1

LI CM N Trc tiên, Tôi xin gi li cm n chân thành ti PGS. TS Nguyn Vn c
đư tn tình hng dn, góp ý và đng viên tôi trong quá trình thc hin lun vn tt
nghip này.
Tôi xin chân thành cm n các thy cô giáo Vin i hc M Hà Ni ậ Khoa
ào to Sau đi hc, Trng i hc Bách Khoa Hà Ni các đng nghip trong V
Khoa hc và Công ngh, các chuyên gia trong B Công Thng, Công ty TNHH
mt thành viên Chiu sáng và Thit b đô th Hapulico, Công ty C phn đin t
chuyên dng Hanel đư giúp đ, to điu kin cung cp các d liu cn thit cho
vic nghiên cu thc hin lun vn.
Nhng li cm n sau cùng xin dành cho ba m, v các em trong gia đình đư
ht lòng quan tâm và to điu kin tt nht đ tôi hoàn thành đc lun vn tt
nghip này.

2 MC LC
M U 7
CHNG 1: CÁC KHÁI NIM C BN VÀ NHNG NGUN SÁNG NHÂN
TO THÔNG DNG 9
1.1 Khái nim c bn vƠ các đi lng đo ánh sáng 9
1.1.1 Bn cht sóng - ht ca ánh sáng 9
1.1.2 Ngun sáng t nhiên và quang ph liên tc 10

3.3 Mô hình ng dng mng GSM/GPRS trong điu khin vƠ giám sát h thng chiu
sáng đô th. 36
3.3.1 Mô hình h thng 36
3.3.2 Phn mm ng dng 37
3

3.3.3 Các yêu cu k thut 37
CHNG 4: THIT K T IU KHIN KHU VC 39
4.1 Các chc nng ca t điu khin chiu sáng khu vc 39
4.2 Các đc đim chính ca t điu khin chiu sáng khu vc 39
4.3 S đ khi ca t điu khin chiu sáng khu vc 40
4.3.1 Các phn t trong mt t chiu sáng khu vc 40
4.3.2 MODEM truyn thông GSM/GPRS 42
4.4 S đ nguyên lỦ mch điu khin trong t khu vc 45
4.4.1 Khi ngun nuôi cho mch 47
4.4.2 Khi qun lý và np c quy 48
4.4.3 Khi chp hành: iu khin các khi đng t và r le ngoài 49
4.4.4 Khi th nh SD Card 50
4.4.5 Khi truyn thông ni tip UART 50
4.4.6 Khi thi gian thc 52
4.4.7 Khi hin th: Graphic LCD 52
4.4.8 Khi Transducer 52
4.4.9 Khi vi điu khin 60
4.4.10 Mch in ca t điu khin khu vc 64
4.5 Phn mm nhúng trong vi điu khin ATMEGA128 66
4.5.1 Bù offset cho các kênh dòng và áp ca ADE7758 67
4.5.2 Cn chnh các khi đo cho ADE7758 68
4.5.3 Lu đ chng trinh chính: 70
4.5.4 Lu đ chng trình đc và gii mư lnh t MODEM 72
4.5.5 Truyn thông gia MODEM và mch điu khin 73

Hình 8.
Cu to và gin đ nng lng ca đèn si đt
Trang 17
Hình 9.
Các loi dây tóc
Trang 18
Hình 10.
Bóng đèn si đt dùng khí halogen
Trang 20
Hình 11.
Cu to bóng đèn hunh quang
Trang 20
Hình 12.
S đ đu dây và gin đ nng lng ca bóng đèn hunh
quang
Trang 21
Hình 13.
Cu to b đèn chiu sáng công cng
Trang 24
Hình 14.
Các loi tm phn quang
Trang 25
Hình 15.
Thit b mi đèn
Trang 25
Hình 16.
nh hng ca s đ b trí đèn đn h s s dng
Trang 27
Hình 17.
Góc bo v ca b đèn

