Nghiên cứu thiết kế hệ thống chiếu sáng tự động ứng dụng trong các khu di tích lịch sử ở tỉnh Phú Thọ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu thiết kế hệ thống chiếu sáng
tự động ứng dụng trong các khu cơng nghiệp
di tích lịch sử ở Tỉnh Phú Thọ

NGUYỄN HOÀNG LONG
Ngành Đo lường và Các hệ thống điều khiển

Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS. Hoàng Sỹ Hồng

Viện:

Điện

HÀ NỘI, 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu thiết kế hệ thống chiếu sáng
tự động ứng dụng trong các khu cơng nghiệp
di tích lịch sử ở Tỉnh Phú Thọ

NGUYỄN HOÀNG LONG
Ngành Đo lường và Các hệ thống điều khiển

Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS. Hoàng Sỹ Hồng
Chữ ký của GVHD

Viện:

Điện

HÀ NỘI, 2020


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Nguyễn Hoàng Long
Đề tài luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống chiếu sáng tự động ứng
dụng trong các khu di tích lịch sử ở Tỉnh Phú Thọ
Chuyên ngành: Đo lường và Các hệ thống điều khiển
Mã số SV: CB170281
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng
ngày 26/6/2020 với các nội dung sau:
1. Vấn đề cần giải quyết: Áp dụng một số công nghệ cao trong việc xây
dựng hệ thống chiếu sáng các đền chùa thuộc Khu di tích nhằm tạo cảnh
quan văn hóa tâm linh đặc thù phù hợp với cơng trình Đền Hùng (thí điểm
tại Đền Giếng) (mục 1.2, trang 14)
2. Mục tiêu của đề tài: Xây dựng hệ thống có tính mở để người dùng có

thể tạo ra hoặc thay đổi các kịch bản cho phù hợp yêu cầu thực tế, giải pháp
dự phòng về đường truyền và bảo mật cũng được thêm vào để đảm bảo tính
ổn định của hệ thống (mục 1.2, trang 15).
3. Sơ đồ thiết kế tổng thể và vai trò của các thành phần trong hệ thống:
được trình bày trong Hình 2-2 và mục 3.1.
4. Đã bổ xung cơ sở lựa chọn phần cứng (trang 26 – 30)
5. Chỉnh sửa sơ đồ mạch điều khiển rơ-le và biến dịng (Hình 2-21,tr.34)
6. Chỉnh sửa sơ đồ khối điều khiển PWM (Hình 2-31, trang 40)
7. Đã chỉnh sửa các lỗi chính tả và lỗi tham chiếu hình ảnh và tài liệu.
Ngày 13 tháng 7 năm 2020
Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS. Hoàng Sỹ Hồng

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Long
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


LỜI CẢM ƠN

Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS.Hồng Sỹ Hồng,
người thầy đáng kính đã ln hướng dẫn tơi tận tình trong suốt thời gian tơi làm
luận văn. Thầy đã truyền đạt lại cho tôi những kiến thức, những kinh nghiệm
nghiên cứu và giúp đỡ rất nhiều để tơi hồn thành tốt luận văn này.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy/cô trong Viện Điện đã giúp đỡ và
giảng dạy tôi trong suốt thời gian tôi theo học tại Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội. Đó là những hành trang kiến thức quý báu giúp tơi rất nhiều trong q trình
học tập, nghiên cứu và làm việc sau này.

Luận văn này có thể sẽ khơng được hồn thành nếu khơng có sự giúp đỡ,
động viên hết sức quý báu từ PGS.TS.Hoàng Sỹ Hồng, Ths.Nguyễn Văn Đưa và
các thành viên thuộc đề tài Nghiên cứu ứng dụng công nghệ cao nhằm nâng cao
hiệu quả quản lý và phát triển bền vững khu di tích lịch sử Quốc gia đặc biệt Đền
Hùng, những người luôn tạo điều kiện nghiên cứu và giúp đỡ, động viên tôi trong
quá trình nghiên cứu đã qua.

Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

năm 2020

Nguyễn Hồng Long


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ............................. 2
1.1. Tìm hiểu tổng quan về hệ thống chiếu sáng tại các khơng gian tín ngưỡng,
tôn giáo .............................................................................................................. 2
1.2. Thực trạng hệ thống chiếu sáng chung tại di tích Đền Hùng ..................... 4
1.3. Giải pháp và định hướng thiết kế của hệ thống .......................................... 8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG .............. 13
2.1. Xây dựng mơ hình hệ thống chiếu sáng ................................................... 13
2.2. Thiết kế thiết bị điều khiển trung tâm ....................................................... 16
2.3. Thiết kế thiết bị điều khiển On/Off .......................................................... 26
2.4. Thiết kế thiết bị điều khiển cường độ ....................................................... 31
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ

THỐNG TỪ XA .................................................................................................. 37
3.1. Tổng quan về hệ thống quản lý chung khu của di tích ............................. 37
3.2. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống ........................................................... 39
3.3. Lập trình phần mềm cho vi điều khiển ..................................................... 42
3.4. Thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng ............. 50
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ, KỊCH BẢN THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ
THỐNG ................................................................................................................ 58
4.1. Kết quả ...................................................................................................... 58
4.2. Thử nghiệm hệ thống tại phịng thí nghiệm ............................................. 59
4.3. Lắp đặt và thử nghiệm hệ thống ............................................................... 65
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 68

i


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
LED

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

Light Emitting Diode

Diode phát quang

IC

Integrated Circuit

Vi mạch tích hợp

DC

Direct Current

Điện một chiều

AC

Alternating Current

Điện xoay chiều

ANN

Artificial Neural Network

Mạng nơ-ron nhân tạo

VAC

Voltage Alternating Current

Điện áp xoay chiều

VDC

Voltage Direct Current

Điện áp một chiều

LoRa

Long Range Radio

Truyền thông không dây
khoảng cách xa

RISC

Reduced Instruction Set

Cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa

Computer
TCP/IP
IEEE 802.3

Transmission Control Protocol/

Giao thức điều khiển truyền

Internet Protocol

nhận/ Giao thức liên mạng

Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Tiêu chuẩn liên quan đến
Ethernet

ii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Hệ thống chiếu sáng tự động tại nhà thờ Temple de Lutry [1].............. 2
Hình 1-2: Khung cảnh bên trong nhà nguyện Sixtine [2]. ..................................... 3
Hình 1-3: Vẻ đẹp ngôi chùa lớn Swedagon ở Myanmar [3]. ................................. 3
Hình 1-4: Cửa Ngọ Mơn của Cung thành Huế [4]. ................................................ 4
Hình 1-5: Bản đồ các đền chùa thuộc khu di tích Đền Hùng. ............................... 5
Hình 1-6: Sử dụng các bóng sợi đốt chiếu sáng khơng gian bên trong. ................ 6
Hình 1-7: Sử dụng bóng đèn cho chiếu sáng cửa vào. ........................................... 6
Hình 1-8: Mơ hình đèn đài sen. .............................................................................. 7
Hình 1-9: Mơ hình Đèn Mặt Đất (bánh chưng) và Đèn Bầu Trời (bánh dày) cho
chiếu sáng nội thất tại Đền Giếng. ......................................................................... 7
Hình 1-10: Mơ hình đấu nối các đèn LED bên trong đền Giếng. .......................... 9
Hình 1-11: Mơ hình các giao tiếp truyền nhận giữa thiết bị trong hệ thống.......... 9
Hình 1-12: Điều khiển thay đổi cường độ cường độ từng gian giảm dần theo hướng
từ ngoài vào trong. ............................................................................................... 10
Hình 1-13: Mơ hình hệ thống điều khiển chiếu sáng. .......................................... 11
Hình 2-1: Sơ đồ phân bố chiếu sáng bên trong Đền Giếng. ................................ 13
Hình 2-2: Sơ đồ phân bố thiết bị theo từng khu vực ............................................ 16
Hình 2-3: Sơ đồ cấu trúc chức năng của thiết bị điều khiển trung tâm................ 17
Hình 2-4: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của chip W5100 [6]........................... 18
Hình 2-5: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp Ethernet ............................................. 18
Hình 2-6: Sơ đồ kết nối đường truyền RS-485 [7]. ............................................. 19

