Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng sử dụng công nghệ gsm gprs

 Điều khiển ổn định và chính xác các hệ thống đèn chiếu sáng  Có thể điều khiển đèn trong từng khu vực thông qua các trạm điều khiển  Có thể điều khiển trực tiếp tại mỗi trạm điều khi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phan Văn Minh

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG

NGHỆ GSM/GPRS

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phan Văn Minh

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG

NGHỆ GSM/GPRS

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thăng Long

Hà Nội - 2010

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1:CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG 5

1.1 Khái niệm cơ bản và các đại lượng đo ánh sáng 5

1.1.1 Bản chất sóng - hạt của ánh sáng 5

1.1.2 Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục 6

1.1.3 Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch 6

1.1.4 Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng 6

1.2 Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo 9

1.2.1 Hiện tuợng phát sáng do nung nóng 9

1.2.2 Hiện tuợng phát sáng do phóng điện 10

1.2.3 Hiện tượng phát sáng huỳnh quang 11

1.2.4 Hiện tượng phát sáng lân quang 12

1.2.5 Hiện tượng phát sáng thứ cấp 13

1.3 Các loại nguồn sáng nhân tạo thông dụng 13

1.3.1 Bóng đèn nung sáng 13

1.3.2 Bóng đèn huỳnh quang 16

1.3.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) 18

1.3.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) 19

1.3.5 Đèn Sulfua 19

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 20

2.1 Cấu tạo và các thông số của bộ đèn chiếu sáng công cộng 20

2.1.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng 20

2.1.2 Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng 22

2.1.3 Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng 24

2.2 Hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng 25

2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng Công cộng đang sử dụng ở Hà Nội hiện nay 26

2.2.2 Tủ điều khiển khu vực 26

2.2.3 Tủ điều khiển chiếu sáng 27

2.2.4 Phòng điều khiển và giám sát Trung tâm 28

CHƯƠNG 3:MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHIẾU SÁNG QUA MẠNG GSM/GPRS 30

3.1 Giới thiệu về Công nghệ GSM-GPRS 30

3.2 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS trong điều khiển 31

3.3 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS trong điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng đô thị 32

3.3.1 Mô hình hệ thống 32

3.3.2 Phần mềm ứng dụng 33

3.3.3 Các yêu cầu kỹ thuật 33

CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN KHU VỰC 35

4.1 Các chức năng của tủ điều khiển chiếu sáng khu vực 35

4.2 Các đặc điểm chính của tủ điều khiển chiếu sáng khu vực 35

4.3 Sơ đồ khối của tủ điều khiển chiếu sáng khu vực 36

4.3.1 Các phần tử trong một tủ chiếu sáng khu vực 36

4.3.2 MODEM truyền thông GSM/GPRS 38

4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trong tủ khu vực 41

4.4.1 Khối nguồn nuôi cho mạch 43

4.4.2 Khối quản lý và nạp ắc quy 44

4.4.3 Khối chấp hành: Điều khiển các khởi động từ và rơ le ngoài 45

4.4.4 Khối thẻ nhớ SD Card 46

4.4.5 Khối truyền thông nối tiếp UART 46

4.4.6 Khối thời gian thực 48

4.4.7 Khối hiển thị: Graphic LCD 48

4.4.8 Khối Transducer 48

4.4.9 Khối vi điều khiển 56

4.4.10 Mạch in của tủ điều khiển khu vực 60

4.5 Phần mếm nhúng trong vi điều khiển ATMEGA128 62

4.5.1 Bù offset cho các kênh dòng và áp của ADE7758 63

4.5.2 Căn chỉnh các khối đo cho ADE7758 64

4.5.3 Lưu đồ chương trinh chính: 66

4.5.4 Lưu đồ chương trình đọc và giải mã lệnh từ MODEM 68

4.5.5 Truyền thông giữa MODEM và mạch điều khiển 69

4.6 Kết quả 71

4.6.1 Tìm hiểu, khảo sát 71

4.6.2 Thực nghiệm 71

KẾT LUẬN 77

PHỤ LỤC 79

MỞ ĐẦU

Tại Việt Nam trước đây, chiếu sáng đô thị được xây dựng trên cơ sở lưới đèn chiếu sáng công cộng được xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi đốt Đến năm 1975, những ngọn đèn cao áp đầu tiên được lắp đặt tại khu vực quảng trường Ba Đình và lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh Ngoài chiếu sáng đường phố, các loại chiếu sáng khác của đô thị như chiếu sáng công viên, vườn hoa, chiếu sáng cảnh quan các công trình kiến trúc văn hoá, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tượng đài còn rất sơ sài

Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ nhất (4/1992) là một mốc khởi đầu cho sự phát triển của ngành chiếu sáng đô thị Việt Nam Thực trạng chiếu sáng đô thị lúc đó vẫn còn rất kém, lạc hậu so với các đô thị trong khu vực Sau Hội nghị chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức tại Đà Nẵng, cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh

tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nước ta đã thực sự hình thành và phát triển [1]

 Vai trò của chiếu sáng đô thị:

Tại các nước phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8 đến 13% tổng điện năng tiêu thụ Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan chức năng của đô thị

Chiếu sáng đường phố tạo ra sự sống động, hấp dẫn và tráng lệ cho các đô thị về đêm, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân đô thị, thúc đẩy sự phát triển thương mại và du lịch Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí còn tạo ra không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan của các đô thị trong các dịp lễ tết và các ngày kỷ niệm lớn hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động chính trị, văn hóa xã hội cũng như sự kiện quốc tế…

Do đó cần có sự đánh giá chính xác và khách quan về hiệu quả mà chiếu sáng đem lại không chỉ về mặt kinh tế, mà còn cả trên các phương diện văn hóa - xã hội Không chỉ nhìn nhận những hiệu quả trực tiếp trước mắt, có thể tính được bằng tiền mà còn cả hiệu quả gián tiếp và lâu dài mà chiếu sáng đem lại trong việc quảng bá, thúc đẩy sự phát triển của thương mại, du lịch và dịch vụ Chỉ có như vậy, hệ thống chiếu sáng đô thị mới có thể phát triển và duy trì một cách bền vững, đóng một vai trò ngày một xứng đáng trong các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị

Hiện nay ở Việt Nam nhu cầu điều khiển và giám sát các hệ thống chiếu sáng công cộng rất cấp thiết nhằm đảm bảo cho việc điều khiển chiếu sáng một cách an toàn và tối

ưu Một hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng cần thoả mãn một số tính năng cơ bản như sau:

 Điều khiển ổn định và chính xác các hệ thống đèn chiếu sáng

 Có thể điều khiển đèn trong từng khu vực thông qua các trạm điều khiển

 Có thể điều khiển trực tiếp tại mỗi trạm điều khiển

 Đo đạc và giám sát tình trạng hoạt động của từng trạm điều khiển

 Có khả năng lưu trữ các thông số đo đạc và điều khiển trong một thời gian dài

 Có thể điều khiển và giám sát riêng rẽ từng trạm hay tất cả các trạm tại trung tâm

Để đáp ứng những yêu cầu như trên việc xây dựng một hệ thống điều khiển và giám sát phục vụ cho chiếu sáng cho đô thị, thành phố là rất phức tạp và tốn kém

Cùng với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, các họ vi điều khiển ngày càng trở nên nhỏ gọn, tích hợp nhiều chức năng, tiêu thụ ít năng lượng, rất phù hợp cho việc thiết kế chế tạo các modul điều khiển đo đạc nhỏ gọn thông minh Bên cạnh đó các công nghệ viễn thông đang rất phát triển, đặc biệt là các công nghệ truyền dẫn số liệu tốc độ cao thông qua mạng di động như GPRS, EDGE Vì vậy việc ứng dụng các công nghệ viễn thông kết hợp với một số thiết bị đầu cuối thông minh để điều khiển và giám sát là một xu thế đang được phát triển mạnh

 Mục tiêu của luận văn

 Thiết kế, xây dựng được một thiết bị có những chức năng chính sau:

 Nhận lệnh trực tiếp qua bàn phím để điều khiển On/Off hai khởi động từ 3 pha công suất lớn

 Giám sát được các thông số điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất

và điện năng tiêu thụ của từng pha

 Tự động làm việc theo lịch trình lập trước

 Có khả năng kết nối với một MODEM GSM/GPRS để điều khiển và giám sát từ xa

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG

NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG

1.1 Khái niệm cơ bản và các đại lượng đo ánh sáng [1]

1.1.1 Bản chất sóng - hạt của ánh sáng

Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng vô tuyến,…tất cả đều là những dạng năng lượng điện từ được truyền trong không gian dưới dạng sóng, cũng giống như các bức xạ điện từ khác được đặc trưng bởi bước sóng λ

