏ ở tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100kbit/s Băng thông 1a

40kbiUs (96 kbit⁄s sử dụng chúp cũ) và phủ hợp cho các ứng dụng điều khiển vả

cảm biển, không giống như Wi-Fi vả hệ thông mạng LAN không dây khác dựa trên

TEEE 802.11 được thiết kể chủ yêu cho tốc độ dữ liêu cao Khoảng cách truyền

thông giữa hai nút lả khoảng 30 mét

Z-Wave hoat déng 6 tan s6 868,42 MHz 6 chau Au va 908,42 MHz tai Hoa

Kỳ, Canada nhưng hoạt động ở các tần số khác tại các nước khác nhau tủy thuộc vào quy định của từng nước Với tân số nảy sẽ tránh nhiễu với Wi-Fi, Bluetooth va

hệ thông khác hoạt động trên dải tần số 2,1 GHz Các lớp thấp hơn, MAC vả PHY,

được mô tả bởi ITU-T G.9959 và hoản toản tương thích ngược Các chp thu phát

Z-Wave được cung cập béi Sigma Designs và Mitsumi céng suat dau ra la | mW

hoae 0 dBm

1.2.2.3 Cầu trúc mạng và định tuyến

Z-Wave sử dụng một kiên trúc mạng source-routed mesh network Một thiết

bị có thể giao tiếp với một thiết bị khác bằng cách sử dụng các nút trung gian dé

12

định tuyến đường truyền Một tin nhắn từ nút Á đến mút C có thể dược chuyên thành công ngay cả khi hai nút không nằm trong phạm vị truyền nhân, với một nút l3 thứ

ta có thể giao tiếp với các núi Á và C Nếu đường truyền đã được định tuyển mà không dăm bảo, thiết bị khởi tạo trì nhắn sẽ dịnh tuyên dường truyền khác cho dẫn khi tim thây nút C Do đó, một mạng Z-Wave có thê mở rộng xa hơn nhiều so với phạm vì truyền phát của một thiết bị dơn lẽ Tuy nhiên, với với việc làm như vậy sẽ gây ra trế trong việc truyền nhận tin,

Một mạng đơn giản gồm có thiết bị điều khiển và bộ điều khiển chỉnh 'Thiết

bị có thê được thêm vào mạng bất cứ lúc nào, nó có thế là bộ điền khiến thử +, bộ

điều khiển cầm lay truyền thóng, công tắc điểu khiến và ứng dụng máy tính được thiết kế để quản lý và điều khiển mét mang Z-Wave Mot mang Z-Wave co thé pom tối đa 232 thiết bị

Mỗi mạng Z-Wave được xác định bởi một ID mạng, và mãi thiết bị được xác định thêm bởi một TD nút TD mạng là việc xác định chưng của tất cỗ các núi thuộc aut mang Z-Wave ID Mang co chiéu dai 4 byte (32 bit) va được gản cho mỗi thiết

bị, bởi bộ điều khién chinh, khi thiét bi được dua vào mạng Các mút với ID mạng, khác nhau không thể giao tiếp với nhau ID nút là dia chi của một nút duy nhất trong mạng, ID nút có chiếu dai 1 byte (8 bit) va phii la duy nhất trong mạng của minh

1.2.3 Giới thiệu công nghệ Zigbee

aghee la một tiêu chuẩn được định nghữa: là tập hợp các giao thức giao liếp rạng không dây khoáng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp Tin hiệu truyền treng giao thức Zigbee thực chất là tin hiệu radie Zigbee được hỗ tro trong các dai

- Dai 2.4 Ghz - 2,835 Ghz: có 16 kênh tin hiệu từ 11 - 26 với tốc độ truyền

50 kb/s

Trong nhiều ứng đụng, người tá hay dùng giáo Unc Zighce & dai tan 2,4 Gh

- 3,835 Ghz Đây la dãi tân phổ biển và được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị Hơn nữa với Zigbes, đải tần này có tới 16 kênh tín hiệu trong đãi (mỗi kênh cách nhau SMIIz tan số) với lốc độ truyền lớn nhất: 25Økb⁄s

Những đặc điểm chỉnh của công, nghệ ⁄igbee:

