CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Kết luận đề tài mình đã thực hiện. Đưa ra những vấn đề hạn chế của đề tài. Đưa ra các hướng phát triển đề tài trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT BÓNG ĐÈN Bo mạch điều khiển công suất được thiết kế dựa trên lý thuyết của Triac và Diac để điều khiển độ sáng bóng đèn.1: Ứng dụng của Diac Và Triac điều khiển độ sáng bóng đèn Ở bán ký dương thì điện thế tăng, tụ nạp điện cho đến điện thế V thì Diac dẫn, tạo dòng kích cho Triac dẫn điện. Hết bán kỳ dương, Triac tạm ngưng.
Đến bán kỳ âm tụ C nạp điện theo chiều ngược lại đến điện thế -V, Diac lại dẫn điện kích Triac dẫn điện. Ta thay đổi VR để thay đổi thời gian nạp điện của tụ C, do đó thay đổi góc dẫn của Triac đưa đến làm thay đổi độ sáng của bóng đèn.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động củaTriac TRIAC (viết tắt của Triode for Alternating Current) là phần tử bán dẫn gồm năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và T2. TRIAC có thể coi tương đương với hai thyristor đấu song song song ngược.để điều khiển Triac ta chỉ cần cấp xung cho chân G của Triac. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2: Cấu trúc của Triac Hình 2.3: Ký hiệu của Triac Triac là linh kiện giống như hai diode có thể điều khiển được và nối song song ngược chiều. Nên triac dùng để đóng mở nguồn điện AC cho thiết bị như Motor, Đèn. Ngoài ra Triac còn dùng để điều khiển công suất cho bóng đèn, Motor: Tức thay đổi cường độ sáng hay tốc độ động cơ. Để Điều khiển được triac đóng mạch thì dòng điều khiển phải lớn hơn dòng điều khiển của triac.
Do đặc điểm này nên không thể điều khiền thiết bị tải có dòng quá nhỏ I<<50mA. Triac chỉ điều khiển được khi nguồn điện là có chu kỳ mà điện áp trở về 0. Nếu không chỉ có thể đóng được một lần, còn tắt thì không thể. Nên nếu là nguồn điện một chiều, thì Triac sẽ đóng cho đến khi mất nguồn mới thôi.
Điều khiền Triac: Phải theo chiều của nguồn điện điều khiển. Tức khi ở bán kỳ âm thì phải kích theo chiều âm và ngược lại. Tham khảo mục [4] phần tài liệu tham khảo. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4: Đặc tính Volt-Ampere của Triac. Đặc tính Volt-Ampere của Tiac bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ nhất và thứ ba (hệ trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor. TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương.
Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử dụng dòng điện dương là tốt hơn .2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Diac Về cấu tạo, Diac giống như một SCR không có cực cổng hay đúng hơn là một transistor không có cực nền. Hình sau đây mô tả cấu tạo, ký hiệu và mạch tương đương của DIAC.5: Mô tả cấu tạo của Diac BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khi áp một hiệu điện thế một chiều theo một chiều nhất định thì khi đến điện thế VBO, Diac dẫn điện và khi áp hiệu thế theo chiều ngược lại thì đến trị số -VBO, Diac cũng dẫn điện, Diac thể hiện một điện trở âm (điện thế hai đầu Diac giảm khi dòng điện qua Diac tăng) như hình 2. Từ các tính chất trên, Diac tương đương với hai Diode Zener mắc đối đầu.
Thực tế, khi không có Diac, người ta có thể dùng hai Diode Zener có điện thế Zener thích hợp để thay thế. Tham khảo mục [4] phần tài liệu tham khảo.6: Đặc tuyến của Diac Nguyên lý hoạt động: Hình 2.7: Cấu tạo Diac Diac không có cực điều khiển nên được kích mở bằng cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực. Diac không dẫn điện cho đến khi điện áp được nâng cao đến mức nhất định, thường được gọi là điện áp breakover có giá trị khoảng 30V. Khi MT2 có điện thế dương so với MT1 thì Diac mở.
Lúc này, MT2 đóng vai trò anode, MT1 đóng vai trò cathode. Dòng điện chạy từ MT2 sang MT1. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khi MT2 có điện thế âm so với MT1 thì Diac mở.
Lúc này, MT1 đóng vai trò anode, MT2 đóng vai trò cathode. Dòng điện chạy từ MT1 sang MT2. Trong các ứng dụng ở mạch điện xoay chiều AC, Diac được kích hoạt mỗi nửa chu kỳ của AC điện, và sau đó tắt ở cuối nửa chu kỳ khi dòng điện áp đảo ngược cực. Trong ứng dụng, Diac thường dùng để mở Triac.
Thí dụ như mạch điều chỉnh độ sáng của bóng đèn (Hình 2. Từ những lý thuyết trên chúng em thiết kế sơ đồ nguyên lý bo điều khiển công suất như hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý bo mạch công suất 2. TỔNG QUAN VỀ MẠNG ZIGBEE Zigbee là tập hợp các giao thức giao tiếp mạng không dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp, tiết kiệm năng lượng và có tốc độ truyền dữ liệu đáp ứng được các ứng dụng điều khiển và giám sát từ xa. Các thiết bị không dây dựa trên chuẩn Zigbee hoạt động trên 3 dãy tần số là 868 MHz, 915 MHz và 2.