Sóng điện từ được chia thành các dải như bảng sau, ánh sáng mà mắt người thấy được là dải sóng điện từ hẹp trong khoảng 380nm - 780nm:

Bảng 1: Dải sóng điện từ

( 1 µm = 10-6

m; 1 nm = 10-9 m; 1 A0 = 10-10 m) Theo thuyết lượng tử, ánh sáng còn mang bản chất hạt (photon), sự phát sáng của các vật thể có thể giải thích như sau:

 Một photon bị biến mất khi nó va vào và đẩy một điện tử vòng ngoài lên trạng thái kích thích ở các quỹ đạo xa nhân hơn đó là sự hấp thu năng lượng ánh sáng của vật chất

 Một photon được sinh ra khi điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang một quỹ đạo khác gần nhân hơn và tải đi một năng lượng mà nguyên tử bị mất dưới dạng tia sáng mà bước sóng tỷ lệ nghịch với năng lượng được truyền đi đó là sự phát ra năng lượng ánh sáng của vật chất

Như vậy căn cứ vào bước sóng ta có thể phân biệt được sóng ánh sáng và các dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ

Từ 3000 m đến 1000 m Sóng dài (LW = long wave)

Từ 1000 m đến 100 m Sóng trung (MW = medium wave)

1.1.2 Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục

Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt võng mạc của mắt người

Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm - 780nm

Thực nghiệm cho thấy phổ của ánh sáng mặt trời là dải quang phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 380nm –780nm

Hình 1: Thí nghiệm quang phổ liên tục

1.1.3 Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch

 Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian, đặc trưng cho góc nhìn (tức là từ một điểm nào đó nhìn vật thể dưới một góc khối) Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó

1.1.4.2 Quang thông

Thông lượng năng lượng của ánh sáng nhìn thấy là một khái niệm có ý nghĩa quan trọng về mặt vật lý Tuy nhiên trong kỹ thuật chiếu sáng thì khái niệm này ít được quan tâm

Hình 3: Đường cong hiệu quả ánh sáng

Giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ=700nm) và màu vàng (λ=577nm) có cùng mức năng lượng tác động đến mắt người thì kết quả nhận được là mắt người cảm nhận tia màu đỏ tốt hơn màu vàng Điều này có thể giải thích là do sự khúc xạ qua mắt (vai trò

là thấu kính hội tụ) khác nhau: các tia sáng có λ bé bị lệch nhiều và hội tụ trước võng mạc, các tia có λ lớn thì lại hội tụ sau võng mạc, chỉ có tia λ=555nm (vàng) là hội tụ ngay trên võng mạc Trên cơ sở này ta phải xây dựng một đường cong hiệu quả ánh sáng V(λ) của mắt người (hình 3) Đường cong 1 ứng với thị giác ban ngày và đường cong 2 ứng với thị giác ban đêm

Như vậy thông lượng năng lượng không thể dùng trong kỹ thuật chiếu sáng phục

vụ con người, do đó phải đưa vào một đại lượng mới trong đó ngoài W(λ) còn phải kể đến đường cong V(λ), đại lượng này gọi là quang thông

 Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lượng nhưng ở đây đơn vị tính không phải bằng W mà bằng Lumen Đây là đại lượng rất quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lượng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh

Cadela có nghĩa là “ngọn nến”, đây là một trong 7 đơn vị đo lường cơ bản (m, kg,

s, A, K, mol, cd)

 Định nghĩa Cd: Cadenla là cường độ sáng theo một phương đã cho của nguồn phát bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012Hz (λ=555mm) và cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 W/Sr

1.1.4.4 Độ rọi

 Ký hiệu : E

 Đơn vị: Lux hay Lx

Lux là đơn vị đo độ chiếu sáng của một bề mặt Độ chiếu sáng duy trì trung bình là các mức lux trung bình đo được tại các điểm khác nhau của một khu vực xác định Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông

 Ý nghĩa: Thể hiện lượng quang thông chiếu đến 1 đơn vị diện tích của một bề mặt được chiếu sáng, nói cách khác nó chính là mật độ phân bố quang thông trên bề mặt chiếu sáng

1 Lm/m2 là độ trưng của một nguồn sáng hình cầu có diện tích mặt ngoài 1m2 phát

ra quang thông 1 Lumen phân bố đều theo mọi phương

1.1.4.6 Độ chói

 Ý nghĩa:

Thể hiện mật độ phân bố cường độ sáng phát ra từ một đơn vị diện tích của bề mặt

đó theo một hướng xác định đến một người quan sát

Độ chói phụ thuộc vào tính chất phản quang của bề mặt và hướng quan sát (không phụ thuộc vào khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát)

đều nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung nó sẽ trở nên “nóng trắng” Tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của thanh thép theo độ Kelvin (0C + 273) và gán giá trị đó với màu được tạo ra

Hình 4: Biểu đồ Kruithof

Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó Đối với đèn huỳnh quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn không dùng sợi đốt) thì nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật đen tuyệt đối bị nung nóng

1.2 Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo [1]

1.2.1 Hiện tuợng phát sáng do nung nóng

Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ > 0 K đều bức xạ năng lượng dưới dạng sóng điện

từ Nhiệt độ càng cao thì cường độ ánh sáng tăng lên và màu sắc bề ngoài cũng trở nên sáng hơn Các loại đèn điện chiếu sáng thường dùng dòng điện để đốt nóng sợi đốt (dây tóc) bằng kim loại Hiện tượng phát sáng khi nung nóng bằng dòng điện được nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát hiện năm 1802 Sau đó nhà phát minh người Mỹ Edison mới chế tạo ra đèn sợi đốt đầu tiên

Hiện tượng phát xạ ánh sáng do nung nóng được giải thích như sau: Khi có điện áp đặt vào hai đầu dây tóc, các điện tử ở các lớp ngoài của nguyên tử được giải phóng khỏi nguyên tử và dịch chuyển trong mạng tinh thể kim loại Trong quá trình di chuyển, điện

tử luôn luôn có va chạm với các nguyên tử, do đó động năng của điện tử đã truyền một phần cho nguyên tử Kết quả là các nguyên tử bị kích thích và một số điện tử lớp trong nhảy ra lớp ngoài (nếu lớp đó chưa đầy) Điện tử này có xu hướng trở về vị trí trống gần hạt nhân hơn (vị trí ổn định) và nếu điều đó xảy ra thì điện tử sẽ mất một lượng năng

lượng E (thế năng) đồng thời giải phóng một photon có bước sóng λ = c.h/E (có thể là ánh sáng nhìn thấy hoặc không nhìn thấy)

Năng lượng bức xạ có thể bao gồm quang năng, nhiệt năng và bức xạ hồng ngoại Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn sợi đốt như đèn sợi đốt chân không (trong dân dụng 50W-75W), đèn sợi đốt halogen (còn gọi là đèn halogen-Vonfram)

1.2.2 Hiện tuợng phát sáng do phóng điện

Hiện tượng này do nhà khoa học Anh Edward Townsend phát hiện đầu tiên

Hiện tượng phóng điện trong chất khí là quá trình diễn ra rất phức tạp, phụ thuộc vào áp suất khí, công suất nguồn điện và dạng điện trường Tuy nhiên có thể mô tả tóm tắt thông qua thí nghiệm sau đây: cho ống phóng điện thủy tinh chứa hơi kim loại hoặc một khí trơ nào đó ở áp suất thấp, bên trong có đặt 2 điện cực và được nối với nguồn 1 chiều thông qua biến trở điều chỉnh được:

Khi điện áp tăng lên thì dòng điện tăng theo (đoạn AB) Nguyên nhân có dòng điện

là do các ion tự do tồn tại trong chất khí

Đến điểm B (điểm xảy ra phóng điện) thì dòng điện tăng rất nhanh còn điện áp giảm xuống đến điểm M (điểm duy trì phóng điện) Nguyên nhân dòng điện tăng là do hiện tượng ion hóa chất khí làm cho số điện tử tăng lên nhanh

Đến điểm D (bằng cách giảm R) sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang Nguyên nhân là do điện cực bị đốt nóng quá mức làm phát xạ điện tử bằng hiệu ứng nhiệt-ion