-_ Tốc độ truyền đữ liệu thân 20-250Kbps

-_ Sử dụng công suất thấp, it tiêu hao điện năng,

-_ Thời gian sứ dung pin rat dai

-_ Cài đặt, bảo trì đễ dang

Zagbep chủ yếu dược định hướng tới cho các ứng đụng chạy pin có tốc độ dữ

liệu thấp, chỉ phi nhỏ, vá thời gian sử dung pin dải Trong nhiều ứng dụng của Zagbee, tổng thời gian mà thiết bị không đây thục sự hoạt động rất it, Thiel bi str

dụng hảu hết thời gian của nó trong chế độ tiết kiệm nắng lượng, hay chế độ ngủ

(slsep mode) Kết quá là, ⁄4gbee cho phép các thiết bị có khá năng hoạt động trong

nhiều nằm Hước khi cần phối nạp lại pìn hoặc thay pin tuổi

1.3 Tổng quan về các hệ thống điều khiển có dây

1.3.1 Tổng quan chung

Các hệ thông điều khiến cỏ dây hiện nay sử đụng Bus trường dé thay thé cách nói điểm - điểm cỗ điền giữa các thiết bị với nhau và bản chất chính là mạng truyền thông, Mạng truyền thông là một khái niệm chung chỉ các hệ thông mạng truyễn thông số, truyền thông nỗi tiếp được sử dụng để ghép nối các thiết bị với nhau thông qua day din (Bus) Cac hệ thống mạng truyền thông cho phép liên kết nhiều thiết bị như: bộ điều khiển, thiết bị chấp hành, cảm biến

điểm

Các mạng truyền thông ngày nay với việc sử dụng Bus dễ thay thể cách nối điểm cổ điền đã đem lại những lợi ích:

Pon gin héa cản trúc liên kết giữa các thiết bị

'Tiết kiệm dãy nói và công thiết kế, lắp dặt hệ thông,

Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác thông tín

‘Nang cao độ linh hoạt vả tính năng mở của hệ thống

Don giản hóa/tiện lợi hóa việu tham số hỏa, chuẩn đoán, dịnh vị lỗi, sự cố của các thiết bị,

Mỡ ra nhiều chức năng và khả răng ứng dụng mới của hệ thông,

Chế độ truyền tải: dược hiểu là phương thức các bít dữ liệu được chuyển giữa các đối tác truyền thông Nhìn nhận từ các góc độ khác nhau ta có thể phân

tiệt các chế độ truyền lãi hú sau:

giữa

Truyền bịt sona sơng hoặc truyền bịt nổi tiếp

Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ

Truyền một chiều hay bai chiêu

Truyền lãi đầi cơ sở, Iruyển tải đãi rang hay truyền tải di rộng,

Cấu trúc mạng: liên quan tới tổ chức va phương thửc phối hợp hoạt động

thành phần trong một hệ thông mạng Câu trúc mạng ảnh hưởng tới nhiều

tính năng kỹ thuật, trong đó có đô tin cây của hệ thống Có thé phân biệt các dạng

Cát thành phần hệ thống mạng: trong hệ thống mạng truyền thông bao

gồm các thanh phan cơ bản sau:

~_ Thương tiên truyền dan

Giao diện mang,

-_ Phần mềm trong hệ thống

~_ Thiết bị liên kết

1.3.2 Giới thiệu công nghệ E1B.|3]

EIB (European Tretallatien Bus) được hiểu như muội hệ thông điều khiển lắp đặt kiểu châu âu Giải pháp của EIB cho phép kiểm soát toản bộ các thiết bị trong,

hệ thông chiều sáng Trong hệ thêng chiếu sáng, các thiết bị chấp hành, các bộ cảm biển các module điểu khiến được kết nổi với nhan bởi một cấp điêu khiến thành một hệ thống hợp nhất, Hệ thống này không, cần máy chú do các thiết bị tự trao đốt

thông tin và điền khiển lẫn nhan nhờ phân mềm được cài đặt trên EP-RCM tích hợp

sẵn trong từng thiết bị Các thiết bị TP được liên kết với nhau thông quá ruột cáp đổi duy nhất với điện áp 24 VDC (cáp LH) và liên lạc với nhau bằng cách gửi tin

theo địa chỉ định trước (mội thiết bị được thiết lập một địa chỉ) Các thiết bị nhận tin

hiệu (công tắc, điều khiển lử xa ) nhận lệnh và chuyên tin hiện điều khiển đến các

cơ cầu chấp hanb (Switch foader, Dimmer ) dé dong tit dén theo y muốn

1.3.2.1 Phương thức hoạt động

Phuong thite hoat dong ca ban:

Basic Method of Operation

PA.+112

Hình 1.5 Phương thức hoạt dộng cơ bản ctia HIB

Lắp đặt 1 hệ thông TỊD tôi thiêu phải có những thiết bị sau:

