Nghiên cứu bo mạch arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THÀNH TRUNG

NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG
DỤNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN

tnu.edu.vn/


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THÀNH TRUNG
NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 6052 0216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA
HỌC

TS. Nguyễn Hoài Nam

PHÕNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên – 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thành Trung
Sinh ngày: 30 tháng 03 năm 1976
Học viên lớp cao học khoá 14 – Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá - Trường
Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên.
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung
thực.
Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thành Trung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN

tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo phòng đào tạo, và bộ phận quản lý
đào tạo sau Đại học - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên,
cùng các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ đã quan tâm tổ chức chỉ đạo và trực tiếp giảng
dạy khóa học cao học của chúng tôi. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy
giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Hoài Nam người đã tận tình chỉ bảo và góp ý về chuyên
môn cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những người
đã luôn ủng hộ và động viên tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy thách thức,
chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy cô giáo và đồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN

/>

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN

tnu.edu.vn/


i

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................i
DANH

MỤC

CÁC

HÌNH

VẼ

........................................................................................iv KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT
TẮT

......................................................................................vi

MỞ

ĐẦU

.........................................................................................................................1
1. Mục tiêu của luận văn ..............................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1
3. Nội dung của luận văn .............................................................................................2
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG
CÔNG CỘNG..................................................................................................................3
1. Tổng quan về tình hình chiếu sáng tại việt nam ......................................................3
1.1. Tính cấp thiết của hệ thống chiếu sáng công cộng ...............................................4

1.1.1. Vai trò của hệ thống chiếu sáng công cộng .......................................................4
1.1.2. Thực tế chiếu sáng công cộng ở Việt Nam ........................................................4
1.2.Các nguyên lý cơ bản trong chiếu sáng .................................................................5
1.3. Các cấp chiếu sáng................................................................................................6
1.4. Các phương án bố trí đèn ......................................................................................7
1.4.1. Bố trí đèn ở một bên đường. ..............................................................................7
1.4.2. Bố trí đèn hai bên so le. .....................................................................................8
1.4.3. Bố trí đèn hai bên đối diện. ................................................................................8
1.4.4. Bố trí đèn theo trục của đường ..........................................................................8
1.5. Các loại đèn sử dụng trong chiếu sáng đô thị .......................................................9
1.5.1. Đèn hơi natri áp suất thấp. .................................................................................9
1.5.2. Đèn hơi natri áp suất cao. ..................................................................................9
1.5.3. Đèn hơi thủy ngân..............................................................................................9
1.6. Nguồn cấp cho chiếu sáng công cộng.................................................................10
1.6.1.Tính toán tiết diện dây dẫn. ..............................................................................10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

ii

1.6.2. Các phương pháp cung cấp. .............................................................................13
1.6.3. Phân phối điện. ................................................................................................13
1.6.4. Bố trí đường dây ..............................................................................................14
1.6.5. Trạm biến áp. ...................................................................................................14
1.7. Yêu cầu kỹ thuật .................................................................................................14
1.7.1. Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện ..................................................................15
1.7.2 Các yêu cầu chung đối với hệ thống chiếu sáng công cộng ............................16
1.7.3. Dự định nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu hiện nay...................................16
1.7.4. Tính cấp thiết ...................................................................................................19

