CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG SỬ DỤNG RƠLE THỜI GIAN, ARDUINO VÀ MÁY TÍNH
4.1. Giới thiệu về mô hình
Vì lý do điều khiển chiếu sáng công cộng là một lĩnh vực nghiên cứu rộng. Nên mô hình của đề tài chỉ dừng lại tại một trạm chiếu sáng điều khiển cho hai lộ đèn, chứ chƣa đi vào việc xây dựng cả một trung tâm điều khiển chiếu sáng hay điều khiển từng điểm sáng.
Qua những phần nghiên cứu từ những chương trên, để điều khiển được công suất hay trạng thái của từng điểm sáng thì phải dùng các cảm biến để nhận tín hiệu từ các điểm sáng đƣa về trung tâm điều khiển hoặc qua hệ thống savelite. Nếu dùng cảm biến điều khiển từng điểm sáng dẫn tới giá thành một công trình chiếu sáng công cộng là rất cao và nhiệt độ môi trường ngoài trời làm tuổi thọ của các cảm biến sẽ bị ảnh hưởng. Nếu dùng hệ thống Savelite thì lại gặp phải một nhược điểm điều khiển là các điểm sáng nếu dùng đèn phóng điện sẽ không tiến hành giảm công suất từng điểm sáng đƣợc.
Vì những lý do trên em xây dựng mô hình của luận văn điều khiển chiếu sáng công cộng cho hai đường giao nhau có hai lộ đèn chiếu sáng hai bên, với giả thiết đèn chiếu sáng là đèn cao áp thủy ngân. Khi trời tối cả hai lộ đèn đều bật, khi 23h đêm lúc này lưu lượng tham gia giao thông giảm nên một lộ tự động tắt hoặc điều khiển qua mạng không dây để tắt nhằm tiết kiệm điện năng. Khi trời sáng tự động tắt và lặp lại chu kỳ nhƣ vậy cho những ngày tiếp theo
Trên mô hình đèn là đèn led 3v mầu đỏ gắn trên ống hút làm cột đèn đã đƣợc lắp nối tiếp qua điện trở để chịu đƣợc điện áp 6v ( chia làm 2 lộ mắc song song xen kẽ nhau ) Bộ điều khiển gắn trên mô hình gồm có rơ le thời gian CKC-220V dùng để điều khiển rơ le thời gian. Vì đèn và rơ le thời gian sử dụng điện áp 6V một chiều nên trên mô hình em dùng biến áp hạ áp và bộ chỉnh lưu cầu một pha. Khi cần điều khiển qua bo mạch arduino cũng dễ dàng hơn vì cùng cấp điện áp. Ngoài những thiết bị trên mô hình còn có thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ và cầu nối.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 4.1. Mô hình điều khiển chiếu sáng công cộng sử dụng rơle thời gian và kết nối qua bo mạch arduino
Đây là một mô hình thiết bị đƣợc sử dụng rộng rãi và có giá thành thấp, phù hợp với khí hậu của Việt Nam. Tuy nhiên khi sử dụng rơle Time cho trung tâm điều khiển chiếu sáng hay một trạm chiếu sáng thì các ngõ vào ra của rơle ít dẫn đến cồng kềnh lắp đặt phức tạp. Vì vậy chủ yếu rơle Time chỉ dùng cho một trạm hoặc một tủ điều khiển chiếu sáng công cộng. Trên thực tế hiện nay cũng có rất nhiều loại rơle Time của các hãng khác nhau chủ yếu là dùng cá loại rơ le Time có nguồn nuôi sẵn và tự sạc khi có điện áp nguồn, qua thực tế pin tự sạc trong rơle hầu nhƣ 6 tháng là phải tiến hành thay. Trong mô hình của luận văn em dùng rơ le Time CKC 220V không có nguồn nuôi, vì vậy bỏ qua việc duy trì điện áp cho việc điều khiển coi nhƣ điện áp nguồn là hằng số và luôn luôn đƣợ duy trì. Em sử dụng trên mô hình rơ le điện áp một chiều 6V để lợi dụng tiếp điểm thường mở đóng cắt cho hai lộ đèn và cũng là để dễ kết nối với bo mạch arduino vì cùng chung điện áp nguồn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
4.1.1. Tổng kê thiết bị vật tƣ làm mô hình
STT Tên vật tƣ thiết bị Thông số KT Số lƣợng Ghi chú
1 Rơle Time CKC 220V 03
2 Rơle điện áp 6V một chiều 02
3 Biến áp 220/6V 01
4 Áptomat 15A 01
5 Cầu chì 10A 01
6 Bộ chỉnh lưu cầu 5A 01
7 Đèn Led 3V 40
8 Điện trở 220 Ôm 40
9 Ống hút 2 hộp 60
10 Dây điện đơn 0,5 mm2 5m
11 Hộp gỗ 80x80 01
4.1.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và mạch động lực
Ở mô hình này: Điều khiển hai lộ đèn cho hai đường giao nhau, 18h tối ngày đầu tiên cấp điện, tất cả các đèn đều sáng, đến 24h đêm tắt một nửa số đèn xen kẽ nhau, đến 6h sáng ngày hôm sau tắt hết, tự động lặp lại chu kỳ cho những ngày tiếp theo. Thời gian đóng cắt có thể thay đổi đƣợc từ arduino hoặc máy tính.
Thuyết minh sơ đồ nguyên lý:
18h ngày đầu tiên đóng aptomat cấp điện cho toàn mạch, các rơ le Time đƣợc cấp điện và bắt đầu tính thời gian ( rơle RT3 đặt 24h, rơle RT2 đặt 12h, rơle RT1 đặt 6h) các rơle điện áp một chiều cũng được cấp điện nhờ các cặp tiếp điểm thường đóng mở chậm tính thời gian theo các rơle Time. Hai lộ đèn hai bên đường đều sáng. Sau 6h hết thời gian đặt của rơle Time1( lúc này là 12h đêm ), tiếp điểm Rt1 mở rơle điện áp RA1 không đƣợc cấp điện nên tiếp điểm Ra1 mở dẫn đến các vị trí đèn Đ1 tắt. Sau 12h hết thời gian đặt của rơle Time2 ( lúc này là 6h sáng ngày hôm sau ), tiếp điểm Rt2 mở rơle điện áp RA2 không đƣợc cấp điện nên tiếp điểm Rt2 mở dẫn đến số đèn còn lại Đ2 tắt. Sau 24h hết thời gian đặt của rơle Time3 ( lúc này là 18h ngày hôm sau) tiếp điểm Rt3 mở toàn bộ mạch động lực và mạch điều khiển mất điện các rơle Time
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
lập tức mất điện áp và trở lại ngay trạng thái ban đầu, tiếp điểm Rt3 đóng ngay lập tức tiếp tục chu kỳ điều khiển đã đặt nhƣ trên ( thời gian lặp lại chu kỳ cho những ngày tiếp theo do tiếp điểm Rt3 đảm nhận)
Sơ đồ nguyên lý
Hình 4.1.2: Sơ đồ nguyên lý Ghi chú: RT3,RT1,RT2 là các rơle Time
RA1,RA2 là các rơle điện áp
Rt3,Rt2,Rt1 là các tiếp điểm thường đóng mở chậm của rơle Time RT1
RT3 RT2
ATM BA
RA1
RA2
Ð1
Ð2 C
Rt2 Rt1
Ra1
Ra2 Rt3
220V
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Ra1,Ra2 là các tiếp điểm thường mở của rơle điện áp BA là biến áp
ATM thiết bị đóng cắt aptomat