- Một bộ cấp nguồn (24V DC)

— Một cuộn câm kháng (cũng có thể được tích hợp trong bộ cấp nguồn),

- Cam bién (nét cdm biến công tắc dơn dược giới thiệu ở sơ dỗ trên)

- _ Cơ cấu chấp hảnh (một cơ cấu chấp hanh công tắc đơm)

-_ Cáp Bus (yêu cầu lõi cáp đổi)

Sau khi lắp dặt, hệ thông EIB không sẵn sảng hoạt dong cho dén khi các cảm biến và cơ câu chấp hành được tải vẻ bằng phần mềm ứng dựng với sự trợ giúp của chương trinh ETS Tuy nhiên, kỹ sư đụ án phải thực hiện các bước cấu hình sau sử dụng ETS:

œ Sự phân bố các địa chỉ vật lý đói với việc nhận đạng của cảm biến hoặc cơ câu: chấp hành trong một hệ thống KIB

œ Tam chọn và cái dặt (tham số) của phần mềm ứng dụng thích hợp cho cấu cẩm

biển và cơ câu chân hành

« Sự phân bố cáo địa chí nhóm (để liên kết các chức năng của các cảm biến vả co

cầu chấp hành) Nó có chức năng như sau:

-_ Nếu bộ phận cân bằng phía trên của cẩm biến công lắc đơn (1 1.1) được bẩm, nó sẽ gửi một bức điện 11H trong đó có chứa địa chỉ nhóm (5/2/66) và

giả trị ("1") cũng nh nhiêu đữ liệu khác nhau

- Búc điện này đuợc nhận và được phân lích bởi tắt cả các cảm biến và cơ cấu

chấp hành đã được kết nói

-_ Chỉ các thiết bị có củng địa chỉ nhóm mới có thể:

« Gửi một bức điện bảo

« Đọc giả trị và xứ lý đúng, VD: cơ cấu chấp bảnh công tắc (1.1.2) sẽ dong ro le ngắt điện áp ra

Nếu bộ phận cân bằng phía dưới được bấm, quả trình tương tự sẽ diễn ra trừ khi ta đặt giá trị đến "0" và do vậy rơ le ngất điện áp ra của cơ cấu chấp hành sẽ được mỡ

Địa chỉ vật lý:

Một địa chỉ vật lý phái là duy nhất trong phạm vi Mp dit LIB Dia chi vat ly

có câu hình sử đụng chương trình ETS Nó có chỉnh sửa như sau: vũng [4 bit] - line

14 bit] - thiết bị bus [1 byte] Thiết bị bus dã sẵn sảng nhận địa chỉ vật lý bằng cách

bam nut lap trinh trén thiet bi bus LED lap trình được thắp sảng trong suốt quả

trinh nay Sau khi dua vao hoat dong, địa chỉ vật lỷ cũng được sử dụng cho những mục địch sau

+ Chân đoản, sửa lỗi, mô tả việc lắp đặt bằng cách lập trình lại

+ Đặt địa chỉ các vật thẻ giao diện EIB sử dụng các công cụ đưa vảo hoạt đồng hoặc

Hình 1.6 Cầu trúc mạng cây của EIB

Cau tric line:

Mỗi thiết bị bus (DVC) có thể trao đổi thông tin voi bat kỳ thiết bị khác thông qua các bức điện Mỗi line gồm có tối đa 4 thanh ray và có thẻ gắn được tôi

đa 64 thiết bị bus Mỗi thanh cân có bộ cấp nguồn phú hợp Số thiết bị thực tẻ phụ

thuộc vào việc lựa chọn nguồn cung cập và công suât đầu vào của từng thiết bi

Hình 1.7 Cau trie mang line cia EIB

Cau trie ving:

Nếu có hơn 1 line được sử dụng hoặc nêu có một câu trúc khác được lựa chọn thì cỏ đến 15 lines cỏ thể được kết nổi đến một line chính (đường trục chỉnh) thông qua một bộ nói line (LC) Lúc nảy, ta có vùng tin hiệu Một line chỉnh cỏ thể gắn được tôi đa 64 thiết bị bus Tuy nhiền, số thiết bị bus tôi đa có thể giảm xuống, tuỷ theo số bộ nổi line đang sử dụng Môi Line (đường), bao gồm cả line chỉnh (đường trục chỉnh), bắt buộc phải có bộ cấp nguồn riêng Bộ lặp tín hiệu có thé

không dũng được trong line chỉnh (main line) hoặc line trung tâm (backbone line)

