Đang tải... (xem toàn văn)
Sự phát triển và ứng dụng của hệ thống đèn đường thông minh sử dụng năng lượng mặt trời có tầm quang trọng rất lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của chúng ta trong hiện tại và tương lai. Chúng ta cùng điểm qua một số ưu điểm nổi bật của hệ thống như: • Đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời độc lập với lưới điện. Do đó, chi phí hoạt động được giảm thiểu. • Đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời đòi hỏi bảo trì ít hơn nhiều so với đèn đường thông thường. • Vì dây bên ngoài được loại bỏ, nguy cơ tai nạn được giảm thiểu. • Sử dụng nguồn điện không gây ô nhiễm. • Các bộ phận riêng biệt của hệ thống có thể dễ dàng mang đến các vùng sâu vùng xa. • Đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời cho phép tiết kiệm năng lượng và giảm các chi phí.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRỊNH XUÂN QUYỀN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO ĐƯỜNG LÊ TRỌNG TẤN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG PHỐ DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HÀ NỘI, NĂM 2024 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRỊNH XUÂN QUYỀN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO ĐƯỜNG LÊ TRỌNG TẤN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG PHỐ DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ngành: Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: TLA121 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: GS TSKH THÂN NGỌC HOÀN HÀ NỘI, NĂM 2024 iii iv LỜI CAM ĐOAN Tôi, Trịnh Xuân Quyền, xin cam đoan đồ án “Thiết kế chiếu sáng cho đường Lê Trọng Tấn và xây dựng mô hình hệ thống chiếu sáng đường phố dùng năng lượng mặt trời” là thành quả nghiên cứu của riêng tôi và là sản phẩm của công sức, kiến thức, và sự nỗ lực cá nhân Mọi thông tin, kết quả, và ý kiến được trình bày trong Đồ án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác Tôi xác nhận rằng không có hành động sao chép hoặc sử dụng tài liệu mà không có sự trích dẫn chính xác từ nguồn gốc Nếu có sự tham khảo đến các nguồn tài liệu, tôi cam kết đã trích dẫn đầy đủ và đúng quy định của nhà trường Tác giả ĐATN Trịnh Xuân Quyền v LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, và thầy cô nhà trường đã hỗ trợ và đồng hành cùng tôi trong quá trình thực hiện Đồ án này Đến gia đình, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn vô hạn Gia đình là nguồn động viên, là nơi tôi tìm thấy sự ấm áp và sự hỗ trợ không ngừng Đến bạn bè, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành Sự hỗ trợ, sự đồng lòng và những giây phút vui vẻ, thậm chí là những thử thách đã làm cho hành trình này trở nên ý nghĩa hơn Đến thầy cô nhà trường, tôi biết ơn sự hướng dẫn và sự chia sẻ kiến thức sâu rộng từ phía thầy cô Những bài giảng, những buổi hướng dẫn chi tiết đã giúp tôi hiểu rõ hơn về lĩnh vực chuyên ngành và đã giúp tôi xây dựng nền tảng cần thiết để thực hiện Đồ án này Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn đã trực tiếp hướng dẫn và hỗ trợ em hoàn thành đồ án này vi MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU .vii CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Yêu cầu đề tài 6 1.3 Phương hướng thiết kế .7 1.4 Kết luận 9 CHƯƠNG 2 CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG LÊ TRỌNG TẤN 10 2.1 Thực trạng về hệ thống chiếu sáng đô thị hiện nay 10 2.2 Sự cần thiết của phát triển hệ thống chiếu sáng đô thị tại Hà Nội 11 2.3 Định hướng phát triển 12 2.4 Cơ sở chiếu sáng đường Lê Trọng Tấn 14 2.4.1 Đôi nét về đường Lê Trọng Tấn 14 2.4.2 Yêu cầu về quang 18 2.4.3 Yêu cầu về kết cấu 19 2.4.4 Yêu về