Hình 2-7: Sơ đồ chân của chip SN65HVD82 [8]. ............................................... 19
Hình 2-8: Sơ đồ mạch nguyên lý khối chức năng RS-485 .................................. 20
Hình 2-9: Sơ đồ chân mạch Lora Ra-2 [10]. ........................................................ 21
Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thơng Lora ........................................... 22
Hình 2-11: Hình ảnh thực tế của chip Atmega 2560 [11]. ................................... 22
Hình 2-12: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm. ...................................... 23
Hình 2-13: Sơ đồ chân DS1307 loại 8-pin ........................................................... 24
Hình 2-14: Sơ đồ khối của DS 1307 [12]. ........................................................... 24
Hình 2-15: Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực.................................................. 25
iii


Hình 2-16: Bản vẽ 3D và mạch in thiết bị điều khiển trung tâm. ........................ 26
Hình 2-17: Sơ đồ các khối chức năng của thiết bị điều khiển On/Off ................ 26
Hình 2-18: Module PZEM004T đo điện áp, dịng điện và cơng suất. ................. 27
Hình 2-19: Sơ đồ đo trên thiết bị ......................................................................... 28
Hình 2-20: Hình ảnh Relay JQC-3FF-12VDC-1ZS ............................................ 28
Hình 2-21: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển Relay............................................. 29
Hình 2-22: sơ đồ chân linh kiện UNL 2803 ........................................................ 29
Hình 2-23: biến dịng ZMCT103 ......................................................................... 30
Hình 2-24: Sơ đồ khối ZMCT103 ....................................................................... 30
Hình 2-25: Khối phát hiện dịng điện .................................................................. 30
Hình 2-26: Bản vẽ 3D và mạch in thiết bị điều khiển On/Off. ............................ 31
Hình 2-27: Sơ đồ chức năng thiết bị điều khiển cường độ .................................. 32
Hình 2-28: Hình ảnh thực tế bộ điều khiển LED EUG-150S210DV [13]. ......... 32
Hình 2-29: Điều khiển Driver Led EUG-150S210DV bằng xung PWM [13] .... 33
Hình 2-30: Sơ đồ chân LM358 ............................................................................ 34
Hình 2-31: Sơ đồ nguyên lý khuếch đại tín hiệu PWM....................................... 35
Hình 2-32: Đo tín hiệu điều khiển PWM ............................................................. 36
Hình 2-33: Bản vẽ 3D và thiết kế mạch in thiết bị điều khiển cường độ ............ 36

Hình 3-1: Mơ hình hệ thống quản lý giám sát chung cho di tích Đền Hùng ....... 37
Hình 3-2: Các thành phần hệ thống trung tâm quản lý và giám sát điều hành. ... 38
Hình 3-3: Cấu trúc bản tin truyền nhận TCP/IP .................................................. 40
Hình 3-4: Cấu trúc bản tin đường truyền RS-485................................................ 40
Hình 3-5: Q trình theo dõi và giám sát các thơng số hệ thống......................... 41
Hình 3-6: Quá trình cập nhật trạng thái đèn bị thay đổi do người dùng .............. 41
Hình 3-7: Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị trung tâm. ................................. 43
Hình 3-8: Lưu đồ xử lý yều cầu từ phần mềm của thiết bị trung tâm ................. 44
Hình 3-9: Cấu trúc truyền nhận bản tin RS-485 .................................................. 45
Hình 3-10: Lưu đồ điều khiển theo kịch bản ....................................................... 46
Hình 3-11: Lưu đồ nhận bản tin điều khiển ......................................................... 47
Hình 3-12: Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị ON/OFF ................................. 48
Hình 3-13: Lưu đồ thuật tốn điều khiển thiết bị cường độ ................................ 50
Hình 3-14: Gói phần mềm visual studio 2019 ..................................................... 51
iv


