LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Đoàn Chiến Thắng

11


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, cô giáo ở khoa Điện –
Điện tử tàu biển, trường đại học Hàng Hải Việt Nam, đã đóng góp nhiều ý kiến
quan trọng để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô giáo của khoa đào tạo Sau Đại
Học đã tạo điều kiện và khích lệ để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. LƯU KIM THÀNH của
khoa Điện – Điện tử trường đại học Hàng Hải đã tận tình hướng dẫn và khích lệ tác
giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin cảm ơn các Thầy giáo, các anh chị em phòng thí nghiệm, trường
đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất để tác giả thực hiện
thành công bản luận văn.
Những lời cảm ơn chân thành tiếp theo xin được đến tới gia đình và bạn bè,
những người đã luôn động viên, khuyến khích và chia sẻ khó khăn trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu khoa học của mình.

22

MỤC LỤC

33


Chữ viết tắt

Giải thích

LED

Light Emitting Diode

ADC

Analog Digital Converter

PWM

Pulse Width Modulation
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Số hình

Tên hình

Trang


1.1

Dải sóng quang học của ánh sáng

1

1.2

Mật độ phân bố quang thông của một nguồn sáng theo một
hướng nhất định.

2

1.3

Nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc α = 0

3

1.4

Nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc α bất kì

3

1.5

Phân loại nguồn sáng

5


1.6

Bóng đèn sợi đốt

7

1.7

Bóng đèn LED

8

1.8

Các dạng đèn ống Huỳnh quang

11

2.1

Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển và giám sát của hệ
thống chiếu sáng thông minh.

23

2.2

Nguồn cấp cho mạch điều khiển


23

2.3

Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm

24

2.4

Cấu trúc của vi điều khiển AVR

24

2.5

Sơ đồ cấu trúc bộ định thời của vi điều khiển Atmega 8.

27

2.6

Cấu trúc của bộ đếm của vi điều khiển Atmega 8.

28

2.7

Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ ra


29

2.8

Sơ đồ khối của bộ UART

30

2.9

Sơ đồ nguyên lý khối đầu vào

31

2.10

Cảm biến quang điện trở

32

2.11

Cảm biến chuyển động PIR

33

2.12

Nguyên lý hoạt động của PIR phát hiện chuyển động


33

44


2.13

Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của cảm biến PIR

34

2.14

Tia nhiệt

34

2.15

Vật liệu pyroelectric cảm ứng với tia nhiệt

35

2.16

Kính hội tụ mặt lồi được dùng trong cảm biến PIR

36

2.17


Cảm biến tiệm cận

37

2.18

Cấu tạo cảu cảm biến tiệm cận

37

2.19

Cảm biến tiệm cận có đầu ra Transistor kiểu DC – 3 dây

38

2.20

Cảm biến tiệm cận có đầu ra Transistor kiểu DC – 2 dây

38

2.21

Khoảng cách phát hiện của cảm biến tiệm cận

39

2.22


Ảnh hưởng của kích thước vật đến cảm biến tiệm cận

39

2.23

Khoảng cách phát hiện – độ trễ của cảm biến tiệm cận

40

2.24

Sơ đồ khối đầu ra.

41

2.25

Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông

41

2.26

Sơ đồ chân và hình ảnh của vi mạch MAX485

42

2.27


Sơ đồ kết nối các điểm đầu cuối sử dụng mạng RS485

43

2.28

Sơ đồ nguyên lý của Module xây dựng trên phần mềm Orcad.

44

2.29

Hình ảnh của hoàn thiện của Module

45

3.1

Lưu đồ thuật toán mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu sáng
thông minh

