Nghiên cứu xây dựng hệ thống tiết kiệm điện năng chiếu sáng ứng dụng mạng sensor không dây

khiển từ xa để tắt, bật một hoặc một nhóm các đèn. Các công tắc này phần lớn là sử dụng sóng hồng ngoại và sóng vô tuyến. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 31 Đối với đề tài, do đã sẵn có nền tảng truyền thông không dây, nên chúng tôi phát triển các bộ điều khiển từ xa này dưới dạng một nút sensor với 4 công tắc cảm ứng điện dung (đề tài đặt tên là TouchLight ). Các sensor cảm ứng điện dung cho phép người sử dụng thay vì bật công tắc có thể chạm nhẹ hoặc có thể dễ dàng tạo các thao tác như trượt, lăn,… một cách dễ dàng. Thiết kế của nút bao gồm 2 phần chính: · Phần xử lý trung tâm và truyền thông không dây · Phần cảm biến điện dung Hình 21: Sơ đồ khối của nút TouchLight 2.5 THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC NÚT SENSOR Do các nút sensor đều có cấu tạo tương đối giống nhau nên chúng tôi chỉ trình bày tổng quan ở đây. Có 3 loại nút sensor mà đề tài thực hiện chế tạo: sensor phát hiện người, sensor đo độ sáng và sensor đo nhiệt độ. Bo mạch tích hợp sensor ánh sáng TSL2550T của TAOS và sensor nhiệt độ LM73CIMK của National Semiconductors. Cả hai lọai sensor này đều được giao tiếp theo chuẩn I2C Hình 22: Sensor phát hiện người ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 32 Sensor phát hiện người được sử dụng là loại PIR của PowerCode. Đây là một sensor siêu nhạy, có chức năng chống báo động giả ba cấp độ, kèm chân đế điều chỉnh góc xoay, sensor có khả năng hoạt động trong phạm vi rộng với góc quét 90 độ, xa 15m. Các đặc tính chủ yếu của sensor phát hiện người này là: - Bao gồm một bộ transmitter PowerCode - Sử dụng thuật toán phân tích chuyển động phức tạp True Motion Recognition (TMR) - Có thể điều chỉnh được theo phương thẳng đứng 2 vị trí để quan sát - Có thể cài đặt trên tường hoặc trần nhà - Bộ đếm sự kiện chuyển động có thể lập trình được ON (mặc định) hoặc OFF - Thời gian ổn định từ khi bật nguồn: 30s - Sau khi phát hiện người sensor tự động chuyển về chế độ nghỉ để tiết kiệm năng lượng. Sensor chuyển về chế độ sẵn sàng sau 2 phút nếu không phát hiện hiện thấy có người sau đó. Với đặc tính này, nút sensor không dây được thiết kế như sơ đồ sau đây: JTAG GPIO 0..2 GPIO 3 IRQ I2C Debug LED Input /Occupancy Sensor I2C Level Shifter Temperature Light Sensor Reset Hình 23: Sơ đồ khối của nút sensor không dây ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 33 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG Đối với các mạng sensor không dây nói riêng và các hệ phân tán nói chung, việc thiết kế phần mềm đóng vai trò quan trọng hơn cả. Đặc điểm của hệ này là gồm rất nhiều phần mềm riêng rẽ tương tác với nhau tương đối phức tạp. Điều cốt yếu hơn cả là có được thiết kế cơ chế phối hợp và giao tiếp giữa các phần mềm này với nhau một cách chuẩn mực nhằm giảm thiểu số lượng phần mềm và tăng tính dễ dàng sử dụng. Trong hệ điều khiển chiếu sáng, ta có thể thấy có 2 vấn đề cơ bản trong thiết kế phần mềm: · Phần thứ nhất là các vấn đề liên quan đến truyền thông và cơ chế truyền không dây, các vấn đề về tổ chức mạng, lập mạng và quản lý mạng. · Phần thứ hai là các vấn đề đặc thù của bài toán điều khiển chiếu sáng, đó là các vấn đề liên quan đến các đối tượng (đèn, rơle, công tắc) và việc quản trị logic các đối tượng. Chính vì vậy, đề tài sẽ thực hiện trình bày thiết kế phần mềm cho hệ thống theo trình tự sau: · Các vấn đề về môi trường phát triển, hệ điều hành, lớp mạng… · Thiết kế tổng quát và thiết kế phần mềm các nút · Thiết kế phần mềm giao diện và quản trị hệ thống trên DTC 3.1 CÔNG CỤ VÀ MÔI TRƯỜNG PHÁT TRIỂN Việc lựa chọn công cụ và môi trường phát triển được đưa ra nhằm đảm bảo phát triển hệ thống một cách dễ dàng, dễ mở rộng, tăng tính kế thừa của các module. Dưới đây là liệt kê các công cụ mà đề tài sử dụng để phát triển phần mềm của hệ thống: · Phần mềm được phát triển trên ngôn ngữ C (GNU). Do toàn bộ hệ thống được xây dựng trên nền các vi điều khiển họ AVR (ATMEGA128 và ATMEGA1281) nên chúng tôi lựa chọn môi trường phát triển AVR Studio và trình biên dịch WINAVR. · Các module truyền thông không dây được phát triển dựa trên thư viện stack Zigbee cho Atmel. · Giao diện đồ họa cho màn hình cảm ứng trên nền ngôn ngữ Markup (HTML). Quy trình phát triển ứng dụng trên vi xử lý · Viết ứng dụng · Dịch mã cho vi xử lý · Nạp các file nhị phân vào các nút zigbee sử dụng JTAG, RS232 · Reset các nút và gỡ rối (debug) từng nút ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 34 · Lặp lại quy trình trên nếu cần thiết 3.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG Đứng dưới góc độ phần mềm nhóm thực hiện nhận thấy, việc phân hoạch hệ thống theo mô hình master/slave sẽ dễ dàng hơn. Khi đó toàn bộ hệ thống có thể được mô tả như hình dưới. Local Control Master (LCM) Local Control Master (LCM) Local Control Master (LCM) Local Control Master (LCM) Local Control Master (LCM) B B Local Control Master (LCM) R S B BR S B BR S B BR S B BR S B BR S Hình 24: Mô hình của hệ thống ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 35 Như đã biết, ta có thể lựa chọn các cấu trúc khác nhau khi phát triển các hệ Zigbee. Việc sử dụng mô hình master/slave là hoàn toàn hợp lý khi chúng ta lựa chọn cấu trúc 3 tầng star/mesh của Zigbee. Nếu ta định nghĩa các phần mềm thành các chức năng master và chức năng slave thì ta có thể thấy một thiết bị có thể là master, có thể là slave và cũng có thể là master và slave. Hình 25: Phần mềm master và slave Theo mô hình master/slave các nút trong mạng sẽ có thể được nhúng các phần mềm sau: · Master Device sẽ được nhúng vào LMC · Slave Device sẽ được nhúng vào R,S,B · Master device được nhúng vào CM · Slave device được nhúng vào LMC ( để liên lạc với CM) ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 36 Hình 26: Mô hình master/slave Do tính chất phức hợp của bài toán, bao gồm cả các phần mềm khác nhau, trên các vi điều khiển khác nhau nên để dễ dàng cho việc lập trình cũng như thiết kế các module, đề tài phân chia ra theo Bảng 7 Tên nút Tên module phần mềm Mã Phần cứng Hệ điều hành Công cụ Thư viện Phần mềm khối xử lý trung tâm (có nhúng MD) S1 Atmega128 Scheduler dạng round robin AVR Studio + WinAVR Phần mềm truyền thông không dây S2 Atmega1281 Event Driven scheduler AVR Studio + WinAVR Zigbee stack DTC Phần mềm giao diện người sử dụng S3 AMULET OS chip AMULET HTML compiler ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 37 Phần mềm khối xử lý trung tâm (có nhúng MD+SD) S4 Atmega128 Scheduler dạng round robin AVR Studio + WinAVR mLCP-8 Phần mềm truyền thông không dây S2 Atmega1281 Event Driven scheduler AVR Studio + WinAVR Zigbee stack Các nút sensor khác (TouchLi ght, đo độ sáng, phát hiện người, nhiệt độ) Phần mềm xử lý chính (nhúng SD)+truyền thông không dây S5 S2 Atmega1281 Event Driven scheduler AVR Studio + WinAVR Zigbee stack Giao thức giữa giữa các nút P1 Giao thức giữa touch LCD và vi xử lý P2 Bảng 8: Bảng tổng hợp phần mềm Giới hạn quy mô hệ thống: Vì là hệ thống mở có nhiều thành phần tham gia, song không thể mở rộng mãi hệ thống được, ta cần tính đến quy mô thực tế mà phần cứng cũng như phần mềm có thể thực hiện được. Quy mô của hệ thống bị giới hạn bởi 2 yếu tố chính sau: · Giới hạn bởi yếu tố phần cứng: bộ nhớ, năng lực vi điều khiển của module Zigbee (mà cụ thể ở đây là Atmega1281) · Giới hạn bởi yếu tố phần cứng, phần mềm: bộ nhớ flash, RAM của các module DTC và mLCP-8 (mà cụ thể là Atmega128 + RAM ngoài) Việc phân tích và định lượng các giới hạn sẽ được trình bày cụ thể trong từng phần liên quan. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 38 3.3 PHẦN MỀM TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY Phần mềm truyền thông không dây là phần mềm xuyên suốt toàn bộ hệ thống, tất cả các nút trong hệ đều sử dụng phần mềm này. Mỗi một nút tùy theo từng vai trò, tính chất cũng như năng lực tính toán mà chọn các tham số phù hợp. Nhóm thực hiện đề tài xây dựng phần mềm dựa trên hai nền tảng cơ bản là stack truyền thông Zigbee và sử dụng hệ điều hành hướng sự kiện. 3.3.1 Stack Zigbee Phần mềm truyền thông không dây của toàn bộ hệ thống được dựa trên nền tảng Zigbee. Zigbee stack được Zigbee alliance, một tổ chức chuẩn hóa và phi lợi nhuận định nghĩa và phát triển. Stack này được thiết kế ứng dụng rất nhiều công nghệ trong các lĩnh vực khác nhau. Trong mô hình truyền thông ISO-OSI ta có thể thấy, các ứng dụng Zigbee bao gồm 5 lớp 7Layer ISO-OSI Model Simplified 5Layer ISO-OSI Model IEEE 802 Model 7 Application User Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport Application Profile 3 Network Network Upper Layers Logical Link Control(LLC) 2 Data Link Data Link Media Access Control(MAC) 1 Physical Physical Physical Hình 27: Mô hình phân lớp ISO-OSI ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 39 Hình 28: Một nút zigbee bao gồm phần cứng và phần mềm các phần mềm được phân theo từng lớp khác nhau Tất cả các nút trong hệ thống của đề tài đều sử dụng một nền tảng chung và đều sử dụng thư viện Stack Zigbee. Zigbee phân chia vai trò của các nút trong hệ thống theo chức năng Coordinator, Router và End Device. Dưới đây là bảng phân hoạch chức năng của các nút. Các chức năng trong lớp mạng Zigbee Coordinator Router End Device Thiết lập một mạng Zigbee · Cho phép các thiết bị khác tham gia vào mạng hoặc tách khỏi mạng · · Đăng ký các địa chỉ mạng 16 bit · · Phát hiện và ghi lại các đường dẫn cho việc truyền tin. · · Phát hiện và ghi lại danh sách các nút lân cận trực tiếp · · Định tuyến cho các gói tin · · Nhận hoặc gửi các gói tin · · · Tham gia vào mạng hoặc tách khỏi mạng · · · Vào chế độ nghỉ  · Hình 29: Chức năng các nút trong mạng Zigbee ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 40 Căn cứ vào bảng trên đề tài đã phân chia chức năng các nút trong hệ thống chiếu sáng như sau: · DTC: vai trò Coordinator · mLCP: vai trò Router · Các nút sensor khác: vai trò End Device Hình 30: Phân vai trò cho các nút trong mạng Một mạng Zigbee có khả năng quản trị tới 65536 nút, song trên thực tế việc tận dụng hết dải địa chỉ đòi hỏi cấu hình nút mạng tương đối cao. Do việc sử dụng các nút truyền thông chỉ sử dụng duy nhất một IC atmega1281 nên khi kỹ thuật hóa bài toán sẽ gặp hạn chế bộ nhớ RAM để chứa các bảng liên kết nút, bảng trạng thái các nút con và nút bố mẹ, bộ đệm các bản tin của các trung chuyển,…Vì vậy, tương ứng với phần cứng được xây dựng, chúng tôi giới hạn hệ thống như sau: · Coordinator: Quản lý được 32 nút Router và/hoặc End Device · Router: 64 nút End Device Với qui mô các nút như vậy, có thể thấy mạng xây dựng được có quy mô tương đối lớn (ví dụ: lớn hơn nhiều so với mạng dùng hữu tuyến Modbus). 3.3.2 Hệ điều hành hướng sự kiện (event driven scheduler) Hệ điều hành hướng sự kiện (event driven scheduler) là hệ điều hành thường được sử dụng trong các hệ thống nhúng. Hệ điều hành dạng này dễ dàng áp dụng vào các hệ có tài nguyên hạn chế. Cấu trúc của chương trình theo đó sẽ bao gồm các cặp liên kết gọi hàm API và các thông báo (notification) thực hiện. Về mặt lập trình thực chất đó là các hàm callback (hàm gọi ngược) và con trỏ hàm. Như vậy khác với cách lập trình gọi hàm đồng bộ, toàn bộ chương trình trong điều hành hướng sự kiện sẽ được thực hiện một cách dị bộ. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 41 APL ZDO ZDO_GetLqiRssi APL ZDO ZDO_StartNetworkReq() ZDO_StartNetworkConf Hình 31: Gọi hàm đồng bộ và gọi hàm dị bộ APL ZDO NWK MAC TaskManager “hardware” MAC_TaskHandler() ZDO_Confirm() ISR_Handler() Hình 32: Chu trình thực hiện của chương trình Trong lập trình cho các mạng sensor không dây, hệ điều hành TinyOS của đại học Berkeley là “chuẩn mực” nhất và được chọn làm nền tảng phát triển của đề tài. Ưu điểm của TinyOS là: - Mô hình hướng sự kiện-> sử dụng CPU một cách có hiệu quả - Hệ bao gồm các máy trạng thái Trên cơ sở phát triển ứng dụng có tham khảo TinyOS, các lớp ứng dụng của chương trình hệ thống được lập trình với các quy tắc sau: · Toàn bộ chương trình ứng dụng được viết thành các tập hàm callback thực hiện các yêu cầu từ lớp dưới · Mỗi một hàm callback trên lớp ứng dụng phải thực thi <10ms · Lớp ứng dụng có mức ưu tiên thấp nhất so với mức dưới · Hàm callback có mức ưu tiên của lớp gọi nó ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 