Trang 46
Hình 27.
S đ nguyên lý khi ngun
Trang 47
Hình 28.
S đ nguyên lý khi qun lý và np c quy
Trang 48
Hình 29.
S đ nguyên lý khi chp hành
Trang 49
Hình 30.
S đ nguyên lý khi th nh SD Card
Trang 50
Hình 31.
S đ nguyên lý khi truyn thông ni tip
Trang 51
Hình 32.
S đ nguyên lý khi đng h thi gian thc
Trang 52
5

Hình 33.
S đ nguyên lý khi transducer
Trang 53
Hình 34.
S đ khi ca ADE7758
Trang 54
Hình 35.
Khi đo dòng đin hiu dng trong ADE7758
Trang 55

Trang 65
Hình 46.
ng dây mt di
Trang 66
Hình 47.
Lu đ chng trình đc các giá tr offset dòng và áp ca
ADE7758
Trang 67
Hình 48.
Thit b cn chun công t 1 pha PTC-8125D
Trang 68
Hình 49.
Lu đ chng trình chính trên ADE7758
Trang 70
Hình 50.
Lu đ chng trình con đc và gii mư lnh t MODEM
Trang 72
Hình 51.
 th kt qu đo dòng đin ca thit b
Trang 75
Hình 52.
 th kt qu đo đin áp ca thit b
Trang 76
Hình 53.
 th kt qu đo đin nng hu công ca thit b
Trang 77
Hình 54.
 th theo dõi đin áp γ pha ca t điu khin lp trên ph
Trn Khát Chân t 0 gi ngày ββ/06/β011 đn βγh59 ngày
22/06/2011


Di sóng đin t
Trang 9
Bng β.

Mt s lnh AT giao tip vi MODEM Qβ4 qua UART
Trang 44
Bng γ.

Bng kt qu đo dòng đin ca t chiu sáng
Trang 69
Bng 4.

Bng kt qu đo đin áp ca t chiu sáng
Trang 69
Bng 5.

Bng kt qu đo đin nng hu công ca t chiu sáng
Trang 69
Bng 6.

Tp lnh điu khin t MODEM v t chiu sáng
Trang 74
Bng 7.

Tp lnh tr v trung tâm t t chiu sáng v trung tâm qua
MODEM
Trang 74

7

phát trin và duy trì mt cách bn vng, đóng mt vai trò ngày mt xng đáng trong các
công trình h tng k thut đô th.
Hin nay  Vit Nam nhu cu điu khin và giám sát các h thng chiu sáng công
cng rt cp thit nhm đm bo cho vic điu khin chiu sáng mt cách an toàn và ti
u. Mt h thng điu khin và giám sát chiu sáng công cng cn tho mãn mt s tính
nng c bn nh sau:
 iu khin n đnh và chính xác các h thng đèn chiu sáng
8

 Có th điu khin đèn trong tng khu vc thông qua các trm điu khin
 Có th điu khin trc tip ti mi trm điu khin
 o đc và giám sát tình trng hot đng ca tng trm điu khin
 Có kh nng lu tr các thông s đo đc và điu khin trong mt thi gian dài
 Có th điu khin và giám sát riêng r tng trm hay tt c các trm ti trung tâm.
 đáp ng nhng yêu cu nh trên vic xây dng mt h thng điu khin và
giám sát phc v cho chiu sáng cho đô th, thành ph là rt phc tp và tn kém.
Cùng vi s phát trin ca công ngh vi đin t, các h vi điu khin ngày càng
tr nên nh gn, tích hp nhiu chc nng, tiêu th ít nng lng, rt phù hp cho vic
thit k ch to các modul điu khin đo đc nh gn thông minh. Bên cnh đó các công
ngh vin thông đang rt phát trin, đc bit là các công ngh truyn dn s liu tc đ
cao thông qua mng di đng nh GPRS, EDGE. Vì vy vic ng dng các công ngh vin
thông kt hp vi mt s thit b đu cui thông minh đ điu khin và giám sát là mt xu
th đang đc phát trin mnh.
 Mc tiêu ca lun vn
 Thit k, xây dng đc mt thit b có nhng chc nng chính sau:
 Nhn lnh trc tip qua bàn phím đ điu khin On/Off hai khi đng t 3 pha
công sut ln.
 Giám sát đc các thông s đin áp, dòng đin, công sut, h s công sut và đin
nng tiêu th ca tng pha.
 T đng làm vic theo lch trình lp trc.

