MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1 Khái niệm cơ bản chiếu sáng đô thị 3
1.2 Các loại nguồn sáng nhân tạo thông dụng[] 4
1.2.1 Bóng đèn nung sáng: (Đèn sợi đốt) 4
1.2.2 Bóng đèn huỳnh quang 4
1.2.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) 5
1.2.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) 6
1.2.5 Đèn Sulfua 6
1.3 Cấu tạo và các thông số của bộ đèn, thành phần chính của điểm sáng 6
1.3.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng 6
1.4 Điểm sáng trong hệ thống chiếu sáng công cộng 8
1.4.1 Khái niệm: 8
1.4.2 Các thông số cần có cho một điểm sáng 9
1.5 Tủ điều khiển chiếu sáng 9
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ PLC CỦA ECHELON VÀ ỨNG DỤNG TRONG
ĐIỂU KHIỂN ĐIỂM SÁNG THEO CHUẨN LONWORKS 11
2.1 Chuẩn Lonworks 11
2.1.1 Giới thiệu 11
2.1.2 Chuẩn mạng Lonworks 12
2.2 Công nghệ PLC của Echelon 14
2.2.1 Giới thiệu: 14
2.2.2 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực: 15
2.2.3 Đặc tính kênh truyền PLC 16
2.3 Tìm hiểu chip PL3120 và mô hình quản lý mạng PLC theo chuẩn Lonworks 16
2.3.1 Chip PL3120 16
2.3.2 Neuron C 20
2.3.3 Mô hình quản lý biến mạng 22

4.4.3 Khối thời gian thực 43
4.4.4 Khối Transducer 43
4.4.5 Khối điều khiển tiết giảm công suất bằng Triac 49
4.4.6 Khối vi điều khiển PL3120 Smart-transceiver 53
4.4.7 Mạch in của bộ điệu khiển điểm sáng 60
4.5 Phần mếm nhúng trong vi điều khiển truyền thông PL3120 62
4.5.1 Bù offset cho các kênh dòng và áp của ADE7753 63
4.5.2 Căn chỉnh các khối đo cho ADE7753 64
4.5.3 Lưu đồ chương trinh chính: 67
4.5.4 Truyền thông giữa điểm sáng tới Trung tâm điều khiển. 74
4.6 Kết quả 77
4.6.1 Tìm hiểu, khảo sát 77
4.6.2 Thực nghiệm 77
KẾT LUẬN 84
Mục lục hình ảnh
Hình 1: Chiếu sáng trên đường cao tốc. 3
Hình 2: Hệ thống chiếu sáng xung quanh hồ Gươm, Hà nội. 3
Hình 3: Cấu tạo và giản đồ năng lượng của đèn sợi đốt 4
Hình 4: Bóng đèn sợi đốt dùng khí halogen 4
Hình 5: Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang 5
Hình 6: Sơ đồ đấu dây và giản đồ năng lượng của bóng đèn huỳnh quang 5
Hình 7: Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng 7
Hình 8: Các loại tấm phản quang 7
Hình 9: Thiết bị mồi đèn 8
Hình 10: Điểm sáng tháp Rùa, hồ Gươm bao gồm một cụm đèn LED RGB. 9
Hình 11: Điểm sáng hầm cầu vượt Kim Liên, gồm dải đèn cao áp. 9
Hình 12: Các lĩnh vực ứng dụng mạng Lonworks. 12

Hình 39: Sơ đồ nguyên lý bo mạch chính 40
Hình 40: Sơ đồ nguyên lý bo mạch PL3120 41 Hình 41: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 42
Hình 42: Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành 42
Hình 43: Sơ đồ nguyên lý khối đồng hồ thời gian thực 43
Hình 44: Sơ đồ nguyên lý khối transducer 44
Hình 45: Sơ đồ khối của ADE7753 45
Hình 46: Khối đo dòng điện hiệu dụng trong ADE7753 45
Hình 47: Khối đo điện áp hiệu dụng trong ADE7753 46
Hình 48: Khối đo điện năng hữu công trong ADE7753 47
Hình 49: Khối đo điện năng vô công trong ADE7753 48
Hình 50: Khối đo năng lượng biểu kiến trong ADE7753 48
Hình 51: Giản đồ liên hệ giữa năng lượng hữu công, vô công và biểu kiến 49
Hình 52: Sơ đồ nguyên lý cơ bản mạch điều khiển công suất bóng đèn 50
Hình 53: Nguyên lý hoạt động điều khiển độ sáng bóng đèn 50
Hình 54: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển độ sáng bóng đèn và đo nhiệt độ. 51
Hình 55: Tín hiệu ra của mạch phát hiện điểm không 51
Hình 56: Dạng tín hiệu trên bóng đèn với công suất 80% 52
Hình 57: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 53
Hình 58: Biến áp ghép tín hiệu PLC 54
Hình 59: Biến áp cao tần lõi ferite 55
Hình 60: Mạch lọc đầu vào cho IC PL3120 56
Hình 61: Đồ thị Bode mô phỏng của mạch lọc thông giải. 57
Hình 62: Mạch hồi tiếp cho bộ khuếch đại chọn lọc. 57
Hình 63: Mạch tương đương để mô phỏng trên EW. 57
Hình 64: Đồ thị Bode mô phỏng của mạch lọc mạch khuếch đại chọn lọc. 58
Hình 65: Sơ đồ mạch khuếch đại công suất tín hiệu đầu ra. 58
Hình 66: So sánh cường độ tín hiệu và cường độ tín hiệu bảo vệ với thiết bị chuẩn. 59