42 Hình 33: Các thành phần của TinyOS 3.4 PHẦN MỀM ỨNG DỤNG CÁC NÚT Trong lập trình ứng dụng Zigbee, một số các đặc điểm dưới đây có thể được tính đến. · Việc truyền và nhận thông tin có thể thông qua các endpoint (tương tự như port trong TCP/IP). · Mỗi một endpoint trong hệ chiếu sáng ta có thể gán cho một đối tượng cụ thể Hình 34: Endpoint trong Zigbee ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 43 Hình 35: Có thể gán các thiết bị cho các Endpoint Hình 36: Bảng kết nối các phần tử Việc gán và quản trị các các thiết bị là phần quan trọng thực hiện trong đề tài. Mỗi một phần tử (công tắc, rơle, sensor) sẽ được ánh xạ bởi một bảng gán liên kết. Đây là liên kết giữa phần tử nguồn và phần tử đích. Tổ chức chương trình ánh xạ kết nối được thực hiện theo mô hình master/slave đã mô tả trong Hình 26. Cấu trúc bảng kết nối về nguyên tắc ta có thể lưu tại bản thân nút hoặc trên master (lưu trên EEPROM). Để đơn giản hóa chương trình, chúng tôi thực hiện việc lưu bảng kết nối tại master. Quy trình khởi tạo giữa các thiết bị được thực hiện qua các thiết bị master (DTC và mLCP-8). Đề tài chia quá trình này ra làm hai phần: · Khởi tạo: bao gồm quá trình cấu hình mạng bằng cách gán một mã ID duy nhất cho các phần tử trong mạng. Radio Z1 Switch1 Switch2 EP3.IO EP21.IO Binding Table Radio Z3 EP1.IO EP2.IO EP3.IO EP4.IO Lamp1 Lamp2 Lamp3 Lamp4 Bảng kết nối có thể được bố trí trên bản thân thiết bị hoặc thông qua một master Liên kết có thể là N:1 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 44 · “Gán” là quá trình gắn kết một phần tử với một phím hoặc một phần tử điều khiển trên điều khiển từ xa. Trong ngôn ngữ Zigbee, có thể thấy đây là quá trình “emunerate/pairing” Hình 37: Quy trình khởi tạo và gán các liên kết ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 45 3.5 PHẦN MỀM TRÊN BỘ ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG DTC 3.5.1 Tổng quát phần mềm trên DTC Chức năng của bộ DTC là cho phép cài đặt các lịch trình, cấu hình toàn bộ hệ thống thông qua giao diện đồ họa cảm ứng. Phần mềm trên DTC là một phần mềm tương đối phức tạp trong hệ thống và bao gồm 3 phần mềm: khối xử lý trung tâm, truyền thông và giao diện người sử dụng. Riêng phần truyền thông đã được trình bày trong mục trước, trong mục này chúng tôi trình bày 2 phần mềm khối xử lý trung tâm và giao diện người sử dụng (là các phần mềm viết trên ATMEGA128). Hình 38: Cấu trúc phần mềm trên DTC Khác với các hệ thống trên máy tính, nơi mà hệ điều hành hỗ trợ quản trị bộ nhớ động. Trong các hệ thống nhúng ta thường phải sử vùng nhớ tĩnh. Do đó, để giới hạn quy mô hệ thống, đề tài xây dựng DTC theo hướng đầy đủ các chức năng nhưng với quy mô vừa phải. Cụ thể là: · Số lịch trình đặt được: 16 · Số nhóm đặt được: 16 · Số ngày nghỉ đặt được: 13 · Số sensor phát hiện người: 16 · Số công tắc đầu vào: 64 · Số sensor đo độ sáng: 64 · Số đầu vào nhiệt độ: 64 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 46 Bảng 9: Bảng các cấu trúc các logic điều khiển của hệ thống 3.5.2 Giao diện sử dụng trên DTC Phần mềm giao diện trên DTC được viết cho màn hình đồ họa cảm ứng. Việc cài đặt, cầu hình toàn bộ hệ thống đều có thể thông qua giao diện này. Giao diện bao gồm các chức năng chính sau: - Chức năng cấu hình lịch trình điều khiển - Chức năng cấu hình nhóm - Chức năng cấu hình đầu vào - Chức năng cấu hình hệ thống ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 47 Schedules Groups System Inputs Presets System Settings Special Functions MAIN MENU Hình 39: Màn hình giao diện chính trên DTC Do số lượng các màn hình giao diện khá lớn, ở đây chúng tôi chỉ đưa ra các màn hình giao diện chính và lưu đồ cài đặt cho hệ thống. Các màn hình chi tiết trong các lưu đồ sẽ được đưa ra cụ thể trong phần phụ lục. SCHEDULE: LỊCH TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Hình 40: Màn hình cài đặt lịch trình điều khiển Chức năng cài đặt lịch trình của hệ thống cho phép người sử dụng thiết lập các thông số để hệ thống đèn bật, tắt theo các khoảng thời gian đặt trước. Mỗi schedule gồm: · Tên schedule · Thời gian bắt đầu và kết thúc của lịch trình · Ngày active/inactive · Lịch trình có áp dụng vào ngày nghỉ hay không · Các Rơle, nhóm Rơle trong phạm vi tác dụng của lịch trình ở trạng thái ON/OFF. Người sử dụng có thể xem một lịch trình (VIEW Schedule), xóa một lịch trình (CLEAR Schedules), đặt tên một lịch trình (NAME Schedule), soạn một lịch trình theo mục đích sử dụng (EDIT Schedule) và đặt các ngày nghỉ (Holiday) ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 48 Sch1 Sch2M Sch Chọn Schedule Sch3 Sch4 Sch5 Nhập tên Sch23 Sch6 Sch7 Sch8 Sch9 Sch10 Đặt thời gian Sch6 Sch11 Sch12 Sch13 Sch17 Sch18 Sch28 Sch19 Chọn ngày Sch29 Sch21 Chọn ScheduleSchedules VIEW Schedule CLEAR Schedule NAME Schedule EDIT Schedule Sch22 Sch23 Sch24 Sch22 Sch6 Sch6 Sch6 Chọn Panel Sch14 Sch15 Sch16 Holidays Chọn day/ mon/year Sch25 Sch27 Sch26 OK OK Chọn Schedule OK Chọn Schedule OK YES YES NO or Sch22 NO OK TIME DAY Control Normal Time Open Sunrise Close Sunset OK Đặt thời gian OK Đặt thời gian OK Active Inactiveor OK Single Relay ON Group ON Active Preset Single Relay OFF OK Group OFF Chọn Panel OK Chọn Preset OK Chọn Group OK Sch12 Sch12 Chọn Group OK Sch12 Chọn Relay OK Sch12 Chọn Relay OK Sch12 VIEW Holiday CLEAR Holiday EDIT Holiday OK Chọn ngày OK Sch20 Sch19 YES YES NO or Sch19 NO OK Sch29 Hình 41: Lưu đồ cài đặt lịch trình điều khiển Soạn một lịch trình (EDIT Schedule) cho phép người điều khiển cài đặt thời gian bắt đầu và kết thúc một Schedule, cài đặt ngày mà Schedule hoạt động hoặc không hoạt động, chọn các rơle hoặc các nhóm rơle mà schedule tác động. Thời gian hoạt động của một Schedule được đặt dựa vào thời gian mở/ đóng hệ thống (Open/close time), hoặc thời gian mặt trời mọc, mặt trời lặn (Sunrise/sunset time). Các lịch trình này được chọn theo từng ngày, cho phép hệ thống hoạt động trong các chế độ khác nhau giữa ngày làm việc và ngày nghỉ. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 49 THIẾT LẬP CÁC NHÓM (GROUP) Hình 42: Màn hình cài đặt nhóm VIEW các relay trong groupG1 Chọn group G2M G G8 G3 G9 G5 Đặt tên G9 G10 G6 G7 Chọn RelayInclude/exclude G11 Groups VIEW Group CLEAR Group NAME Group EDIT Group OK Chọn group OK Chọn group OK Chọn group OK Chọn Panel OK Chọn Panel OK OK G4 G8 YES YES NO or G8 NO Hình 43: Lưu đồ cài đặt nhóm Người điều khiển có thể xem các panel trong một Group bất kì (VIEW Group), xóa một Group (CLEAR Group), đặt tên một Group (NAME Group) và soạn một Group (EDIT Group) để nhóm các rơle ở các panel bất kì vào một Group, thuận tiện cho việc điều khiển: bằng phím “include” hoặc “exclude” trong G7 để loại một rơle nào đó ra khỏi một Group. Bằng cách nhóm các rơle theo từng nhóm, một tín hiệu điều khiển có thể đóng ngắt cả một hệ thống rơle hoặc chỉ điều khiển một rơle đơn lẻ. Các Group này không cố định, nó có thể được thay đổi khi nhu cầu chiếu sáng thay đổi. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 50 CÀI ĐẶT ĐẦU VÀO HỆ THỐNG Hình 44: Màn hình cài đặt đầu vào Hình 45: Lưu đồ thiết lập Switch Station ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 51 Hình 46: Lưu đồ lập trình các sensor Lập trình cho các Switch station (sensor) cho phép sắp xếp tương tác của từng switch (sensor) lên từng rơle (single relay) hay một cụm rơle (group relay), đặt thời gian active/inactive của từng switch (sensor) (active/inactive times), và chọn loại lối vào của switch sử dụng: loại phím bấm (MOM PB) hoặc loại công tắc duy trì (maintained switch) hoặc timed on, chọn loại sensor cần thiết lập tương tác. Nếu Swith là loại MOM PB hoặc Maintained switch, các trạng thái đóng/ mở của switch sẽ có tác dụng trên các nhóm Rơle khác nhau hoặc từng rơle nhờ chức năng “mapping switch on action” và “mapping switch off action”. Nếu Rơle thuộc loại định thời, trạng thái đóng của switch sẽ tác dụng lên một rơle hoặc một nhóm rơle thông qua chức năng “mapping to single relay” và “mapping to group relay”. Thời gian “timed on” cũng được đặt trong SI15. CÁC CÀI ĐẶT HỆ THỐNG Hình 47: Cài đặt hệ thống ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 52 SS1 SS2M SS SS3 SS1 SS4 SS1 SS5 SS6 SS7 SS8 SS1 SS9 SS10 Chọn ngày SS11 SS20 SS13 SS16 SS17 SS16 SS18 SS16 SS19 SS12 SS14 SS15 System Settings Time & Date TIME TIME ZONE Daylight Saving DATE OK SS1 Đặt thời gian OK Chọn múi giờ Chọn 1 trong hai chế độ OK SS1 Đặt ngày Astro Clock Open/Close Time Hours of Operation Blink Alert Settings After Hours OFF Sweeps Adjusut Longitude Adjusut Latitude OK SS1 Đặt tọa độ Đặt tọa độ OK Open Time Close Time OK SS9 Đặt thời gian OK SS9 Đặt thời gian OK Chọn ngày OK Start Time End Time OK SS20 OK SS20 Đặt thời gian Đặt thời gian Blink Alert Override OK Đặt thời gian OK Đặt thời gian OK Đặt thời gian SS Hình 48: Lưu đồ cài đặt hệ thống Cài đặt hệ thống cho phép người sử dụng đặt các thông số cơ bản ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống như thời gian, ngày, múi giờ, thời gian theo thiên văn (Astro clock), tọa độ địa lý, thời gian đóng mở của hệ thống (open/close time), thời gian hoạt động ngoài giờ làm việc của tòa nhà (Hours of operation), thiết lập các báo động, tần số quét hệ thống (after hours off sweeps). Thời gian theo thiên văn (Astro clock): người dùng nhập tọa độ địa lý hiện tại vào hệ thống để hệ thống tính toán thời gian mặt trời mọc, mặt trời lặn. Thời gian này thường được dùng để điều khiển hoạt động bật/tắt đèn đường và các điểm công cộng. Thời gian đóng/ mở (OPEN/CLOSE TIME) là thời gian bắt đầu/ kết thúc ngày làm việc của văn phòng, công sở hoặc thời gian đóng/mở của một cửa hàng. Thời gian giám sát ngoài giờ làm việc của tòa nhà (Hours of operation): trong thời gian này, hệ thống được giám sát, nếu có người bật đèn bằng công tắc, bộ đếm sẽ ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 53 hoạt động, sau khoảng thời gian được đặt trong “OVERRIDE”, đèn sẽ tự động tắt. Trước khi tắt, đèn sẽ nháy sáng trong khoảng thời gian “Blink Alert”. Ngoài thời gian giám sát (non-operation), hệ thống sẽ tự động quét để tắt các đèn đang bật theo chu kỳ nhất định thường là 2h, chu kỳ quét này được đặt trong “After Hours OFF Sweeps). CÀI ĐẶT MỘT SỐ CHỨC NĂNG Các chức năng đặc biệt của hệ thống cho phép người dùng cài đặt password, giới hạn quyền truy cập, đặt cấu hình hệ thống (Security). Ngoài ra người dùng có thể đặt trước trạng thái, cấu hình các rơle, đặt tên các panel, các rơle… (Pelay Panel), đặt chế độ hiển thị của giao diện (tablet seetings) và xem các đặc trưng của các thiết bị dùng trong hệ thống (Diagnostics=> System Devies) Hình 49: Cài đặt các chức năng ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 54 M SF Nhập mã Admin SF1 SF2 SF4 Chọn mã SF28 SF7SF29 Đặt tên mã SF8SF30 SF31 SF8 SF9 -Chọn vùng cần truy nhập -VIEW EDIT/VIEW ONLY/NONE SF11SF10 Chọn Relay Panel muốn ON/OFF SF12 Chọn Relay muốn ON/OFF SF13 Chọn Relay SF14 Chọn Blink/No-Blink/ HID Delay/Sentry Switch SF13 Chọn Alarm ON/ Alarm OFF SF15 Đặt thời gian báo động SF13 SF32 SF16 SF33 SF17 SF38SF34 Đặt tên cho Relay Panel SF18SF35 SF39 SF37 SF3 Special Functions OK Security OK Relay Panel VIEW Security Code CLEAR Security Code NAME Security Code EDIT Security Code Chọn mã SF5 SF6 SF28 OK YES YES NO or SF28 NO Chọn mã OK Chọn mã OK SF29 OK Chọn mã OK EDIT Password EDIT Access SF8 OK MAUNAL Relay Control Relay Output TYPE VIEW Relay State OK OK SF11 Chọn Relay Panel OK OK OK OKOK Chọn Relay Panel OK Xem trạng thái của các rơle trong Panel After Hour Sweeps Chọn Relay Panel OK Chọn rơle include/ exclude SF33 OK Name Relay Panel Chọn Relay Panel OK SF34 OK Name Relay Chọn Relay Panel OK Chọn Relay OK Đặt tên cho Relay SF35 OK SF19 SF20 SF19 SF21 SF19 Đặt thời gian Timeout Đặt độ sángTablet Settings OK OK Contrast Timeout Hình 50: Lưu đồ cài đặt một số chức năng 3.6 PHẦN MỀM CHO MẠNG SENSOR/ACTUATOR KHÔNG DÂY TRÊN mLCP-8 Nhiệm vụ chính của mLCP-8 là thực hiện các chức năng điều khiển rơle, triac và đọc trạng thái đầu vào các tiếp điểm. Toàn bộ các giao tiếp với các nút khác thông qua lớp giao tiếp không dây. Ngoài ra, mLCP-8 có thể hoạt động độc lập tương tự như một Relay Scanner. Khi đó ta có thể lập trình, tạo nhóm hoặc điều khiển trực tiếp từng rơle. Phần mềm cũng bao gồm 2 phần chính: phần mềm truyền thông và phần mềm khối quản lý trung tâm. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 55 Hình 51: Phần mềm khối quản lý trung tâm trên mLPC-8 Cũng giống như phần mềm quản lý trung tâm của DTC được dựa trên Scheduler dạng Round robin. Theo đó mỗi Task sẽ được định nghĩa, kích hoạt theo các lịch trình thời gian nhất định. Trên hộp mLCP-8 (hộp chính được gọi là RelayScanner) có các nút ấn và các LED, để tiến hành cài đặt các thông số hoặc xem các hiện trạng của thiết bị. Dưới đây là các bước cần làm đối với giao diện người dùng. Trên hộp RelayScanner, ta có thể điều khiển, sắp xếp các Relay. Ta có tất cả 8 vùng (Zone), mỗi vùng đó có thể sắp xếp vào từ 1 cho đến 8 Rơle. Việc gán các Rơle vào trong một vùng sẽ cho phép ta thực hiện được rất nhiều cách tổ hợp khác nhau để điều khiển các Rơle trong các vùng đó. · Gán một Rơle vào một Zone: - Ấn nút Assign. Đèn trên Assign sáng nháy. Nếu đèn không sáng nháy thì có nghĩa là đang ở chế độ Auto. Khi đó cần gạt sang chế độ Hand. - Ấn tiếp nút Assign, đèn Assign sẽ sáng đứng. Lúc này cho phép ta chọn các Zone để đặt Relay. - Ấn vào Zone tương ứng mà ta muốn đặt, đèn Zone sẽ sáng nháy. Ấn các Rơle mà ta muốn đặt vào Zone đó, đèn ứng với Rơle đó sẽ sáng đứng cho biết Relay đã nằm trong Zone. - Ấn tiếp nút Zone, đèn ứng với Zone đó sáng đứng, xác nhận các Rơle đã được xếp vào trong Zone. Nếu ấn tiếp nút Zone thì đèn ứng với Zone đó sẽ tắt cho biết tất cả dữ liệu trong Zone đã bị xóa. - Ấn các nút Zone khác để sắp xếp các Rơle vào. - Cuối cùng để thoát khỏi chế độ cài đặt ta ấn nút Assign. Đèn Assign sẽ tắt báo thoát khỏi chế độ cài đặt. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 56 · Xem một Zone Giả sử các Relay đã được sắp xếp vào một Zone theo một tổ hợp nào đó. Bây giờ nếu muốn xem một Zone gồm có những Relay nào, đồng thời trong quá trình xem đó có thể đặt lại cấu hình cho Zone, ta làm những động tác sau: - Ấn nút Assign, đèn Assign sáng nháy. - Ấn nút Zone cần xem cấu hình, các Relay đã có trong Zone đó sẽ nhấp nháy để báo hiệu đang ở trong Zone. - Cuối cùng ấn Assign để kết thúc quá trình xem. · Bật/ Tắt một Relay. Giả sử khi hệ thống đang hoạt động, ta muốn bật ( hoặc tắt ) một Relay hoặc một nhóm Relay. Ta có thể tác động trực tiếp vào Relay hoặc vào một Zone. - Ấn nút Zone (n), tất cả các Relay trong Zone(n) sẽ đảo trạng thái. - Ấn nút K, Relay thứ K sẽ đảo trạng thái. Hình 52: Máy trạng thái giao diện của mLPC-8 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 57 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Đề tài đã xây dựng được một hệ thống cơ bản gồm đầy đủ các phần tử của hệ chiếu sáng trên cơ sở mạng sensor/actuator không dây gồm: · 01 nút DTC · 01 nút mLCP-8 · 03 nút sensor · 01 nút công tắc cảm ứng TouchLight · Các phần mềm truyền thông không dây · Phần mềm cho nút DTC · Phần mềm cho nút mLCP-8 · Phần mềm cho các nút sensor Hình 53: Hộp DTC Hình 54: Bên trong hộp DTC ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 58 Hình 55: Hộp mLCP-8 Hình 56: Bo mạch Relay Scanner 1 (mạch của mLCP-8) Hình 57: Bo mạch Relay Scanner 2 (mạch của mLCP-8) ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 59 Hình 58: Nút công tắc cảm ứng TouchLight Hình 59: Các sensor không dây Hướng phát triển tiếp theo cần hoàn thiện là đi vào một số tính năng mở rộng của hệ thống bao gồm các chức năng: · Khả năng mở rộng bài toán với các thông số khác liên quan đến HVAC, đo điện năng tiêu thụ của tải,… đều trên cùng một nền tảng phần cứng · Khả năng mở rộng cho phép chiếu sáng tự nhiên · Xây dựng chương trình máy tính kết nối với hệ tự động hóa tòa nhà · Nâng cấp tính dự phòng của hệ thống 4.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG Hệ thống điều khiển chiếu sáng của thiết kế mang đầy đủ các thành phần, đáp ứng đủ các yêu cầu của một thống điều khiển chiếu sáng hiện đại. Thiết kế này cho phép hệ thống có thể được ứng dụng cho nhiều đối tượng khác nhau, với các đặc trưng ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 60 riêng như: ứng dụng cho các tòa nhà công sở, cho các trường học, các trung tâm mua sắm, các khu vui chơi công cộng, … Tùy theo từng ứng dụng, ta sẽ chọn kiểu điều khiển cho phù hợp: có thể dùng điều khiển theo lịch trình, điều khiển theo sensor phát hiện người, kết hợp giữa bật tắt bằng tay với điều khiển theo lịch trình hoặc kết hợp bật tắt bằng tay với điều khiển sử dụng sensor phát hiện người. Trong kiểu điều khiển theo lịch trình, hệ thống cho phép chọn lịch trình thời gian theo giờ thiên văn (thời gian mặt trời mặt, thời gian mặt trời mọc) , theo thời gian làm việc của công sở, hoặc theo thời gian hoạt động của phòng học, thời gian đóng/mở của các trung tâm thương mại, các khu giải trí, … Dưới đây là một vài ví dụ ứng dụng cụ thể của hệ thống: 1. Tòa nhà công sở gồm tiền sảnh, hành lang, các phòng làm việc tập trung, các phòng làm việc riêng, khu nhà vệ sinh. + Khu vực lối đi, hành lang: sử dụng lịch trình thời gian theo giờ làm việc của công sở, kết hợp với sử dụng sensor phát hiện người. 4 am=>8 am 8 am=>5pm 5pm=>8pm 8pm=>4am + Ánh sáng tự động bật khi có công nhân đến sớm + Ánh sáng tự động tắt sau khi người rời đi 10 phút Trong thời gian làm việc, ánh sáng được duy trì (theo lịch trình) Kết thúc giờ làm việc, lịch trình kết thúc, hệ thống hoạt động theo sensor phát hiện người, thời gian trễ: 10 phút Hệ thống hoạt động theo sensor phát hiện người, thời gian trễ: 10 phút Hành lang, lối đi Tiền sảnh Văn phòng tập trung Văn phòng riêng ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 61 + Khu vực tiền sảnh: sử dụng lịch trình thời gian theo giờ làm việc của công sở, kết hớp với sử dụng sensor phát hiện người và ballast điều khiển độ sáng (điều khiển độ sáng phù hợp cho đi lại). 