; 1 nm = 10
-9
m; 1 A
0
= 10
-10
m)
Theo thuyt lng t, ánh sáng còn mang bn cht ht (photon), s phát sáng ca
các vt th có th gii thích nh sau:
Mt photon b bin mt khi nó va vào và đy mt đin t vòng ngoài lên trng thái
kích thích  các qu đo xa nhân hn đó là s hp thu nng lng ánh sáng ca vt
cht.
Mt photon đc sinh ra khi đin t t trng thái kích thích chuyn sang mt qu
đo khác gn nhân hn và ti đi mt nng lng mà nguyên t b mt di dng tia
sáng mà bc sóng t l nghch vi nng lng đc truyn đi đó là s phát ra
nng lng ánh sáng ca vt cht.
Nh vy cn c vào bc sóng ta có th phân bit đc sóng ánh sáng và các dng
nng lng khác trên quang ph đin t.
T γ000 m đn 1000 m
Sóng dài (LW = long wave)
T 1000 m đn 100 m
Sóng trung (MW = medium wave)
T 100 m đn 10 m
Sóng ngn (SW = Short wave)
T 10 m đn 0,5 m
Sóng vô tuyn (FM)
T 0,5 m đn 1,0 mm
Sóng rađa
T1000 µm đn 0,78 µm
Sóng hng ngoi

Hình 2: Thí nghm quang ph vch
Ánh sáng nhân to có quang ph đt quưng (quang ph vch). Hình 2 là kt qu thí
nghim xác đnh quang ph ca mt s ngun sáng nhân to sau khi đi qua lng kính:
1.1.4 Các đi lng c bn đo ánh sáng
1.1.4.1 Góc khi
 Ký hiu góc khi: 
 n v: Sr (steradian)
11

 Ý ngha: Góc khi là góc trong không gian, đc trng cho góc nhìn (tc là t mt
đim nào đó nhìn vt th di mt góc khi). Trong k thut chiu sáng, góc khi
biu th cho không gian mà ngun sáng bc x nng lng ca nó.
1.1.4.2 Quang thông
Thông lng nng lng ca ánh sáng nhìn thy là mt khái nim có ý ngha quan
trng v mt vt lý. Tuy nhiên trong k thut chiu sáng thì khái nim này ít đc quan
tâm.

Hình 3: ng cong hiu qu ánh sáng
Gi s có hai tia sáng đn sc màu đ (=700nm) và màu vàng (=577nm) có cùng
mc nng lng tác đng đn mt ngi thì kt qu nhn đc là mt ngi cm nhn
tia màu đ tt hn màu vàng. iu này có th gii thích là do s khúc x qua mt (vai trò

 Ý ngha: Th hin lng quang thông chiu đn 1 đn v din tích ca mt b mt
đc chiu sáng, nói cách khác nó chính là mt đ phân b quang thông trên b mt chiu
sáng.
1.1.4.5  trng
 Ý ngha:
 trng đc trng cho s phát sáng theo mi phng ca vt phát sáng (bao gm
ngun sáng và ánh sáng phn x ca vt đc chiu sáng).
 Ký hiu: R
 n v: Lm/m
2

1 Lm/m
2
là đ trng ca mt ngun sáng hình cu có din tích mt ngoài 1m
2
phát
ra quang thông 1 Lumen phân b đu theo mi phng.
1.1.4.6  chói
 Ý ngha:
Th hin mt đ phân b cng đ sáng phát ra t mt đn v din tích ca b mt
đó theo mt hng xác đnh đn mt ngi quan sát.
 chói ph thuc vào tính cht phn quang ca b mt và hng quan sát (không
ph thuc vào khong cách t mt đó đn đim quan sát).
 Ký hiu: L
 n v: Cd/m
2

