Nghiên cứu hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 1 of 95.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc
chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Đoàn Chiến Thắng

i

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 2 of 95.

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, cô giáo ở khoa Điện
– Điện tử tàu biển, trƣờng đại học Hàng Hải Việt Nam, đã đóng góp nhiều ý
kiến quan trọng để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô giáo của khoa đào tạo Sau
Đại Học đã tạo điều kiện và khích lệ để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. LƢU KIM THÀNH
của khoa Điện – Điện tử trƣờng đại học Hàng Hải đã tận tình hƣớng dẫn và
khích lệ tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin cảm ơn các Thầy giáo, các anh chị em phòng thí nghiệm,
trƣờng đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất để tác

giả thực hiện thành công bản luận văn.
Những lời cảm ơn chân thành tiếp theo xin đƣợc đến tới gia đình và bạn
bè, những ngƣời đã luôn động viên, khuyến khích và chia sẻ khó khăn trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học của mình.

ii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 3 of 95.

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ............................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG. ................................................ 3
1.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 3
1.2. Nguồn sáng. ................................................................................................... 9
1.3. Bộ đèn .......................................................................................................... 10
1.3.1. Khái niệm .................................................................................................. 10
1.3.2. Cấu tạo bộ đèn........................................................................................... 10
Đèn huỳnh quang ................................................................................................ 12
1.4 .Thiết kế chiếu sáng(TKCS) .......................................................................... 14
1.4.1. TKCS nội thất............................................................................................ 14
1.4.2. TKCS bên ngoài ........................................................................................ 14
CHƢƠNG 2: XÂY DƢNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG CHỨC

NĂNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH. ............................. 15
2.1. Cấu trúc chung của mô hình mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu sáng
thông minh........................................................................................................... 15
2.2. Thiết kế, lựa chọn các thiết bị sử dụng trong mô hình mô phỏng hệ thống
chiếu sáng thông minh......................................................................................... 16
2.2.1. Các thiết bị, linh kiện sử dụng trong mô hình. .......................................... 16
2.3.1. Xây dựng mạch in .................................................................................... 30
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT
CỦA MÔ PHỎNG CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG
MINH. ................................................................................................................. 33
iii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 4 of 95.

3.1. Xây dựng chƣơng trình điều khiển. ............................................................. 33
3.1.1. Đề xuất lƣu đồ thuật toán thực hiện mô phỏng chức năng của hệ thống
chiếu sáng thông minh......................................................................................... 33
3.1.2. Viết chƣơng trình cho vi điều khiển.......................................................... 36
3.2. Viết chƣơng trình giám sát trên máy tính .................................................... 37
3.2.1. Lƣu đồ thuật toán truyền/ nhận dữ liệu trên máy tính. ............................. 37
3.2.2. Xây dựng giao diện giám sát trên máy tính .............................................. 39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 44

iv

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 5 of 95.

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Chữ viết tắt

Giải thích

LED

Light Emitting Diode

ADC

Analog Digital Converter

PWM

Pulse Width Modulation

v

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 6 of 95.

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Dải sóng quang học của ánh sáng

3

1.2

Mật độ phân bố quang thông của một nguồn sáng theo

5

một hướng nhất định.
1.3

Nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc  =

7

0
1.4

Nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc 

7

bất kì
1.5

Phân loại nguồn sáng

10

1.6

Bóng đèn sợi đốt

11

1.7

Bóng đèn LED

12

1.8

Các dạng đèn ống Huỳnh quang

13

2.1

Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển và giám sát của hệ

15

thống chiếu sáng thông minh.
2.2

Nguồn cấp cho mạch điều khiển

16

2.3

Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm

17

2.4

Cấu trúc của vi điều khiển AVR

17

2.5

Sơ đồ cấu trúc bộ định thời của vi điều khiển Atmega 8.

19

2.6

Cấu trúc của bộ đếm của vi điều khiển Atmega 8.

19

2.7

Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ ra

20

2.8

Sơ đồ khối của bộ UART

21

2.9

Sơ đồ nguyên lý khối đầu vào

22

2.10

Cảm biến quang điện trở

22

2.11

Cảm biến chuyển động PIR

23

2.12

Nguyên lý hoạt động của PIR phát hiện chuyển động

23

2.13

Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của cảm biến PIR

24

2.14

Hoạt động của PIR đối với người qua lại

24

2.15

Cảm biến tiệm cận

25

2.16

Cấu tạo cảu cảm biến tiệm cận

25

2.17

Cảm biến tiệm cận có đầu ra Transistor kiểu DC – 3 dây

26

vi

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 7 of 95.