5am=>8:00am 8:00am=>5:30pm 5:30pm=>5am Khi người đầu tiên tới, đèn sáng, hệ thống chuyển từ chế độ tự động dùng sensor phát hiện người sang chế độ duy trì, kết hợp với điều chỉnh độ sáng. Ánh sáng được duy trì theo lịch trình đặt trước. Đến 5h30, kết thúc giờ làm việc, hệ thống chuyển sang chế độ tự động sử dụng sensor phát hiện người Hệ thống hoạt động trong chế độ tự động. + Khu vực văn phòng tập trung: sử dụng công tắc bật tắt bằng tay (có thể là công tắc gắn tường hoặc công tắc điều khiển từ xa) và điều khiển theo lịch trình đặt trước theo giờ làm việc của công sở, kết hợp với sử dụng sensor phát hiện người và ballast điều khiển độ sáng cho phù hợp phòng làm việc. 6:30am => Công tắc được bật Công tắc bật=>5:30pm 5:30pm=>6:30am 6:30am, các sensor phát hiện người ngừng hoạt động, hệ thống được điều khiển theo chế độ bật tắt bằng tay. Khi người đầu tiên đến, bật công tắc, hệ thống chuyển sang chế độ hoạt động theo lịch trình thời gian. Ánh sáng được duy trì theo lịch trình thời gian. Đến 5:30pm, hệ thống chuyển sang chế độ điều khiển tự động dùng sensor phát hiện người. Hệ thống trong chế độ điều khiển tự động dùng sensor phát hiện người. + Văn phòng riêng: Hệ thống hoạt động theo sensor phát hiện người, trong thời gian làm việc, ta sử dụng thêm chức năng điều khiển độ sáng cho phù hợp phòng làm việc. + Khu nhà vệ sinh: luôn hoạt động tự động theo sensor phát hiện người. 2. Trường học gồm tiền sảnh, hành lang, các phòng học Tại tiền sảnh và hành lang, chế độ hoạt động của hệ thống chiếu sáng giống như trong trường hợp tòa nhà công sở. Ở đây, chúng tôi chỉ đưa ra ứng dụng hệ điều khiển chiếu sáng trong phòng học: Trong các phòng học, thời gian có người trong phòng tuân theo giờ học, đồng thời cần đảm bảo lượng ánh sáng phù hợp cho các học sinh trong lớp có tính đến việc tận dụng ánh sáng tự nhiên ( ánh sáng mặt trời), do đó hệ thống điều khiển chiếu sáng cần hoạt động vừa theo sensor phát hiện người, vừa sử dụng sensor ánh sáng và sử dụng các dimmer điều chỉnh độ sáng. Trong thời gian học Ngoài thời gian học Hệ thống hoạt động trong chế độ tự động sử dụng sensor phát hiện và sensor đo độ Hệ thống hoạt động trong chế độ tự động, chỉ sử dụng sensor phát hiện ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 62 sáng, điều chỉnh độ sáng của hệ thống chiếu sáng. Thời gian trễ 10 phút. người (chỉ có người quét dọn vào phòng). Thời gian trễ 10 phút. 3. Siêu thị: + Tại các gian hàng: Thời gian mở cửa Thời gian đóng cửa Hệ thống hoạt động theo lịch trình đặt trước: trước giờ mở cửa 15 phút, đèn tại các gian hàng được bật sáng. Sau giờ đóng cửa 30 phút, hệ thống tắt đèn (khách hàng thường không ra về đúng giờ đóng cửa). Hệ thống hoạt động trong chế độ tự động, sử dụng sensor phát hiện người . + Tại các phòng điều hành: hệ thống chiếu sáng hoạt động như tại các công sở. Trên đây là một vài ví dụ ứng dụng của hệ thống điều khiển chiếu sáng của đề tài. Ngoài các ứng dụng này, hệ thống có thể ứng dụng trong nhiều bối cảnh khác như trong các khu vui chơi công cộng, tại các hộ gia đình, tại trung tâm thương mại, bệnh viện, nhà xưởng,… Tùy vào mục đích chiếu sáng, người sử dụng có thể lập trình cho hệ thống đáp ứng theo đúng các nhu cầu sử dụng của mình. 4.3 THỬ NGHIỆM Vì là một hệ tương đối phức tạp và có nhiều phần tử tham gia, nên đề tài tiến hành thử nghiệm nhằm khẳng định các kết quả đạt được theo từng bước. Việc thử nghiệm được thực hiện phối hợp với Công ty Điện Tử Hùng Dũng (www.hungdunghd.com.vn), và đề tài đã tiến hành các phép thử nghiệm chủ yếu sau: · Thử nghiệm đánh giá các hoạt động chung của các nút thông qua đánh giá tính chính xác và ổn định của các hệ điều hành: bao gồm các đánh giá về tính ổn định thông qua môi trường Debug của AVR Studio. · Thử nghiệm đánh giá hoạt động chung của phần truyền tin cho các nút: bao gồm các đánh giá về phần cứng cụ thể là đánh giá khoảng cách truyền và tỉ số bản tin lỗi · Thử nghiệm đối với các nút sensor: bao gồm đánh giá về điện năng tiêu thụ · Thử nghiệm đối với các chức năng điều khiển và chức năng hoạt động của bộ mLCP-8. · Thử nghiệm đối với các chức năng giao diện và chức năng hoạt động của bộ DTC. Dưới đây, chúng tôi chỉ trình bày chi tiết các thử nghiệm mang tính định lượng trong các bước thử nghiệm nêu trên. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 63 + Thử nghiệm đánh giá mức độ tiêu thụ điện năng của các nút sensor không dây Để đo mức tiêu thụ năng lượng của các sensor không dây, chúng tôi lần lượt tiến hành sử dụng ampe kế đo dòng tiêu thụ trong mode hoạt động (Active mode) và mode nghỉ (Sleep mode). Mode nghỉ được duy trì trong 10s, thời gian này đủ để ta thực hiện phép đo dòng tiêu thụ. Kết quả thử nghiệm: dòng tiêu thụ trung bình trong mode hoạt động là 9.7mA, ở mode tiết kiệm năng lượng (mode nghỉ) dòng tiêu thụ trung bình là 5.1μA. Với chu kỳ hoạt động là 10s, thời gian trong mode hoạt động là 100ms, ta tính được dòng tiêu thụ trung bình là 0.105mA. Với tiêu hao dòng điện như trên, mỗi nút sensor sẽ hoạt động được trong 19047 giờ (793 ngày) khi dùng pin có dung lượng 2000mA. Thử nghiệm cho thấy các nút sensor không dây tiêu thụ ít năng lượng, đảm bảo sensor không dây có thể hoạt động độc lập bằng nguồn nuôi sử dụng pin trong một thời gian dài. Điều này cho phép các nút sensor không dây có thể được gắn được ở bất kì vị trí nào mà không bị hạn chế bởi việc cấp nguồn cho thiết bị. + Thử nghiệm kiểm tra khả năng truyền tin trong tòa nhà và chất lượng truyền tin: Bố trí thử nghiệm với một nút truyền thông trong mode truyền, các nút còn lại trong mode nhận. Các nút nhận được đặt sao cho anten nhận hướng về phía bộ truyền tín hiệu (bộ truyền tín hiệu cũng hướng anten về bộ nhận). Thiết bị nhận được đặt cố định, thiết bị truyền được đặt ở các vị trí khác nhau trong một số trường hợp: không có vật cản và trường hợp truyền tin có vật cản giữa các phòng làm việc. Để kiểm tra chất lượng truyền tin của các nút, tại mỗi vị trí thử nghiệm, nút truyền tin tạo ra khoảng 10000 gói dữ liệu và nút nhận ghi lại thông tin về các gói nhận được, các gói rớt và những gói có bit lỗi. Mỗi thiết bị nhận được kết nối với laptop. Kết quả thử nghiệm: + Khi không có vật cản, khoảng cách truyền đạt 300m, trong số 9764 gói tin truyền đi, tỉ lệ gói tin lỗi là 2.0e-4, tỉ lệ bit lỗi là 4.0e-7. + Khi thực hiện truyền tin tại các vị trí giữa các phòng làm việc, truyền thông có thể thực hiện được qua 3 bức tường, mỗi bức dày 20cm, với khoảng truyền tin 30m, trong số 9754 gói tin truyền đi, tỉ lệ gói tin lỗi là 7.3e-3, tỉ lệ bit lỗi là 2.5e-4. Như vậy, so với trường hợp không có vật cản, chất lượng quá trình truyền thông giữa