1.8. Kết luận chương 1...............................................................................................20
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS. ................................21
2.1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................21
2.2. Thực trạng hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng tại Việt Nam vả trên thế
giới. ............................................................................................................................21
2.3. Các mô hình điều khiển giám sát và truyền thông cho hệ thống chiếu sáng công
cộng ............................................................................................................................2
2
2.4. So sánh ưu nhược điểm của các giải pháp truyền thông ....................................24
2.5. Hệ thống điều khiển & giám sát chiếu sáng đô thị, sử dụng công nghệ
GSM/GPRS do HAPULICO phát triển .....................................................................26
2.6. Phát triển phần mềm điều khiển và giám sát Hệ thống chiếu sáng ....................28
2.7. Giới thiệu giải pháp trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng – SAVELITE (
ISRAEL) ....................................................................................................................29
2.7. Khả năng ứng dụng công nghệ truyền thông mạng không dây trong điều khiển
và quản lý hệ thống chiếu sáng tại Việt Nam ............................................................38
2.8. Kết luận chương 2...............................................................................................39
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ BO MẠCH ARDUNIO VÀ XÂY ĐỰNG THUẬT
TOÁN CHO BO MẠCH ARDUINO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG. ...................40
3.1. Giới thiệu về Arduino .........................................................................................40
3.2. Hiện tượng Arduino ............................................................................................40
3.3. Ứng dụng arduino vào điều khiển hệ thống chiếu sáng .....................................41
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

3

3.4. Khả năng của bo mạch Arduino .........................................................................41

3.4.1. Sức mạnh xử lý ...............................................................................................42
3.4.2. Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào: .......................................................................42
3.4.2. Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra: ......................................................................42
3.4.3. Chuẩn Giao tiếp ...............................................................................................43
3.5. Môi trường lập trình bo mạch Arduino ..............................................................44
3.6. Các loại bo mạch Arduino ..................................................................................45
3.7. Giới thiệu về thư viện GSM................................................................................48
3.7.1. Cấu trúc thư viện..............................................................................................48
3.7.2.Khả năng tương thích thư viện Ethernet ...........................................................49
3.7.3. Giới thiệu thư viện Arduino trong simulink ....................................................49
3.7.4. Khối Arduino IO Setup ....................................................................................49
3.7.5. Khối Real - Time Pacer ...................................................................................50
3.8. Kết luận chương 3...............................................................................................53
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG
SỬ DỤNG RƠLE THỜI GIAN, ARDUINO VÀ MÁY TÍNH ....................................54
4.1.Giới thiệu về mô hình. .........................................................................................54
4.1.1. Tổng kê thiết bị vật tư làm mô hình.................................................................56
4.2.1. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và mạch động lực ......................................56
4.2. Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng sử dụng bo mạch arduino ...............58
4.3. Điều khiển mô hình chiếu sáng công cộng qua máy tính ...................................59
4.4. Kết luận chương 4...............................................................................................61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................62
1. Kết luận: .................................................................................................................62
2. Kiến nghị: ..............................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mắt người quan sát với mặt đường. ................................................................6
Hình 1.2. Bố trí đèn ở một bên đường. ............................................................... .............7
Hình 1.4. Bố trí đèn ở hai bên đường song song. ............................................................8
Hình
1.5.
Bố
trí
đèn
..........................................................................8

trên

Hình
1.3.
Bố
trí
đèn
ở
............................................................... .................8

dải
hai

phân
bên

cách.

so

le.

Hình 1.6. Bố trí chiếu sáng trên đường. ........................................................................10
Hình 1.7. Điện áp rơi trên đường trục. ..........................................................................11
Hình 1.8. Độ sụt áp trên đường dây có tiết diện khác nhau. .........................................12
Hình1.9.
Sơ
đồ
cung
cấp
....................................................................14

điện

cho

phụ

tải.

Hình 2.1 Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng điện thoại cố định Dial-up kết hợp
với truyền thông qua đường dây tải điện (PLC). ...........................................................22
Hình 2.2:Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL kết hợp với truyền
thông qua đường tải điện PLC.......................................................................................23
Hình 2.3: Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM/GPRS. ............24
Hình 2.4: Điều khiển giám sát Hệ thống chiếu sáng công cộng bằng công nghệ GSM/
GPRS .............................................................................................................................27
Hình 2.5: Giao diện phần mềm điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng ...............28