2.18

Cảm biến tiệm cận có đầu ra Transistor kiểu DC – 2 dây

26

2.19

Khoảng cách phát hiện của cảm biến tiệm cận

26

2.20

Ảnh hưởng của kích thước vật đến cảm biến tiệm cận

27

2.21

Khoảng cách phát hiện – độ trễ của cảm biến tiệm cận

27

2.22

Sơ đồ khối đầu ra.

28

2.23

Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông

29

2.24

Sơ đồ chân và hình ảnh của vi mạch MAX485

29

2.25

Sơ đồ kết nối các điểm đầu cuối sử dụng mạng RS485

30

2.26

Sơ đồ nguyên lý của Module xây dựng trên phần mềm

31

Orcad.
2.27

Hình ảnh mạch on của module khi chưa hàn linh kiện

32

2.28

Hình ảnh của hoàn thiện của Module

32

3.1

Lưu đồ thuật toán mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu

33

sáng thông minh
3.2

Lưu đồ thuật toán giao tiếp với máy tính

35

3.3

Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu trên máy tính

37

3.4

Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu trên máy tính

38

3.5

Giao diện giám sát hệ thống chiếu sáng

39

3.6

Lựa chọn chế độ hoạt động

40

3.7

Chế độ điều chỉnh bằng tay

40

3.8

Thay đổi cường độ sáng trong chế độ bằng tay

41

3.9

Điều khiển bật/tắt tất cả các đèn

42

3.10

Giám sát công suất của hệ thống đèn

42

vii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 8 of 95.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Để phục vụ các hoạt động về ban đêm, con ngƣời sử dụng các loại ánh
sáng nhân tạo. Với các hệ thống ánh sáng nhân tạo để đảm bảo mạng lƣới đó
luôn đƣợc duy trì và hoạt động hiệu quả cần lặp đặt một hệ thống chiếu sáng
thông minh vì nó không những đảm bảo sự an toàn mà còn đem đến nhiều tiện
ích mà con ngƣời hằng ao ƣớc.
Công nghệ đèn chiếu sáng đã có những bƣớc tiến đáng kể trong việc tiết
kiệm điện năng, vấn đề còn lại là việc điều khiển hệ thống chiếu sáng sẽ đƣợc
thực hiện sao cho mang lại hiệu quả cao nhất về mặt tiết kiệm năng lƣợng cũng
nhƣ các tiện tích giúp cho cuộc sống của con ngƣời đƣợc tiện nghi thoải mái
hơn.
Cùng với sự phát triển của vi xử lý và công nghệ chế tạo các cảm biến
chúng ta có thể xây dựng đƣợc các hệ thống chiếu sáng mang tính “thông minh”
cao. Đề tài luận văn cao học: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển chiếu sáng thông
minh” sẽ đề cập giải quyết vấn đề nêu trên.
2. Mục đích chung và nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh, ứng dụng xây
dựng mô hình mô phỏng một số chức năng của hệ thống chiếu sáng thông minh.
3. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
Đối tƣợng nghiên cứu là cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động, các
loại nguồn sáng, hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh …
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển
chiếu sáng thông minh, xây dựng mô hình mô phỏng một số chức năng của hệ
thống điều khiển giám sát chiếu sáng thông minh sử dụng vi điều khiển AVR
Atmega 8.

1

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 9 of 95.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở tìm hiểu hệ thống chiếu sáng thông minh, hoạt động của các
cảm biến và vi điều khiển AVR Atmega 8, tác giả đã kế thừa và phát triển kinh
nghiệm của mình cho việc nghiên cứu mang tính ứng dụng cho hệ thống điều
khiển chiếu sáng thông minh..
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài đƣợc ứng dụng dùng trong các ngôi nhà, các garage hoặc có thể
đƣợc áp dụng trong lĩnh vực chiếu sáng đƣờng hầm.
Nó cũng là tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến hệ thống điều
khiển chiếu sáng thông minh, các thành phần, thiết bị đƣợc dùng trong hệ thống
điều khiển chiếu sáng thông minh.