Hình 3-15: Sơ đồ màn hình chức năng phần mềm chiếu sáng............................. 52
Hình 3-16: Giao diện màn hình giám sát ............................................................. 53
Hình 3-17: Các tính năng của giao diện màn hình giám sát. ............................... 53
Hình 3-18: Giao diện màn hình điều khiển .......................................................... 54
Hình 3-19: Giao diện màn hình điều khiển từng gian.......................................... 55
Hình 3-20: Màn hình điều khiển Gian ngồi ....................................................... 56
Hình 3-21: Màn hình điều khiển Gian trong ........................................................ 56
Hình 3-22: Màn hình giao diện chức năng cài đặt kịch bản ................................ 57
Hình 4-1: Thiết bị điều khiển trung tâm .............................................................. 58
Hình 4-2: Thiết bị điều khiển cường độ sáng....................................................... 58
Hình 4-3: Thiết bị điều khiển đóng cắt hai trạng thái .......................................... 59
Hình 4-4: Đóng hộp thiết bị ................................................................................. 59
Hình 4-5: Mơ hình hệ đo cơng suất...................................................................... 62

Hình 4-6: Mơ hình thử nghiểm chức năng phát hiện cháy bóng ......................... 63
Hình 4-7: Biểu diễn kết quả dưới dạng biểu đồ ................................................... 64
Hình 4-8: Hình ảnh đèn bánh chưng, bánh dày và đài sen. ................................. 65
Hình 4-9: Hình ảnh chiếu sáng bên ngồi, ........................................................... 65
Hình 4-10: Hình ảnh isual Basic.NET), C# (thông qua Visual C#) và F# (như của
Visual Studio 2010). Hỗ trợ cho các ngôn ngữ khác như J++/J#, Python và Ruby
thông qua dịch vụ cài đặt riêng rẽ. Nó cũng hỗ trợ XML/XSLT, HTML/XHTML,
JavaScript và CSS.
Trong phần mềm Visual Studio, công cụ được sử dụng để tạo các ứng dụng
Windows là Windows Forms. Nó kế thừa các ưu điểm mạnh của ngôn ngữ Visual
Basic như: dễ sử dụng, hỗ trợ mơ hình RAD đồng thời kết hợp với tính linh động,
51


hướng đối tượng của ngôn ngữ C#. Việc tạo ứng dụng Windows trở lên hấp dẫn
và quen thuộc với các lập trình viên.
Trong luận văn này, tác giả sẽ sử dụng Vidual Studio để thiết kế phần mềm
chạy trên hệ điều hành Windown để điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng
tại khu vực Đền Giếng.
Như đã trình bày trong phần trước, phần mềm được thiết kế nhằm nâng cao
hiệu quả chiếu sáng và thuận tiện cho việc quản lý. Phần mềm được thiết kế là một
phần trong hệ thống giám sát tổng thể của di tích Đền Hùng. Giao diện điều khiển
của phần mềm bao gồm hai màn hình như Hình 3-15:
-

Màn hình đi điều khiển: cho phép người dùng thực hiện điều khiển bật
tắt các đèn, cài đặt kịch bản.

-

Màn hình giám sát: cập nhật trạng thái đèn khi có sự thay đổi từ người
dùng tại đền.