các phòng vẫn được đảm bảo. Thử nghiệm cho thấy hệ chạy ổn định, đặc biệt nút truyền thông là một vấn đề phức tạp, qua nhiều lần chỉnh sửa đã chạy ổn định, có khả năng thực hiện truyền tin trong các tòa nhà công sở, nhà xưởng, … Bộ điều khiển khu vực mLCP-8 hoạt động ổn định, các chức năng điều khiển hợp lý, đơn giản, người sử dụng có thể nhanh chóng ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 64 làm chủ thiết bị. Bộ điều khiển trung tâm DTC hoạt động ổn định, chính xác trong các chế độ điều khiển. Với màn hình giao diện cảm ứng, DTC dễ vận hành, thân thiện với người sử dụng. Để thực hiện thử nghiệm hệ thống, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành xây dựng một mô hình thử nghiệm cho một tầng của một tòa nhà văn phòng. Các phần tử của mô hình thử nghiệm bao gồm: · 02 panel Demo và được đặt tên là αPanel và βPanel. Trên βPanel bố trí các nút có chức năng điều khiển đó là DTC và TouchLight. Trên αPanel bố trí các nút có tính chất chấp hành đó là mLCP-8 và sơ đồ công nghệ mô phỏng các phòng làm việc, phòng họp, tiền sảnh, hành lang. Các đèn chiếu sáng được tượng trưng bởi các LED. · 03 nút sensor o Nút 1: Sensor phát hiện người o Nút 2: Sensor đo ánh sáng và nhiệt độ o Nút 3: Sensor đo ánh sáng và nhiệt độ Hình 60: αPanel ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 65 Hình 61: βPanel Lịch trình hoạt động của hệ thống thử nghiệm được nêu trong phần phụ lục. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống điều khiển hoạt động ổn đinh, các chế độ điều khiển của hệ hoạt động độc lập, chính xác cho từng khu vực điều khiển. Các thử nghiệm cho thấy tính ổn định, tiện lợi, hiệu quả của sản phẩm. Hệ thống điều khiển chiếu sáng ESLAB LIGHTING CONTROL sẵn sàng ứng dụng trong các tòa nhà công sở, trường học, nhà xưởng, … với các chế độ điều khiển linh hoạt, mềm dẻo. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 66 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Tiết kiệm năng lượng là một vấn đề thời sự đã và đang được xã hội rất quan tâm. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp ứng dụng kỹ thuật nhằm đảm bảo mục tiêu tiết kiệm điện năng chiếu sáng có thể đem lại hiệu quả to lớn nhiều mặt. Vì vậy, phát triển các giải pháp kỹ thuật bao gồm cả các giải pháp cải tiến về thiết bị chiếu sáng lẫn các giải pháp về phương pháp điều khiển để tiết kiệm điện năng là một đòi hỏi bức xúc trong quá trình phát triển kinh tế xã hội của nước ta. Với tinh thần đó, nhóm thực hiện đề tài đã tập trung vào xây dựng một hệ thống điều khiển chiếu sáng đa năng với cấu hình và chức năng hiện đại tương đương với của nước ngoài và có các đặc điểm sau: · Có tính mở và đa năng · Dễ dàng cấu hình theo các yêu cầu của bài toán thông qua các giao diện thân thiện với người sử dụng · Sử dụng các công nghệ mạng sensor không dây Trên cơ sở nghiên cứu, khảo sát các hệ thống thương mại của nước ngoài, kết hợp với các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng của mạng sensor không dây, trong thời gian qua nhóm thực hiện đề tài đã đạt được một số kết quả sau: · Khảo sát và tìm hiểu các hệ thống tương đương của nước ngoài qua đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật cần thiết · Chế tạo thành công các phần tử chiếu sáng không dây bao gồm bộ điều khiển tập trung, bộ điều khiển tại chỗ, nút sensor phát hiện người, nút sensor đo độ sáng và công tắc cảm ứng điều khiển từ xa. · Tiến hành đánh giá thử nghiệm các kết quả đạt được và đưa ra các giải pháp điều khiển cho các mô hình khác nhau như tòa nhà, văn phòng, trường học,… Trong thời thời gian tuy ngắn (1 năm), nhưng đề tài đã thực hiện và thử nghiệm thành công hệ thống trên nền tảng công nghệ mạng sensor không dây. Việc làm chủ và phát huy được công nghệ này không chỉ giải quyết các bài toán về chiếu sáng, mà còn cho nhiều ứng dụng như quan trắc môi trường, công trình hay tự động hóa tòa nhà. Đề tài được hoàn thành với sự giúp đỡ phối hợp đánh giá, thử nghiệm các sản phẩm của Công ty Điện tử Hùng Dũng. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ nhiệt tình của Bộ Công Thương, Viện Nghiên cứu điện tử, Tin học, Tự động hóa cũng như sự đóng góp quý báu của các Hội đồng đánh giá các cấp giúp đề tài hoàn thiện. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO M. Weiser, "The Computer for the 21th Centry," in IEEE Pervasive Computing Magazine, Jan. - Mar. 2002. 2. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, "Wireless Sensor Networks: A Survey," in Elsevier Computer Networks, 2002. 3. C.-ho Cha, J.-H. Kim and Y.-B. Ko, "Smart Media Player: The Intelligent Media Player Based on Context-Aware Middleware and Ubi-Sensor," in IMSA' 05, Aug. 2005. 4. MavHome project, 5. D. J. Cook, M. Youngblood, E. Heierman, K. Gopalratnam, S. Rao, A. Litvin and F. Khawaja, "MavHome: An Agent-Based Smart Home," in IEEE PerCom' 03, 2003. 6. Aware Home project, 7. C. D. Kidd, R. Orr, G. D. Abowd, C. G. Atkeson, I. A. Essa, B. MacIntyre, E. Mynatt, T. E. Starner and W. Newstetter, "The Aware Home: A Living Laboratory for Ubiquitous Computing Research," in the International Workshop on Cooperative Buildings, 1999. 8. AIRE project, 9. M. Mozer. "The neural network house: An environment that adapts to its inhabitants," in the AAAI Spring Symposium on Intelligent Environments, 1998. 10. W. Keith Edwards and R. E. Grinter, "At Home with Ubiquitous Computing: Seven Challenges," in UbiComp' 03, 2003. 11. G. C. de Silva, B. Oh, T. Yamasaki and K. Aizawa, "Experience Retrieval in a Ubiquitous Home," in ACM CARPE' 05, Nov. 11, 2005 12. T. Mori, H. Noguchi, A. Takada and T.Sato, "Sensing Room: Distributed Sensor Environment for Measurement of Human Daily Behavior," in INSS' 04, 2004. 13. Tatsuya Yamazaki, "Ubiquitous Home: Real-life Testbed for Home Context- Aware Service," in IEEE TRIDENTCOM' 05, 2005 14. J. Stankovic, Q. Cao, T. Doan, L. Fang, Z. He, R. Kiran, S. Lin, S. Son, R. Stoleru and A. Wood, "Wireless Sensor Networks for In-Home Healthcare: Potential and Challenges," in HCMDSS, June 2005. 15. J. N. AL-KARAKI and A. E. KAMAL, "Routing Techniques in Wireless Sensor Networks: a Survey," in the IEEE Communication Magazine, Dec. 2004 16. I. Demirkol, C. Ersoy and F. Alagoz, "MAC Protocols for Wireless Sensor Networks: a Survey," in the IEEE Communications Magazine, 2005. 17. ZigbeX Sensor Node and EMPOSII, ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 68 18. Atmega 128, 19. Chipcon Corporation, CC2240 Low Power FSK Transceiver. 20. TinyOS, 21. MAX1678 converter, 22. CdS photo sensor, 23. SHT11 sensor, 24. IEEE Computer Society, MAC and PHY Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), IEEE 802.15.4 TM-2003. 25. S. Madden, M. J. Franklin, J. M. Hellerstein, and W. Hong. "TinyDB: an Acquisitional Query Processing System for Sensor Networks," in ACM Transactions on Database Systems, March 2005 26. J. Polastre, J. Hill, and D. Culler, "Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks," in ACM SenSys' 04, Nov. 2004. 27. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin "Medium access control with coordinated, adaptive sleeping for wireless sensor networks," in IEEE Transactions on Networking, June 2004. ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN 69 CÁC MÀN HÌNH CHÍNH CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN DTC Schedules Groups System Inputs Presets System Settings Special Functions MAIN MENU VIEW Group CLEAR Group NAME Group EDIT Group Back VIEW Schedule CLEAR Schedule NAME Schedule EDIT Schedule Back Holidays Time & Date Astro Clock Open/Close Time Hours of Operation Back Blink Alert Settings After Hour OFF Sweeps Security Relay Panels Tablet Settings Diagnostics Back VIEW Preset CLEAR Preset NAME Preset EDIT Preset Back CÁC MÀN HÌNH CỦA SCHEDULE CÁC MÀN HÌNH CỦA GROUP G5 Back Select Group OK Group 1 Group 1 Group 2 Group 3 Group 4 Group 5 G1 Back Panel in Group 1 Panel 1 Panel 1 yes Panel 2 yes Panel 3 yes Panel 4 yes Panel 5 no G2 Sch1 Back CLEAR GroupG3 YES NO Sch1 Back CLEAR GroupG4 YES Group 1 ARE YOU SURE? NO Back Panel in Group 1 Panel 1 Panel 1 Panel 2 Panel 3 Panel 4 Panel 5 G6 OK Back Relays in Group: Group 1 Panel 1 Relay 1 yes Relay 2 yes Relay 3 yes Relay 4 yes Relay 5 no G7 OK Include Exclude G8,G9,G10=G1 CÁC MÀN HÌNH CỦA SYSTEM INPUTS 1 Name Switch INPUT Map Switch INPUT Switch INPUT Type Active/Inactive Times Back View Switch Station Switch Station Switch Station Switch node 1 Switch node 2 Switch node 3 Switch node 4 Back Switch node 1 Switch Station Name Switch Station Program Switch Station Back Switch node 1 Switch Station Switch Station 6 button Active OK OK Switch 1 Switch 2 Switch 3 Switch 4 Back Switch node 1 Select Switch INPUT OK Switch 1 ON/OFF Toggle Switch Node 1 Switch 1 Momentary PB Back Switch INPUT Mapping Map Switch ON action Map Switch OFF action Preset Back Switch node 1 Switch INPUT Mapping OK Switch 1 ON/OFF Toggle Relay Panel 1 Relay Panel 2 Relay Panel 3 Relay Panel 4 Relay Panel 5 Switch Node 1 Switch 1 Momentary PB Back Switch INPUT Mapping Map to single Relay Map to Group of Relays Back Switch node 1 Select Relay OK Switch 1 ON/OFF Toggle Relay 1 Relay 2 Relay 3 Relay 4 Relay 5 Realy panel 1 Back Select Group OK Group 1 Group 1 Group 2 Group 3 Group 4 Group 5 Switch Node 1 Switch 1 Back Switch INPUT Mapping Map to single Relay Map to Group of Relays Back Switch Station Node 1 Mondays ACTIVE/INACTIVE Time Type: Normal Time Normal Time Astro Time Open/close Time Hours of Operation Back ACTIVE BETWEEN Switch Node 1 Switch 1 Mondays Start Time END Time Start 8:00AM End 5:30PM Back START Time Switch Node 1 Switch 1 Mondays AM PM Hour Min OK Back END Time Switch Node 1 Switch 1 Mondays AM PM Hour Min OK Back Select Switch INPUT OK Switch node 1 Switch 1 MOM PB MOM PB Maintained Timed ON Set Preset Output Override Back Select Switch INPUT OK Switch node 1 Switch 1 MOM PB/Maintained PB Toggle ON Only OFF Only Back Select TIMED ON Duration OK Switch node 1 Switch 1 Timed ON Minutes Back Active/inactive days Switch node 1 Mondays Tuesdays Wednesdays Thursdays Fridays Saturdays Sundays Holidays OK CÁC MÀN HÌNH CỦA SYSTEM INPUTS 2 CÁC MÀN HÌNH CỦA SYSTEM SETTINGS CÁC MÀN HÌNH CỦA SPECIAL FUNCTIONS MÔ TẢ LỊCH TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA PANEL THỬ NGHIỆM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM Mô tả Mã Số Rơle 103 1 104 1 101 1 102 1 Tiền sảnh 1 5 Hành lang 2 4 Panel mLCP-8 Local Switch Time Control Occupancy Control *Dimmer Control Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Group Switch 1 1 1 1 1 Phòng làm việc tập trung Phòng làm việc riêng 1 SW5 SW6 SW1 SW3 SW2 SW4 Thời gian Mô tả *Điều chỉnh độ sáng T2 T3 T4 T5 T6 T7 7:30 AM Bật đèn( theo lịch trình) Ö Ö Ö Ö Ö 6:00 PM Đèn tắt( theo lịch trình) Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö ÖÖ Ö Ö ÖÖ Sensor phát hiện người Inactive Active Tự động bật tắt theo Sensor phát hiện người. Thời gian trễ 10 phút 6:00 PM to 7:30 AM Active CN Ö Rơle 04,07,08,09 Khu vực điều khiển: Hành lang Thời gian Mô tả *Điều chỉnh độ sáng T2 T3 T4 T5 T6 T7 7:30 AM Bật đèn( theo lịch trình) Ö Ö Ö Ö Ö 6:00 PM Đèn tắt( theo lịch trình) Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö ÖÖ Ö Ö Ö 6:00 PM to 7:30 AM Tự động bật tắt theo Sensor phát hiện người. Thời gian trễ 10 phút Active Inactive Active Ö Rơle 02,10 Khu vực điều khiển: Tiền sảnh Sensor phát hiện người CN Thời gian Mô tả *Điều chỉnh độ sáng T2 T3 T4 T5 T6 T7 Bật công tắc gắn tường, hệ thống chuyển sang hoạt động theo lịch trình Active Ö Ö Ö Ö Ö Tự động bật tắt theo Sensor phát hiện người. Thời gian trễ 10 phút Inactive Ö 6:00 PM Đèn tắt( theo lịch trình) Inactive Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö 6:00 PM to 5:30 AM Tự động bật tắt theo Sensor phát hiện người. Thời gian trễ 10 phút Inactive Active Ö Ö Ö Ö Ö Sensor phát hiện người CN Inactive Rơle 01,03 Khu vực điều khiển: Phòng làm việc tập trung 7:30:00 AM đến 6:00PM Active Active Thời gian Mô tả *Điều chỉnh độ sáng T2 T3 T4 T5 T6 T7 Active Ö Ö Ö Ö Ö Inactive Ö CN Rơle 05,06 Khu vực điều khiển: Phòng làm việc riêng Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Ö Hệ thống hoạt động theo sensor phát hiện người,thời gian trễ 10 phút 7:30:00 AM đến 8:00PM Active Sensor phát hiện người 8:00 PM to 7:30 AM Inactive