Mục lục bảng biểu
Bảng 1. Các thông số cần đạt đến của biến áp điện cảm rò 12H 54
Bảng 2. Các thông số cần đạt đến của biến áp điện cảm rò thấp 54
Bảng 3. Các thông số đạt được khi chế tạo biến áp điện cảm rò thấp. 55
Bảng 4. Bảng kết quả đo dòng điện của bộ điều khiển điểm sáng 66
Bảng 5. Tập lệnh trả về trung tâm từ tủ chiếu sáng về trung tâm qua MODEM 76
Bảng 6. Số liệu giám sát ứng với hệ số công suất đặt là 100% và 80%. 81 1 LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống chiếu sáng công cộng là một thành phần cấu thành không thể thiếu
trong tổng thể hệ thống các công trình kỹ thuật cơ sở hạ tầng đô thị , đóng vai trò quan
trọng trong việc bảo đảm an toàn giao thông, tăng cường trật tự an ninh đô thị, làm đẹp
cảnh quan môi trường vào ban đêm. Tại các nước phát triển, điện năng dùng cho chiếu
sáng chiếm từ 8 - 13% tổng điện năng tiêu thụ.[1]
Việc nâng cao chất lượng chiếu sáng không chỉ nhằm mục đích thoả mãn nhu
cầu ngày càng tăng của cuộc sống mà hơn nữa còn chính là một trong những sách lược
toàn cầu trong việc tiết kiệm nằng lượng và bảo vệ môi trường. Nhiệm vụ thiết kế đô
thị đi đôi với bảo vệ môi trường bền vững là một đòi hỏi cấp thiết. Ta hãy lấy một con
số để nghĩ: Tại Mỹ phần năng lượng điện dành cho chiếu sáng chiếm khoảng 19%,
hơn nửa phần trong đó bị tiêu phí vì sử dụng công nghệ chiếu sáng hiệu suất thấp. Với
công nghệ chiếu sáng hiệu suất cao sẽ tiết kiệm được khoảng 10% năng lượng, tương
đương với việc giảm 232 tấn khí thải CO

3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm cơ bản chiếu sáng đô thị
Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể
kể đến
- Chiếu sáng đường phố phục vụ giao thông.

Hình 1: Chiếu sáng trên đường cao tốc.
- Chiếu sáng các không gian chức năng của đô thị.
- Chiếu sáng trang trí quảng cáo.
- Chiếu sáng các công trình kiến trúc và di tích văn hoá lịch sử.

Hình 2: Hệ thống chiếu sáng xung quanh hồ Gươm, Hà nội.

- Hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông, đảm bảo an ninh, trật tự an toàn xã
hội.
4

1.2 Các loại nguồn sáng nhân tạo thông dụng[7]
1.2.1 Bóng đèn nung sáng: (Đèn sợi đốt)

Hình 3: Cấu tạo và giản đồ năng lượng của đèn sợi đốt
Hiệu quả phát sáng rất thấp do năng lượng nhiệt tản ra môi trường lớn.
Quang thông, tuổi thọ của đèn phụ thuộc mạnh vào điện áp nguồn.
Hiện nay không khuyến khích sử dụng trong dân dụng và công nghiệp nhưng vẫn
dùng trong chiếu sáng sự cố, chiếu sáng an toàn vì nó làm việc được với điện áp thấp.
 Bóng đèn nung sáng dùng khí halogen