Hình 3-15: Sơ đồ màn hình chức năng phần mềm chiếu sáng

52


3.4.1.1. Giám sát trạng thái đèn

Hình 3-16: Giao diện màn hình giám sát
Để thuận tiện cho viêc theo dõi và giám sát, màn hình giám sát ln xuất hiện
và hoạt động song song với phần mềm điều khiển khi chạy chương trình. Trên màn
hình sẽ hiển thị trạng thái bật/tắt của toàn bộ các cụm đèn trong hệ thống. Bên cạnh
đó, các nút chức năng nhanh như bật/tất tất cả các đèn và nút cho phép thiết điều
khiển tự động khi mất kết nối cũng được tích hợp trên giao diện.
Các thơng báo về tình trạng cháy bóng hoặc mất kết nối cũng được hiển thị góc
phía dưới bên trái màn hình.

Hình 3-17: Các tính năng của giao diện màn hình giám sát.

53


3.4.1.2. Điều khiển chiếu sáng
Chức năng điều khiển được thiết kế theo sơ đồ phân bố cụm và khu vực điều
khiển như trong Bảng 2-1, trong đó gian ngồi tương ứng với khu vực Tiền Bái,
gian giữa tương ứng với khu vực Phương Đình và gian trong tương ứng với hậu
cung.

Hình 3-18: Giao diện màn hình điều khiển

54


Hình 3-19: Giao diện màn hình điều khiển từng gian
Để tiến hành điều khiển người dùng phải lựa khu vực điều khiển. Một màn hình
giao diện nhỏ khác sẽ xuất hiện cho phép thực hiện điều khiển đèn, hiển thị các
thông số điện năng và trạng thái đèn hiện thời (Hình 3-19). Ngồi ra, cịn có thêm
các kịch bản chiếu sáng do người dùng thiết lập cũng được tích hợp.
Tương ứng với số cụm đèn và loại bóng có trong gian nên màn hình điều khiển
mỗi khu vực sẽ khác nhau:

55


Hình 3-20: Màn hình điều khiển Gian ngồi
Đối với các đèn thay đổi cường độ sẽ có thêm thêm một cột điều khiển từ 0 –
100% với độ phân giải là 1%.

Hình 3-21: Màn hình điều khiển Gian trong
3.4.1.3. Cài đặt kịch bản chiếu sáng
Việc chiếu sáng tại nơi thờ cúng nói chung có nhiều phức tạp, tùy thuộc vào
hoạt động trong ngày tại đền. Do vậy, phần mêm được thiết kế nhằm tùy biến tối
đa các kịch bản chiếu sáng để đáp ứng nhu cầu của người vận hành. Từ đó mới có
thể đưa ra các kịch bản chiếu sáng phù hợp nhất cho khu vực Đền Giếng.
Khi muốn thay đổi kịch bản chiếu sáng cụ thể cho từng gian, người dùng có thể
tìm thấy mục ‘Kịch Bản‘ trên thanh công cụ. Sau khi nhấn nút, một giao diện nhỏ
khác xuất hiện trên màn hình.

56


Hình 3-22: Màn hình giao diện chức năng cài đặt kịch bản
Màn hình này ngồi việc cho cho phép người dùng thay đổi thời gian bật tắt
các gian theo các khung thời gian thì phần mềm cịn có thêm chức năng xóa kịch
bản và đồng bộ thời gian với thiết bị trung tâm bên dưới.

57


CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ, KỊCH BẢN THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
HỆ THỐNG
4.1. Kết quả
Một số hình ảnh về sản phầm hệ thống:

Hình 4-1: Thiết bị điều khiển trung tâm

Hình 4-2: Thiết bị điều khiển cường độ sáng

58


Hình 4-3: Thiết bị điều khiển đóng cắt hai trạng thái

Hình 4-4: Đóng hộp thiết bị
4.2. Thử nghiệm hệ thống tại phịng thí nghiệm
Tiến hành vận hành hệ thống thử nghiệm tại phịng thí nghiệm trước khi lắp đặt
thực tế là rất cần thiết, nhằm đánh giá khả năng hoạt động ổn định của hệ thống và
khắc phục các sự cố có thể phát sinh trong q trình vận hành thời gian dài.