Cần lưu ý là nếu áp suất cao sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện tia lửa chứ không phải phóng điện tỏa sáng vì ở áp suất cao, hiện tượng phóng điện không tự duy trì được Khi ứng dụng hiện tượng này vào đèn điện chiếu sáng, người ta chỉ cho đèn làm việc trong khoảng B-D với điểm làm việc M được xác lập nhờ điện trở R gọi là “chấn lưu” Điện áp tại điểm B được gọi là điện áp phóng điện hay điện áp mồi Khi phóng điện, các nguyên tử khí bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, sau đó trở về trạng thái ban đầu thì phát ra phôton gây nên hiện tượng phát sáng hướng từ cực âm sang cực dương Ánh sáng phát ra thường đơn sắc và mang màu đặc trưng của khí trong ống thủy tinh Ngoài ánh sáng nhìn thấy, tùy vào chất khí mà còn có các tia hồng ngoại hay tử ngoại Nếu có phát tia tử ngoại thì ống phóng điện phải làm bằng thủy tinh có đặc tính cản tia tử ngoại (thủy tinh natri cacbonat), tránh hủy diệt sinh vật sống, tia hồng ngoại không nguy hiểm

vì nó chỉ có tác dụng nhiệt

Hình 5: Thí nghiệm phóng điện trong chất khí

Đối với nguồn điện xoay chiều hình sin thì chiều dòng điện duy trì trong ống thủy tinh liên tục thay đổi theo tần số nguồn điện Cả dòng điện và điện áp trong ống phóng điện không còn là hình sin nữa nên nó được xem là một phần tử phi tuyến Mặc dù mắt người không cảm nhận được nhưng ánh sáng do đèn tạo ra là ánh sáng nhấp nháy liên tục

Hình 6: Phóng điện trong chất khí với nguồn điện hình Sine

Năng lượng bức xạ gồm quang năng, nhiệt năng, bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại có tỷ lệ thay đổi theo áp suất và loại khí sử dụng

Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn hơi phóng điện Natri áp suất thấp, Natri áp suất cao, đèn halogen kim loại (hơi thủy ngân cao áp),…

1.2.3 Hiện tượng phát sáng huỳnh quang

Hiện tượng huỳnh quang được biết đến vào giữa thế kỉ 19 bởi nhà khoa học người Anh George G Stoke Khi cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào chất phát huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải quang phổ nhìn thấy được

Ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo ra đèn huỳnh quang gồm bóng thuỷ tinh không cho tia tử ngoại xuyên qua, trong đó chứa chất thuỷ ngân ở áp suất thấp Khi phóng điện, các điện tử phát xạ từ điện cực kích thích nguyên tử thuỷ ngân và tạo ra tia tử ngoại (bước sóng 253,7nm), các tia tử ngoại đập vào thành ống (có quét bột huỳnh quang) làm

Hình 7: Giải thích hiện tượng phát sáng huỳnh quang

đèn phát sáng

Hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang khá cao Chất huỳnh quang có rất nhiều loại nhưng thường dùng chất halophosphat canxi 3 Ca(PO4)2 CaF2 để quét vào bên trong thành ống phóng điện một lớp mỏng

Năng lượng bức xạ từ hiện tượng phóng điện ngoài tia tử ngoại có thể còn có tia hồng ngoại

1.2.4 Hiện tượng phát sáng lân quang

Lân quang là một dạng phát quang, trong đó các phân tử của chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa năng lượng của các photon thành năng lượng của các electron sang trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng khá bền vững Sau đó electron chậm chạp rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng thấp hơn và giải phóng một phần năng lượng trở lại dưới dạng các photon

Lân quang khác với huỳnh quang ở chỗ việc electron trở về trạng thái cũ kèm theo nhả ra photon rất chậm chạp Trong huỳnh quang, sự rơi về trạng thái cũ của electron gần như tức thời khiến photon được giải phóng ngay Do vậy các chất lân quang hoạt động như những bộ lưu trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng và chậm chạp nhả ra ánh sáng sau đó

Sở dĩ có sự trở về trạng thái cũ chậm chạp của các electron là do một trong số các trạng thái kích thích khá bền nên việc chuyển hóa từ trạng thái này về trạng thái cơ bản bị cấm bởi một số quy tắc lƣợng tử Việc xảy ra sự trở về trạng thái cơ bản chỉ có thể đƣợc thực hiện khi dao động nhiệt đẩy electron sang trạng thái không bền gần đó, để từ đó nó rơi về trạng thái cơ bản Điều này khiến hiện tƣợng lân quang phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ càng lạnh thì trạng thái kích thích càng đƣợc bảo tồn lâu hơn

Đa số các chất lân quang có thời gian tồn tại của trạng thái kích thích chỉ vào cỡ miligiây, có một số chất có thể lên tới vài phút hoặc thậm chí vài giờ Trong thực tế ta thấy con đom đóm phát sáng đƣợc là nhờ chất lân quang

Chất dạ quang là chất có chứa các nguyên tử phát sáng lân quang

Hiện tƣợng lân quang không đƣợc ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng vì hiệu quả thấp và trạng thái phát sáng không bền

1.2.5 Hiện tƣợng phát sáng thứ cấp

Đây không phải là nguồn sáng thực sự nhƣ các hiện tƣợng đã nêu ở trên Khi một vật đƣợc chiếu sáng thì bản thân nó cũng có thể phản xạ một phần ánh sáng gọi là phát sáng thứ cấp Chỉ có vật đen tuyệt đối mới hấp thụ toàn bộ ánh sáng

Một vật thể bất kỳ tiếp nhận ánh sáng chiếu vào sẽ xẩy ra các hiện tƣợng : phản xạ, xuyên qua, hấp thụ Mỗi hiện tƣợng này lại có những tính chất riêng, ví dụ phản xạ lại có các loại phản xạ đều, phản xạ khuyếch tán,… Các hiện tƣợng này đƣợc nghiên cứu để chế tạo các bộ phận của đèn (đặc biệt là tấm phản quang) nhằm điều khiển sự phân bố ánh sáng của nguồn sáng hiệu quả nhất

1.3 Các loại nguồn sáng nhân tạo thông dụng [1]

1.3.1 Bóng đèn nung sáng: (Đèn sợi đốt)

Hình 8: Cấu tạo và giản đồ năng lượng của đèn sợi đốt

Nhiệt độ càng cao thì phổ ánh sáng càng chuyển về vùng nhìn thấy và màu sắc ánh sáng cũng trắng hơn Tuy nhiên nhiệt độ cao sẽ làm bay hơi kim loại làm dây tóc nên người ta thường bơm khí trơ (Nitơ, Argon, Kripton) vào bóng đèn để làm chậm quá trình bay hơi nhưng đồng thời cũng làm tăng tổn thất do các chất khí này dẫn nhiệt

Khi kim loại bay hơi sẽ ngưng đọng trên bề mặt bóng làm nó bị mờ đi

 Vỏ bóng đèn

Chế tạo bằng thủy tinh có pha chì

Áp suất khí trơ bơm vào bóng rất thấp để tránh tản nhiệt ra ngoài môi trường

Để giảm độ chói, mặt trong bóng đèn được phủ lớp bột mờ

Giá thành rẻ

Tạo màu sắc ấm áp, không nhấp nháy

 Nhược điểm

Hiệu quả phát sáng rất thấp do năng lượng nhiệt tản ra môi trường lớn

Quang thông, tuổi thọ của đèn phụ thuộc mạnh vào điện áp nguồn

Hiện nay không khuyến khích sử dụng trong dân dụng và công nghiệp nhưng vẫn dùng trong chiếu sáng sự cố, chiếu sáng an toàn vì nó làm việc được với điện áp thấp

1.3.1.3 Một số loại bóng đèn nung sáng thông dụng

 Bóng đèn nung sáng kiểu chân không hoặc áp suất khí trơ

Bóng đèn nung sáng phát ra các bức xạ có lựa chọn ở vùng ánh sáng nhìn thấy Bóng đèn có thể là chân không hoặc nạp khí trơ Sau một thời gian sử dụng, bóng đèn thường bị tối đi là do dây tóc kim loại (vonfram) bị bay hơi ngưng lại trên bề mặt bóng

Nếu bóng hút chân không thì nhiệt tỏa ra không khí giảm xuống, do đó hiệu suất nguồn sáng cao hơn Tuy nhiên ở chế độ chân không, khi bị nung nóng lên nhiệt độ rất cao kim loại làm dây tóc sẽ bị bay hơi nhanh, do đó loại bóng này chỉ chế tạo công suất tối đa là vài trăm W

Để làm chậm quá trình bay hơi kim loại người ta thường cho thêm khí trơ (nitơ, argon, kripton) vào trong bóng nên công suất có thể tăng trên lên nhưng đổi lại nhiệt tỏa

ra môi trường sẽ lớn hơn Đối với những loại đèn thông dụng, hỗn hợp khí Agon-Nitơ với

tỷ lệ 9/1 được sử dụng nhiều do giá thành thấp Kripton hoặc Xenon khá đắt (do công nghệ tinh chế chúng rất phức tạp) nên chỉ được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt như đèn chu kỳ hoặc khi có yêu cầu hiệu suất rất cao