Do tiêu hao nhiệt rất ít, LED hầu như không nung nóng môi trường xung quanh và khác
với các loại bóng đèn khác, ánh sáng LED không gây chói, mỏi mắt, không phát ra tia cực
tím. Bằng việc ghép nhiều LED nhỏ bằng hạt đỗ với nhau, có thể tạo một môi trường ánh
sáng rực rỡ trong một không gian rộng lớn, thậm chí có thể ở nhiệt độ âm 300C. Tuy vậy,
giá thành LED hiện vẫn còn cao nên ở Việt Nam nó dùng cho quảng cáo là chủ yếu. Còn
ở các nước khác đã sử dụng cho khu du lịch, vui chơi giải trí, hàng năm tiết kiệm được rất
nhiều tiền điện.
1.2.5 Đèn Sulfua
Đèn này cũng không có điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử
sulfua trong môi trường khí argon bị kích thích bằng vi sóng. Đèn có quang hiệu rất cao,
cỡ 100lm/W và bức xạ rất ít tia hồng ngoại cũng như tử ngoại. Nhiệt độ màu có thể lên
tới 60000K gần với ánh sáng ban ngày và chỉ số hoàn màu CRI=80. Khi phân tích phổ
màu đèn sulfua người ta thấy nó gần trùng với phổ màu của ánh sáng ban ngày nên đây là
loại đèn lý tưởng để chiếu sáng trong nhà và mang lại cảm giác dễ chịu.
1.3 Cấu tạo và các thông số của bộ đèn, thành phần chính của điểm sáng
1.3.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng
1.3.1.1 Tấm phản quang
Các loại đèn chiếu sáng công cộng thường có tấm phản quang để phân bố lại ánh
sáng của nguồn cho phù hợp với mục đích sử dụng.
Tấm phản quang có thể được làm bằng gương hoặc được mạ màu trắng
7 Hình 7: Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng

Hình dáng tấm phản quang phụ thuộc vào yêu cầu phân bố ánh sáng. Thông
thường tấm phản quang có dạng paraboloit tròn xoay và nguồn sáng đặt ở tiêu điểm thì
các tia sáng phản xạ sẽ song song nhau. Một số bộ đèn có tấm phản quang dạng elipxoit
tròn xoay có nguồn sáng đặt ở một tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ hội tụ về tiêu
điểm thứ 2 để tạo thành nguồn sáng điểm. Ngoài ra còn có loại tấm phản quang hai múi,

Chấn lưu điện cảm - tụ điện: Tác dụng như chấn lưu điện cảm nhưng có thêm tụ
điện nối tiếp để tăng hệ số công suất cosφ.
Chấn lưu điện tử: biến đổi tần số 50Hz thành tần số cao (khoảng vài chục kHz).
Không tiêu hao năng lượng, loại trừ được hiện tượng nhấp nháy, kích thước nhỏ gọn
nhưng giá thành cao hơn các loại chấn lưu nói trên.
1.4 Điểm sáng trong hệ thống chiếu sáng công cộng
1.4.1 Khái niệm:
Điểm sáng là một đơn vị nhỏ nhất, tế bào nhỏ nhất hình thành lên hệ thống chiếu
sáng công cộng.
Điểm sáng ở đây có thể là:
- Một bóng đèn, một cột đèn duy nhất.
- Một cụm đèn.
9 Hình 10: Điểm sáng tháp Rùa, hồ Gươm bao gồm một cụm đèn LED RGB.
- Một dải đèn.

Hình 11: Điểm sáng hầm cầu vượt Kim Liên, gồm dải đèn cao áp.

1.4.2 Các thông số cần có cho một điểm sáng
- Vị trí địa lí. Giúp điều khiển điểm sáng trên bản đồ dựa trên công nghệ GIS.
- Chủng loại điểm sáng: đèn HPS, đèn HID, đèn LED ….
- Thông số dòng áp, điện năng tiêu thụ, hệ số lệch pha cosphi.
- Thời gian tuổi thọ bóng.
- Trạng thái cảnh báo của thiết bị.
1.5 Tủ điều khiển chiếu sáng
Nhận lệnh từ tủ điều khiển khu vực để đóng/cắt tuyến đèn mà tủ này cấp nguồn.
Nếu chậm sau giờ đóng/cắt đèn một khoảng thời gian đặt trước (thay đổi được từ trung
tâm tới từng tủ điều khiển chiếu sáng) mà không nhận được lệnh từ tủ khu vực, tủ điều