46

3.2

Lưu đồ thuật toán giao tiếp với máy tính

48


3.3

Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu trên máy tính

50

3.4

Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu trên máy tính

51

3.5

Giao diện giám sát hệ thống chiếu sáng

52

3.6

Lựa chọn chế độ hoạt động

53

3.7

Chế độ điều chỉnh bằng tay

53


3.8

Thay đổi cường độ sáng trong chế độ bằng tay

54

3.9

Điều khiển bật/tắt tất cả các đèn

55

3.10

Giám sát công suất của hệ thống đèn

55

55


66


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Để phục vụ các hoạt động về ban đêm, con người sử dụng các loại ánh sáng
nhân tạo. Với các hệ thống ánh sáng nhân tạo để đảm bảo mạng lưới đó luôn
được duy trì và hoạt động hiệu quả cần lặp đặt một hệ thống chiếu sáng thông
minh vì nó không những đảm bảo sự an toàn mà còn đem đến nhiều tiện ích mà

con người hằng ao ước.
Công nghệ đèn chiếu sáng đã có những bước tiến đáng kể trong việc tiết
kiệm điện năng, vấn đề còn lại là việc điều khiển hệ thống chiếu sáng sẽ được
thực hiện sao cho mang lại hiệu quả cao nhất về mặt tiết kiệm năng lượng cũng
như các tiện tích giúp cho cuộc sống của con người được tiện nghi thoải mái
hơn.
Cùng với sự phát triển của vi xử lý và công nghệ chế tạo các cảm biến chúng
ta có thể xây dựng được các hệ thống chiếu sáng mang tính “thông minh” cao.
2. Mục đích chung và nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu chiếu sáng thông minh, ứng dụng xây dựng mô hình mô phỏng
một số chức năng của hệ thống chiếu sáng thông minh.
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu là cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động, các loại
nguồn sáng, bóng đèn thông minh …. .
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống chiếu sáng
thông minh, xây dựng mô hình mô phỏng một số chức năng của hệ thống chiếu
sáng thông minh .

77


4. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở tìm hiểu hệ thống chiếu sáng thông minh, hoạt động của các cảm
biến và bóng đèn thông minh. Tác giả đã kế thừa và phát triển kinh nghiệm của
mình cho việc nghiên cứu mang tính ứng dụng cho hệ thống cụ thể.
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài được ứng dụng dùng trong các ngôi nhà, các garage hoặc có thể được
áp dụng trong lĩnh vực chiếu sáng đường hầm.
Nó cũng là tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến hệ thống chiếu
sáng thông minh, các thành phần, thiết bị được dùng trong hệ thống chiếu sáng

thông minh.

88


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG.
1.1. Giới thiệu
Chiếu sáng là một kỹ thuật đa ngành, trước hết đó là mối quan tâm của
các các nhà nghiên cứu quang học hoặc quang phổ học, các kỹ sư điện, các cán
bộ kỹ thuật của công ty công trình công cộng và các nhà quản lý chiếu sáng đô
thị. Vấn đề chiếu sáng cũng là mối quan tâm của các nhà thiết kế kiến trúc,
thiết kế xây dựng và giới mỹ thuật. Nghiên cứu về chiếu sáng cũng là một
công việc của các bác sỹ nhãn khoa …
Trong những năm gần đây, cùng với sự ra đời và hoàn thiện của các loại nguồn
sáng có hiệu suất cao, các phương pháp tính toán và sự phát triển của công cụ
phần mềm thiết kế chiếu sáng mới, kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn
chiếu sáng tiện nghi sáng chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng gọi tắt là
chiếu sáng thông minh.
Theo số liệu thống kê, năm 2005 điện năng sử dụng cho chiếu sáng trên
phạm vi toàn cầu là 2650 tỷ kWh điện, chiếm 19% trong tổng số sản lượng
điện. Hoạt động chiếu sáng được thực hiện đồng thời vào giờ cao điểm là buổi
tối đã khiến cho đồ thị phụ tải của lưới điện tăng vọt, gây rất nhiều khó khăn
cho việc truyền tải và phân phối điện. Chiếu sáng thôngminh là một giải
pháp tổng thể nhằm tối ưu hóa toàn bộ kỹ thuật chiếu sáng, từ việc sử dụng
c á c l o ạ i nguồn sáng có hiệu suất cao, thay thế các loại bóng đèn sợi đốt có
hiệu quả năng lượng thấp bằng đèn compact, sử dụng các loại đèn huỳnh quang
thế hệ mới, sử dụng chấn lưu sắt từ tổn hao thấp hoặc chấn lưu điện tử, sử dụng
tối đa và thực sự có hiệu quả ánh sáng tự nhiên, điều chỉnh ánh sáng theo mục
đích và yêu cầu của từng khu vực hay từng hệ thống cụ thể, điều này nhằm làm
giảm điện năng tiêu thụ mà vẫn đảm bảo yêu cầu của chiếu sáng. Chiếu sáng

thông minh là một hệ thống được thiết kế có tầm nhìn tốt nhất, tiết kiệm năng
lượng nhất, hạn chế các loại khí nhà kính nhất, góp phần vào việc bảo vệ môi
trường.
99