Hình 2.6: Mô hình hệ thống savelite .............................................................................30
Hình 2.7: Mô hình hệ thống Savelite rút gọn ................................................................32
Hình 2.8: Bộ sử lý thông tin ..........................................................................................33
Hình 2.9: Thiết bị điều khiển công suất đèn chiếu sáng................................................34
Hình 3.1: là hình ảnh bên ngoài của một cạc Arduino UNO. Bo mạch này đã được thiế
kế và chế tạo hoàn chỉnh về phần cứng. Do đó người sử dụng chỉ cần quan tâm tới lập
trình cho nó để thực hiện một thuật toán nào đó.Đây cũng là lý do chính để tác giả lựa
chọn Arduino cho đề tài này. Ngoài UNO, còn có một số loại các khác nữa như........40
Arduino
................................................................................................................40
Hình
3.2:
Giao
diện
...........................................................................44
Hình
3.3:
Bo
mạch
..................................................................................46

IDE

Mega

của

Arduino

arduino

GSM

Hình 3.4: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển qua giọng nói ................47


5

Hình 3.5: Bo mạch arduino GSM , chân tiếp xúc điều khiển nguồn ............................47
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

6

Hình 3.6: Bo mạch arduino GSM , các chân tiếp xúc điều khiển .................................48
Hình 3.8: Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO Setup.........................................50
Hình 3.9: Khối ReaTimePacer ......................................................................................51
Hình 3.10: Giao diện để điều khiển thời gian thực .......................................................51
Hình 3.11: Sơ đồ khối của khối Arduino digital write ..................................................51
Hình 3.12: Giao diện của khối của khối Con Direction ................................................52
Hình 4.1. Mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng rơle thời gian và kết nối
qua bo mạch arduino .....................................................................................................55
Hình 4.1.2: Sơ đồ nguyên lý ..........................................................................................57
Hình 4.2: Điều khiển chiếu sáng công cộng qua máy tính ............................................60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

7

KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
C.I.E: Tiêu chuẩn chiếu sáng đường
: Điện trở công suất của vật liệu làm dây dẫn
ΔU: Sụt áp cho phép trên đường dây
ISL: Chỉ số chói lóa của bộ đèn
LTB: Giá trị độ chói trung bình trên đường.
PLC: công nghệ truyền thông qua đường tải điện hạ thế: Power Line Communication
GSM/GPRS: Mạng không dây
ICP/IP: Bộ giao thức liên mạng
GIS: Bản đồ hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information SystemError!
Bookmark not defined.
Digital output: Ngõ tín hiệu ra trên bo mạch arduino
PWM output: Cổng dùng để xuất tín hiệu điều chế xung trên bo mạch arduino
Serial: Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổ biến trên các bo mạch
Arduino
TWI (I2C): Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

1


2

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận

văn
Hiện nay việc ứng dụng công nghệ thu thập dữ liệu xa, điều khiển xa và giám
sát xa cho các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân là rất cần thiết.
Ngành chiếu sáng nơi công cộng, đô thị…cũng là một trong những lĩnh vực rất
được quan tâm, nhằm giải quyết bài toán giám sát, chống thất thoát điện năng. Đây là
một vấn đề cấp thiết vì hệ thống chiếu sáng trải dài trên phậm vi toàn quốc
Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạ
tầng kỹ thuật không thể thiếu của các đô thị. Để đáp ứng được tốc độ phát triển đô thị,
trong những năm gần đây các đô thị đã không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng hệ
thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng. Trên thế giới, hầu hết
các đô thị loại vừa và lớn đều được trang bị, lắp đặt một hoặc nhiều trung tâm điều
khiển cho hệ thống chiếu sáng thành phố nhằm phát huy hiệu quả cao trong công tác
vận hành và kiểm soát lưới đèn.
Nhận thấy được vai trò quan trọng của không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng
hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng, vì vậy tôi chọn đề
tài " NGHIÊN CỨU BO MẠCH ARDUINO VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG
CHIẾU SÁNG ".
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu về chiếu sáng và so sánh các phương pháp điều khiển chiếu sáng
trên thế giới dùng công nghệ truyền thông.
- Khảo sát chất lượng trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ mạng
không dây GSM/GPRS để điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng bằng mô phỏng
và kiểm chứng bằng thực nghiệm.
- Nghiên cứu bo mạch arduino cho hệ thống điều khiển chiếu sáng.
- Thiết kế tủ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng
- Xây dựng tủ điều khiển cho hệ thống chiếu sáng công cộng trên thiết bị thực
của xưởng điện.