Tác giả đã xây dựng một hệ chiếu sáng thử nghiệm mô phỏng lại hệ thống chiếu
sáng Đền Giếng đặt tại phịng xử lý tín hiệu, Trung tâm Vi điện tử - Viện Ứng
59


dụng Công nghệ địa chỉ C6 Thanh Xuân Bắc. Các đèn điều khiển sử dụng trong
hệ thử nghiệm cũng là loại đèn được lắp đặt tại đền.
Các thử nghiệm được đưa ra bao gồm:
• Kịch bản 1: Thử nghiệm đánh giá các chức năng hệ thống.
• Kịch bản 2: Thử nghiệm đo cơng suất.
• Kịch bản 3: Phát hiện và cảnh báo các sự cố cháy bóng.
• Kịch bản 4: Đánh giá về sai lệch thời gian của thiết bị trong chế độ điều
khiển tự động.
Mô tả chi tiết về kịch bản thử nghiệm sẽ được trình bày trong phần nội dung
dưới đây.
4.2.1. Thử nghiệm đánh giá các chức năng hệ thống
Mục đích
Thử nghiệm được tiến hành nhằm đánh giá khả năng kết nối với phần mềm
cũng như các chức năng điều khiển, giám sát của hệ thống.
Mô tả quá trình thực hiện
Để tiến hành đánh giá trong thời gian dài, hệ thống thử nghiệm được hoạt động
liên tục trong 10 ngày. Các chức năng trong hệ thống được kiểm tra và ghi lại từng
ngày. Thử nghiệm đối với chức năng
• Chức năng điều khiển: thử nghiệm điều khiển với mỗi cụm 100 lần/ngày.
Một chương trình con được viết sử dụng chương trình phần mềm con để thực hiện
việc này.
• Chức năng cập nhật trạng thái: thực hiện thay đổi trạng thái đèn bằng
cơng tắc 3 cực sau đó theo dõi trạng thái bóng trên phân mềm.
• Chức năng đo dịng điện, điện áp và cơng suất: ghi lại các thông số về
điện năng đối với mỗi khu vực điều khiển.

• Chức năng tự động điều khiển theo kịch bản: các kịch bản được thay đổi
hàng ngày với các khung thời gian khác nhau. Sau đó sẽ theo dõi hệ thống có điều
khiển đúng theo kịch bản khơng.

60


Kết quả thử nghiệm
Bảng 4-1: kết quả khảo sát khả năng hoạt động trong 10 ngày
Chức năng
Khu vực