Ánh sáng
Ánh sáng là một bức xạ ( sóng) điện từ nằm trong dải sóng quang học mà
mắt người có thể cảm nhận được

Hình 1.1. Dải sóng quang học của ánh sáng
Hình 1.1 thể hiện dải sóng quang học của ánh sáng, ta thấy ánh sáng nhìn
thấy được là một dải băng từ tần hẹp nằm giữa ánh sáng của tia cực tím (UV) và
năng lượng hồng ngoại (nhiệt). Những sóng ánh sáng nằm trong giải này có
khả năng kích thích võng mạc của mắt, gây nên cảm giác về thị giác, được gọi
là khả năng nhìn.Vì vậy để quan sát được ánh sáng thì yêu cầu phải có mắt hoạt
động bình thường và ánh sáng nằm trong dải nhìn thấy được.
Các đại lượng dùng để đo ánh sáng
Quang thông là khái niệm đầu tiên của con người có quan hệ với các nguồn
sáng, đó là đèn măng sông, là ngọn nến không cho cùng một lượng ánh sáng,
nhưng khái niệm này không nêu lên bất kỳ sự phân bố ánh sáng trong các miền
khác nhau của không gian, hơn nữa nó không thể đo được.
Từ những điều đó đã thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 tiến hành
nghiên cứu và đưa ra các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học,
sinh lý học và hình học.
Quang thông F (ф), lumem (lm)
Quang thông là đại luợng đặc trưng cho khả năng phát sáng của một nguồn
sáng, có xét đến sự cảm thụ ánh sáng của mắt nguời hay gọi là công suất phát
sáng của mộ nguồn sáng [6].
10



F =k.Wλ Vλ.dλ

(1.1)

Trong đó:
k = 683lm/w: hệ số chuyển đổi đơn vị năng luợng sang đơn vị
cảm nhận ánh sáng của mắt người.
Wλ: năng luợng bức xạ của ánh sáng
Vλ: độ nhạy tuơng đối của mắt nguời
Cường độ ánh sáng I candela (cd)
Cường độ ánh sáng là đại luợng biểu thị mật độ phân bố quang thông
của một nguồn sáng theo một hướng nhất định [6],[7].
Mật độ phân bố quang thông của một nguồn sáng chiếu theo một hướng
nhất định (hình 1.2) sẽ được tính theo biều thức (1.2)
I=

≈

(1.2)

Trong đó :
F: quang thông (lm)
Ω: góc khối , giá trị cực đại của góc khối là 4π

Hình 1.2. Mật độ phân bố quang thông của một nguồn sáng theo một
hướng nhất định.

11



Độ rọi E (lux)
Mật độ quang thông trên bề mặt của một vật được là độ rọi, độ rọi được tính
theo biểu thức (1.3) [6] :
(1.3)

Φ
E lx = lm
S m2

Đơn vị của độ rọi là Lux, 1 lux = 1 lm/m2
Khi sự chiếu sáng trên bề mặt của một vật không đều ta thực hiện lấy trung
bình số học ở các điểm khác nhau trên bề mặt để tính độ rọi trung bình .
Nếu nguồn sáng chiếu thẳng đứng với mặt phẳng chiếu sáng như hình 1.3 ta sẽ
tính được độ rọi theo công thức:
Ea =

Lux

Hình 1.3. Nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc α = 0
Trong trường hợp nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc
α bất kì như hình 1.4 ta sẽ tính được độ rọi theo biểu thức (1.4) [6]:
(1.4)

dΦ
I ⋅ cosα
I ⋅ cos3 α
E=
=

=
dΩ
r2
h2

12


Hình 1.4. Nguồn sáng chiếu xuống mặt phẳng chiếu với một góc α bất kì
Độ chói L (cd/m )
Các nguyên tố diện tích của một vật được chiếu sáng sẽ phản xạ ánh sáng
nhận được theo các cách khác nhau, ánh sáng được phản xạ được coi như một
nguồn sáng thứ cấp và nguồn sáng thứ cấp này sẽ phát ra cường độ sáng khác nhau
theo mọi hướng.
Để đặc trưng cho các quan hệ của nguồn sáng, cả nguồn sáng sơ cấp lẫn
nguồn sáng thứ cấp, để mắt người có thể nhìn được cần phải thêm vào các cường
độ sáng, cách xuất hiện ánh sáng.
Độ chói nhìn nguồn sáng là tỉ số giữa cường độ sáng của ánh sáng với diện
tích biểu diễn của nguồn sáng [6]:

L( cd / m 2 ) =
Trong đó :

Iγ

Iγ

(1.5)

dI (cd )

=
dS ⋅ cos α (m 2 ) S bK

: cường độ sáng theo hướng

γ

SbK : Diện tích biểu khi nhìn nguồn
Khi nguồn sáng là bộ đèn cầu độ chói nhìn nguồn sáng được tính như biểu thức
(1.6):
S bK

π ⋅d2
=π R 2 =
4

13

(1.6)


Độ tương phản
Đối với con mắt quan sát một vật có độ chói L o trên một nền có độ chói L f chỉ có
thể phân biệt được ở mức độ chiếu sáng vừa đủ nếu [6]:
C=

L0 − L f
Lf

(1.7)

≥ 0,01

Trong đó : Lo Là độ chói khi nhìn đối tượng
Lf Là độ chói khi nhìn nền
Để phân biệt đối tượng nhìn C ≥ 0,01
Trong thực tế kích thước và mầu sắc cũng tác động đến khả năng phân biệt của
mắt, điều đó kéo theo là mức độ chiếu sáng phù hợp với công trình chiếu sáng.
Tiện nghi nhìn và sự loá mắt
Sự loá mắt là sự suy giảm hoặc tức thời mắt bị mất đi cảm giác nhìn do sự
tương phản quá lớn. Khái niệm này có liên quan đến các khái niệm đã được trình
bày ở trên. Nói chung người ta qui định độ chói nhỏ nhất để mắt nhìn thấy là:
10-5cd/m2 và bắt đầu gây nên loá mắt ở 5000cd/m2.
Độ nhìn rõ và các tính năng nhìn
Cách chúng ta nhìn thấy các vật phụ thuộc vào độ tương phản của vật ngoài
ra nó cũng còn phụ thuộc vào kích thước của vật và độ chói của nền, điều đó dẫn
đến sự kích hoạt của các tế bào hình nón (thị giác ban ngày) hoặc tế bào hình que
(thị giác ban đêm) trong mắt người.
Định nghĩa tương phản: Độ tương phản được tính theo biểu thức: C = (L 0 –
Lf)/ Lf , biếu thức này chứng tỏ một vật phát sáng trên nền tối khi C > 0 và biến
thiên từ

0→ + ∞

, đối với vật trên nền sáng thì C < 0 biến thiên từ 0 đến -1

Đối với một độ chói của nền và kích thước của vật đã cho ta có thể xác định
ngưỡng tương phản Cs ứng với giá trị cực tiểu của C cho phép phân biệt được vật.
Blackwell đã đưa ra quan niệm nhìn rõ như tỷ số C/C s cho phép đánh giá tính năng
nhìn.


14


Ta cũng nhận thấy rằng dưới vài phần trăm cd/m 2 là thị giác đêm và trên vài
cd/m2 trở lên là thị giác ngày.

Định luật Lambert
Dù ánh sáng đi qua bề mặt trong suốt hay được phản xạ trên bề mặt mờ hay
ánh sáng đồng thời chịu cả hai hiện tượng trên bề mặt trong mờ, thì một phần ánh
sáng được mặt này phản xạ lại theo hai cách sau:
Sự phản xạ hay khúc xạ ánh sáng phải tuân theo định luật của quang hình
học hay định luật Descartes .
Sự phản xạ truyền khuếch tán theo định luật Lambert:
(1.8)

ρ E = Lπ

Trong đó:

ρ

: hệ số phản xạ

Các hệ số phản xạ thực tế:
Mầu trắng rất sáng, thạch cao trắng:
Các mầu sáng, mầu trắng nhạt:

ρ = 0,8

ρ = 0,7


Mầu vàng, xanh lá cây sáng, mầu ximăng:
Các mầu rực rỡ, gạch:
Các mầu tối kính:

ρ = 0,5

ρ = 0,3

ρ = 0,1

Nói chung ta gọi độ sáng

µ

là tỷ số quang thông phát bởi một nguyên tố

diện tích , dù là nguyên nhân phát sáng có thể là phản xạ, truyền dẫn ánh sáng có
thể là phát xạ nội tại như trong màn hình của ti vi.
Độ sáng được tính bằng lm.m-2 ( không phải là Lux vì đây là quang thông
phát xạ chứ không phải quang thông thu).
Khi độ sáng được khuyếch tán, định luật Lambext được tổng quát như (1.8)
[6]:
15


(1.8)

µ = Lπ


Lux kế
Về nguyên tắc lux kế là dụng cụ để đo tất cả các đại lượng ánh sáng . Dụng
cụ gồm tế bào Sêlen quang điện (pin quang điện) biến đổi các năng lượng nhận
được thành dòng điện và cần được nối vào một miliampe kế.
Đo cường độ sáng: Nếu tế bào chỉ được chiếu sáng trực tiếp bằng một nguồn đặt ở
khoảng cách r và toả tia có cường độ sáng I theo phương pháp tuyến với tế bào,
biểu thức:
I = E.r2 cho giá trị của cường độ sáng.
Sử dụng phương pháp này rõ ràng bao hàm một điều là không có bất cứ nguồn
thứ cấp nào khác chiếu sáng tế bào như các vật hay các thành phần phản xạ đã
làm, vì thế người ta sơn mặt đen (ρ = 0,05) chỗ tiến hành đo cường độ sáng.
Đo độ chói: Trong trường hợp sự khuyếch tán của tường là thẳng, biết độ rọi của
tường là E ta xác định được ngay độ chói L nhờ định luật Lambert
Độ tương phản C
Độ tương phản là sự chênh lệch độ chói sáng tương đối giữa hai vật
đặt cạnh nhau mà mắt người có thể phân biệt được [6]
Độ tương phản được tính theo biểu thức (1.9)
C = = - 1≥0,01

(1.9)

Với C ≥ 0,01 thì khi đó mắt người có thể phân biệt được hai vật được đặt
cạnh nhau
Hiệu suất phát quang H (lm/w)
Đại luợng đo bằng tỷ số giữa quang thông phát ra của nguồn sáng (F) và
công suất điện năng tiêu thụ (P) của nguồn sáng đó được gọi là hiệu suất
phát quang .
1.2. Nguồn sáng.

16



Trong thực tế có hai loại nguồn sáng : nguồn sáng tự nhiên và nguồn sáng nhân
tạo.
Nguồn sáng tự nhiên: được phát ra từ những thực thể phát sáng trong vũ trụ
như mặt trời, trăng, sao... mà chủ yếu nguồn sáng tự nhiên là nguồn sáng từ mặt
trời. Con người không điều khiển được các nguồn sáng tự nhiên nhưng lại có thể
thay đổi, điều chỉnh ánh sáng từ tự nhiên bằng cách chọn không gian, chọn thời
điểm hay lựa chọn những dụng cụ hỗ trợ để điều chỉnh tính chất và cường độ ánh
sáng chiếu tới những nơi cần chiếu sáng.
Nguồn sáng nhân tạo do con người tạo ra là các loại đèn, từ những loại đèn
thô sơ nhất như nguồn sáng ngọn đuốc, đèn dầu, nến,... cho đến các loại đèn hiện
đại. Con người có thể chủ động bố trí, điều chỉnh được với nguồn sáng nhân tạo.
Nguồn sáng điểm: khi khoảng cách từ nguồn sáng mặt phẳng làm việc lớn
hơn nhiều so với kích thước của nguồn sáng, ta có thể coi nguồn sáng này là
nguồn sáng điểm ( là loại nguồn sáng có kích thuớc nhỏ hơn 0,2 lần so với
khoảng cách chiếu sáng).
Nguồn sáng đường: khi chiều dài của nguồn sáng đáng kể so với khoảng
cách chiếu sáng thì được gọi là nguồn sáng đường.
Phân loại nguồn sáng
Trong thực tế nguồn sáng được phân loại như hình 1.5

17


Hình 1.5. Phân loại nguồn sáng
1.3. Bộ đèn
1.3.1. Khái niệm
Bộ đèn là tập hợp tất cả các thiết bị quang, điện, cơ khí để thực hiện chức
năng phân bố ánh sáng, định vị, bảo vệ đèn và thực hiện nối đèn với nguồn điện.