3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

3. Nội dung của luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về chiếu sáng và điều khiển chiếu sáng công cộng.
Chương 2: Xây dựng mô hình trung tâm điều khiển chiếu sáng sử dụng công
nghệ mạng không dây GSM/GPRS.
Chương 3: Tìm hiểu về bo mạch ardunio và xây dựng thuật toán cho bo mạch
arduino để điều khiển chiếu sáng.
Chương 4: Thiết kế mô hình điều khiển chiếu sáng sử dụng rơle Time và bo
mạch Arduino
Kết luận và kiến nghị.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

1. Tổng quan về tình hình chiếu sáng tại việt
nam
Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạ
tầng kỹ thuật không thể thiếu của các đô thị. Để đáp ứng được tốc độ phát triển đô thị,
trong những năm gần đây các đô thị đã không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng hệ
thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng. Trên thế giới, hầu hết
các đô thị loại vừa và lớn đều được trang bị, lắp đặt một hoặc nhiều trung tâm điều

khiển cho hệ thống chiếu sáng thành phố nhằm phát huy hiệu quả cao trong công tác
vận hành và kiểm soát lưới đèn. Ở Việt Nam, thành phố Hà Nội là đơn vị lắp đặt trung
tâm điều khiển đầu tiên trong cả nước – từ những năm 1980, tiếp theo là thành phố Hồ
Chí Minh đã xây dựng trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng với quy mô điều
khiển 12.000 điểm sáng.
Từ khi ứng dụng trung tâm điều khiển vào việc quản lý hệ thống đèn chiếu sáng các
đơn vị quản lý chiếu sáng công cộng đều thấy được các hiệu quả góp phần nâng cao
công tác quản lý:


Điều chỉnh linh hoạt thời gian đóng cắt Hệ thống chiếu sáng tại các khu vực

từ
trung tâm theo tình hình thời tiết, giảm tiêu thụ điện năng.

Từ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát tới từng tủ chiếu sáng của
mỗi khu vực.

Quan sát tức thời các thông số điện áp, dòng điện. Báo hiệu sự cố khi
có tình trạng chạm chập, quá tải và các hiện tượng câu móc điện.



Quản lý số liệu vận hành: Tình trạng đóng cắt, mức độ tiêu thụ điện năng.
Tổng hợp số liệu, chiết xuất các báo cáo phục vụ công tác quản lý



Giảm thời gian đi kiểm tra lưới đèn cho Công nhân quản lý vận hành.



Góp phần nâng cao năng lực và ứng dụng công nghệ mới cho các cán bộ

kỹ
thuật của công ty.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

1.1. Tính cấp thiết của hệ thống chiếu sáng công cộng
Để thấy được tính cấp thiết của vấn đề này em sẽ đi vào tìm hiểu vai trò và hiện
trạng của chiếu sáng nước ta hiện nay
1.1.1. Vai trò của hệ thống chiếu sáng công cộng
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 có nhiều thành phần khác
nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan
chức năng, chiếu sáng nơi công cộng…
Chiếu sáng nơi công cộng 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, thúc đẩy sự phát
triển thương mại và du lịch. Đặc biệt hệ thống chiếu sáng nơi công cộng còn tạo ra
không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan của các khu dân cư trong các dịp lễ tết hay
những ngày kỉ niệm lớn, hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động chính trị, văn hóa
xã hội cũng như sự kiện quốc tế.
Trong điều kiện thiếu hụt về điện năng của nước ta, đã có những lúc những nơi
chiếu sáng công cộng bị coi là phù phiếm, lãng phí và không hiệu quả. Điều này xuất
phát từ góc độ tiêu thụ năng lượng mà chưa nhận thức tổng quát về vai trò chiếu sáng
công cộng. Do đó cần có sự đánh giá chích xác và khách quan về hiệu quả mà chiếu
sáng đem lại không chỉ về mặt kinh tế, mà còn cả trên bình 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 nơi công cộng mang 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 nơi công cộng mới có thể phát triển và duy trì một cách bền
vững, đóng một vai trò ngày càng xứng đáng trong các công trình hạ tầng kĩ thuật.
Để làm được việc đó chúng ta phải đẩy mạnh nghiên cứu, ứng dụng và phát
triển về công nghệ chiếu sáng công cộng ngày càng hoàn thiện, nhằm xây dựng đất
nước Việt Nam vừa mang phong cách hiện đại vừa giữ gìn được những nét truyền
thống.
1.1.2. Thực tế chiếu sáng công cộng ở Việt Nam
Quá trình phát triển nhanh của các đô thị trọng tâm hiện nay là rất lớn, do đó hệ
thống chiếu sáng phải phát triển để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Hiện nay hệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