Điều

Giám

Đo thông

Hoạt

Đường

khiển

sát

số điện

động theo

truyền dự

năng

kịch bản

phịng

Tiền bái

999/1000

500/500

•

•

•

Phương đình

987/1000

500/500

•

•

•

Hậu cung

990/1000

500/500

•

•

•

Mái nhà

1000/1000 500/500

•

•

•

Sân đền

1000/1000 500/500

•

•

•

Nhận xét và đánh giá
Qua kết quả thử nghiệm có thể thấy các chức năng đo các thông số điện năng,
điều khiển theo kịch bản, giám sát của hệ thống hoạt động tốt trong 10 ngày hoạt
động liên tục. Chức năng điều khiển có sự sai khác giữa các gian cụ thể khu vực
phương đình có tỉ lệ lỗi 1,3% tiếp đến hậu cung có tỉ lệ 1%.
4.2.2. Thử nghiệm đo cơng suất
Mục đích
Thử nghiệm được thực hiện đánh giá các kết quả đo dịng điện, điện áp, cơng
suất của hai loại thiết bị là thiết bị điều khiển. Kết quả đo được sẽ đối chiếu với
một thiết bị khác đã được kiểm định về độ chính xác.
Các bước tiến hành
Tiến hành đánh giá khả năng đo điện áp và dòng điện, tác giả sử dụng máy phân
tích cơng suất PPA5500 và bộ máy phát công suất ba pha chuẩn EE-120A-3S +
EE-500V-3 (đặt tại phịng thí nghiệm 401, Viện Ứng dụng Công nghệ và Tin học,
C6 Thanh Xuân Bắc) để so sánh với kết quả đo từ thiết bị. Thử nghiệm dùng bộ
thiết bị EE-120A và EE-500V phát các công suất khác nhau từ 100 V, 180 V, 220V
tại tần số 50 Hz và 1A. Sau đó đo thơng số điện áp trên cả PPA5500 và thiết bị
điều khiển cường đổ để đánh giá. Mơ hình hệ đo thể hiện trong Hình 4-5.

61


Hình 4-5: Mơ hình hệ đo cơng suất
Kết quả thử nghiệm
Bảng 4-2: Kết quả đo thông số điện của hai loại thiết bị chấp hành tại tần số
50Hz.

Giá trị phát trên

Giá trị đọc

Giá trị đọc

EE-120A-3S +

PPA 5500

PZEMT

EE-500V
100.00
V

1.00 A

101.734
V

0.9976
A

103.4
V

0.98 A

180.00

V

1.00 A

181.431
V

0.9876
A

182.9
V

1.03 A

220.00
V

1.00 A

222.194
V

1.0176
A

225.1
V

1.10 A

Nhận xét
Qua kết quả thử nghiệm ta thấy thiết bị cho sai số nằm trong khoảng cho phép
0,5% đối với cả dịng điện và điện áp.
Ngồi ra cơng suất tiêu thụ khi không tải của từng loại thiết bị cũng được đo để
cung cấp thêm thông số kỹ thuật Bảng 4-3.
Bảng 4-3: Kết quả điện năng tiêu thụ của từng thiết bị
Thiết bị

Công suất tiêu thụ

Thiết bị trung tâm

0,05 W

Thiết bị điều khiển On/Off

0,03W – 0,07 W

Thiết bị điều khiển cường độ

0,04W – 0,06 W
62


4.2.3. Phát hiện và cảnh báo các sự cố cháy bóng
Mục đích
Đánh giá khả năng phát hiện các sự cố với các đèn có cơng suất khác nhau.
Các bước tiến hành
Mơ hình thử nghiệm phát hiện cháy bóng được thể hiện như trong Hình 4-6.

Hình 4-6: Mơ hình thử nghiểm chức năng phát hiện cháy bóng
Các cơng tắc 1-2, cơng tắc 3-4 và công tắc 5-6 được chia theo từng cụm rơ-le
điều khiển. Để mơ phỏng phát hiện cháy bóng thay đổi trạng thái các công tắc 2,4
và 6. Sử dụng các công tắc 1,3,5 để mô phỏng người dùng bật tắt đèn.
Kết quả thử nghiệm
Bảng 4-4: Bảng kết quả mơ phỏng cháy bóng và phát hiện
thay đổi trạng thái đèn
Cụm cơng tắc

Phát hiện cháy bóng

Phát hiện thay đổi
trạng thái

Cơng tắc 1-2

•

•

Cơng tắc 3-4

•

•

Cơng tắc 5-6

•

•

4.2.4. Đánh giá sai lệch thời gian của thiết bị trong chế độ điều khiển tự
động
Mục đích
Đánh giá sai số của đồng hồ thời gian bên trong thiết bị. Thử nghiệm này giúp
đánh giá khả năng tự vận hành của thiết bị khi mất kết nối với phần mềm điều
khiển. Thời gian hoạt động không chính xác sẽ ảnh hưởng đến chức năng điều
khiển chiếu sáng tự động tại Đền Giếng.
63