lý hệ thống trang thiết bị thường xuyên nhận ra rằng chính những sự không tương thích
này trở thành chướng ngại cản việc cải tiến hiệu năng vận hành. Rất khó hoặc hầu như
không thể để tích hợp các hệ thống điều khiển và tự động hóa độc lập trở thành một hệ
thống thống nhất.
Vấn đề là các hệ thống từ những nhà sản xuất khác nhau thì không thể đổi lẫn cho
nhau được. Những nỗ lực ban đầu để triển khai tính đổi lẫn ít ỏi hơn nhiều so với việc các
nhà sản xuất riêng lẻ đẩy mạnh việc triển khai các hệ thống điều khiển và tự động độc
quyền của hộ nhằm chiếm lĩnh hệ thống. Với các hệ thống kiểu độc quyền này, nhà quản
lý hệ thống trang thiết bị khóa chặt với một nhà sản xuất. Nếu như có một chức năng vận
hành nào đó cần thực thi nhưng lại không được cung cấp bởi nhà sản xuất. Nếu như có
một chức năng vận hành nào đo cần thực thi nhưng lại không được cấp bởi nhà sản xuất
thì thật là không may. Tệ hơn nữa, với việc không có đối thủ trong các hạng mục mở rộng
nâng cấp và thay thế, nhà quản lý hệ thống sẽ bị chịu sự áp đặt giá từ phía nhà sản xuất.
Trong lĩnh vực tự động hóa hiện có hai hướng giải quyết liên quan đến các giao
thức và tính đổi lẫn. Một số nhà phát triển giao thức đã chọn cách giữ phần lớn nội dung
giao thức độc quyền đồng thời cho phép các nhà sản xuất phát triển khác thì chọn cách
công bố rộng rãi tiêu chuẩn ra công chúng để bất kỳ nhà sản xuất nào cũng có thể phát
triển sản phẩm đó.
12

Ba trong số những giao thức đổi lẫn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay chính là
LonMark, BACnet và Modbus. Trong khi cả ba giao thức này đều đặt được thành công
trong việc triển khai những hệ thống tự động hóa cỏ thể đổi lẫn được, cách mà chúng giải
quyết vấn đề đổi lẫn thì lại khác nhau vô cùng. Những sự khác nhau này không có nghĩa
là cái nào hơn cái nào, chỉ là khác nhau mà thôi.[8]
2.1.2 Chuẩn mạng Lonworks

Hình 12: Các lĩnh vực ứng dụng mạng Lonworks.

Hình 13: Kiến trúc hệ thống mạng mở của Lonworks


TCP/IP
TCP/IP

LonWorks
Qua mạng
Internet
WAN
LON

Enterprise System

Security
Integrator
i.Lon 600
IP Router
i.Lon 100e3
i.Lon 10
HVAC
Integrator
LonPoint

GSM/GPRS
M-Bus &
Modbus
other
buses

Web Services
LonWorks
LonWorks
LonWorks
LPR router
13

LonMark đưa ra cách giải quyết theo kiểu khác đối với vấn đề tính đổi lẫn.
LonMark là giao thức sở hữu độc quyền bởi tập đoàn Echelon Corporation liên kết với
Motorola vào đầu thập niên 1990. Tiêu chuẩn LonMark được dựa trên giao thức thông tin
có sở hữu với tên gọi LonTalk. Giao thức LonTalk thiết lập một bộ quy tắc quản lý việc
giao tiếp thông tin trong một mạng các thiết bị cùng hợp tác. Để đơn giản hóa việc thực
thi giao thức, Echelon đã chọn làm việc với Motorola để phát triển một chip xử lý thông
tin chuyên dụng có tên gọi Neuron. Thông qua việc sử dụng con chip xử lý này cùng với
các phần mềm hỗ trợ, giao thức thiết lập nên cách mà thong tin được trao đổi giữa các
thiết bị. Bởi vì phần lớn của giao thức giao tiếp được bao hàm trong con chip xử lý,
những người thiết kế và lắp đặt hệ thống có thể tập trung vào các khía cạnh khác của hệ
thống.
Trong khi LonTalk thiên về vấn đề các thiết bị truyền đạt thông tin như thế nào, nó
lại không quan tâm đến nội dung của việc trao đổi thông tin. Một giao thức thứ hai tên là
LonWorks, định nghĩa nội dung và cấu trúc của thông tin được trao đổi. LonWorks là một
hệ thống điều khiển phân bố vận hành trên nền tảng ngang hàng (peer to peer), nghĩa là
mọi thiết bị có thể giao tiếp với mọi thiết bị khác trên mạng hoặc là sử dụng cấu hình chủ
tớ (master-slave) để trao đổi thông tin giữa các thiết bị thông minh. Nền tảng LonWorks

dụng đường dây điện lực để truyền các tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển. Cùng với
tốc độ phát triển nhanh chóng của các công nghệ khác trong lĩnh vực viễn thông và công
nghệ thông tin, hiện nay công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực PLC (Power
Line Communication) mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực thông tin. Với việc sử
dụng các đường dây truyền tải điện để truyền dữ liệu, công nghệ PLC cho phép kết hợp
các dịch vụ truyền tin và năng lượng.