 Bóng đèn nung sáng dùng khí halogen

Đèn nung sáng dùng khí halogen là một loại đèn nung sáng có dây tóc bằng vonfam giống như đèn sợi đốt bình thường, tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng khí halogen (Iod hoặc Brom) Nguyên tử vonfam bay hơi từ dây tóc nóng và di chuyển về phía thành của bóng đèn Các nguyên tử vonfam, oxy và halogen kết hợp với nhau tại thành bóng để tạo nên phân tử vonfam oxyhalogen Nhiệt độ ở thành bóng giữ cho các phân tử vonfam oxyhalogen ở dạng hơi Các phân tử này di chuyển về phía dây tóc nóng nơi nhiệt độ cao hơn tách chúng ra khỏi nhau Nguyên tử vonfam lại đông lại trên vùng mát hơn của dây tóc nên bóng đèn không bị mờ

Nhờ có hơi halogen nên nhiệt độ đốt nóng đèn cho phép cao hơn, do đó ánh sáng phát ra trắng hơn (nhiệt độ màu có thể đạt 29000K), hiệu suất của đèn cũng cao hơn so với đèn bơm khí trơ hoặc chân không

Hình 10: Bóng đèn sợi đốt dùng khí halogen

Đặc điểm: Gọn hơn, tuổi thọ dài hơn, sáng trắng hơn, giá cao hơn, nhiều tia hồng ngoại hơn, nhiều tia cực tím hơn

1.3.2 Bóng đèn huỳnh quang

1.3.2.1 Đặc điểm cấu tạo

Đèn huỳnh quang cũng là một loại đèn phóng điện, tuy nhiên bản chất và nguyên

lý phát sáng hoàn toàn khác với đèn phóng điện nên dưới góc độ chiếu sáng nó được xem xét với tư cách là một chủng loại đèn riêng Đèn huỳnh quang có hiệu suất lớn hơn đèn sợi đốt từ 3 đến 5 lần và có tuổi thọ lớn hơn từ 10 đến 20 lần

Hình 11: Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang

Phía bên trong thành thủy tinh của bóng đèn người ta tráng một lớp chất bột huỳnh quang, ngoài ra người ta còn nhỏ vài giọt thuỷ ngân (khoảng 12mg) và bơm khí trơ (thường là khí argon) vào trong ống với tỷ lệ thích hợp sao cho hiện tượng ion hoá dễ xảy

ra Khi bật đèn, thuỷ ngân hoá hơi trước do có điện áp ở hai đầu cực, tiếp sau là hiện tượng ion hoá chất khí để sinh ra tia tử ngoại Tia tử ngoại đập vào bột huỳnh quang và phát ra ánh sáng nhìn thấy

Do đèn huỳnh quang phát ra tia tử ngoại, nếu lọt ra ngoài sẽ gây nguy hiểm cho sự sống nên vỏ bóng đèn được chế tạo từ thủy tinh natri cacbonat có tác dụng ngăn cản tia tử ngoại không cho nó phát xạ ra ngoài

1.3.2.2 Mạch điện thắp đèn huỳnh quang

Hình 12: Sơ đồ đấu dây và giản đồ năng lượng của bóng đèn huỳnh quang

Bóng đèn huỳnh quang khi nối với nguồn điện thì bản thân nó không thể tự phát sáng mà phải có bộ phận khởi động bao gồm chấn lưu (còn gọi là ballast) và tắc-te (bộ ngắt mạch)

Dựa vào biện pháp khởi động người ta chia thành hai loại : đèn huỳnh quang catot nóng và catot nguội Loại catốt nóng thì trước khi phát xạ electron nó phải được nung nóng còn loại catot nguội thì không cần nung nóng nhưng điện áp đặt vào nó phải đủ lớn Catốt là những dây tóc Vonfam có mạ bari cacbonat để dễ dàng phát xạ điện tử Khi nung nóng lớp phát xạ này không được nóng quá, nếu không tuổi thọ của đèn sẽ giảm xuống

Chấn lưu là một cuộn dây điện cảm bằng sắt từ, khi đèn khởi động nó làm nhiệm

vụ cung cấp năng lượng và tạo ra điện áp mồi rất lớn nhưng khi đèn làm việc bình thường thì nó có vai trò xác lập điểm làm việc của đèn

Tắc-te thực chất là một công tắc kiểu rơle nhiệt, khi khởi động nó đóng mạch để cho dòng điện chạy qua đốt nóng catot đồng thời tích luỹ năng lượng từ trường cho chấn lưu Khi mồi đèn, nó mở ra làm dòng điện bị gián đoạn và năng lượng trong chấn lưu giải phóng dưới dạng xung điện áp u = Ldi/dt khá lớn làm catot phát xạ electron Về nguyên

lý thì tốc độ mở của tăc-te càng bé thì điện áp xung tạo ra càng lớn và càng giúp đèn dễ khởi động

Chấn lưu sắt từ bản thân nó cũng tiêu hao năng lượng làm cho hiệu suất tổng của

cả bộ đèn huỳnh quang giảm xuống Ngoài ra tắc-te kiểu rơle nhiệt có đặc tính khởi động không tốt (vì có quán tính nhiệt) nên chất lượng của đèn cũng giảm và nhất là khi điện áp thấp có thể không mồi đuợc đèn Chấn lưu sắt từ còn gây ra tiếng ồn do có độ rung lớn nên không thích hợp cho môi trường văn phòng làm việc Để khắc phục những hạn chế này hiện nay người ta chế tạo ra bộ phận khởi động bằng điện tử (còn gọi là chấn lưu điện tử) Nguyên lý của chấn lưu điện tử là tạo ra xung điện áp có tần số rất cao (khoảng 20 kHz hoặc lớn hơn) nhờ đó mà điện áp mồi được tạo ra rất lớn, thời gian ngắt mạch rất bé nên có thể khởi động ngay cả khi điện áp lưới điện thấp

1.3.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID)

Loại đèn này làm việc dựa trên hiện tượng phóng điện hồ quang nên được gọi chung là đèn phóng điện cường độ cao (hay đèn HID = Hingh Intentsity Discharge)

1.3.3.1 Cấu tạo của bóng đèn phóng điện

 Ống phóng điện

Ông phóng điện là nơi xảy ra hiện tượng hồ quang điện, được chế tạo bằng chất trong suốt hoặc trong mờ và có dạng hình trụ Người ta bơm vào ống phóng điện hơi thuỷ ngân, muối kim loại, hay các loại khí khác để tạo ra hiện tượng phóng điện hồ quang trong chất khí Phóng điện hồ quang bao giờ cũng toả ra nhiệt lượng lớn nên ống phóng điện phải được làm bằng vật liệu chịu nhiệt rất cao Ống phóng điện và một số chi tiết khác được đặt trong một vỏ thuỷ tinh gọi là vỏ bóng đèn

 Ổn định nhiệt độ làm việc của đèn (để hồ quang không bị đứt đoạn)

 găn không cho tia tử ngoại lọt ra ngoài làm huỷ hoại sự sống, đặc biệt là đèn hơi thuỷ ngân tạo ra khá nhiều tia tử ngoại

Vỏ bóng đèn thường có dạng hình ellip, có thể có dạng hình cầu hoặc hình trụ

 Đặc điểm

Đèn HID có ánh sáng phát ra khá ổn định, không phụ thuộc nhiệt độ môi trường xung quanh nên rất thích hợp cho chiếu sáng đường phố, quảng trường, công viên,…

1.3.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode)

Cấu tạo cơ bản của đèn LED là hai lớp bán dẫn p và n tiếp xúc nhau Tùy chất liệu của p và n, LED có thể phát ra ánh sáng có màu khác nhau, từ xanh lá cây, đỏ, đến trắng

Do tiêu hao nhiệt rất ít, LED hầu như không nung nóng môi trường xung quanh và khác với các loại bóng đèn khác, ánh sáng LED không gây chói, mỏi mắt, không phát ra tia cực tím Bằng việc ghép nhiều LED nhỏ bằng hạt đỗ với nhau, có thể tạo một môi trường ánh sáng rực rỡ trong một không gian rộng lớn, thậm chí có thể ở nhiệt độ âm 300C Tuy vậy, giá thành LED hiện vẫn còn cao nên ở Việt Nam nó dùng cho quảng cáo là chủ yếu Còn

ở các nước khác đã sử dụng cho khu du lịch, vui chơi giải trí, hàng năm tiết kiệm được rất nhiều tiền điện