Việc lắp đặt bus cỏ thể phát triển rộng bằng cách xây dựng một line trung

tam (backbone line)-BC Kết nồi các hộp nỏi trung tâm (BC) theo từng vùng đến

19

backbone line Ngoai ra có thể cỏ thiết bi bus trên backbone line Số thiết bi bus tối

đa trên backbone line cỏ thể giảm bớt cho phủ hợp với số hộp nồi trung tâm (BC) đang sử dụng Có tối đa là 15 vùng chức năng va hon 14000 thiết bị bus có thể kết noi đến hệ thông bus Lap dat EIB bang cách phân chia thảnh các lines (đường) và areas (vùng), mức đồ tin cậy sẽ tăng lên nhiều

Hình 1.9 Cầu trúc mạng nhiều vàng của EIB

Địa chỉ vật lý:

Gửi địa chỉ vật lý đến để có thẻ nhận biết để ràng thiết bị bus vả mô tả vị trí

của chủng trên câu trúc hình học

E =1-15 địa chi cac ving 1-15

E =0 Địa chỉ của các thiết bị bus nằm trên backbone line

L = 1-15 dia chi cac line 1-15 trong cac vùng xác định bởi F

L = 0 dia chi cia các thiết bị bus nằm trên main line

D = 1-255 địa chỉ các thiết bị bus trên đường line xác định bởi L

D =0 địa chỉ bộ nồi

1.3.2.3 Bức điện trong mạng EIB

Giới thiệu chung:

-Hình 1.10 Quá trình truyền tin của EIB

Khi 1 sự kiên xây ra (VD: khi mét mit bam được nhân), thiết bị bus sẽ gửi

một bức điện báo cho bus Sự truyền điện này bắt dau sau khi bus không xuất hiện ít

nhất trong khoảng thởi gian tl Khi quả trình truyền điện bao hoản thành, thiết bị

bus sử dụng thời gian t2 đề kiểm tra xem bức điện đã được nhân đúng hay chưa Tắt

cả các thiết bị bus “đã được đặt địa chỉ” nhân điên bảo cùng một lúc

Cấu trúc bức điện:

Target address Length Check byte

Control field * Routing counter" Usetul data

Điện báo bao gồm đữ liệu bus riêng và dữ liệu tiên ich cung cấp thông tín vẻ

sự kiên (VD nhân 1 mit bam trong EIB) Thông tin được truyền hoàn toản đưởi

dang các kỷ tư dài 8 bịt Dữ liêu kiểm tra cho việc phát hiện lỗi đường truyền cũng được truyền tải trong bức điên bảo: điều nảy đảm bảo một mức độ tin cây tuyệt đối

cuả đường truyền

1.3.3 Giới thiệu công nghệ DALI

1.3.3.1 Sơ lược chung

DALI (Digital Addressable Lighting Interface ) là một giao thức đành riêng

cho điêu khiển chiều sáng Cũng như nhiều chuân tự đông khác, DALI được lập ra,

21

phát triển vả duy trì bởi một nhỏm nhiều nhà sản xuất kết hợp với các nhà nghiên cứu Họ ban hảnh DALI để quy định các cách thức điều khiển đèn một cách tự động

(hiện tại chủ yêu là với đèn huỳnh quang ding ballast chuyén dụng) Các thiết bị

DALI có thể tự đông nhận diện và giao tiếp với nhau, không phụ thuộc vảo nhà sản

xuất nảo, từ đó có thể thay thế vả đổi lẫn dễ dàng

Hình 1.12 Nguyên lý hoạt động của hệ thông theo công nghệ DALI

1.3.3.2 Thiết bị trong mạng DALI

Thiết bị chấp hành: thường chứa cách mạch điện điều khiển công suất để

điều khiển đèn, điều khiển công tắc bậutắt hay đưa ra tin hiệu tương tự 0-10Vol

Thiết bị điều khiển: một thiết bị điều khiển cỏ thẻ cung cấp thông tin cho thiết bị điều khiển khác (như thông tin về cường độ sáng) và có thê gửi lệnh đến

thiết bị chấp hành Thiết bị đầu vào đề cung cấp thông tin cho thiết bị điều khiển cỏ thể là nút ấn, cảm biến phát hiện chuyển động Phản ứng dụng bộ điều khiển cỏ thể lả một loại hoặc một phân của thiết bị điều khiên và là thành phần quyết định trong hệ thông DALI, ví dụ như nó có thê gửi lênh tới thiết bị chấp hành đề thay đổi

