Thiết kế và xây dựng bộ điều khiển điểm sáng trong hệ thống chiếu sáng đô thị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN QUANG SƠN
.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỂM
SÁNG TRONG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN QUANG SƠN
.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỂM
SÁNG TRONG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ
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 - 2011

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU

ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................... Error! Bookmark not defined.
1.1 Khái niệm cơ bản chiếu sáng đô thị ....................... Error! Bookmark not defined.
1.2 Các loại nguồn sáng nhân tạo thông dụng[] ........... Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Bóng đèn nung sáng: (Đèn sợi đốt) ................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Bóng đèn huỳnh quang ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) ....... Error! Bookmark not defined.
1.2.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode)Error! Bookmark not
defined.
1.2.5 Đèn Sulfua ......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3 Cấu tạo và các thông số của bộ đèn, thành phần chính của điểm sángError! Bookmark not
defined.
1.3.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng ......... Error! Bookmark not defined.
1.4 Điểm sáng trong hệ thống chiếu sáng công cộng ... Error! Bookmark not defined.
1.4.1 Khái niệm: ......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.2 Các thông số cần có cho một điểm sáng ........... Error! Bookmark not defined.
1.5 Tủ điều khiển chiếu sáng ........................................ Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ PLC CỦA ECHELON VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỂU KHIỂN
ĐIỂM SÁNG THEO CHUẨN LONWORKS .................... Error! Bookmark not defined.
2.1 Chuẩn Lonworks .................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Giới thiệu ........................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Chuẩn mạng Lonworks ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Công nghệ PLC của Echelon ................................. Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Giới thiệu: .......................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực:Error! Bookmark not defined.

2.2.3 Đặc tính kênh truyền PLC ................................. Error! Bookmark not defined.
2.3 Tìm hiểu chip PL3120 và mô hình quản lý mạng PLC theo chuẩn LonworksError!
Bookmark not defined.
2.3.1 Chip PL3120 ..................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Neuron C ........................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Mô hình quản lý biến mạng............................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐẾN TỪNG ĐIỂM SÁNG TRONG
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ ................................. Error! Bookmark not defined.
3.1 Hạn chế của mô hình giám sát và điều khiển ở cấp tủ khu vựcError! Bookmark not
defined.
3.1.1 Mô hình chung .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Điều khiển tiết giảm .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.3 Giám sát, cảnh báo ............................................ Error! Bookmark not defined.
3.2 Mô hình ứng dụng mạng GSM/GPRS trong điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng ở
thành phố Hà nội. ........................................................... Error! Bookmark not defined.


3.2.1 Mô hình hệ thống .............................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Phần mềm ứng dụng .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống ....................... Error! Bookmark not defined.
3.3 Mô hình “đề suất” để giám sát và điều khiển đến từng điểm sáng trong hệ thống chiếu sáng
đô thị ............................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Mô hình giám sát và điều khiển đến từng điểm sáng ứng dụng công nghệ không dây
(Wireless). .................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Mô hình giám sát và điều khiển đến từng điểm sáng ứng dụng công nghệ truyền thông
qua đường điện lưới (PLC) ........................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.3 Các phương pháp tiết giảm công suất có thể sử dụng khi điều khiển đến từng điểm sáng.
.................................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIÊN ĐIỂM SÁNG TRONG HỆ THỐNG CHIẾU
SÁNG ĐÔ THỊ...................................................................... Error! Bookmark not defined.

4.1 Các chức năng của bộ điều khiển điểm sáng ......... Error! Bookmark not defined.
4.2 Các đặc điểm chính của bộ điều khiển điểm sáng. Error! Bookmark not defined.
4.3 Sơ đồ khối của bộ điều khiển điểm sáng ................ Error! Bookmark not defined.
4.3.1 Các phần tử trong một bộ điều khiển điểm sáng.Error! Bookmark not defined.
4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch bộ điều khiển điểm sáng. ... Error! Bookmark not defined.
4.4.1 Khối nguồn nuôi cho mạch ............................... Error! Bookmark not defined.
4.4.2 Khối chấp hành: Điều khiển các khởi động từ và rơ le ngoàiError! Bookmark not
defined.
4.4.3 Khối thời gian thực ............................................ Error! Bookmark not defined.
4.4.4 Khối Transducer ................................................ Error! Bookmark not defined.
4.4.5 Khối điều khiển tiết giảm công suất bằng Triac Error! Bookmark not defined.
4.4.6 Khối vi điều khiển PL3120 Smart-transceiver .. Error! Bookmark not defined.
4.4.7 Mạch in của bộ điệu khiển điểm sáng ............... Error! Bookmark not defined.
4.5 Phần mếm nhúng trong vi điều khiển truyền thông PL3120Error! Bookmark not defined.
4.5.1 Bù offset cho các kênh dòng và áp của ADE7753Error! Bookmark not defined.
4.5.2 Căn chỉnh các khối đo cho ADE7753 ............... Error! Bookmark not defined.
4.5.3 Lưu đồ chương trinh chính: ............................... Error! Bookmark not defined.
4.5.4 Truyền thông giữa điểm sáng tới Trung tâm điều khiển.Error! Bookmark not defined.
4.6 Kết quả ................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.6.1 Tìm hiểu, khảo sát ............................................. Error! Bookmark not defined.
4.6.2 Thực nghiệm...................................................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ........................................................................... Error! Bookmark not defined.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐÔ
THỊ
1.1

Công nghệ PLC của Echelon.