2

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG.
1.1. Giới thiệu
Chiếu sáng là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu, các kỹ sƣ điện,
cán bộ kỹ thuật của công ty chiếu sáng đô thị.…
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các loại đèn có hiệu

suất cao, sự phát triển của phƣơng pháp tính toán, phần mềm thiết kế chiếu
sáng, chiếu sáng hiệu quả gọi tắt là chiếu sáng thông minh (CSTM).
Theo thống kê năm 2005 điện năng chiếu sáng trên phạm vi toàn cầu là
2650 tỷ kWh điện, chiếm 19% trong tổng công suất. Chiếu sáng đƣợc
thực hiện vào giờ cao điểm khiến cho phụ tải tăng vọt, gây rất nhiều khó
khăn cho phân phối và truyền tải điện. CSTM thực hiện chiếu sáng (KTCS),
từ sử dụng đ è n , sử dụng tự nhiên, điều theo từng khu vực, từng hệ thống cụ
thể, nhằm làm giảm mức tiêu thụ điện năng nhƣng vẫn đảm bảo đủ độ sáng.
CSTM đƣợc thiết kế tiết kiệm năng lƣợng nhất, có tầm nhìn tốt nhất.
Ánh sáng
Ánh sáng nằm trong dải mà mắt cảm nhận đƣợc

Hình 1.1. Dải sóng quang học của ánh sáng
Hình 1.1 thể hiện dải sóng quang học của ánh sáng, ta thấy ánh sáng nhìn
thấy ánh sáng của UV (tia cực tím) và nhiệt. Sóng kích thích mắt, tạo nên cảm
giác thị giác.
Các đại lượng dùng để đo ánh sáng
Quang thông là sự phân bố ánh sáng trong các miền khác nhau của không
gian, hơn nữa nó không thể đo đƣợc.
3

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 11 of 95.

Từ những điều đó đã thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 tiến hành
nghiên cứu và đƣa ra các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học,
sinh lý học và hình học.
Quang thông F (ф), lumem (lm)

Quang thông là khả năng của nguồn sáng, sự cảm thụ của mắt [6].
780




F =k.  W V.d

(1.1)

380

Cường độ ánh sáng I candela (cd)
Cƣờng độ ánh sáng biểu thị phân bố nguồn sáng theo hƣớng nhất
định [6],[7].
Mật độ nguồn sáng chiếu hƣớng nhất định (hình 1.2) sẽ đƣợc tính theo
biều thức (1.2)
dF dF
≈
dΩ  0 dΩ dΩ

I = lim

(1.2)

Hình 1.2. Mật độ phân bố của nguồn sáng theo hướng nhất định.
Độ rọi E (lux)
Mật độ nguồn sáng trên bề mặt vật đƣợc là độ rọi, độ rọi đƣợc tính theo
biểu thức (1.3) [6] :
Elx 

 lm
S m2

(1.3)

Đơn vị của độ rọi là Lux, 1 lux = 1 lm/m2
Khi sự chiếu sáng trên bề mặt của một vật không đều ta thực hiện lấy
trung bình số học ở các điểm khác nhau trên bề mặt để tính độ rọi trung bình .
4

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 12 of 95.

Khi nguồn sáng chiếu thẳng đứng ta sẽ tính đƣợc độ rọi theo công thức:
dF
Lux
ds  0 ds

Ea = lim

Hình 1.3. Nguồn sáng chiếu với một góc  = 0
Trong trƣờng hợp chiếu xuống với góc  bất kì nhƣ hình 1.4 ta sẽ tính
đƣợc độ rọi theo biểu thức (1.4) [6]:
E

d
I  cos  I  cos 3 



d
r2
h2

(1.4)

Hình 1.4. Nguồn sáng chiếu với một góc  bất kì
Độ chói L (cd/m2 )
Các nguyên tố diện tích của một vật đƣợc chiếu sáng sẽ phản xạ ánh sáng
nhận đƣợc theo các cách khác nhau, ánh sáng đƣợc phản xạ đƣợc coi nhƣ một
nguồn sáng thứ cấp và nguồn sáng thứ cấp này sẽ phát ra cƣờng độ sáng khác
nhau theo mọi hƣớng.

5

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 13 of 95.

Để đặc trƣng cho các quan hệ của nguồn sáng, cả nguồn sáng sơ cấp lẫn
nguồn sáng thứ cấp, để mắt ngƣời có thể nhìn đƣợc cần phải thêm vào các
cƣờng độ sáng, cách xuất hiện ánh sáng.
Độ chói nhìn nguồn sáng là tỉ số giữa cƣờng độ sáng của ánh sáng với
diện tích biểu diễn của nguồn sáng [6]:

L( cd / m2 ) 
Trong đó :

I
dI (cd )

dS  cos  (m 2 ) S bK

(1.5)

I  : cƣờng độ sáng theo hƣớng 

SbK : Diện tích biểu khi nhìn nguồn
Khi nguồn sáng là bộ đèn cầu độ chói nhìn nguồn sáng đƣợc tính nhƣ biểu thức
(1.6):
S bK   R 2 

 d2

(1.6)