cường độ sáng của bỏng đèn

22

Dây cung cấp nguon: trong hé thong DALI phai co it nhat mot day dan

nguồn Dây dẫn cho phép truyền thông giữa các thiết bi va cung cap nguồn cho timg

thiết bị

1.3.3.3 Đặc tính kỹ thuật cơ bản

Mỗi một thiết bị DALT có một “địa chỉ” (hay một dãy mã số) riêng biết Một

nhảnh các thiết bị DALI có thể lên tới tôi đa 64 thiết bị, chiều dải tôi đa của mỗi

nhành là 300 (m) Người ta dùng các gateway đề mở rộng vả kết nói các nhảnh lại

với nhau vả mở rộng tôi đa được 16 nhánh Chúng hoạt động theo nguyên tắc broadcast đữ liệu Khi bộ điều khiến muôn điều khiên một đèn nào đỏ, nó sẽ gửi bộ

mã tín hiệu số đến tất cả các thiết bị Trong dãy tín hiệu số đó cỏ chửa mã số của ballast đèn cân điều khiển, cùng với lệnh bật/tắt, dim đèn Thiết bị nào được cải đặt đúng mã số mả bô điều khiên gửi sẽ thông bảo và thực thi chỉ lệnh Cách hoạt đông

đơn giản nảy giúp quả trình tự động duoc dé dang vả hiệu quả

Tốc độ truyền đữ liêu: 1200 (bits/s) và điện áp định mức khi truyền vả nhận được thẻ hiện ở hình vẽ dưới:

Transmitting unit Receiving unit

226V max | 206V may

Tras gh evel ae Roost ghee!

1.3.3.4 Địa chỉ

Một lợi thế của DALI là sự lĩnh hoạt trong cách định địa chí của các thiết bị

Ở mức đơn giãn, tất cả các thuếi bị được định địa chỉ mội cách đồng thời bằng câu

lệnh quảng bà má không cần cáu hình từng thiết bị riêng lẻ

Với cầu hình dơn giản, mỗi thiết bị DALL sẽ dược gắn một trong 64 dia chi trong mỗi nhánh Diễu đó cho phép điển khiển, câu hình và truy vấn đến từng thiết

bị trong hệ thống,

Thiết bị cũng có thế được định địa chỉ theo nhóm Khi một câu lệnh được gửi tới nhóm, chỉ có các thiết bi trong nhóm đó được định địa chỉ

1.4 Đánh giá các hệ thỗng điều khiến chiếu sắng trung nhà [5]

Từ những tim hiểu trên có thê thấy, chuân truyền thông có đây vẫn đang phổ biển, còn truyền thông không đây cũng đang là xu hướng và cũng đang phái triển mạnh Những hệ thống diều khiển chiếu sáng toa nha ứng dụng những chuẩn trên đều có những tu điểm và nhược điểm riêng Dễ kết luận được chuẩn nào có nhiều

tu điểm hơn thì chúng tá phải di xét một số trường hợp dụ thể sau:

Nhà xây dựng mới s với cấi fạo lại: Những năm trước đây cũng như hiện tại, khi xây những tỏa nhà mới hoặc bổ sung thêm tường mới chưa đóng kin thi sw lua chọn chắc chắn là hệ thống điều khiến chiêu sáng có đây Nhưng đi kèm là khỏi lượng đây dẫn đi kèm và sự nhằng nhịt của hệ thống dây đỏ Nhưng khi mà tường

nhà đã lên và mọi thứ đã xong, bạn mudn cải tạo hệ thông điều khiến chiến sáng thì

công nghệ không đây là sự lựa chọn hợp lý Và khi muốn mỡ rộng lệ thông khi mọi thử đã xong thì công nghệ không dây lại cang chiếm ưu thể Từ đỏ có thể nhận định, lắp đặt hệ thắng điều khiến chiếu sáng khi có thể, nếu không thé đi dây thì công

nghệ chiến sảng không đây là hợp lý Tuy nhiên, hệ thống điều khiển chiếu sảng có dây sẽ phù hợp với những ngôi nhà mới xây dựng, lớn Còn hệ thông diéu khiển chiêu sáng không đây phù hợp với những ngôi nhà lâm trìng, nhỏ Trong trường hop nay, đẻ quyết định chọn công nghệ nào thì còn phụ thuộc vào nguén tai chinh

và quyết định của chủ đầu tư

Lợi ích từ vỗn bổ ra: Về tổng chỉ phí, nói chúng là hệ thống diều khiển chiếu sáng có dây, bởi bản chit didn bình cho các hệ thống lớn, sẽ tỏn kém hơn hệ không, đây, phạm vì nhỏ hen Vi du, md hé Lutron HomeWorks dién hinh nối đây có giá 15.0008 dén 25.0008 va cén cao hơn, trong khi bộ không dày Lutron RadioRA có giá từ 1.300S đến 3.000% hay 40008 cho một vải phỏng mnở thêm