an toàn điện 19 2.4.5 Yêu cầu về lưới điện của hệ thống chiếu sáng 19 2.4.6 Yêu cầu về điều khiển hệ thống chiếu sáng .19 CHƯƠNG 3 CÁC CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 20 3.1 Mở đầu 20 3.2 Một số giao thức truyền thông không dây 20 3.2.1 Công nghệ Wifi 20 3.2.2 Công nghệ bluetooth 22 3.2.3 Công nghệ zigbee 24 3.2.4 Công nghệ Lora 25 3.3 Cảm biến 28 3.3.1 Cảm biến ánh sáng 28 3.3.2 Cảm biến hồng ngoại 30 vii 3.4 Một số dòng vi điều khiển phổ biến 32 3.4.1 ESP32 .32 3.4.2 Atmega328(Arduino nano) .36 3.4.3 STM32(Bluepill) .40 3.4.4 8051 43 3.5 Tổng quan về Firebase .46 3.5.1 Chức năng của Firebase 46 3.5.2 Khái niệm Firebase 46 3.5.3 Tìm hiểu về Firebase 46 3.6 Tổng quan về MIT App Inventor .47 3.7 Tổng quan về phần mềm Arduino IDE 49 3.8 Kết luận chương .50 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 51 4.1 Mở đầu 51 4.1.1 Sơ đồ chức năng hệ thống 51 4.1.2 Trạm trung tâm 53 4.1.3 Trạm đèn 54 4.2 Lập trình hệ thống 55 4.2.1 Lập trình trên phần mềm Arduino IDE .55 4.2.2 Lập trình phần mềm điều khiển từ xa 56 4.3 Xây dựng mô hình và kiểm nghiệm 58 4.3.1 Xây dựng mô hình 58 4.3.2 Lựa chọn các linh kiện 58 4.3.3 Lắp ráp hệ thống .70 4.3.4 Thí nghiệm .73 4.3.5 Kết quả 74 4.4 Kết luận chương .75 KẾT LUẬN CHUNG 76 Phương hướng phát triển 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 1 Hệ thống chiếu sáng đô thị 1 Hình 1 2 Sự lãng phí của hệ thống chiếu sáng đô thị 2 Hình 1 3 Hệ thống đèn đường truyền thống 4 Hình 1 4 Đèn đường dử dụng điện năng lượng mặt trời .5 Hình 1 5 Phương hướng thiết kế 7 Hình 1 6 Đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời 8 YY Hình 2 1 Sự cần thiết của chiếu sáng đô thị tại Hà Nội .12 Hình 2 2 Đường Lê Trọng Tâbs 15 Hình 2 3 Đường Lê Trọng Tấn ( map) 15 Hình 2 4 Loại đèn LED đang được sử dụng .16 Hình 2 5 Cột đèn trên đường Lê Trọng Tấn 17 Hình 2 6 Sự phân bố độ sáng 18 Hình 3 1 Chế độ Access Point và Station 22 Hình 3 2 Quá trình phát triển của công nghệ Bluetooth 23 Hình 3 3 Công nghệ zigbee .24 Hình 3 4 Radio packet của LoRa như hình sau 27 Hình 3 5 Kí hiệu quang trở trong điện tử 28 Hình 3 6 Cấu tạo của quang trở 29 Hình 3 7 Nguyên lý hoạt động của quang trở 30 Hình 3 8 Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản 31 Hình 3 9 Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại 32 Hình 3 10 ESP32 33 Hình 3 11 Cấu trúc CPU của ESP32 33 Hình 3 12 Các ngoại vi trên các chân của Kit ESP32 .34 Hình 3 13 Arduino nano và cáp nối 38 Hình 3 14 Sơ đồ các chân của arduino nano .39 Hình 3 15 Chip STM32F103C8Tx 41 Hình 3 16 Kit bluebill .43 Hình 3 17 Sơ đồ chân vi điều khiển 8051 45 Hình 3 18 Giao diện chính của Firebase 46 Hình 4 1 Sơ đồ chức năng của hệ thống 51 Hình 4 2 Sơ đồ chức năng trạm trung tâm .51 Hình 4 3 Sơ đồ chức năng trạm đèn 52 Hình 4 4 Lưu đồ thuật toán trạm trung tâm 53 ix Hình 4 5 Lưu đồ thuật toán trạm đè 54 Hình 4 6 Tiến hành nạp code vào module WiFi ESP32 của trạm trung tâm 55 Hình 4 7 Dùng Arduino IDE để nạp code vào các bo Arduino Nano trong trạm .56 Hình 4 8 Giao diện phần mềm điều khiển và giám sát .57 Hình 4 9 Module Lora SX1278 59 Hình 4 10 Module WiFi ESP32 .62 Hình 4 11 Arduino Nano 63 Hình 4 12 Đèn Led 5v 64 Hình 4 13 Cảm biến ánh sáng 65 Hình 4 14 Cảm biến hồng ngoại 66 Hình 4 15 Pin 16850 67 Hình 4 16 Mạch nạp pin 68 Hình 4 17 Pin năng lượng mặt trời 9v 2w 69 Hình 4 18 Mạch trạm trung tâm .70 Hình 4 19 Sơ đồ đấu nối trạm trung tâm 70 Hình 4 20 Mạch trạm đèn 71 Hình 4 21 Sơ đồ đấu nối trạm đèn 72 Hình 4 22 Phần chiếu sáng và cảm biến của trạm đèn .72 Hình 4 23 phần mềm điều khiển sau khi hoàn thành 73 Hình 4 24 Phần mô hình sau khi hoàn thành 74 x