4

Độ tƣơng phản
Đối với con mắt quan sát một vật có độ chói Lo trên một nền có độ chói Lf chỉ
có thể phân biệt đƣợc ở mức độ chiếu sáng vừa đủ nếu [6]:
C

L0  L f
Lf

 0,01

(1.7)
Trong đó : Lo Là độ chói khi nhìn đối tƣợng
Lf Là độ chói khi nhìn nền
Để phân biệt đối tƣợng nhìn C ≥ 0,01
Trong thực tế kích thƣớc và mầu sắc cũng tác động đến khả năng phân biệt của
mắt, điều đó kéo theo là mức độ chiếu sáng phù hợp với công trình chiếu sáng.
Tiện nghi nhìn và sự loá mắt
Sự loá mắt là sự suy giảm hoặc tức thời mắt bị mất đi cảm giác nhìn do sự
tƣơng phản quá lớn. Khái niệm này có liên quan đến các khái niệm đã đƣợc
trình bày ở trên. Nói chung ngƣời ta qui định độ chói nhỏ nhất để mắt nhìn thấy
là:
6

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 14 of 95.

10-5cd/m2 và bắt đầu gây nên loá mắt ở 5000cd/m2.
Độ nhìn rõ và các tính năng nhìn
Cách chúng ta nhìn thấy các vật phụ thuộc vào độ tƣơng phản của vật
ngoài ra nó cũng còn phụ thuộc vào kích thƣớc của vật và độ chói của nền, điều
đó dẫn đến sự kích hoạt của các tế bào hình nón (thị giác ban ngày) hoặc tế bào
hình que (thị giác ban đêm) trong mắt ngƣời.
Định nghĩa tƣơng phản: Độ tƣơng phản đƣợc tính theo biểu thức: C = (L0
– Lf)/ Lf , biếu thức này chứng tỏ một vật phát sáng trên nền tối khi C > 0 và
biến thiên từ 0    , đối với vật trên nền sáng thì C < 0 biến thiên từ 0 đến -1
Đối với một độ chói của nền và kích thƣớc của vật đã cho ta có thể xác
định ngƣỡng tƣơng phản Cs ứng với giá trị cực tiểu của C cho phép phân biệt

đƣợc vật. Blackwell đã đƣa ra quan niệm nhìn rõ nhƣ tỷ số C/Cs cho phép đánh
giá tính năng nhìn.
Ta cũng nhận thấy rằng dƣới vài phần trăm cd/m2 là thị giác đêm và trên
vài cd/m2 trở lên là thị giác ngày.
Định luật Lambert
Dù ánh sáng đi qua bề mặt trong suốt hay đƣợc phản xạ trên bề mặt mờ
hay ánh sáng đồng thời chịu cả hai hiện tƣợng trên bề mặt trong mờ, thì một
phần ánh sáng đƣợc mặt này phản xạ lại theo hai cách sau:
Sự phản xạ hay khúc xạ ánh sáng phải tuân theo định luật của quang hình
học hay định luật Descartes .
Sự phản xạ truyền khuếch tán theo định luật Lambert:
 E  L

Trong đó:

(1.8)

 : hệ số phản xạ

Các hệ số phản xạ thực tế:
Mầu trắng rất sáng, thạch cao trắng:   0,8
Các mầu sáng, mầu trắng nhạt:   0,7
7

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 15 of 95.

Mầu vàng, xanh lá cây sáng, mầu ximăng:   0,5

Các mầu rực rỡ, gạch:   0,3
Các mầu tối kính:   0,1
Nói chung ta gọi độ sáng  là tỷ số quang thông phát bởi một nguyên tố
diện tích , dù là nguyên nhân phát sáng có thể là phản xạ, truyền dẫn ánh sáng có
thể là phát xạ nội tại nhƣ trong màn hình của ti vi.
Độ sáng đƣợc tính bằng lm.m-2 ( không phải là Lux vì đây là quang thông
phát xạ chứ không phải quang thông thu).
Khi độ sáng đƣợc khuyếch tán, định luật Lambext đƣợc tổng quát nhƣ
(1.8) [6]:
  L

(1.8)