Về nguyên lý: Ánh sáng được tạo ra khi dòng điện chạy qua những chất rắn nhất định như chất bán dẫn hoặc photpho Đèn LED là loại đèn mới nhất bổ sung vào danh sách các nguồn sáng sử dụng năng lượng hiệu quả Mặc dù đèn LED phát ra ánh sáng ở dải quang phổ rất hẹp (gần như đơn sắc), chúng ta vẫn có thể tạo ra "ánh sáng trắng” bằng cách dùng đèn LED xanh có phủ photpho hay dùng dải LED màu đỏ-xanh da trời-xanh lá cây để hoà ánh sáng Đèn LED có tuổi thọ từ 40.000 đến 100.000 giờ tùy thuộc vào màu sắc Đèn LED đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng, bao gồm biển báo lối thoát, đèn tín hiệu giao thông và nhiều ứng dụng trang trí khác Mặc dù còn mới mẻ, công nghệ đèn LED đang phát triển nhanh và hứa hẹn trong tương lai Tại đèn tín hiệu giao thông, một thị trường thế mạnh của LED, tín hiệu đèn đỏ bao gồm 196 đèn LED chỉ tiêu thụ 10W trong khi đèn nóng sáng sẽ tiêu thụ 150W Khả năng tiết kiệm năng lượng ước tính khoảng từ 82% đến 93% Ngoài ra đèn LED phối hợp với pin mặt trời có thể tạo ra

hệ thống chiếu sáng thân thiện với môi trường, không tiêu thụ điện, tiết kiệm tài nguyên quốc gia, góp phần giảm phát thải khí nhà kính Tuy nhiên đây là công nghệ mới, giá thành đầu tư rất cao nên cần có thời gian để thương mại hoá

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

VÀ GIÁM SÁT CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG

CỘNG

Do những ưu điểm nổi trội của đèn phóng điện khi sử dụng cho chiếu sáng đường giao thông, chiếu sáng các khu vực công cộng trong đô thị mà hiện nay đèn phóng điện HID là nguồn sáng được sử dụng chủ yếu

2.1 Cấu tạo và các thông số của bộ đèn chiếu sáng công cộng [1]

2.1.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng

2.1.1.1 Tấm phản quang

Các loại đèn chiếu sáng công cộng thường có tấm phản quang để phân bố lại ánh sáng của nguồn cho phù hợp với mục đích sử dụng

Tấm phản quang có thể được làm bằng gương hoặc được mạ màu trắng

Hình 13: Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng

Hình dáng tấm phản quang phụ thuộc vào yêu cầu phân bố ánh sáng Thông thường tấm phản quang có dạng paraboloit tròn xoay và nguồn sáng đặt ở tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ song song nhau Một số bộ đèn có tấm phản quang dạng elipxoit tròn xoay có nguồn sáng đặt ở một tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ hội tụ về tiêu điểm thứ 2 để tạo thành nguồn sáng điểm Ngoài ra còn có loại tấm phản quang hai múi, gồm hai nửa paraboloit tròn xoay ghép lại, sẽ làm tăng đáng kể hiệu suất của bộ đèn so với loại một múi

Hiện nay bắt đầu sử dụng thiết bị mồi điện tử thay thế cả bộ mồi và chấn lưu kiểu điện cảm được gọi chung là chấn lưu điện tử Đặc điểm là tạo ra xung dòng điện rất hẹp

có tần số cao (trên 20kHz), do đó tạo điện áp mồi lớn, không nhấp nháy, điện áp nguồn thấp vẫn mồi được Nhờ không có chấn lưu sắt từ nên tổn hao nhiệt giảm xuống làm tăng đáng kể hiệu suất của bộ đèn

Hình 15: Thiết bị mồi đèn

 Chấn lưu

Chấn lưu có nhiệm vụ chính là cung cấp điện áp lớn để mồi đèn khi khởi động đèn, ngoài ra khi đèn làm việc bình thường nó làm nhiệm vụ ổn định điểm làm việc, tránh sự dao động điện áp lưới ảnh hưởng đến sự phát sáng của đèn Có các loại chấn lưu sau đây :

Chấn lưu điện trở: Làm giảm hiệu suất của đèn do tiêu thụ năng lượng, hiệu quả mồi đèn không cao

Chấn lưu điện cảm: Không tiêu thụ năng lượng cho việc mồi đèn như điện trở nhưng nó lại tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt và từ trễ, ngoài ra do tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nên làm hệ số công suất cosφ thấp

Chấn lưu điện cảm - tụ điện: Tác dụng như chấn lưu điện cảm nhưng có thêm tụ điện nối tiếp để tăng hệ số công suất cosφ

Chấn lưu điện tử: biến đổi tần số 50Hz thành tần số cao (khoảng vài chục kHz) Không tiêu hao năng lượng, loại trừ được hiện tượng nhấp nháy, kích thước nhỏ gọn nhưng giá thành cao hơn các loại chấn lưu nói trên

2.1.2 Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng

Các thông số cơ bản về quang học của nguồn sáng đã được nêu trong phần các loại nguồn sáng và các đại lượng cơ bản đo ánh sáng Ở đây chỉ bổ sung một số thông số quang học của bộ đèn Các bộ phận này có nhiệm vụ đảm bảo sự phân bố hợp lý theo không gian của ánh sáng, đảm bảo chiếu sáng đúng mục đích, có khả năng hạn chế chói lóa, không phải là nơi phát ra ánh sáng

2.1.2.1 Hệ số suy giảm quang thông

Sau một thời gian vận hành quang thông của đèn sẽ bị giảm Để đánh giá sự suy giảm đó người ta đưa ra khái niệm độ suy giảm quang thông V=V1năm/Vban đầu là tỉ số giữa quang thông của bộ đèn sau 1 năm sử dụng với quang thông ban đầu của đèn Để đảm bảo chất lượng chiếu sáng, khi thiết kế phải tính đến hệ số này

Hiện tượng suy giảm quang thông do nhiều nguyên nhân nhưng trong thiết kế chiếu sáng người ta chỉ xét đến 2 nguyên nhân chủ yếu sau :

 Sự già hoá của bản thân bộ đèn theo thời gian sử dụng

 Sự bám bẩn của các hạt bụi trong không

2.1.2.3 Hiệu suất của bộ đèn

Hiệu suất bộ đèn là tỉ số giữa quang thông phát ra của bộ đèn và quang thông của nguồn sáng Giá trị hiệu suất này thường dao động trong khoảng từ 0,5-0,9 do vật liệu chế tạo chế tạo bộ đèn thường hấp thụ một lượng quang thông nhất định của nguồn sáng

2.1.2.4 Hệ số sử dụng của bộ đèn

Xét một diện tích S được chiếu sáng bởi một bộ đèn có quang thông tổng phát ra là

Φ, gọi ΦS là quang thông do đèn chiếu đến mặt S (quang thông hữu ích) Như vậy lượng quang thông Φ-ΦS không chiếu đến mặt S nên phần quang thông này là quang thông vô ích Trên cơ sở này người ta đưa ra hệ số sử dụng K của bộ đèn và được định nghĩa bằng

tỉ số giữa quang thông hữu ích với tổng quang thông do đèn phát ra K= ΦS/Φ

Hình 16: Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí đèn đến hệ số sử dụng

2.1.2.5 Góc bảo vệ

Hình 17: Góc bảo vệ của bộ đèn

Góc bảo vệ β của bộ đèn là góc hợp bởi đường thẳng nằm ngang đi qua tim bóng đèn và đường thẳng nối tim đèn đến mép miệng mở của choá đèn

Gọi R là bán kính choá đèn, r là bán kính bóng đèn và h là chiều cao tính từ miệng

mở của choá đèn đến tim bóng thì đèn ta có công thức tính góc bảo vệ

Góc bảo vệ β cùng với chiều cao treo đèn là hai thông số có ảnh hưởng tới hiện tượng chói loá, do đó trong quy định của nhà nước ứng với mỗi giá trị của β có một độ cao treo đèn nhất định

2.1.3 Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng

Bộ đèn nói chung có nhiều phương pháp phân loại tuỳ vào mục đích sử dụng Với

bộ đèn trong nhà, cách phân loại phổ biến là căn cứ vào phương pháp phân bố quang thông của nguồn sáng, tức là so sánh tỉ lệ giữa quang thông chiếu lên phía trên và quang thông chiếu xuống phía dưới để phân thành 5 loại cơ bản : chiếu trực tiếp (>90% quang thông xuống dưới); bán trực tiếp (60-90% quang thông xuống dưới); hỗn hợp (40-60% quang thông xuống dưới); bán gián tiếp (60-90% quang thông lên trên); gián tiếp (> 90% quang thông lên trên) Với đèn chiếu sáng công cộng do độ chói của bộ đèn là một trong những tiêu chí để đánh giá chất lượng của hệ thống chiếu sáng, do đó người ta căn cứ vào phương của Imax trên đuờng cong trắc quang làm căn cứ để phân loại như sau :

2.1.3.1 Bộ đèn chiếu sáng hẹp

Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này có khả năng hạn chế chói loá rất tốt nhưng nó lại làm giảm độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên ít được dùng Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp sâu

2.1.3.2 Bộ đèn chiếu sáng bán rộng

Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này cũng có khả năng hạn chế chói loá, đảm bảo

độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên nó được dùng phổ biến Tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cũng quy định đối với dường giao thông thì phải dùng loại đèn này

Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp vừa

2.2 Hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng

Một hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng phải có một trung tâm điều khiển

và các tủ điều khiển khu vực, tủ điều khiển khu vực có thể nhận và gửi lệnh về trung tâm