Hiện nay có nhiều công nghệ truyền dữ liệu không dây như: X10, PLC (truyền dữ liệu trên đường dây điện) và Zigbee, Z-Wave (sử dụng sóng radio) được ứng dụng trong nhà thông minh để có thể dễ dàng triển khai trên các ngôi nhà đang sử dụng hoặc xây mới mà không phải đi lại đường dây điện hay sửa đổi hạ tầng. Tín hiệu truyền qua mạng dây điện trong nhà không phải lúc nào cũng đảm bảo độ tin cậy do nhiễu bởi dòng điện và các thiết bị khác. Công nghệ zigbee tỏ ra nổi trội khi dùng để truyền mở rộng mạng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Những đặc điểm chính của Zigbee: - Tốc độ truyền dữ liệu thấp 20 – 250Kbps - Sử dụng công suất thấp, ít tiêu hao điện năng - Thời gian sử dụng pin rất dài - Cài đặt bảo trì dễ dàng - Độ tin cậy cao - Có thể mở rộng đến 65000 node - Phạm vi hoạt động từ 30m đến vài trăm mét Nhìn vào các đặc trưng chính có thể thấy Zigbee hướng đến một cách tiếp cận lai giữa Blutooth và Wifi, chấp nhận tốc độ truyền thấp để đạt được mục đích: - Tầm xa càng xa càng tốt - Công suất thấp (thấp hơn hẳn bluetooth và wifi) - Tạo được mạng liên kết Và thực tế việc truyền nhận dữ liệu điều khiển hay thu thập thông tin giữa các thiết bị và cảm biến có dung lượng dữ liệu nhỏ không cần tốt độ cao như wifi nhưng khoảng cách giữa các thiết bị hay cảm biến lại quá xa so với bluetooth và Zigbee là lựa chọn lý tưởng. Tham khảo mục [5] phần tài liệu tham khảo.1 Mô hình mạng Zigbee Mô hình mạng Zigbee gồm có 3 mô hình mạng chính: mạng hình sao (Star), mạng hình lưới (Mesh), mạng hình cây (Tree). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.9: Cấu trúc liên kết mạng zigbee Coordinator: Chỉ có duy nhất 1 coordinator trong một mạng, phụ trách việc thiết lập mạng.
Routers: có thể có nhiều router, các router có thể chuyển tiếp tín hiệu với nhau. Devices: có thể có nhiều device, các device không thể chuyển tiếp tín hiệu cho nhau.Có thể kích hoạt chế độ ngủ để tiết kiệm năng lượng. - Cấu trúc mạng hình sao: còn được gọi là point to point. Các node trong mạng chỉ kết nối với bộ điều phối vì thế mạng này là mạng tập trung.
Do mọi node đều đi thông qua coordinator nên coordinator sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng và mạng có tầm phủ sóng nhỏ trong khoảng bán kính 100m. - Cấu trúc mạng lưới: còn được gọi là peer to peer Mạng này có tầm phủ sóng lớn và được ứng dụng nhiều trong thực tế. khuyết điểm của mạng này là không có độ tập trung cao vì vậy cần phải có các thuật toán tìm đường đi ngắn nhât để đảm bảo thời gian truyền tối thiểu. - Cấu trúc mạng hình cây: là sự kết hợp giữa mạng lưới và sao để tận dụng những ưu điểm về khả năng đồng bộ và sự ổn định của mạng sao kết hợp tầm hoạt động rộng của mạng lưới.2 Ứng dụng của Zigbee Năng lượng thông minh: là tiêu chuẩn hàng đầu thế giới cho các sản phẩm tương thích mà theo dõi, kiểm soát, thông báo và tự động hóa việc cung cấp và sử dụng năng lượng nước.
Nó giúp tạo ra ngôi nhà xanh hơn bằng cách cho người tiêu dùng những thông tin và tự động hóa cần thiết để giảm mức tiêu thụ của họ một cách dễ dàng và tiết kiệm tiền. Tiêu chuẩn này hỗ trợ các nhu cầu đa dạng của hệ sinh thái toàn cầu, các nhà sản xuất sản phẩm và những dự án của chính phủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng và nước trong tương lai. Zigbee điều khiển từ xa: cung cấp một tiêu chuẩn toàn cầu tiên tiến và dễ sử dụng điều khiển từ xa RF hoạt động non-line-of-sight, hai chiều, còn phạm vi sử dụng và tuổi thọ pin mở rộng. Nó được thiết kế cho một loạt các thiết bị rạp hát tại nhà, các hộp set- top, thiết bị âm thanh khác.
Điều khiển từ xa ZigBee giải phóng người tiêu dùng từ chỉ điều khiển từ xa ở các thiết bị. Nó cung cấp cho người tiêu dùng linh hoạt hơn, cho phép BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 11 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT kiểm soát các thiết bị từ phòng gần đó và vị trí của các thiết bị hầu như bất cứ nơi nào - bao gồm cả phía sau gỗ, tường, trang trí nội thất hoặc thủy tinh. Zigbee nhà thông minh: ZigBee nhà thông minh cung cấp một tiêu chuẩn toàn cầu cho các sản phẩm tương thích cho phép nhà thông minh có thể kiểm soát thiết bị, chiếu sáng, quản lý môi trường năng lượng, và an ninh, cũng như mở rộng để kết nối với các mạng ZigBee.