Lux kế
Về nguyên tắc lux kế là dụng cụ để đo tất cả các đại lƣợng ánh sáng .
Dụng cụ gồm tế bào Sêlen quang điện (pin quang điện) biến đổi các năng lƣợng
nhận đƣợc thành dòng điện và cần đƣợc nối vào một miliampe kế.
Đo cƣờng độ sáng: Nếu tế bào chỉ đƣợc chiếu sáng trực tiếp bằng một nguồn
đặt ở khoảng cách r và toả tia có cƣờng độ sáng I theo phƣơng pháp tuyến với tế
bào, biểu thức:
I = E.r2 cho giá trị của cƣờng độ sáng.
Sử dụng phƣơng pháp này rõ ràng bao hàm một điều là không có bất cứ nguồn
thứ cấp nào khác chiếu sáng tế bào nhƣ các vật hay các thành phần phản xạ đã
làm, vì thế ngƣời ta sơn mặt đen ( = 0,05) chỗ tiến hành đo cƣờng độ sáng.
Đo độ chói: Trong trƣờng hợp sự khuyếch tán của tƣờng là thẳng, biết độ rọi
của tƣờng là E ta xác định đƣợc ngay độ chói L nhờ định luật Lambert
Độ tƣơng phản C
Độ tƣơng phản là chênh giữa hai nhau mà mắt ngƣời
Độ tƣơng phản đƣợc tính theo biểu thức (1.9)
C=

Lo-Lf Lo
=
- 1≥ 0,01
Lf
Lf

(1.9)
8

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 16 of 95.

Với C ≥ 0,01 thì khi đó biệt hai vật đặt gần nhau
Hiệu suất phát quang H (lm/w)
hiệu suất là tỷ số giữa quang thông phát ra với công suất tiêu thụ điện
năng (P) .
1.2. Nguồn sáng.
Trong thực tế có hai loại nguồn sáng : nguồn sáng tự nhiên và nguồn sáng nhân
tạo.
Nguồn sáng tự nhiên: từ những thực thể phát sáng nhƣ mặt trời, trăng,
sao... mà chủ yếu nhiên là nguồn sáng từ mặt trời. Con ngƣời không đƣợc các
nguồn sáng tự thể thay đổi, điều chỉnh ánh bằng cách chọn không gian, chọn
thời điểm hay lựa chọn ụng cụ hỗ trợ để điều chỉnh tính chất ánh sáng chiếu
Nguồn sáng nhân tạo do ra là các loại đèn, từ đèn thô sơ nguồn sáng ngọn
đuốc, đèn dầu, nến,... cho đến các hiện đại. Con ngƣời có động bố trí, điều chỉnh
đƣợc sáng nhân tạo.
Phân loại nguồn sáng

Trong thực tế nguồn sáng đƣợc phân loại nhƣ hình 1.5

9

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 17 of 95.

Hình 1.5. Phân loại nguồn sáng
1.3. Bộ đèn
1.3.1. Khái niệm
Bộ đèn bao gồm: điện, cơ khí để thực hiện chức năng phân phối ánh
sáng, cố định, nối nguồn điện.
Chóa đèn bao gồm các bộ phận dùng thực hiện chức năng cố định, bảo
vệ, đặt dây nối và chấn lƣu với nguồn. Là bộ phận của bộ đèn
1.3.2. Cấu tạo bộ đèn
1.3.2.1. Cấu tạo bộ đèn
Phần thân đèn để lắp các bộ phận, bảo vệ đèn. Một thân đèn phải tuân thủ :
Thuận tiện trong lắp, bảo dƣỡng đèn.
Chịu đƣợc ảnh hƣởng của điều kiện thời tiết, độ bền cơ học cao.
Đảm bảo thẩm mỹ
10

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 18 of 95.

Phần phản quang dùng để ánh sáng hợp sử dụng. Phản quang phải tuân thủ:

Có hình dạng phù hợp để thực hiện phản quang
Có khả năng chống ăn mòn, chịu đƣợc ảnh hƣởng của điều
kiện thời tiết và chịu đƣợc nhiệt độ cao
Phần kính đèn dùng tạo màu, bảo vệ đèn. Góp phần phân bố ánh sáng của
đèn. Yêu cầu đối với phần kính đèn:
Có hình dạng phù hợp với bóng đèn
Phù hợp với bóng đèn
Có khả năng chống ăn mòn, chịu đƣợc điều kiện thời tiết,
nhiệt độ cao, chịu đƣợc ảnh hƣởng của tia hồng ngoại, tia cực
tím
Phần đui đèn dùng cấp điện vào, giữ cho đèn cố định, đui đèn phải tuân thủ:
Các tiếp điểm có độ bền cơ khí cao
Chịu đƣợc nhiệt độ cao
Độ cứng cao
1.3.2.2. Giới thiệu cấu tạo một số loại đèn trong thực tế
Đèn sợi đốt
Đèn sợi đốt trong thực tế đƣợc thể hiện nhƣ hình 1.6