để điều khiển đóng cắt trực tiếp các dãy bóng đèn chiếu sáng

Thông thường để tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu quả người ta thường bố trí tại mỗi dãy phố một tủ khu vực để điều khiển từ 50 đến 200 bóng đèn

Nguồn điện để nuôi các bóng đèn là nguồn 3 phase Trong mỗi dãy đèn, các đèn được nối so le nhau đến từng pha để đảm bảo cân pha cho nguồn và để thuận tiện cho việc tiết kiệm điện năng bằng cách tắt bớt một số bóng trong những thời điểm không cần thiết

Hình 18: Hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng

Trung tâm điều khiển và giám sát Hệ thống Chiếu sáng thành phố Hà Nội được đặt tại trụ sở Xí nghiệp Quản lý điện Chiếu sáng số 66 phố Vân Hồ 3 thuộc Công ty TNHH nhà nước một thành viên Chiếu sáng &TBĐT hiện đang quản lý 18 khu vực với qui mô

123 trạm đèn

Trung tâm điều

khiển và giám sát

Tủ khu vực 1

Tủ khu vực 2

Tủ khu vực N Nguồn 3 pha

Đường dây nguồn điện cho chiếu sáng Dây từ tủ khu vực ra các bóng đèn Đường giao tiếp giữa trung tâm và các

tủ khu vực ( Có dây hoặc không dây )

2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng Công cộng đang sử

dụng ở Hà Nội hiện nay

Hình 19: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng hiện nay tại Hà Nội

2.2.2 Tủ điều khiển khu vực

Tủ điều khiển khu vực có chức năng như một tủ điều khiển chiếu sáng, ngoài ra nó

có thêm các chức năng sau:

Quản lý và điều hành mạng truyền thông PLC cho các tủ chiếu sáng trong một khu vực (mạch vòng hoặc hình tia)

Điều khiển các tủ điều khiển chiếu sáng trong một khu vực Việc chiếu sáng được thực hiện theo các cơ chế sau:

 Nhận lệnh bật/tắt trực tiếp từ trung tâm: Đây là chế độ cơ bản, thời điểm bật tắt hoàn toàn phụ thuộc vào người vận hành

 Bật tắt theo lịch: Đây là chế độ tự động, giờ bật tắt đặt từ trung tâm vào bất cứ lúc nào và có thể thay đổi theo ngày, theo tuần hay theo tháng

Cấp điều khiển 1

Trung tâm điều khiển

Tủ đk khu vực

Truyền thông qua mạng điện thoại công cộng

Truyền thông qua đường

 Thực hiện việc đọc, lưu trữ các thông số U, I, tình trạng hoạt động của các tủ điều khiển chiếu sáng trong mạch khu vực

 Thực hiện việc truyền thông với Trung tâm điều khiển, truyền số liệu Online về trung tâm khi được kết nối

 Tự động gửi thông báo lỗi về trung tâm điều khiển ( mất pha, chạm chập, quá/thấp

áp, dòng, lỗi truyền thông)

 Tự động kiểm tra và lưu trữ chất lượng đường truyền thông PLC

2.2.3 Tủ điều khiển chiếu sáng

Nhận lệnh từ tủ điều khiển khu vực để đóng/cắt tuyến đèn mà tủ này cấp nguồn Nếu chậm sau giờ đóng/cắt đèn một khoảng thời gian đặt trước (thay đổi được từ trung tâm tới từng tủ điều khiển chiếu sáng) mà không nhận được lệnh từ tủ khu vực, tủ điều khiển chiếu sáng sẽ tự động ra lệnh đóng/cắt đèn

Về mặt truyền thông, với những tủ điều khiển chiếu sáng ở xa tủ khu vực, các tủ chiếu sáng ở gần hơn sẽ được Bộ quản lý mạng kích hoạt chức năng làm bộ Repeater cho

tủ chiếu sáng đó Điều này rất có lợi vì không phải lắp thêm các bộ khuyếch đại riêng biệt Mỗi một tủ chiếu sáng coi như một Slave trong mạng khu vực hoạt động độc lập với các Slave khác

Đo lường các giá trị dòng điện, điện áp 3 pha và truyền về tủ khu vực Kiểm tra hoạt động của tủ, thông báo về tủ khu vực các sự cố

2.2.3.1 Truyền thông giữa trung tâm và tủ khu vực

Truyền thông hai chiều giữa tủ trung tâm và các tủ khu vực sử dụng MODEM và đường dây điện thoại công cộng

Việc cập nhật dữ liệu thực hiện theo cơ chế hỏi tuần tự Khi Máy tính trung tâm được kết nối với Tủ khu vực, dữ liệu sẽ được cập nhật theo chu kỳ 1 lần/1 giờ, ngoài ra khi có sự cố tại trạm bất kỳ, thông tin sẽ được báo về trung tâm (tự động cập nhật)

MODEM ở tủ điều khiển trung tâm và tủ điều khiển khu vực là loại tốc độ 56K chuẩn V90

2.2.3.2 Truyền thông giữa tủ khu vực và tủ chiếu sáng

Truyền thông giữa tủ điều khiển khu vực và các tủ điều khiển chiếu sáng trong mỗi khu vực thông qua đường cáp cấp điện chiếu sáng (công nghệ truyền thông qua đường tải điện hạ thế: Power Line Communication (PLC)) Với công nghệ PLC: tín hiệu truyền dữ liệu được điều chế với dòng điện 220V/50Hz để truyền đi mà không cần một đường dây truyền dữ liệu thứ hai

2.2.3.3 Các cấp điều khiển của Hệ thống

 Cấp điều khiển 1: Trung tâm điều khiển-giám sát

 Điều khiển đóng/cắt tới bất kỳ một tủ chiếu sáng nào

 Giám sát được các thông số : điện áp từng pha nguồn, dòng điện làm việc mỗi pha, trạng thái đóng cắt (bật/tắt) của KĐT tại mỗi tủ điều khiển chiếu sáng

 Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt tự động của từng tủ điều khiển chiếu sáng

 Lưu trữ số liệu về các thông số làm việc, tình trạng hoạt động của tất cả các tủ điều khiển chiếu sáng

 Phát tín hiệu cảnh báo khi có sự cố (lỗi đường truyền, thông số làm việc vượt ngưỡng cho phép )

 Cấp điều khiển 2: Tại tủ điều khiển khu vực

 Truyền thông với trung tâm qua đường dây điện thoại công cộng Tủ khu vực

sẽ truyền thông với các tủ điều khiển chiếu sáng qua đường cáp điện chiếu sáng Bộ điều khiển tại tủ khu vực sẽ đảm nhận vai trò chính điều khiển đóng cắt các tủ chiếu sáng trong mạch theo chế độ và thời gian đặt trước từ trung tâm

 Đọc các thông số làm việc của từng tủ chiếu sáng và lưu vào bộ nhớ (khả năng lưu trữ trong vòng 1 tháng)

 Cấp điều khiển 3: Tại tủ điều khiển chiếu sáng

 Nhận và thực hiện lệnh điều khiển đóng/cắt từ tủ khu vực

 Đo các thông số làm việc và trả số liệu cho tủ khu vực khi có yêu cầu

 Nếu sau thời điểm đóng/cắt 15 phút mà không nhận được lệnh từ tủ khu vực thì

tủ điều khiển chiếu sáng sẽ tự phát lệnh đóng cắt lưới đèn

2.2.4 Phòng điều khiển và giám sát Trung tâm

Tại phòng điều khiển và giám sát trung tâm, các kỹ thuật viên cũng như người quản lý có thể giám sát toàn bộ hệ thống chiếu sáng của các trạm thuộc trung tâm điều khiển, phát lệnh điều khiển đóng cắt, kiểm soát tình trạng hoạt động cũng như thay đổi chế độ làm việc của từng khu vực theo yêu cầu

Hiện trung tâm điều khiển và giám sát thực hiện chế độ trực vận hành hệ thống 24h/24h của các trạm thuộc trung tâm và nhận thông tin phản ánh của nhân dân và công nhân quản lý vận hành trạm về tình trạng hoạt động của toàn bộ Hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố

2.2.4.1 Phần mềm điều khiển giám sát

Hình 20: Giao diện phần mềm điều khiển và giám sát chiếu sáng hiện nay tại Hà Nội

Phần mềm điều khiển giám sát được xây dựng trên cơ sở giao diện đồ họa để điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của hệ thống chiếu sang thuộc trung tâm

Đóng cắt các trạm điều khiển khu vực và các tủ điều khiển chiếu sáng, tự động theo phương pháp đặt giờ hoặc trực tiếp qua ra lệnh

Phần mềm Smart Light điều khiển và giám sát Hệ thống Chiếu sáng:

Giám sát dòng điện làm việc của từng pha tại mỗi khu vực chiếu sáng

Phát tín hiệu thông báo, báo động khi có sự cố mất dòng/áp, thấp/quá dòng/áp, lỗi truyền thông (đứt đường điện thoại, nhiễu trên đường điện)

Lưu trữ dữ liệu và lập báo cáo, thống kê

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHIẾU SÁNG QUA MẠNG GSM/GPRS

3.1 Giới thiệu về Công nghệ GSM-GPRS

GSM là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động GSM được viết tắt theo

từ tiếng anh là Global System for Mobile Communications Dịch vụ GSM hiện đã được

sử dụng bởi hơn 1,8 tỷ người trên 210 quốc gia Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

GPRS là một công nghệ mới đầy triển vọng được Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu tiêu chuẩn hoá vào năm 1993, cho phép sử dụng các máy điện thoại di động thông thường để truy nhập Internet Nhờ GPRS người sử dụng có thể làm việc với thư điện tử, với các server Web thông thường (chứ không phải với các versions WAP chuyên dụng) v.v Ưu thế cơ bản của các mạng GPRS là ở chỗ người sử dụng chỉ phải chi trả cho lượng thông tin phát /thu chứ không phải cho thời gian vào mạng Trước khi có tiêu chuẩn công nghệ GPRS, thuê bao phải trả tiền cho toàn bộ thời gian kết nối mà không phụ thuộc vào việc họ có sử dụng kênh truyền số liệu quy định hay không Ngoài ra, công nghệ GPRS là một giai đoạn trung gian để chuyển từ thế hệ thứ hai (GMS) sang thế hệ thứ ba (UMTS - Universal Mobile Telecommunications System) Trong GPRS, tốc độ truyền số liệu cao nhất có thể có là 171,2kbit/s nhanh hơn gần gấp 12 lần so với truyền số liệu trong các mạng GMS thông thường (9,6 kbit/s) Tuy nhiên,vào thời điểm hiện tại người ta chưa cần tốc độ cao như vậy mà thường chỉ trong khoảng 30-40kbit/s [5]

Sự kết nối gần như tức thời là một ưu việt của GPRS, thông tin được gửi hay nhận ngay lập tức khi có nhu cầu mà không cần dial qua MODEM, đặc tính này được mô tả như là "always connected", Always connected là một đặc tính rất quan trọng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe về thời gian, chẳng hạn ứng dựng mà cần sự nhận thực từ xa và cấp phép các tài khoản, ứng dụng này không cho phép bắt buộc khách hàng phải chờ quá 30 giây

Công nghệ truyền thông GSM/GPRS được sử dụng khá phổ biến tại các nước tiên tiến trên thế giới và có nhiều dịch vụ rất hữu ích cho việc phát triển các dịch vụ truyền thông trên mạng GSM ngày nay Tại Việt nam, đã có nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng truyền thông này tại nhiều tỉnh thành trong nước việc phát triển các ứng dụng cho điều khiển và đo lường được dựa trên công nghệ GSM-GPRS đang được phát triển rất mạnh không chỉ trên thế giới và tại việt nam

Truyền thông GSM/GPRS sử dụng mạng truyền thông GSM làm cốt lõi dữ liệu đƣợc truyền qua thiết bị không dây (GSM/GPRS MODEM) về tổng đài GSM và từ tổng đài GSM kết nối với mạng internet toàn cầu tạo nên các dịch vụ đa dạng của công nghệ truyền thông GPRS

3.2 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS trong điều khiển

Hình 21: Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS trong điều khiển

Máy tính hay thiết bị cầm tay có kết nối internet có thể điều khiển và theo dõi các thiết bị qua mạng GPRS

Thiết bị cần điều khiển kết nối với GPRS Network qua GPRS Wireless MODEM Máy tính, thiết bị điều khiển giám sát có thể kết nối trực tiếp với mạng GPRS hoặc qua internet

Dữ liệu truyền qua MODEM tới actuator là 2 chiều truyền và nhận

Ƣu điểm kết nối tức thời của mạng GPRS làm cho hệ điều khiển đáp ứng nhanh và rất tin cậy, rất phù hợp cho các ứng dụng công cộng

3.3 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS trong điều khiển và giám sát hệ

Thiết bị lắp đặt tại tủ và trao đổi dữ liệu với trung tâm qua mạng GSM/GPRS: thiết

bị này có chức năng nhận lệnh điều khiển và đặt thời gian đóng cắt cho tủ chiếu sáng từ trung tâm Thiết bị tại tủ có chức năng đo I,V, Công năng tiêu thụ điện và độ trễ pha của các tủ chiếu sáng

Phần mềm và các thiết bị điều khiển giám sát, hiển thị và cơ sở dữ liệu tại trung tâm: Cơ sở dữ liệu được đặt tại trung tâm và trên máy Server, có các máy trạm để giám sát và điều khiển cho người vận hành làm việc, Bảng hiển thị được thiết kế trên 04 màn hình LCD cỡ lớn để hiện thị trạng thái và cảnh báo cho các tủ chiếu sáng

Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng thành phố cần được xây dựng theo cấu trúc phân cấp, chia làm hai cấp điều khiển:

 Cấp điều khiển 1: Trung tâm điều khiển-giám sát

Điều khiển đóng/cắt tới bất kỳ một tủ chiếu sáng nào

Giám sát được các thông số : điện áp từng pha nguồn, dòng điện làm việc mỗi pha, trạng thái đóng cắt (bật/tắt) của cơ cấu chấp hành tại mỗi tủ điều khiển chiếu sáng

Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt tự động của từng tủ điều khiển chiếu sáng

Lưu trữ số liệu về các thông số làm việc, tình trạng hoạt động của tất cả các tủ điều khiển chiếu sáng

Phát tín hiệu cảnh báo khi có sự cố (lỗi đường truyền, thông số làm việc vượt ngưỡng cho phép )

 Cấp điều khiển 2: Tủ điều khiển chiếu sáng

Nhận và thực hiện lệnh điều khiển đóng/cắt từ trung tâm

Đo các thông số làm việc và trả số liệu cho trung tâm khi có yêu cầu

Nếu đến thời điểm đóng/cắt mà không nhận được lệnh từ trung tâm thì tủ điều khiển chiếu sáng sẽ tự động điều khiển đóng cắt lưới đèn

3.3.2 Phần mềm ứng dụng

Chương trình trên máy tính trung tâm có màn hình giám sát thể hiện được hoạt động của hệ thống, đồng thời có giao diện thân thiện với người vận hành, dễ sử dụng Thông qua mạng cục bộ và hệ quản trị cơ sở dữ liệu, máy tính tại trung tâm sẽ quản lý và lưu trữ số liệu về hoạt động của hệ thống, lập báo cáo, in ấn theo yêu cầu Ngoài ra, công việc sửa chữa, thay thế hàng ngày các lưới đèn chiếu sáng cũng có thể được lưu trữ để phục vụ công tác quản lý

3.3.3 Các yêu cầu kỹ thuật

3.3.3.1 Các yêu cầu kỹ thuật chung đối với hệ thống

Hệ thống đèn chiếu sáng thành phố cần được đóng cắt theo lệnh từ trung tâm điều khiển, tức là từ trung tâm điều khiển sẽ đặt giờ đóng cắt và chế độ sáng cho từng tủ chiếu sáng, đến đúng giờ đặt trước tại tủ sẽ tự động điều khiển đóng cắt hệ thống đèn chiếu sáng

và gửi trạng thái và các giá trị đo được về trung tâm Hệ thống sẽ bao gồm 02 cấp điều khiển theo thứ tự ưu tiên như sau :

 Đóng cắt từ trung tâm: người vận hành có thể đóng cắt cho bất cứ một tủ chiếu sáng nào đó trong hệ thống mà không cần phải đến tủ chiếu sáng

 Đóng cắt tại tủ: Người vận hành có thể đóng cắt trực tiếp tại tủ khi cần thiết

3.3.3.2 Các yêu cầu của trung tâm điều khiển

 Từ trung tâm có khả năng đóng cắt, giám sát tới từng tủ chiếu sáng và cài đặt chế

độ thời gian đóng cắt của mỗi tủ chiếu sáng trong hệ thống

 Từ trung tâm người vận hành có thể đặt thời gian ghi dữ liệu dòng điện, điện áp 3 pha, các sự cố vào SD Card tại tủ và thời gian tự động gửi dữ liệu về trung tâm

 Cho phép quan sát tức thời giá trị điện áp, dòng điện của các tủ chiếu sáng và lưu trữ các thông tin này trong thời gian 1 tháng

 Tại trung tâm có thể giám sát được công năng tiêu thụ và độ trễ pha I, U của các tủ chiếu sáng tại CSDL của hệ thống hoặc log.file tại tủ chiếu sáng