1.2 Tìm hiểu chip PL3120 và mô hình
quản lý mạng PLC theo chuẩn Lonworks.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ
PLC CỦA ECHELON VÀ ỨNG
DỤNG TRONG ĐIỂU KHIỂN
ĐIỂM SÁNG THEO CHUẨN
LONWORKS
2.1

Công nghệ PLC của Echelon.

2.2 Tìm hiểu chip PL3120 và mô hình
quản lý mạng PLC theo chuẩn Lonworks.

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH GIÁM
SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐẾN
TỪNG ĐIỂM SÁNG TRONG
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐÔ
THỊ
3.1

Ưu và nhược điểm của mô hình.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ
ĐIỀU KHIÊN ĐIỂM SÁNG
TRONG HỆ THỐNG CHIẾU
SÁNG ĐÔ THỊ
4.1 Thiết kế sơ đồ khối của bộ điều

khiển điểm sáng.
4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch bộ điều khiển
điểm sáng.
4.3 Thiết kế biến áp ghép tín hiệu,
mạch lọc tín hiệu đầu vào và mạch hồi
tiếp cho bộ khuếch đại chọn lọc.
4.4 Viết phần mếm nhúng trong vi điều
khiển truyền thông PL3120.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
Đưa ra được mô hình hệ thống chiếu sáng
công cộng điều khiển đến từng điểm sáng nhằm
khắc phục những hạn chế của hệ thống hiện
thời.
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công
bộ điều khiển điểm sáng có khả năng điều khiển
và giám sát một điểm sáng chiếu sáng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Kỹ sư Q. Hòa (2011), Chiếu sáng đô thị: Nhìn từ góc độ kinh tế
và phát triển - Vai trò của chiếu sáng quảng cáo và trang trí
trong phát triển kinh tế và du lịch. Báo Ánh sáng & Cuộc sống,
14/06/2011.
[2] Ths. Nguyễn Văn Điền (2007), Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Hạ
tầng & Môi trường đô thị, Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội, Bài
tham luận tại Hội nghị Chiếu sáng toàn quốc lần thứ III, tháng
11/2007.
[3] Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ nhất (04/1992), Bản báo cáo
tổng kết hội nghị, tr.5.
[4] Quyết định số 1874/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ, Phê
duyệt định hướng phát triển chiếu sáng đô thị Việt Nam đến năm

2025, tr.1-7.
[5] Nghị định số 79/2009/NĐ-CP (28/09/2009) của Chính phủ về
Quản lý chiếu sáng đô thị.
[6] TS. Nguyễn Hồng Tiến (2011) Phó Cục trưởng Cục Hạ tầng kỹ
thuật - Bộ Xây dựng, Chiếu sáng đô thị Việt Nam - Giải pháp
nâng cao công nghệ và tiết kiệm năng lượng, Báo Ánh sáng &
Cuộc sống, 30/05/2011.
[7] Nguyễn Mạnh Hà (2009), Bài giảng kỹ thuật chiếu sáng đô thị,
tr. 7-59, Trường đại học kiến trúc Đà Nẵng.
[8] Nguyễn Trường Phi, BACnet, LonMark và Modbus: Như thế
nào và vì sao chúng hoạt động, dịch giả trích từ bài viết của tác
giả James Piper,
[9] Echelon Corporation, Introduction to the LONWORKS® System,
p.10 – 78.
[10] CENELEC EN 50065-1:2001 “Signaling on low-voltage
electrical installations in the frequency range 3kHz to
148.5kHz” Part 1 “General requirements, frequency bands and
electromagnetic disturbances,”.
[11] Clay Bilby, EMC Applications Engineer, Echelon Corporation,
PL 3120® / PL 3150® Smart Transceiver Data Book, p.21 –
100.
[12] Echelon Corporation, Neuron C Programmers Guide, p.1 – 86.
[13] Echelon Corporation, iLON SmartServer User’s Guide, p.201.
[14] Dale Wilken, Balu Ananthanarayanan, Patrick Hasson (2001),
“European Road Lighting Technologies”, Federal Highway
Administration, pp. 6-13.
[15] Gordon MacNee; Jennic/Special-Ind (2009),Benefits of Wireless
Control of Street Lighting An Intelligent lighting system based
on IEEE802.15.4 Global. P.1-27.
[16] 1. Công ty Hapulico (2007), Đèn chiếu sáng đường phố 2007,

tr.1-6.
[17] Analog Device (2010), Datasheet, Single-Phase Multifunction
Metering IC with di/dt Sensor Interface ADE7753, p.1-60.
[18] Henry W. Ott, John Wiley & Sons (1988), Noise Reduction
Techniques in Electronic Systems, 2nd ed, p.45.
[19] Dallas Semiconductor, DS1307 64 x 8 Serial Real-Time Clock,
p.1-13