Hình 14: Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực
Công nghệ truyền thông đường điện PLC (Powerline Communication) cho phép
truyền dữ liệu qua hệ thống đường điện gia dụng. Khởi đầu của công nghệ truyền thông
tin trên đường dây điện lực là hệ thống hỗ trợ đọc công tơ điện. Sau đó hệ thống này được
phát triển bổ sung thêm các chức năng giám sát, cảnh báo và điều khiển từ chức năng ban
đầu là tự động đọc số công tơ, ghi lại và chuyển số liệu về trung tâm, các chức năng giám
sát được hoạt động, cảnh báo và điều khiển đã được phát triển.
15 Hình 15: Hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển trên đường dây điện lực
2.2.2 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực:
Mạng đường dây hạ thế có thể sử dụng như một hệ thống truyền thông. Mạng gồm
nhiều kênh, mỗi kênh là một đường truyền vật lý nối giữa trạm con và một hộ dân, có các
đặc tính và chất lượng kênh truyền khác nhau và thay đổi theo thời gian. Tín hiệu được
truyền trên dòng điện xoay chiều 50 Hz sau đó có thể được trích ra bởi một connector kết
nối vào đường dây.
Mô hình hệ thống truyền thông số sử dụng đường dây điện lực được thể hiện trong
hình:

Hình 16: Mô hình hệ thống truyền thông tin số trên đường dây điện lực

Trong mô hình này các tham số quan trọng của hệ thống là trở kháng đầu ra của

nhớ của chíp, có 11 hay 12 chân I/O, một cổng truyền thông, một bộ định thời và control
interface, 48 bit Neuro ID (mỗi một thiết bị có một ID riêng). Firmware được chưa trong
ROM bao gồm bộ xử lý đa nghiệm và I/O riêng biệt phù hợp với giao thức LonTalk. Bộ
nhớ RAM được sử dụng để ngăn xếp (các stack), dữ liệu của hệ thống, các bộ timer, bộ
đệm và ứng dụng dữ liệu.
Smart Transceiver thực hiện tất cả mạng và xử lý ứng dụng trong suốt quá trình
nhúng giao thức LonTalk vào trong firmware của nó. Xây dựng giao thức truyền thông
và bộ xử lý loại bỏ là cần thiết cho bất cứ phát triển ứng dụng hay một chương trình
trong lĩnh vực này. Chương trình trên lớp ứng dụng và cấu hình cần được cung cấp. Mã
ứng dụng của người dùng có thể lưu trữ trong bộ nhớ với chip PL 3120 .
17 Hình 17: Sơ đồ khối Smart Transceiver
Mỗi một Neuron Chip hay Smart Transceiver có 3 bộ xử lý. Hai trong ba bộ xử lý
đó tác động qua lại với truyền thông hệ thống con để truyền thông tin giữa các thiết bị
trong cùng một mạng. Bộ xử lý thứ 2 thực thi các mã ứng dụng.

Hình 18: Bộ xử lý của Neuron Chip, hay Smart Transceiver

Bộ xử lý 2 là bộ xử lý mạng (Network processor) thực hiện lớp thứ 3 đến lớp 6 của
giao thứcLonTalk. Nó thực hiện xử lý các biến mạng (Network variable), địa chỉ, xử lý
bước chuyền, phát hiện, chuẩn đoán, phần mềm bộ định thời , quản lý mạng và chức năng
định tuyến. Bộ xử lý 2 sử dụng bộ đệm mạng trong bộ nhớ chung để giao tiếp với bộ xử
lý 1, và bộ đệm ứng dụng để giao tiếp với bộ xử lý thứ 3. Những bộ đệm này hầu hết
được định vị trong bộ nhớ RAM dùng chung. Cho phép chúng điều chỉnh với cờ hiệu
phần cứng để giải quyết kết nối khi dữ liệu dùng chung được cập nhập.
18

Bộ xử lý 3 là bộ xử lý ứng dụng. Chúng thực thi các mã ứng dụng được viết bởi

Power Line Smart Tranceiver dùng 2 tần số sóng mang để truyền thông một cách
tin cậy cao kể cả có nguồn nhiễu. Trong trường hợp một thông điệp xác nhận
(acknowledged), gói tín hiệu truyền lúc ban đầu được mang bởi tần số đầu tiên và nếu

Trích đoạn Khối điều khiển tiết giảm công suất bằng Triac Lưu đồ chương trinh chính: Truyền thông giữa điểm sáng tới Trung tâm điều khiển

---