HÌnh 1.6. Bóng đèn sợi đốt
Thành phần quan trọng nhất của đèn sợi đốt chính là dây tóc, dây tóc
đƣợc làm bằng những vật liệu có giá trị điện trở rất lớn, đây là bộ phận chính sẽ
phát ra sáng nếu có dòng điện, dây tóc đặt trong một vỏ thủy tinh đã đƣợc bơm
11

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 19 of 95.

khí trơ vào bên trong để tránh cho dây tóc không bị oxi hóa. Kích cỡ bóng đèn

sợi đốt phải đƣợc thiết kế đủ lớn để chịu đƣợc nhiệt độ cao phát ra từ dây tóc,
các đèn này đều đƣợc lắp vào bên trong đui của đèn.
Khi có dòng điện sẽ đi qua phần đui đèn vào đến dây tóc làm dây tóc
đƣợc nung đến mức phát sáng. Loại đèn này ít đƣợc dùng vì công suất của đèn
thƣờng lớn (nhỏ nhất cũng cỡ vài chục oát), hiệu suất của đèn sợi đốt là rất thấp
(5% điện năng đƣợc biến thành ánh sáng, còn lại 95% biến thành nhiệt năng )
Đèn sợi đốt đƣợc nhà sản xuất đƣa ra thƣờng có các thông số sau:
Công suất:
Điện áp:

75 W
240 V

Tuổi thọ: 1000 giờ
Độ sáng:

925 lm

Hiệu suất phát sáng: 12.3 lm/W
Đèn LED
Bóng đèn LED trong thực tế đƣợc thể hiện nhƣ hình 1.7

Hình 1.7. Bóng đèn LED
LED(Light Emitting Diode - điốt phát quang) là các điốt có thể tạo ra ánh
sáng . Giống nhƣ điốt, đèn LED đƣợc cấu tạo từ một khối bán dẫn bao gồm khối
bán dẫn loại p đƣợc ghép với khối bán dẫn loại n.
Đèn huỳnh quang
Đèn huỳnh quang hay thƣờng gọi là đèn túyp gồm: điện cực (vonfam),
lớp bột huỳnh quang và vỏ đèn. Ngoài ra, các nhà sản xuất còn bơm vào trong
đèn một hỗn hợp hơi thủy ngân và khí trơ (neon, argon...) để bảo vệ điện cực

12

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 20 of 95.

tránh hiện tƣợng bị ăn mòn và tạo ánh sáng màu. Có nhiều loại bóng đèn ống
huỳnh quang (hình 1.8)

Hình 1.8. Các dạng đèn ống Huỳnh quang
Khi cấp nguồn vào 2 điện cực của đèn giữa hai điện cực sẽ xảy ra hiện
tƣợng hiện tƣợng phóng điện, làm phát ra tia tử ngoại (tia cực tím). Tia tử ngoại
tác dụng vào lớp bột huỳnh quang làm đèn phát sáng.
Dùng đèn huỳnh quang giúp tiết kiệm đƣợc năng lƣợng. Bình quân, khi sử
dụng đèn huỳnh quang sẽ tiết kiệm năng lƣợng đƣợc hơn rất nhiều so với đèn sợi
đốt 8 đến 10 lần. Hiện nay, trên thị trƣờng xuất hiện một loại đèn huỳnh quang
thu nhỏ (còn gọi là compact). Nó cũng giống với đèn huỳnh quang nhƣng có ƣu
điểm vƣợt trội là hiệu suất phát quang cao hơn và tiết kiệm điện năng hữu hiệu hơn.
Đèn compact
Đèn compact cũng hoạt động trên nguyên tắc đèn ống (đèn tuýp), có nghĩa là
cũng phải đầy đủ chấn lƣu, dây tóc v.v.. Nhƣng trong đèn compact thì tất cả nhét
gọn vào đuôi đèn. Chính vì vậy mà đƣợc gọi là compact. Trong đèn compact thì
thƣờng ngƣời ta dùng chấn lƣu điện tử nên nhỏ gọn nên lắp trực tiếp vào đui
bóng (hình nhƣ có loại đui rời).
Đèn compact cũng nhƣ đèn ống tiết kiệm điện vì năng lƣợng để phát sáng
là chủ yếu chứ không phát nhiệt nhƣ trong bóng đèn giây tóc. Sự phát sáng là do
tia cực tím kích thích vào lớp huỳnh quang đƣợc sơn bên trong vỏ đèn.

13

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 21 of 95.