Chóa đèn bao gồm các bộ phận dùng thực hiện chức năng phân bố ánh
sáng, định vị và bảo vệ đèn, lắp đặt dây nối đèn và chấn lưu với nguồn điện.
Chóa đèn là một bộ phận bộ đèn.
1.3.2. Cấu tạo một bộ đèn
1.3.2.1. Cấu tạo của một bộ đèn
Phần thân đèn dùng để gá lắp các bộ phận của đèn, bảo vệ bóng đèn. Một thân
đèn phải đáp ứng được các yêu cầu:
Thuận tiện trong lắp đặt và bảo dưỡng đèn.
Chịu được ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, độ bền cơ học cao.
Có tính thẩm mỹ
18


Phần phản quang dùng để phân bố lại ánh sáng của bóng đèn phù hợp với mục
đích sử dụng. Phản quang phải đáp ứng các yêu cầu của phần phản quang:
Có hình dạng phù hợp để thực hiện phản quang
Có khả năng chống ăn mòn, chịu được ảnh hưởng của điều
kiện thời tiết và chịu được nhiệt độ cao
Phần kính đèn có chức năng tạo màu, bảo vệ bóng đèn và phản quang góp
phần kiểm soát phân bố ánh sáng của đèn. Yêu cầu đối với phần kính đèn:
Có biến dạng phù hợp với phát quang của bóng đèn
Hệ số thấu quang phù hợp với bóng đèn
Có khả năng chống ăn mòn, chịu được ảnh hưởng của điều kiện
thời tiết và chịu được nhiệt độ cao chịu tác động của tia hồng
ngoại, tia cực tím
Phần đui đèn dùng cấp điện vào bóng đèn và giữ cho bóng đèn cố định ở vị trí
cần thiết, đui đèn phải đáp ứng được các yêu câu sau:
Các tiếp điểm có độ bền cơ khí cao, chịu đựng được trong
trường hợp có va trạm ,rung
Có khả năng chịu được nhiệt độ cao

Độ cứng cao
Phần bộ đèn dùng tạo ra các chế độ điện áp và dòng điện phù hợp với quá trình
công tác của bóng đèn. Phần đui đèn phải đáp ứng được các yêu cầu sau :
Phải tương thích và đồng đều với đèn
Có khả năng chịu được nhiệt độ cao
Tổn hao công suất trên phần bộ đèn phải thấp
1.3.2.2. Giới thiệu cấu tạo một số loại đèn trong thực tế
19


Đèn sợi đốt
Loại bóng đèn sợi đốt trong thực tế được thể hiện như hình 1.6

HÌnh 1.6. Bóng đèn sợi đốt
Bóng đèn sợi đốt hay thường được gọi là bóng đèn tròn, một thành phần
quan trọng nhất trong bóng đèn sợi đốt chính là dây tóc, dây tóc được làm bằng
những vật liệu có giá trị điện trở rất lớn, đây là bộ phận chính sẽ phát ra ánh sáng
khi có dòng điện chạy qua, dây tóc này được đặt trong một vỏ thủy tinh trong suốt
hoặc mờ đã được rút hết không khí và bơm khí trơ được bơm vào bên trong để
tránh cho dây tóc không bị oxi hóa. Kích cỡ bóng đèn sợi đốt phải được thiết kế đủ
lớn để chịu được nhiệt độ cao phát ra từ dây tóc. Hầu hết các bóng đèn sợi đốt đều
được lắp vào trong đui đèn.
Khi có dòng điện sẽ đi qua phần đui đèn vào đến dây tóc làm dây tóc bị
nung nóng lên và được nung đến mức phát ra ánh sáng. Đèn sợi đốt thường ít
được dùng trong thực tế vì công suất của đèn thường lớn (nhỏ nhất cũng cỡ vài
chục oát), hiệu suất phát quang của đèn sợi đốt là rất thấp (chỉ khoảng 5% điện
năng được biến thành quang năng, còn lại 95% điện năng được biến thành nhiệt
năng )
Một bóng đèn sợi đốt được nhà sản xuất đưa ra thường có các thông số sau:
Công suất:


75 W

Điện áp:

240 V

Tuổi thọ:

1000 giờ
20


Độ sáng:

925 lm

Hiệu suất phát sáng: 12.3 lm/W
Đèn LED
Bóng đèn LED trong thực tế được thể hiện như hình 1.7

Hình 1.7. Bóng đèn LED
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là
các điốt có khả năng phát ra ánh sáng . Cũng giống như điốt, đèn LED được cấu
tạo từ một khối bán dẫn bao gồm khối bán dẫn loại p được ghép với khối bán dẫn
loại n.
Đèn LED có hoạt động giống với các loại điốt bán dẫn.
Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi
ghép với khối bán dẫn n chứa nhiều điện tử tự do, khi đó các lỗ trống trong khối p
có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm

các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm
(thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt
điện tử và dư thừa lỗ trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi
chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên
tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay
các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

21


Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng
phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu
sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất
bán dẫn.
Đèn huỳnh quang
Đèn ống huỳnh quang hay gọi đơn giản là đèn túyp gồm: điện cực (vonfam),
vỏ đèn và lớp bột huỳnh quang. Ngoài ra, người ta còn bơm vào đèn một ít
hơi thủy ngân và khí trơ (neon, argon...) để làm tăng độ bền của điện cực và tạo
ánh sáng màu.

Hình 1.8. Các dạng đèn ống Huỳnh quang
Khi đóng điện, hiện tượng phóng điện giữa hai điện cực làm phát ra tia tử
ngoại (tia cực tím). Tia tử ngoại tác dụng vào lớp bột huỳnh quang làm đèn phát
sáng. Ngoài ra, để giúp cho hiện tượng phóng điện xảy ra, người ta phải lắp thêm
chấn lưu và tắc te.
Dùng đèn này giúp ta tiết kiệm nhiều điện. Bình quân, dùng đèn huỳnh
quang tiết kiệm hơn đèn sợi đốt 8 đến 10 lần. Hiện nay, ngoài thị trường xuất hiện
đèn huỳnh quang thu nhỏ (còn gọi là compact). Nó cũng rất giống với đèn huỳnh
quang nhưng hiệu suất phát quang cao hơn và tiết kiệm điện năng hữu hiệu hơn.

Hiện có nhiều loại bóng đèn ống huỳnh quang (hình 1.8), chẳng hạn như
bóng T10, T8, T5, T3. T10 là bóng đèn ống huỳnh quang thế hệ cũ, đường kính
40mm, tiêu tốn điện năng 40W, chưa kể chấn lưu sắt từ tiêu thụ khoảng 12W và
22


tuổi thọ chỉ có 6.000 giờ. Trong khi bóng T8 đường kính 26mm, tiêu thụ điện 36W,
hiệu suất phát quang, tức là hiệu suất biến đổi từ điện năng thành quang năng, tăng
20% và tuổi thọ của T8 là 16.000 giờ. Bóng T5 tiết kiệm hơn T8 và T3 tiết kiệm
hơn T5. Bóng huỳnh quang compact là bóng đèn ống huỳnh quang T3 cuộn loại
thành hình chữ U nối tiếp.
Nguyên tắc hoạt động của bóng đèn ống huỳnh quang là phóng điện trong
khí kém và huỳnh quang thứ cấp. Khi dây tóc bị đốt nóng, các điện tử bật ra ngoài,
chuyển động về cực đối diện cũng là dây tóc nóng sáng được phủ bột điện tử. Nửa
chu kỳ sau, chúng chuyển động theo chiều ngược lại. Nếu trong ống đặt một giọt
thuỷ ngân nhỏ hoặc khí krypton thì điện từ va phải phân tử khí hoặc thuỷ ngân, làm
thuỷ ngân hoặc crypton phát sáng, bức xạ phát ra lúc đó là tử ngoại hoặc cực tím có
năng lượng lớn. Hiện tượng này gọi là điện huỳnh quang. Bức xạ cực tím và tử
ngoại tác dụng lên bột huỳnh quang ở thành ống phía trong, làm bột bức xạ ánh
sáng có màu phụ thuộc vào thành phần của bột là những chất gì. Hiện tượng này
gọi là quang huỳnh quang.
Bóng đèn ống huỳnh quang có nhiều màu, ngay cả màu trắng thì cũng có
nhiều màu trắng khác nhau. Riêng bóng đèn ống huỳnh quang triphotpho 100 có
nhiệt độ màu 5.310 độ K, nằm trong phổ nhạy cảm của mắt người ban ngày và độ
trả màu tốt nhất nên rất tốt cho học sinh, sinh viên. Tại học đường cần ánh sáng đều
nêu cần nguồn sáng dài. Bóng T8 phù hợp trong các trường học, các phân xưởng
sản xuất hoặc gia đình nhưng chiếm không gian lớn, điện áp dao động lớn, nhỏ hơn
180 V thì không thể sáng được
Đèn compact
Đèn compact cũng hoạt động trên nguyên tắc đèn ống (đèn tuýp), có nghĩa là cũng