Nhung khi xét đến chỉ phí trên đầu thiết bị, không đây vẫn dắt hơn một chút

Ví dụ Lutron bán một hệ không dày HomeWorks và các bộ dimuner (điều chính sáng-mở) giá khoảng 2008, trong khi các đinmer có đây giá chỉ khoảng 1508 dén 160§ Không dãy có giá trên đâu thiết bị cao hơn bởi vì nó phải có thêm module giao tiếp sóng radio và có thể còn được tich hop (built-in) ngay cả trong dimmer, công tắc hoặc bản phím

Mặc dù vậy, clú phí cho hệ không đây đang giảm xuống gần bằng chi phi cho hệ thống điều khiển chiều sảng có đây, Chỉ phí

điền hình sẽ vẫn cao bởi vì nhà mà gắn thiệt bị cá đây thường có khuynh hướng

tích cho hê thông nói day

điện tích lớn và việc đi dây sẽ gây lồn kém hơn Bạn phải gắn đây vào lường trước khi doug kin, do đó mọi thử phải được lắp đặt cũng lúc theo tiên độ Với hệ không, đây, bạn cf thé bat dau chal it, va sau dé bd sung thêm khi bạn có thể chỉ trả được

Nó cho phúp ban cơ hội dễ thu gọn quy mô cho vài thứ, và vẫn có thể bố sung (add

on) về sau Nhưng với vải phỏng trong căn nhá, dùng hệ thông không dây cũng vẫn anal chi phi cing khá cao, khi mã bạn vẫn phải trả nhiều hơn cho dimmer va bản phim (keypad) Bạn cũng phải cân nhắc dến cã chị phí nhân công lắp dặt dày trong, tường nữa đặc biệt với việc cải tạo lại và điều nảy làm cho việc lắp có đây tưởng như tiết kiệm sẽ trở thành ngược lại

D6 Ân định của hệ thẳng: Đây chỉnh là điểm có thể gặp phải vẫn đề với hệ

Thông điền khiến chiêu sáng không day, chi ring công nghệ không đây và độ ồn định

cửa nó đá được cải thiện đều đận những năm gần đây Còn độ ôn định với hệ có dây

là vô cùng chắc chắn Nhung trong những năm trở lại đây, công nghệ điểu khiển

chiêu sảng không đây đã được cãi tiến đáng kế Ví dụ với RadioRA 2 của Iatron,

Thệ này griao tiếp qua đa kênh để tránh sự can thiệp của cae song RF BG sung thêm:

các cảm biến và các thiết bị khác vào mạng không dây RF đồng nghĩa với việc tăng, hưu lượng théng tin [traffic], thế nên chủng ta phải cải tiến cổng nghệ và giao thúc

trong rạng để kiểm soát lưu lượng thông lin Mang “mesh° như kiểu của ZigBee,

trong đỏ các thiết bi tương thích tự dóng vai trở như bộ tiếp sóng, giúp cải thiện dộ

ổn định LiteTouch thì sử dụng hệ thống ITybrid, kết hợp cả có đây và không đây, trong đỏ các thiết bị không đây dùng chuẩn ZigBee, nhưng lại chỉ giao tiếp diém- điểm (poimt-to-point) với bộ xứ lý trung tâm RadioRA của Latron thì ngược lại, họ khéng yêu câu bộ xử lý trung tâm Thứ mã đã làm gia tăng độ ẳn định trong hệ thông điều khiển chiều sáng không đây chính là năng lực xử lý gia tăng và các tiêu chudn mé [open standard]