1.4 .Thiết kế chiếu sáng(TKCS)
1.4.1. TKCS nội thất
Chiếu sáng nội thất nhằm tạo môi trƣờng chiếu sáng đáp ứng yêu cầu sử dụng và
tiết kiệm điện năng của các công trình .
Các bƣớc TKCS nội thất
Thiết kế sơ bộ phải xác định đƣợc các giải pháp cơ bản về chiếu sáng:
chọn đƣợc kiểu chiếu sáng, chọn loại đèn sử dụng , cách bố trí đèn, số lƣợng đèn
…
Kiểm tra các điều kiện theo tiêu chuẩn mà phƣơng pháp chiếu sáng đã đề
cập.
Các yêu cầu với TKCS
Đảm bảo độ sáng theo từng công việc. Tạo đƣợc đƣợc nguồn sáng có độ
sáng nhƣ ánh sáng tự nhiên vào ban ngày
Đặt yêu cầu tiết kiệm năng lƣợng lên hàng đầu.
1.4.2. TKCS bên ngoài
Chiếu sáng ngoại thất nhƣ: chiếu sáng đô thị, chiếu sáng trên các trục
đƣờng giao thông, chiếu sáng tại các khu vực làm việc, chiếu sáng trang trí.
Nhằm bảo đảm an toàn cho xe cộ và ngƣời tham gia giao thông, làm tăng thêm
vẻ đẹp cho các công trình kiến trúc của thành phố.
Thiết kế chiếu sáng ngoại thất phải đáp ứng các yêu cầu :
Đảm bảo an toàn cho xe cộ và ngƣời tham gia giao thông
Đáp ứng các yêu cầu theo quy định khi thiết kế chiếu sáng ngoại
thất
Hiệu suất làm việc cao, tiêu thụ điện năng thấp, tuổi thọ cao

Dễ dàng trong vận hành, khai thác, duy trì, bảo dƣỡng

14

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 22 of 95.

CHƢƠNG 2: XÂY DƢNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG CHỨC
NĂNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH.
2.1. Cấu trúc chung của mô hình mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu
sáng thông minh.
Cấu trúc chung của hệ thống mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu sáng
thông minh đƣợc biểu diễn nhƣ hình 2.1

Hình 2.1. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển và giám sát của hệ thống
chiếu sáng thông minh.
Trong cấu trúc hình 2.1 vi điều khiển thực hiện chức năng lƣu trữ chƣơng
trình điều khiển và giao tiếp trực tiếp với các modul mở rộng và với máy tính,
hoặc gián tiếp qua mạng với các modul mở rộng để giảm các dây đấu nội bộ.
Máy tính trong hệ thống đóng vai trò thu thập dữ liệu để thực hiện giám sát các
trạng thái của hệ thống chiếu sáng.
Hệ thống chiếu sáng thông minh là hệ thống có khả năng tự động bật đèn
khi phát hiện chuyển động, tự động điều chỉnh độ sáng của đèn cho phù hợp với
ánh sáng tự nhiên.
Một hệ thống chiếu sáng thông minh có thể thực hiện điều khiển các loại
đèn trong nhà theo kịch bản, có thể thực hiện điều khiển, giám sát đƣợc hệ thống
15

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 23 of 95.

với các loại điện thoại thông mình, máy tính bảng….nhiên

không đủ cho việc di

chuểnắtu khi b đ qua.

2.2. Thiết kế, lựa chọn các thiết bị sử dụng trong mô hình mô phỏng hệ
thống chiếu sáng thông minh.
2.2.1. Các thiết bị, linh kiện sử dụng trong mô hình.
Khối nguồn
Nguồn cấp cho mô hình sử dụng nguồn ngoài (sử dụng Adapter có điện áp ra 5V
cắm trực tiếp vào chân DC in trên mạch) có điện áp là 5VDC. Sơ đồ khối nguồn
của mô hình đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.2
J4

+

VCC
3
2
1

5VDC

-

+
DC IN

C9
1000uF

C10
104

Hình 2.2. Nguồn cấp cho mạch điều khiển
Mạch điều khiển sử dụng nguồn nuôi có điện áp 5VDC. Các tụ C9 và C10
là các tụ lọc nhằm ổn định điện áp một chiều.
Khối điều khiển trung tâm.
Để thực hiện chức năng lƣu trữ chƣơng trình điều khiển và giao tiếp trực
tiếp với các modul mở rộng, với máy tính, với “thế giới thực”, hoặc gián tiếp
qua mạng với các modul mở rộng, đồng thời cho phép lƣu trữ trạng thái hoạt
động của các động cơ thực hiện khi nguồn động lực bị mất. Ở hệ thống này vi
điều khiển AVR Atmega 8 là trung tâm điều khiển, nó thu thập dữ liệu nhận
đƣợc từ các đối tƣợng, xử lý tín hiệu theo chƣơng trình đã đƣợc lập trình, và
xuất tín hiệu ra điều khiển đối tƣợng và hiển thị các trạng thái của đối tƣợng. Do
đó thuật toán thực hiện và điều khiển đối tƣợng có thể đƣợc thay đổi một cách
mềm dẻo bằng phần mềm. Sơ đồ nguyên lý của khối xử lý trung tâm nhƣ hình
vẽ 2.3