1 Cd/m
2
là đ chói ca mt mt phng phát sáng đu có din tích 1 mβ và có

phn cho nguyên t. Kt qu là các nguyên t b kích thích và mt s đin t lp trong
nhy ra lp ngoài (nu lp đó cha đy). in t này có xu hng tr v v trí trng gn
14

ht nhân hn (v trí n đnh) và nu điu đó xy ra thì đin t s mt mt lng nng
lng E (th nng) đng thi gii phóng mt photon có bc sóng  = c.h/E (có th là ánh
sáng nhìn thy hoc không nhìn thy).
Nng lng bc x có th bao gm quang nng, nhit nng và bc x hng ngoi.
ng dng hin tng này đ ch to các loi đèn si đt nh đèn si đt chân
không (trong dân dng 50W-75W), đèn si đt halogen (còn gi là đèn halogen-
Vonfram).
1.2.2 Hin tung phát sáng do phóng đin
Hin tng này do nhà khoa hc Anh Edward Townsend phát hin đu tiên.
Hin tng phóng đin trong cht khí là quá trình din ra rt phc tp, ph thuc vào áp
sut khí, công sut ngun đin và dng đin trng. Tuy nhiên có th mô t tóm tt thông
qua thí nghim sau đây: cho ng phóng đin thy tinh cha hi kim loi hoc mt khí tr
nào đó  áp sut thp, bên trong có đt β đin cc và đc ni vi ngun 1 chiu thông
qua bin tr điu chnh đc:
Khi đin áp tng lên thì dòng đin tng theo (đon AB). Nguyên nhân có dòng đin
là do các ion t do tn ti trong cht khí.
n đim B (đim xy ra phóng đin) thì dòng đin tng rt nhanh còn đin áp
gim xung đn đim M (đim duy trì phóng đin). Nguyên nhân dòng đin tng là do
hin tng ion hóa cht khí làm cho s đin t tng lên nhanh.
n đim D (bng cách gim R) s xy ra hin tng phóng đin h quang.
Nguyên nhân là do đin cc b đt nóng quá mc làm phát x đin t bng hiu ng
nhit-ion.
Cn lu ý là nu áp sut cao s xy ra hin tng phóng đin tia la ch không
phi phóng đin ta sáng vì  áp sut cao, hin tng phóng đin không t duy trì đc.
Khi ng dng hin tng này vào đèn đin chiu sáng, ngi ta ch cho đèn làm vic
trong khong B-D vi đim làm vic M đc xác lp nh đin tr R gi là ắchn lu”.


ng dng hin tng này ngi ta ch to ra đèn hunh quang gm bóng thu tinh
không cho tia t ngoi xuyên qua, trong đó cha cht thu ngân  áp sut thp. Khi phóng
đin, các đin t phát x t đin cc kích thích nguyên t thu ngân và to ra tia t ngoi
(bc sóng β5γ,7nm), các tia t ngoi đp vào thành ng (có quét bt hunh quang) làm
đèn phát sáng. Hình 7: Ảii thích hin tng phát sáng hunh quang

Hiu sut phát sáng ca đèn hunh quang khá cao. Cht hunh quang có rt nhiu
loi nhng thng dùng cht halophosphat canxi γ Ca(PO4)
2
. CaF
2
đ quét vào bên trong
thành ng phóng đin mt lp mng.
Nng lng bc x t hin tng phóng đin ngoài tia t ngoi có th còn có tia
hng ngoi.
1.2.4 Hin tng phát sáng lơn quang
Lân quang là mt dng phát quang, trong đó các phân t ca cht lân quang hp
th ánh sáng, chuyn hóa nng lng ca các photon thành nng lng ca các electron
sang trng thái lng t có mc nng lng cao nhng khá bn vng. Sau đó electron
chm chp ri v trng thái lng t  mc nng lng thp hn và gii phóng mt phn
nng lng tr li di dng các photon.
Lân quang khác vi hunh quang  ch vic electron tr v trng thái c kèm theo
nh ra photon rt chm chp. Trong hunh quang, s ri v trng thái c ca electron gn
nh tc thi khin photon đc gii phóng ngay. Do vy các cht lân quang hot đng
nh nhng b lu tr ánh sáng: thu nhn ánh sáng và chm chp nh ra ánh sáng sau đó.
17
Hình 9: Các loi dây tóc