Cée tink nang: Nhìn chúng, hệ thẳng điều khiến chiêu sáng có day có nhiều

tỉnh năng hơn ở thời điểm liện tại Nhưng khi có sự đầu từ về chỉ phí thì hệ thông điều khiển chiều sáng không dây lại có nhiều tính năng vượt trội hơn Ngoài những tỉnh năng như của hệ thông cỏ dây, hệ thống điểu khiển chiểu sáng có đây còn có

thể lương tác để đăng với hệ thông rèm che, làm việc với những thiết bị mới, tỉnh

nang như bộ điều chính nhiệt độ thông, múnh, các module quản lý năng lượng va

quân lý được nhiều thiết bị hơn

Tương lại: khi mà khoa học công nghệ ngày cảng phát triển mạnh, công

nghệ không dây ngày cảng được cải tiến về độ ổn định vá bền vững của hệ thống,

trở nên hiệu quá hơn với chú phí ngày càng thấp đi Và trong Lương lại, vẫn để năng,

lượng càng trớ lên cấp bach hon, thi voi những tỉnh năng tiên tiến của công nghệ không dây lai càng được thể hiện rõ

Từ những phân tích trên có thế kết luận, hệ thống điên khiến chiêu sáng, không day dang lả xu hưởng và phát triển mạnh Va wong chiếu sáng trong nha,

công nghệ không dây được sử đụng rộng rãi chính là Zigbee

CHUONG 2: NGHIEN CUU TONG QUAN VE CONG NGHE ZIGBEE

VA ZIGBEE LIGHT LINK 2.1 Công nghé Zigbee.[2]

2.1.1 Sơ lược chung về công nghệ ZigBee

Tên gọi ZigBee được xuất phát từ cách mà các con ong mật truyền những thông tin quan trọng với các thánh viên khác trong tổ ong, Đó là kiểu liên lạc “Zig-

Zag” của loài ong “honey Bee” Tên của công nghệ nảy được hình thành từ việc

ghép hai chữ cái đầu với nhau Công nghệ này ra đời chỉnh là sự giải quyết cho vẫn

để các thiết bị tách rời có thể lâm việc cùng nhau để giải quyết một vẫn đẻ nảo đó

Công nghệ ZigBee là công nghệ truyền tin sử dụng sóng vô tuyển ở dải tần không đăng ký ISM (Industrial, seientifie and medical) dành riêng cho các img dụng công nghiệp, khoa học và y tế Tàn số 2.4 GHz hầu hết các quỏc gia trên thẻ gidi, tan so 915 MHz ở Mỹ va Nhat, tan s6 868 MHz 6 chau Au Tốc độ dữ liệu đạt

Hình 2.1 Băng tần của chuẩn Zigbee

Băng tân và tốc độ dữ liệu của chuẩn Zigbee:

Tần số trung Lâm Số lượng kênh (N) Kênh

duce bé sung thé ZigBee ra doi va duoc phat iién ứng dụng rong các lĩnh vực

nhà tự động (home autornation), năng lượng thông minh (smart energy) các ứng

dụng viễn thông vả giám sát y tế

Đặc điển

của công nghệ ZipBec là tốc độ truyền Iin thập, tiêu hao íL răng lượng, chỉ phí thấp, và là giao thức mạng không dây hưởng tới các ứng dụng diéu khiển từ xa và tự động hóa Mục tiêu của công nghệ ZigBee là nhằm tới việc truyền tin với mức tiêu hao năng lượng nhỏ vả công suất thấp cho những thiết bị chỉ có thời gian sống từ vài tháng, đến vài năm mà không yêu cảu cao vé tc d6 truyén tin nhu Bluetooth.

8o sánh chuẩn Zigbec với chuẩn Bluetooth:

(trong sơ đồ sao) (rong sơ đỗ sao)

Đà an toàn 128 bít mã hóa 64/128 bịt mã hóa

Ving làm việc Tiiệu quả ở TÔ - 75m Hiệu quả ở < TÔm

Măng 2.3 Bằng so sảnh chuẩn 2igbee với chuẩn Bluetooth

Một điều nổi bật là ZigRee có thể dùng được trong các mạng mắt lưới (mesh network) réng hon là sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị không day

sử dụng công nghệ ZigBee cỏ thẻ để dàng truyền tin trong khoảng cách 10-750m)

tủy thuộc và mỗi trưởng truyền và mức công suất phát được yêu cảu với mỗi ứng, đụng Về khả năng tiêu thụ điện, các moduls sử đụng chuẩn Z4gBee sẽ có Luỗi thọ

từ 6 tháng đến 2 năm néu sử dụng déi pin AA ZigBee có khả năng kết nỗi với hơn

65000 nút

2.1.2 Cầu trite cita giao thirc ZigBee

LEHE 802.15.4 và liên doan ZigBee di lién két chặt chế dễ xá định một

bộ giao thức staclc IEEE 802.15.4 tập trung vào các đặc điểm kỹ thuật của hai lớp thấp hơn (lớp vật lý và lớp đữ liệu) dành cho các ứng dụng WPAN tốc độ thấp IHEE 902,15.4 sẽ đi sâu phần chủ tiết về đặc điểm kỹ thuật của lớp PHY và MAC bằng cách xây đụng các kiến trúc khỏi che các loại mồ hình mạng khác nhau như sao, cây và hình lưới Các kỹ thuật định tuyến trong mạng dược thiết kế sao cho phải đấm báo đuy trì được nguồn năng lượng lầu dai, dé trễ thấp