Design and construction lighting node controllers in street lighting
system
Tran Quang Son
Electronics and Telecommunications Technology,
Electronic Engineering, Electronics and
Telecommunications Department


Professor name: Dr. Nguyen Thang Long.
Department of Micro Mechatronics and
Microsystems.


Keywords – dimming, Echelon, lighting node, LonWorks, LonTalk, Powerline communication technology and street lighting system.


1

OVERVIEW OF STREET LIGHTING SYSTEM
5.1

Structure of a high-pressure lamp

5.2

Define a lighting Node

CHƯƠNG 6: ECHELON PLC TECHNOLOGY AND
APPLICATIONS IN THE CONTROL LIGHTING NODE
BASE ON LONWORKS STANDARD
6.1

Echelon's PLC Technology

6.2 IC PL3120 and network management model base on LonWorks PLC
standard

CHƯƠNG 7: MODEL OF MONITORING AND
CONTROL TO EACH LIGHTING NODE IN STREET
LIGHTING SYSTEM
7.1

Advantages and disadvantages of the model

CHƯƠNG 8: DESIGN A LIGHTING NODE
CONTROLLER IN STREET LIGHTING SYSTEM
8.1

Design block diagram of the lighting node controller.

8.2

Design schematic and PCB of the lighting node controller.

8.3 Design transformer for the PLC signal coupling, input filter circuit and
feedback circuit for the selective amplifier.
8.4

Embedded software for the PL3120 smart-transceiver.

CHƯƠNG 9: CONCLUSION
Given the model of public lighting system to control each lighting node to overcome
the
limitations
of
current
systems.
Research, design and built success the lighting node controller can control and monitoring
a lighting point.
REFERENCES
[1]

[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]

Eng Q. Hòa (2011), Public lighting: Seen from the perspective of economic development - The role of advertising lighting and decorations

in economic development and tourism. The Light & Life magazine, 14/06/2011.
M.A Nguyễn Văn Điền (2007), Presentation at National Conference Lighting, 11/2007.
The first National Conference Lighting (04/1992), The report summarizing the conference, p.5.
Decision No. 1874/QD-TTg of the Viet Nam Prime Minister, Approve the development of urban lighting to Vietnam in 2025, p.1-7.
Decree No. 79/2009/ND-CP (28/09/2009) of the Government on management of urban lighting.
Dr. Nguyễn Hồng Tiến (2011) Deputy Director of Infrastructure - Ministry of Construction, Public lighting Vietnam - Solutions to
improve technology and energy saving, The Light & Life magazine, 30/05/2011.
Nguyễn Mạnh Hà (2009), Lecture of urban lighting techniques, p. 7-59, Trường đại học kiến trúc Đà Nẵng.
Nguyễn Trường Phi, BACnet, LonMark và Modbus: BACnet, LonMark and Modbus: How and Why They Work, translator
quoted from the article's author James Piper,

[9] Echelon Corporation, Introduction to the LONWORKS® System, p.10 – 78.


2
[10] CENELEC EN 50065-1:2001 “Signaling on low-voltage electrical installations in the frequency range 3kHz to 148.5kHz”
Part 1 “General requirements, frequency bands and electromagnetic disturbances,”.
[11] Clay Bilby, EMC Applications Engineer, Echelon Corporation, PL 3120® / PL 3150® Smart Transceiver Data Book, p.21 –
100.
[12] Echelon Corporation, Neuron C Programmers Guide, p.1 – 86.
[13] Echelon Corporation, iLON SmartServer User’s Guide, p.201.
[14] Dale Wilken, Balu Ananthanarayanan, Patrick Hasson (2001), “European Road Lighting Technologies”, Federal Highway
Administration, pp. 6-13.
[15] Gordon MacNee; Jennic/Special-Ind (2009),Benefits of Wireless Control of Street Lighting An Intelligent lighting system
based on IEEE802.15.4 Global. P.1-27.
[16] Hapulico Corporation (2007), Street lighting system 2007, p.1-6.
[17] Analog Device (2010), Datasheet, Single-Phase Multifunction Metering IC with di/dt Sensor Interface ADE7753, p.1-60.
[18] Henry W. Ott, John Wiley & Sons (1988), Noise Reduction Techniques in Electronic Systems, 2nd ed, p.45.
[19] Dallas Semiconductor, DS1307 64 x 8 Serial Real-Time Clock, p.1-13