thống chiếu sáng của chúng ta đang gặp nhiều bất cập, nhất là các thành phố lớn tốc độ
phát triển đô thị nhanh. Hệ thống chiếu sáng không kịp đáp ứng yêu cầu đó nên để lại
nhiều vấn đề cần phải giải quyết.
Vấn đề quản lý và vận hành hệ thống chiếu sáng còn chưa tập chung, thiếu
đồng bộ, quá trình vận hành và bảo dưỡng mất nhiều thời gian. Vì thế chi phí cho đội
ngũ nhân viên bảo dưỡng sửa chữa tốn kém ảnh hưởng đến quá trình phát triển chung.
Vì thế vấn đề đặt ra đó là cần phải xây dựng được một hệ thống chiếu sáng tập trung
để quá trình vận hành hệ thống được thuận lợi.
Hệ thống chiếu sáng hiện nay được điều khiển bật/tắt tại các tủ chiếu sáng dựa
vào thời gian thực. Do đó thời gian bật tắt đèn hàng ngày là cố định mà mỗi mùa lại có
thời gian sáng và tối của một ngày là khác nhau, quá trình thay đổi giờ khó khăn và
phức tạp. Thực tế đó dẫn đến đèn chiếu sáng của chúng ta có thể được bật lên sớm
hoặc lên muộn, tắt sớm hoặc tắt muộn. Điều này làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của
người dân và nguy cơ dẫn đến mất an toàn giao thông. Điều này đặt ra cho hệ thống

chiếu sáng là phải đáp ứng được về mặt thời tiết từng mùa, cũng như từng vùng miền.
Mặt khác do sự phát triển nhanh của các đô thị mới được xây dựng, quá trình
lắp đặt hệ thống mới đồng bộ với hệ thống cũ là rất khó khăn và mất nhiều thời gian.
Không những thế hệ thống chiếu sáng cũ còn rất bất cập trong quá trình thay mới và
sửa chữa dẫn đến chất lượng chiếu sáng ở nhiều nơi còn chưa đồng đều, nơi thì thiếu
nơi thì thừa.
1.2.Các nguyên lý cơ bản trong chiếu
sáng
Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường bộ thực chất đòi hỏi cho phép một tri giác nhìn
nhanh chóng, chính xác và tiện nghi cụ thể:
Độ chói trung bình của mặt đường do người lái xe quan sát khi nhìn mặt đường ở
tầm xa 100m khi thời tiết khô. Mức yêu cầu phụ thuộc vào loại đường (mật độ giao
thông, tốc độ, vùng đô thị hay nông thôn. . .) trong các điều kiện làm việc bình thường.

* Mặt đường được xét đến được quan sát dưới góc 0,50 đến 1,50 và chải dài từ 60
đến 170m trước người quan sát.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Hình 1.1. Mắt người quan sát với mặt đường.