====

Hình 2.2 Cấu trúc giao thức Ngăn xép ZigBee bao gồm nhiều lớp gồm PHY, MAC, Mạng, lớp phụ ứng,

dụng mạng (AP: S), và lớp đối tượng thiết bị Z4gBee (ZDO) Vẻ mặt kỹ thuật, một lớp khung lảm việc ứng dụng cũng tồn tại, nhưng sẽ được nhóm vào lớp APS Lớp

ZigBee thì được thể hiện trong bản bên dưới

PHY

lĐinh nghĩa hoạt động lớp vật lý của thiết bị ZigBee bao gồm cả nhận

\d6 nhay, tir chéi kênh, công suất đau ra, số kênh, điêu chẻ chip, vả thông số tốc độ truyền Hầu hết các ứng dụng ZigBee hoạt động trên pee tan ISM 2.4 GHz, với tốc độ dữ liệu 250 kbps

MAC

uân lý truyền dữ liệu RE giữa những thiết bị hàng xóm (point to

oint) MAC bao gồm các dịch vụ như thử lại truyền dẫn, quản lý xác

= và kỹ thuật tránh va chạm (CSMA-CA)

Network

Cộng thêm khả năng định tuyến cái nảy cho phép gói tin dữ liệu RE

đi qua nhiêu thiết bị (nhiều bước nhảy) đề tuyến đường dữ liệu từ

Inguén tdi dich (peer to peer)

Lớp ứng dụng nảy định nghĩa đối tượng định địa chỉ khác nhau bao

30

zpo Lớp ứng dụng nảy cung, cấp thiết bị và chức năng tìm ra dich vu va

khả năng quân lý mạng nâng cao

2.1.3 Những phân tử cơ bản trong mạng ZigBee

Mạng ZigBee gồm cỏ 3 loại thiết bi:

« ZigBee Coordinator (2C): Mạng Ziglee luôn luôn chỉ có duy nhất một

thiết bị Coordinator Né la chon một kênh và PAN ID (cã 64 bit va 16 bit) dé bắt

dẫu mạng, có thể cho phép những router va device dễ tham gia vào mạng, hỗ trợ trong việc định tuyến đữ liệu Không ngủ nên là sit dung nguồn chính

» ZigBee Router ŒR): Router là một nút ZápBee có đầy đủ tính năng, gửi thông tin, nhân thông tia, dịnh tuyến thông tín, cho phép các thiết bị khác gia vào

mang, hé tro trong việc định tuyên đữ liện Router phải hiôn Iuén hoạt động, vì vậy

nó phải được cấp nguồn chỉnh [1] Một trang có thể có nhiều router

» ZigBee End Device (ZED): No phi tham gia mét ZigBee PAN trước khi

nó có thể truyền hoặc nhận dữ liệu, không thể cho phép các thiết bị tham gia vào xr„ng, ZED phôi luôn luôn tuyển và nhận dit ligu RF qua phy huynh của nõ Không thể định tuyển đữ liệu, 2HD có kết cầu dơu giản và thường ở trạng thải ngũ (sleep znode) để tiết kiệm năng lượng Chúng chỉ được "đánh thức" khi cần nhận hoặc gửi 1nột Ihông điệp nào đó và có thể cấp nguồn pin

2.1.4 Cầu trúc mạng Zigbee

Trong truyền thỏng đùng giao thức ZigBee thường hễ trợ 3 mô hình mạng,

chính: mang hinh sao, mang hình cây và mạng bình lưới

Mang hink sao (Star Network}

Bổ trí mạng này được thế hiện như trong hình 2.3 Một Coordinator thi nim

ð trưng lâm của mỗ hình mạng và kết nỗi với tội vòng trên nhíng cnd device Moi liên lạc trong hệ thống phải đi qua eoordinator Khững end device thỉ không được giao tiếp với nhau, ví đụ 2 nốt mạng muên trao đối với nhau thì phâi thông qua

coordinator

31