phải đầy đủ chấn lưu, dây tóc v.v.. Nhưng trong đèn compact thì tất cả nhét gọn
vào đuôi đèn. Chính vì vậy mà được gọi là compact. Trong đèn compact thì thường
người ta dùng chấn lưu điện tử nên nhỏ gọn nên lắp trực tiếp vào đui bóng (hình
như có loại đui rời).
23


Đèn compact cũng như đèn ống tiết kiệm điện vì năng lượng để phát sáng là
chủ yếu chứ không phát nhiệt như trong bóng đèn giây tóc. Sự phát sáng là do tia
cực tím kích thích vào lớp huỳnh quang được sơn bên trong vỏ đèn.
1.4 .Thiết kế chiếu sáng
1.4.1. Thiết kế chiếu sáng nội thất
Kỹ thuật chiếu sáng nội thất nghiên cứu các phương pháp thiết kế hệ thống chiếu
sáng nhằm tạo nên môi trường chiếu sáng tiện nghi thẩm mỹ phù hợp với các yêu
cầu sử dụng và tiết kiệm điện năng của các công trình trong nhà

Các bước thiết kế chiếu nội thất
Thiết kế sơ bộ nhằm xác định các giải pháp hình học và quang học về địa
điểm chiếu sáng như kiểu chiếu sáng, lựa chọn loại đèn ,bộ đèn và cách bố trí đèn
số kượng đèn cần thiết
Kiểm tra các điều kiện độ rọi độ chói độ đồng đều theo tiêu chuẩn cảm giác
tiện nghi nhìncuar phương án chiếu sáng
Các yêu cầu cơ bản đối với chiếu sáng nội thất
Đảm bảo độ rọi xác định theo từng loại công việc . Không nên có bóng tối
và độ rọi phải đồng đều
Tạo được ánh sáng giống như ban ngày
Coi trọng yếu tố tiết kiệm điện năng
1.4.2. Thiết kế chiếu sáng bên ngoài
Thành phần chiếu sáng bên ngoài không thể thiếu được trong mọi không gian kiến
trúc đô thị . Bao gồm chiếu sáng giao thông chiếu sáng làm việc và chiếu sáng

trang trí .Ngoài chức năng bảo đảm an toàn cho phương tiện giao thông và an toàn
đô thị vào ban đêm còn góp phần làm đẹp cho công trình kiến trúc.
24


Yêu cầu của thiết kế chiếu sáng bên ngoài
Đảm bảo chức năng định vị hướng dẫn cho các phương tiện tham gia giao
thông .
Chất lượng chiếu sáng đáp ứng theo yêu cầu quy định
Có hiệu quả kinh tế cao, mức tiêu thụ năng lượng thấp tuổi thọ của các thiết bị
chiếu sáng cao .
Thuận tiện trong vận hành và duy trì bảo dưỡng

CHƯƠNG 2: XÂY DƯNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG CHỨC
NĂNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH.
2.1. Cấu trúc chung của mô hình mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu
sáng thông minh.
Cấu trúc chung của hệ thống mô phỏng chức năng của hệ thống chiếu sáng thông
minh được biểu diễn như hình 2.1

25