* Độ đồng đều phân bố biểu kiến của độ chói lấy ở các điểm khác nhau của bề
mặt. Độ chói không giống nhau theo mọi hướng (sự phản xạ không phải là vuông góc
mà là phản xạ hỗn hợp), điều quan trọng là chỉ rế hình dạng "lưới" của chỗ quan sát.

* Nói chung trên đường giao thông người ta đưa ra hai điểm đo theo chiều ngang
và một tập hợp cách nhau gần 5m giữa các cột đèn đối với số lần đo theo chiều dọc.

* Hạn chế lóa mắt không tiện nghi, nguồn cản trở và sự mệt mỏi do số lượng và
quang cảnh của các đèn xuất hiện trong thị trường, liên quan đến độ chói trung bình
của con đường.

* Do đó người ta định nghĩa một "chỉ số lóa mắt" G (Glare index) chia theo thang
từ 1 (không chịu được) đến 9 (không cảm nhận được) và cần phải giữ ít nhất ở mức 5
(chấp nhận được).

* Hiệu quả dẫn hướng nhìn khi lái phụ thuộc vào vị trí của các điểm sáng trên các
đường cong, loại nguồn sáng trên một tuyến đường và tín hiệu báo trước những nơi
cần chú ý (đường vòng, chỗ thu thuế đường, ngã tư...) cũng như các lối vào của con
đường.
1.3. Các cấp chiếu sáng
Đối với các tuyến đường mô quan trọng, C.I.E xác định 5 cấp chiếu sáng khi đưa
ra các giá trị tối thiểu phải thỏa mãn với chất lượng phục vụ. Cần chú ý sự khác nhau
của công thức hệ số đồng đều: giá trị của U0 từ 0,4 có thể đảm bảo tri giác nhìn chính
xác khi nhìn mặt đường thấy phong cảnh thấp thoáng, còn gọi là "hiệu ứng bậc thang".
Nếu độ đồng đều theo chiều dọc U1 lớn hơn 0,7 hiệu ứng này không còn nữa. Tất
nhiên, do sự già hóa của thiết bị, các chuyên viên thiết kế phải tăng độ chói trung bình
khi vận hành cũng giống như trường hợp chiếu sáng trong nhà.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN
tnu.edu.vn/

-


Cấp

Bảng 1.1. Các cấp chiếu sáng tương ứng với loại đường.
Loại đường

Mốc
Độ chói Độ đồng Độ đồng
trung

đều nói

đều chiều

tiện nghi

bình
cd/m2 Ltb

chung

dọc

G

Lmin
U0
Ltb

A
B
C

D

E

Xa lộ
Xa lộ cao tốc
Đường cái
Đường hình tia

Chỉ số

Sáng
Tối

2
2
1 đến 2

Thành phố hoặc Sáng
đường có
ít
người đi bộ
Tối

2

Các phố chính
Các phố buôn
bán
Đường vắng

Sáng

2

Sáng
Tối

1
0,5

Lmin
U1
Lmax

0,4
0,4

0,7
0,7

6
5
6

0,4

0,7

5

1

6
0,4

0,7

4

0,5

4
5

1.4. Các phương án bố trí đèn
1.4.1. Bố trí đèn ở một bên đường.
Đó là trường hợp đường tương đối
hẹp hoặc một phía có hàng cây hoặc
chỗ uốn cong. Trường hợp này sẽ bố trí
đèn ở ngoài chỗ uốn khúc để đảm bảo
hướng tầm nhìn cho phép đánh giá tầm
quan trọng chỗ rẽ. Sự đồng đều của độ
rọi được đảm bảo bằng giá trị h ≥1.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

Hình 1.2. Bố trí đèn ở một bên đường.

/>

1.4.2. Bố trí đèn hai bên so le.
Dành cho đường hai chiều, độ rọi nói chung sẽ đều hơn nhưng phải tránh

uốn khúc. Sự đồng đều của độ chói ngang đòi hỏi độ cao của đèn h ≥ 2/31.