Ch to t vt liu chu nhit (thng là vonfram, tungsten,… chu đc nhit đ
rt cao, có khi đn γ6500K).
Khi b nung nóng, si đt ch yu phát x các tia trong vùng hng ngoi (1000 µm
đn 0,78 µm ) không nhìn thy đc. Dòng đin chy qua dây tóc làm nóng nó, quá trình
này làm cho đin tr dây tóc tng lên và nó li càng b đt nóng cho đn khi nhit to ra
cân bng vi nhit tn ra không khí.
Nhit đ càng cao thì ph ánh sáng càng chuyn v vùng nhìn thy và màu sc ánh
sáng cng trng hn. Tuy nhiên nhit đ cao s làm bay hi kim loi làm dây tóc nên
ngi ta thng bm khí tr (Nit, Argon, Kripton) vào bóng đèn đ làm chm quá trình
bay hi nhng đng thi cng làm tng tn tht do các cht khí này dn nhit.
Khi kim loi bay hi s ngng đng trên b mt bóng làm nó b m đi.
 V bóng đèn
Ch to bng thy tinh có pha chì.
Áp sut khí tr bm vào bóng rt thp đ tránh tn nhit ra ngoài môi trng.
 gim đ chói, mt trong bóng đèn đc ph lp bt m.
 ui đèn
Nhim v đui đèn là ni tip xúc ngun đin cung cp cho si đt.
1.3.1.2 c đim
 u đim
Ni trc tip vào li đin mà không cn thit b ph nào.
Kích thc nh
S dng đn gin, bt sáng ngay
19

Ch s hoàn màu tt, xp x bng 100
Giá thành r

Nh có hi halogen nên nhit đ đt nóng đèn cho phép cao hn, do đó ánh sáng
phát ra trng hn (nhit đ màu có th đt β9000K), hiu sut ca đèn cng cao hn so
vi đèn bm khí tr hoc chân không.
20 Hình 10: Bóng đèn si đt dùng khí halogen

c đim: Gn hn, tui th dài hn, sáng trng hn, giá cao hn, nhiu tia hng
ngoi hn, nhiu tia cc tím hn.
1.3.2 Bóng đèn hunh quang
1.3.2.1 c đim cu to
èn hunh quang cng là mt loi đèn phóng đin, tuy nhiên bn cht và nguyên
lý phát sáng hoàn toàn khác vi đèn phóng đin nên di góc đ chiu sáng nó đc xem
xét vi t cách là mt chng loi đèn riêng. èn hunh quang có hiu sut ln hn đèn
si đt t γ đn 5 ln và có tui th ln hn t 10 đn β0 ln.

Hình 11: Cu to bóng đèn hunh quang

Phía bên trong thành thy tinh ca bóng đèn ngi ta tráng mt lp cht bt hunh
quang, ngoài ra ngi ta còn nh vài git thu ngân (khong 1βmg) và bm khí tr
(thng là khí argon) vào trong ng vi t l thích hp sao cho hin tng ion hoá d xy
ra. Khi bt đèn, thu ngân hoá hi trc do có đin áp  hai đu cc, tip sau là hin
tng ion hoá cht khí đ sinh ra tia t ngoi. Tia t ngoi đp vào bt hunh quang và
phát ra ánh sáng nhìn thy.
Do đèn hunh quang phát ra tia t ngoi, nu lt ra ngoài s gây nguy him cho s
sng nên v bóng đèn đc ch to t thy tinh natri cacbonat có tác dng ngn cn tia t
ngoi không cho nó phát x ra ngoài.
21