 Giá trị ngưỡng U, I cảnh báo sự cố là : I = Iđm  (10%  20%)Iđm, U = Uđm (20%30%)U đm Giá trị đo sẽ được so sánh sau 10 phút đóng đèn

 Báo hiệu sự cố tức thời khi có chạm chập hoặc mất pha hoặc vượt ngưỡng mỗi tủ điều khiển chiếu sáng

 Báo hiệu tức thời khi có sự thay đổi về mốc thời gian và chế độ sáng

 Đồng bộ thời gian của trung tâm và các tủ chiếu sáng

 Báo hiệu lỗi sự cố truyền thông

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN KHU VỰC

Trong 3 chương trước em đã trình bày tổng quan cũng như sơ đồ khối của hệ thống chiếu sáng công cộng Trong hệ thống này tủ điều khiển chiếu sáng khu vực đóng vai trò rất quan trọng, nó có nhiệm vụ điều khiển trực tiếp các dãy đèn, giám sát các thông số điện và kết nối với trung tâm qua MODEM GSM/GPRS

Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tủ chiếu sáng khu vực là nội dung chính trong luận văn này của em

4.1 Các chức năng của tủ điều khiển chiếu sáng khu vực

Nhận lệnh đặt giờ đóng cắt và chế độ chiếu sáng từ trung tâm gửi tới qua đường GSM/GPRS: Có 05 mốc thời gian điều khiển chiếu sáng, 04 chế độ đóng cắt chiếu sáng: Tắt 100%, Sáng 30%, Sáng 70%, Sáng 100%

Tự động điều khiển chiếu sáng thời gian thực theo các mốc điều khiển đóng cắt và chế độ sáng được đặt ( có thể đặt từ trung tâm hoặc đặt từ tủ ĐKCS)

Đo trực tiếp các giá trị U, I, Công năng tiêu thụ, độ trễ pha lưu trữ tại SD Card tại

tủ và truyền về trung tâm để giám sát theo thời gian đặt trước ( tại trung tâm hoặc từ tủ ĐKCS )

Tự động gửi cảnh báo về trung tâm các sự cố của tủ điều khiển CS

Báo hiệu tức thời khi có sự thay đổi về mốc thời gian và chế độ sáng

Truyền thông về trung tâm qua đường truyền GSM/GPRS, nếu mất GPRS thì các lần thay đổi trạng thái đóng cắt sẽ được gủi về trung tâm bằng tin nhắn SMS

Cách li giữa phần động lực và phần điều khiển tại tủ

Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu SDCard có thể lưu trữ dữ liệu trong thời gian ít nhất là 01 tháng

4.2 Các đặc điểm chính của tủ điều khiển chiếu sáng khu vực

Bộ điều khiển và lưu trữ dữ liệu có chức năng điều khiển và lưu trữ dễ dàng, có khả năng lập trình lại được

Có giao diện người dùng: màn hình hiển thị LCD để quan sát đồng thời được các mốc thời gian, chế độ sáng và các giá trị đo được: dòng điện, điện áp, công năng tiêu thụ điện của từng tủ chiếu sáng trong cùng một thời điểm, không cần thao tác khác để hiển thị Có bàn phím để điều khiển hoặc điều khiển bằng màn hình LCD cảm nhận

Có Module Transducer đo các thông số dòng điện, điện áp 3 pha, công năng tiêu thụ và hệ số công suất của từng tủ chiếu sáng: dải đo dòng điện: 0-150A, dải do điện áp

60 – 350V

Cơ cấu chấp hành: điều khiển cách ly điện áp phù hợp với 2 khởi động từ 3 pha mà

hệ thống hiện đang có

Nguồn nuôi cung cấp cho thiết bị luôn hoạt động khi chỉ có bất kỳ một pha hoạt động

Các đèn K1, K2 báo hiệu trạng thái đóng cắt cho 2 khởi động từ của tủ điều khiển chiếu sáng

Thiết bị có tích hợp MODEM GSM/GPRS để truyền thông về trung tâm, phần mềm cho MODEM phù hợp với các loại thẻ SIM của các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS tại Việt Nam, Có thể sử dụng trên mọi loại SIM GSM/GPRS

Có bộ nhớ lưu trữ dữ liệu : SD Card 512 MB, lưu và đọc dữ liệu với định dạng Fat

32, Log file ghi tại tủ có thể đọc trực tiếp trên máy tính qua một bộ đọc thẻ nhớ SD hoặc truyền về trung tâm qua MODEM

Kích thước gọn nhẹ phù hợp để lắp đặt tại tủ điều khiển chiếu sáng hiện có

4.3 Sơ đồ khối của tủ điều khiển chiếu sáng khu vực

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tủ điều khiển chiếu sáng

Hình 23: Sơ đồ khối của bộ điều khiển khu vực

4.3.1 Các phần tử trong một tủ chiếu sáng khu vực

 Phần điều khiển động lực:

 Cơ cấu chấp hành: Khởi động từ 3 pha 150

 Các phần tử bảo vệ: aptomat, cầu dao, cầu chì

 Thiết bị điều khiển:

 Bộ truyền thông GSM/GPRS MODEM: MODEM được nạp Firmware vào bộ nhớ chương trình, firmware có chức năng điều khiển truyền thông qua mạng GSM/GPRS MODEM có chức năng truyền thông theo một địa chỉ IP xác định Cổng giao tiếp của MODEM với bộ xử lý trung tâm và điều khiển thông qua giao diện RS232

 Khối xử lý trung tâm và điều khiển: có chức năng xử lý lệnh đóng cắt, thời gian đóng cắt, ngày giờ và đọc được điện áp, dòng điện, điện áp, công năng, độ trễ pha gửi về trung tâm qua thiết bị truyền thông là MODEM GSM/GPRS

 Khối màn hình hiển thị: hiển thị các thông số điều khiển và đo lường của tủ chiếu sáng

 Khối bàn phím: để thực hiện thao tác giữ người vận hành điều khiển và thiết bị, người vận hành quản lý có thể thao tác trực tiếp với thiết bị thông qua bàn phím để đặt các thông số cho thiết bị, điều khiển đóng cắt trực tiếp

 Bộ nhớ trong: RAM, EEPROM là bộ nhớ chương trình để nạp chương trình điều khiển và truyền thông

 Bộ nhớ ngoài: SD Card 1GB lưu trữ toàn bộ thông tin về đo lường và cảnh báo cho

tủ chiếu sáng, kết cấu dữ liệu được ghi dưới dạng Fat32 phù hợp với việc đọc file vào máy tính

 Khối thời gian thực: tạo thời gian: giờ phút giây và ngày tháng cho thiết bị có pin nuôi trong thời gian dài, 05 năm mới phải thay pin

 Thiết bị Transducer: đo các thông số dòng , áp 3 pha, công năng tiêu thụ, độ trễ pha Đây chính là module công tơ điện tử 3 pha

 3 x TI (200A/5A): có tác dụng chuyển đổi dòng điện 0-200A thành 0-5A phù hợp với Transducer Bộ chuyển đổi dòng điện TI có độ chính xác cao phù hợp với module transducer đo dòng điện, điện áp và công năng tiêu thụ

 Khối nguồn nuôi cho thiết bị: khối nguồn nuôI được thiết kế là nguồn nuôi 3 pha,

vì vậy nguồn nuôi có thể cấp cho thiết bị hoạt động tốt trong khi có ít nhất 01 pha

có điện

 Acquy dự phòng khi mất điện , ác quy có thể lưu trữ đủ để thiết bị hoạt động khi mất điện trong thời gian khoảng 2 ngày

 Yêu cầu về thiết kế giao diện hiển thị trên màn hình LCD như sau:

 Thiết lập và hiển thị được 5 mốc thời gian đóng cắt trong ngày

 Thiết lập và hiển thị 04 chế độ sáng: tắt 100%, sáng 30%, sáng 70%,sáng

 Đặt các giá trị cảnh báo IC, UC

 Hiển thị thời gian thực: giờ.phút.giây, ngày tháng.năm

 Hiển thị trạng thái hiện tại: Chế độ sáng hiện tại

 Hiển thị dòng điện, điện áp 3 pha, công năng tiêu thụ, sự trễ pha của tủ chiếu sáng

 Có các chức năng cài đặt hệ thống, điều khiển truyền thông khác

4.3.2 MODEM truyền thông GSM/GPRS

MODEM Q24 của hãng WaveCom đƣợc lựa chọn sử dụng trong thiết bị này

4.3.2.1 Một số đặc điểm chính của MODEM Q24

 Dải tần làm việc 900/1800/850/1900 Mhz

 Dải điện thế làm việc 3.4V đến 4.5V

 Dòng điện khi thiết bị ở chế độ chờ là 56mA

 Dòng điện tiêu thụ lúc làm việc: 100 – 140mA

 Giao tiếp theo chuẩn AT Command qua RS232

Hình 24: Hình dạng của MODEM Q24