Hình 1.3. Bố trí đèn ở hai bên so le.
1.4.3. Bố trí đèn hai bên đối diện.
Đối với các đường rộng hoặc khi đảm bảo độ cao nhất định của đèn, sự
đồng đều của độ chói ngang cần thiết có h ≥ 0,51.

Hình 1.4. Bố trí đèn ở hai bên đường song song.
1.4.4. Bố trí đèn theo trục của đường
Được sử dụng trong trường hợp đường đôi có phân cách ở giữa, sự bố trí
như vậy chỉ cho phép sử dụng một cột có hai đầu nhô ra, đồng thời cũng là
đường cung cấp điện.

Hình 1.5. Bố trí đèn trên dải phân cách.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

1.5. Các loại đèn sử dụng trong chiếu sáng đô thị
1.5.1. Đèn hơi natri áp suất thấp.
Đèn hơi dạng ống, đôi khi ống dạng hình chữ U, chứa natri (khi nguội ở trạng
thái giọt) trong khi neon cho phép mồi ống (ánh sáng đỏ - da cam) và bay hơi natri.
Các đặc trưng của đèn:
- Hiệu quả phát sáng có thể đạt tới 1901m/W, vượt xa các nguồn sáng khác.
- Chỉ số màu bằng không do sự tỏa tia hầu như là đơn sắc.
- Tuổi thọ lý thuyết bằng 8000 giờ.
Ứng dụng:
Dành cho các trường hợp thể hiện màu không quan trọng, khái niệm về số lượng
quan trọng hơn chất lượng. Chiếu sáng rất kinh tế đối với các loại đường như: đường

xa lộ, đường hầm, chỗ đậu xe, các kênh đào, các cửa sông.
1.5.2. Đèn hơi natri áp suất cao.
Đèn phóng điện có kích thước giảm đáng kể để duy trì nhiệt độ, áp suất và được
làm bằng thủy tinh alumin, thạch anh bị ăn mòn bởi Na. Ống đặt trong bóng hình quả
ứng hay hình ống có đui xoáy.
Các đặc trưng của đèn:

- Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 120 (lm/W).
- Chỉ số màu xấu (Ra = 20), nhưng bù lại đèn có nhiệt độ màu thấp, dễ
chịu ở mức độ rọi thấp.

- Nhiệt độ màu từ 2000 đến 2500K.
- Tuổi thọ lý thuyết là 10.000 giờ.
Ứng dụng:

- Được dùng chủ yếu để chiếu sáng ngoài trời, các khu vực cần vận
chuyển như đường phố, bến đỗ xe lớn, các gầm cầu và bên trong các tòa nhà hay
các xưởng công nghiệp nặng.
1.5.3. Đèn hơi thủy ngân.
Bóng đèn thủy ngân áp lực cao là một nguồn sáng điện tương đối mới, có hiệu
suất phát sáng cao. Khi phóng điện trong hơi thủy ngân có áp suất cao giữa 1at và


10at trong ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch chính (400,430, 540 và 560nm), mặc dù
cho ánh sáng trắng song không đảm bảo sự thể hiện màu tốt.
Về cấu tạo hiện nay có hai loại:

- Loại có bộ phận chân lưu đặt bên trong.
- Loại có bộ phận chấn lưu đặt bên ngoài.
Đặc trưng của đèn:

. Hiệu quả ánh sảng từ 40 dền 60 lm/W

- Chỉ số màu là 50 ở 4000K và 60 đối với sêri "cao cấp" ở 3300 K
- Tuổi thọ lý thuyết 10000 giờ
Ứng dụng

- Sử dụng trong chiếu sáng ngoài trời và trong các sở công nghiệp lớn.
Trong chiếu sáng đô thị (chủ yếu là chiếu sáng cho các công viên vườn hoa, nó
vẫn giữ nguyên tính chắc chắn, tin cậy và giá thành).
1.6. Nguồn cấp cho chiếu sáng công cộng
1.6.1.Tính toán tiết diện dây dẫn.

Hình 1.6. Bố trí chiếu sáng trên đường.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN

tnu.edu.vn/