t). Nguyên lý ca chn lu đin t là to ra xung đin áp có tn s rt cao (khong β0
kHz hoc ln hn) nh đó mà đin áp mi đc to ra rt ln, thi gian ngt mch rt bé
nên có th khi đng ngay c khi đin áp li đin thp.
1.3.3 Bóng đèn phóng đin cung đ cao (HID)
Loi đèn này làm vic da trên hin tng phóng đin h quang nên đc gi
chung là đèn phóng đin cng đ cao (hay đèn HID = Hingh Intentsity Discharge).
1.3.3.1 Cu to ca bóng đèn phóng đin
 ng phóng đin
Ông phóng đin là ni xy ra hin tng h quang đin, đc ch to bng cht
trong sut hoc trong m và có dng hình tr. Ngi ta bm vào ng phóng đin hi thu
ngân, mui kim loi, hay các loi khí khác đ to ra hin tng phóng đin h quang
trong cht khí. Phóng đin h quang bao gi cng to ra nhit lng ln nên ng phóng
đin phi đc làm bng vt liu chu nhit rt cao. ng phóng đin và mt s chi tit
khác đc đt trong mt v thu tinh gi là v bóng đèn.
 V bóng đèn
V bóng đèn thng làm bng thu tinh hoc các loi vt liu khác nhau nhng
chc nng ca v bóng đèn phi bao gm :
 Ngn không cho không khí xâm nhp làm oxit hoá các chi tit kim loi trong bóng
đèn.
 n đnh nhit đ làm vic ca đèn (đ h quang không b đt đon).
 gn không cho tia t ngoi lt ra ngoài làm hu hoi s sng, đc bit là đèn hi
thu ngân to ra khá nhiu tia t ngoi.
V bóng đèn thng có dng hình ellip, có th có dng hình cu hoc hình tr.
 Chn lu
Ging nh đèn hunh quang, đèn HID cng đòi hi chn lu đ mi và n đnh
đim làm vic.
 ui đèn
Ch yu là kiu đui xoáy, mt s khác có kiu đui gài.
23


sulfua trong môi trng khí argon b kích thích bng vi sóng. èn có quang hiu rt cao,
c 100lm/W và bc x rt ít tia hng ngoi cng nh t ngoi. Nhit đ màu có th lên
ti 60000K gn vi ánh sáng ban ngày và ch s hoàn màu CRI=80. Khi phân tích ph
màu đèn sulfua ngi ta thy nó gn trùng vi ph màu ca ánh sáng ban ngày nên đây là
loi đèn lý tng đ chiu sáng trong nhà và mang li cm giác d chu.

24

CHNG 2: TNG QUAN V H THNG IU KHIN
VÀ GIÁM SÁT CÁC H THNG CHIU SÁNG CÔNG
CNG

Do nhng u đim ni tri ca đèn phóng đin khi s dng cho chiu sáng đng
giao thông, chiu sáng các khu vc công cng trong đô th mà hin nay đèn phóng đin
HID là ngun sáng đc s dng ch yu.
2.1 Cu to vƠ các thông s ca b đèn chiu sáng công cng
2.1.1 Cu to ca b đèn chiu sáng công cng
2.1.1.1 Tm phn quang
Các loi đèn chiu sáng công cng thng có tm phn quang đ phân b li ánh
sáng ca ngun cho phù hp vi mc đích s dng.
Tm phn quang có th đc làm bng gng hoc đc m màu trng

Hình 13: Cu to b đèn chiu sáng công cng

25

Hình dáng tm phn quang ph thuc vào yêu cu phân b ánh sáng. Thông
thng tm phn quang có dng paraboloit tròn xoay và ngun sáng đt  tiêu đim thì
các tia sáng phn x s song song nhau. Mt s b đèn có tm phn quang dng elipxoit
tròn xoay có ngun sáng đt  mt tiêu đim thì các tia sáng phn x s hi t v tiêu