Các bước tiến hành
Ban đầu thiết bị được cài đặt thời gian theo trên máy tính, sau đó thiết bị được
hoạt động liên tục trong 15 ngày. Sau mỗi 24 giờ thiết bị sẽ được đọc một lần và
kết quả được so sánh với thời gian trên máy tính.
Kết quả thử nghiệm
Ngày

Thời gian trên
thiết bị

Thời gian trên
PC

Sai lêch
trong ngày
(giây)

9/9/2019

15:40:0

15:40:33

39

9/9/2019

15:40:0

15:39:12

75

10/9/2019

15:40:0

15:38:36

113

11/9/2019

15:40:0

15:37:52

153

12/9

15:40:0

15:37:12

188

13/9

15:40:0

15:36:37

227

14/9

15:40:0

15:35:58

275

15/9

15:40:0

15:35:24

309

16/9

15:40:0

15:34:43

350

17/9

15:40:0

15:34:10

383

Biểu diễn kết quả dưới dạng đồ thị như Hình 4-7

Hình 4-7: Biểu diễn kết quả dưới dạng biểu đồ
64


Đánh giá kết quả
Kết quả cho thấy chức năng thời gian của thiết bị sai lệch tuyến tính theo ngày.
Điều này xuất phát từ nhiều nguyên nhân do chip hoặc sai số của thạnh anh sử
dụng. Biện pháp khắc phục đưa ra đó là chương trình sẽ giảm 39s khi kết thúc

ngày.
4.3. Lắp đặt và thử nghiệm hệ thống
Sau khi thử nghiệm và đánh giá tại phịng thí nghiệm cho kết quả tốt, hệ thống
được đã tiến hành lắp đặt thử nghiệm trong điều kiện thực tế tại Đền Giếng. Một
số hình ảnh khi lắp đặt thực tế tại Đền Giếng.

Hình 4-8: Hình ảnh đèn bánh chưng, bánh dày và đài sen.

Hình 4-9: Hình ảnh chiếu sáng bên ngồi,

65


Hình 4-10: Hình ảnh thực tế hệ chiếu sáng tại Đền Giếng ngày rằm.
4.3.1. Đánh giá kết quả
Hệ thống được lắp đặt từ ngày 5/10/2019 và vẫn hoạt động ổn định cho đến nay.

66


KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Với hệ thống chiếu sáng chiếu sáng tự động đã bước đầu đáp ứng các yêu cầu
về năng cao quản lý và hiệu quả chiếu sáng tại khu vực Đền Giếng. Hệ thống điều
khiển giám sát chiếu sáng đã được lắp đặt tại Đền Giếng từ đầu năm 2020 cho kết
quả hoạt động tốt, làm tiền đề cho việc mở rộng mơ hình sang các Đền Hạ, Đền
Trung, Đền Thượng nằm trong lõi quần thể di tích lịch sử Đền Hùng
Những kết quả đã đạt được của đề tài:
• Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển chiếu sáng tích hợp với phần mềm
giám sát tập trung tại di tích Đền Hùng
• Hệ thống có khả năng hoạt động độc lập với phương án dự phịng hai

đường truyền RS-485 và LoRa
• Phần mềm tạo được các tùy biến cho người dùng cài đặt kịch bản chiếu
sáng
• Đưa ra các cảnh báo và phát hiện cháy bóng hoặc về sự cố đường truyền
nội bộ RS-485.
Hướng nghiên cứu phát triển của đề tài:
• Phát triển hệ thống với tính năng mới điều khiển ánh sáng theo mật độ
người tham quan.
• Tích hợp cơng nghệ xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo vào hệ thống để tự động
xây dựng các kịch bản chiếu sáng phù hơp.
• Bổ xung thêm một số cảm biến đo nhiệt độ màu từ đó đưa ra các kịch
bản tùy biến hơn cho hệ thống.

67