16

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 24 of 95.
U3
RXD
TXD
EN

30
31
32
1
2
9
10
11

+5V
C3
104
L1

RES

R15 10

+5V
100uH

+

C1

+

10uF

6
4
5
3
21
29
18
20

PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
(INT1) PD3
(XCK/T0) PD4
(T1) PD5
(AIN0) PD6
(AIN1) PD7

PC0 (ADC0)
PC1 (ADC1)
PC2 (ADC2)
PC3 (ADC3)
PC4 (ADC4/SDA)
PC5 (ADC5/SCL)
ADC6
ADC7

VCC1
VCC2
GND1
GND2
GND3
PC6 (/RESET)
AVCC
AREF

(XTAL2/TOSC2) PB7
(XTAL1/TOSC1) PB6
PB5 (SCK)
(MISO) PB4
(MOSI/OC2) PB3
(SS/OC1B) PB2
(OC1A) PB1
(ICP1) PB0

23
24
25
26
27
28
19
22
8
7
17

16
15
14
13
12

J10
1
2
3
4
5
AUX
SCK
MISO
MOSI
PWM1
PWM2

C2
10uF

ATMEGA8 _TQFT

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm
Trong khối xử lý trung tâm đƣợc thực hiện hiện để xây dựng mô hình vật lý mô
phỏng chức năng của hệ thống chiếu sáng thông minh tác giả sử dụng vi điều
khiển AVR Atmega 8.
Giới thiệu về vi điều khiển AVR Atmega 8 [7],[8].
Cấu trúc của vi điều khiển AVR đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.4

Hình 2.4. Cấu trúc của vi điều khiển AVR

17

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 25 of 95.

AVR sử dụng cấu trúc Harvard [7],[8], tách riêng bộ nhớ và các
bus cho chƣơng trình và dữ liệu. Các lệnh đƣợc thực hiện chỉ trong một chu kỳ
xung clock. Bộ nhớ chƣơng trình đƣợc lƣu trong bộ nhớ Flash.
AVR có 01 bộ nhớ dữ liệu, 01 bộ nhớ chƣơng trình. Ngoài ra Atmega8
còn có bộ nhớ EEPROM để lƣu trữ dữ liệu:
Bộ nhớ Flash (Bộ nhớ chƣơng trình)
Bộ nhớ Flash 8KB của Atmega8 dùng để lƣu trữ chƣơng trình. Do các lệnh
của AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash đƣợc sắp xếp theo
kiểu 4KX16. Bộ nhớ Flash đƣợc chia làm 2 phần, phần dành cho chƣơng trình
boot và phần dành cho chƣơng trình ứng dụng.
Bộ nhớ dữ liệu SRAM: 1120 ô nhớ của bộ nhớ dữ liệu định địa chỉ
cho file thanh ghi, bộ nhớ I/O và bộ nhớ dữ liệu SRAM nội. Trong đó 96 ô nhớ
đầu tiên định địa chỉ cho file thanh ghi và bộ nhớ I/O, và 1024 ô nhớ tiếp theo
định địa chỉ cho bộ nhớ SRAM nội
Bộ nhớ EEPROM: dung lƣợng 512 byte đƣợc thao tác đọc/ghi từng byte.
Các cổng vào/ra (I/O) của Atmega 8
Vi điều khiển ATmega8 có 23 đƣờng vào ra. Nếu các cổng là cổng vào ra
hai chiều. Bao gồm chứa cả điện trở pullup. Mỗi port là đầu vào ra số thì điều
khiển, dữ liệu vào/ra là nhƣ nhau. Có thanh hanh ghi dữ liệu của các cổng:
(PORTA, PORTB, PORTC, PORTD), (DDRA, DDRB, DDRC, DDRD) và của

cổng đầu vào (PINA, PINB, PINC, PIND).
Bộ định thời của vi điều khiển Atmega 8
Bộ định thời (timer/counter0) có các đặc điểm sau:
Bộ đếm bao gồm chỉ có một kênh
Xóa bộ định thời trong chế độ so sánh so sánh (tự động nạp)
Bộ điều chế độ rộng xung PWM
Có thể thực tạo tần số bất kì
Có bộ đếm các sự kiện ngoài
Bộ chia tần 10 bit
18

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -