MỞ ĐẦU Tại Việt Nam trƣớc đây, chiếu sáng đô thị đƣợc xây dựng trên cơ sở lƣới đèn chiếu sáng công cộng đƣợc xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi đốt. Đến năm 1975, những ngọn đèn cao áp đầu tiên đƣợc lắp đặt tại khu vực quảng trƣờng Ba Đình và lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh. Ngoài chiếu sáng đƣờng phố, các loại chiếu sáng khác của đô thị nhƣ chiếu sáng công viên, vƣờn hoa, chiếu sáng cảnh quan các công trình kiến trúc văn hoá, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tƣợng đài. Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ nhất (4/1992) là một mốc khởi đầu cho sự phát triển của ngành chiếu sáng đô thị Việt Nam.
Thực trạng chiếu sáng đô thị lúc đó vẫn còn rất kém, lạc hậu so với các đô thị trong khu vực. Sau Hội nghị chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức tại Đà Nẵng, cùng với sự phát triển vƣợt bậc của nền kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nƣớc ta đã thực sự hình thành và phát triển [1]. Vai trò của chiếu sáng đô thị: Tại các nƣớc phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8 đến 13% tổng điện năng tiêu thụ. Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan chức năng của đô thị.
Chiếu sáng đƣờng phố tạo ra sự sống động, hấp dẫn và tráng lệ cho các đô thị về đêm, góp phần nâng cao chất lƣợng cuộc sống cho ngƣời dân đô thị, thúc đẩy sự phát triển thƣơng mại và du lịch. Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí còn tạo ra không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan của các đô thị trong các dịp lễ tết và các ngày kỷ niệm lớn hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động chính trị, văn hóa xã hội cũng nhƣ sự kiện quốc tế… Do đó cần có sự đánh giá chính xác và khách quan về hiệu quả mà chiếu sáng đem lại không chỉ về mặt kinh tế, mà còn cả trên các phƣơng diện văn hóa - xã hội. Không chỉ nhìn nhận những hiệu quả trực tiếp trƣớc mắt, có thể tính đƣợc bằng tiền mà còn cả hiệu quả gián tiếp và lâu dài mà chiếu sáng đem lại trong việc quảng bá, thúc đẩy sự phát triển của thƣơng mại, du lịch và dịch vụ. Chỉ có nhƣ vậy, hệ thống chiếu sáng đô thị mới có thể phát triển và duy trì một cách bền vững, đóng một vai trò ngày một xứng đáng trong các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị.
Hiện nay ở Việt Nam nhu cầu điều khiển và giám sát các hệ thống chiếu sáng công cộng rất cấp thiết nhằm đảm bảo cho việc điều khiển chiếu sáng một cách an toàn và tối ƣu. Một hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng cần thoả mãn một số tính năng cơ bản nhƣ sau: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 Điều khiển ổn định và chính xác các hệ thống đèn chiếu sáng Có thể điều khiển đèn trong từng khu vực thông qua các trạm điều khiển Có thể điều khiển trực tiếp tại mỗi trạm điều khiển Đo đạc và giám sát tình trạng hoạt động của từng trạm điều khiển Có khả năng lƣu trữ các thông số đo đạc và điều khiển trong một thời gian dài Có thể điều khiển và giám sát riêng rẽ từng trạm hay tất cả các trạm tại trung tâm. Để đáp ứng những yêu cầu nhƣ trên việc xây dựng một hệ thống điều khiển và giám sát phục vụ cho chiếu sáng cho đô thị, thành phố là rất phức tạp và tốn kém. Cùng với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, các họ vi điều khiển ngày càng trở nên nhỏ gọn, tích hợp nhiều chức năng, tiêu thụ ít năng lƣợng, rất phù hợp cho việc thiết kế chế tạo các modul điều khiển đo đạc nhỏ gọn thông minh.
Bên cạnh đó các công nghệ viễn thông đang rất phát triển, đặc biệt là các công nghệ truyền dẫn số liệu tốc độ cao thông qua mạng di động nhƣ GPRS, EDGE. Vì vậy việc ứng dụng các công nghệ viễn thông kết hợp với một số thiết bị đầu cuối thông minh để điều khiển và giám sát là một xu thế đang đƣợc phát triển mạnh. Mục tiêu của luận văn Thiết kế, xây dựng đƣợc một thiết bị có những chức năng chính sau: Nhận lệnh trực tiếp qua bàn phím để điều khiển On/Off hai khởi động từ 3 pha công suất lớn. Giám sát đƣợc các thông số điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất và điện năng tiêu thụ của từng pha.
Tự động làm việc theo lịch trình lập trƣớc. Có khả năng kết nối với một MODEM GSM/GPRS để điều khiển và giám sát từ xa TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 CHƢƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG 1.1 Khái niệm cơ bản và các đại lƣợng đo ánh sáng [1] 1.1 Bản chất sóng - hạt của ánh sáng Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng vô tuyến,…tất cả đều là những dạng năng lƣợng điện từ đƣợc truyền trong không gian dƣới dạng sóng, cũng giống nhƣ các bức xạ điện từ khác đƣợc đặc trƣng bởi bƣớc sóng λ. Sóng điện từ đƣợc chia thành các dải nhƣ bảng sau, ánh sáng mà mắt ngƣời thấy đƣợc là dải sóng điện từ hẹp trong khoảng 380nm - 780nm: Từ 3000 m đến 1000 m Sóng dài (LW = long wave) Từ 1000 m đến 100 m Sóng trung (MW = medium wave) Từ 100 m đến 10 m Sóng ngắn (SW = Short wave) Từ 10 m đến 0,5 m Sóng vô tuyến (FM) Từ 0,5 m đến 1,0 mm Sóng rađa Từ1000 µm đến 0,78 µm Sóng hồng ngoại Từ 780 nm đến 380 nm Ánh sáng nhìn thấy Từ 380 nm đến 10 nm Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) Từ 100 A0 đến 0,01 A0 Tia X Từ 0,01 A0 đến 0,001 A0 Tia γ, tia vũ trụ Bảng 1: Dải sóng điện từ ( 1 µm = 10-6 m ; 1 nm = 10-9 m; 1 A0 = 10-10 m) Theo thuyết lƣợng tử, ánh sáng còn mang bản chất hạt (photon), sự phát sáng của các vật thể có thể giải thích nhƣ sau: Một photon bị biến mất khi nó va vào và đẩy một điện tử vòng ngoài lên trạng thái kích thích ở các quỹ đạo xa nhân hơn đó là sự hấp thu năng lƣợng ánh sáng của vật chất. Một photon đƣợc sinh ra khi điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang một quỹ đạo khác gần nhân hơn và tải đi một năng lƣợng mà nguyên tử bị mất dƣới dạng tia sáng mà bƣớc sóng tỷ lệ nghịch với năng lƣợng đƣợc truyền đi đó là sự phát ra năng lƣợng ánh sáng của vật chất.
Nhƣ vậy căn cứ vào bƣớc sóng ta có thể phân biệt đƣợc sóng ánh sáng và các dạng năng lƣợng khác trên quang phổ điện từ. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt võng mạc của mắt ngƣời. Vùng ánh sáng nhìn thấy có bƣớc sóng dao động từ 380nm - 780nm Thực nghiệm cho thấy phổ của ánh sáng mặt trời là dải quang phổ liên tục có bƣớc sóng thay đổi từ 380nm –780nm. Hình 1: Thí nghiệm quang phổ liên tục 1.3 Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch Hình 2: Thí nghệm quang phổ vạch Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch).
Hình 2 là kết quả thí nghiệm xác định quang phổ của một số nguồn sáng nhân tạo sau khi đi qua lăng kính: 1.4 Các đại lƣợng cơ bản đo ánh sáng 1.1 Góc khối Ký hiệu góc khối: Ω Đơn vị: Sr (steradian) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 7 Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian, đặc trƣng cho góc nhìn (tức là từ một điểm nào đó nhìn vật thể dƣới một góc khối). Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lƣợng của nó.2 Quang thông Thông lƣợng năng lƣợng của ánh sáng nhìn thấy là một khái niệm có ý nghĩa quan trọng về mặt vật lý. Tuy nhiên trong kỹ thuật chiếu sáng thì khái niệm này ít đƣợc quan tâm. Hình 3: Đường cong hiệu quả ánh sáng Giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ=700nm) và màu vàng (λ=577nm) có cùng mức năng lƣợng tác động đến mắt ngƣời thì kết quả nhận đƣợc là mắt ngƣời cảm nhận tia màu đỏ tốt hơn màu vàng.
Điều này có thể giải thích là do sự khúc xạ qua mắt (vai trò là thấu kính hội tụ) khác nhau: các tia sáng có λ bé bị lệch nhiều và hội tụ trƣớc võng mạc, các tia có λ lớn thì lại hội tụ sau võng mạc, chỉ có tia λ=555nm (vàng) là hội tụ ngay trên võng mạc. Trên cơ sở này ta phải xây dựng một đƣờng cong hiệu quả ánh sáng V(λ) của mắt ngƣời (hình 3). Đƣờng cong 1 ứng với thị giác ban ngày và đƣờng cong 2 ứng với thị giác ban đêm. Nhƣ vậy thông lƣợng năng lƣợng không thể dùng trong kỹ thuật chiếu sáng phục vụ con ngƣời, do đó phải đƣa vào một đại lƣợng mới trong đó ngoài W(λ) còn phải kể đến đƣờng cong V(λ), đại lƣợng này gọi là quang thông.
Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lƣợng nhƣng ở đây đơn vị tính không phải bằng W mà bằng Lumen. Đây là đại lƣợng rất quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lƣợng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh.3 Cƣờng độ sáng Ý nghĩa : Cƣờng độ sáng là đại lƣợng quang học cơ bản, các đại lƣợng quang học khác đều là đại lƣợng dẫn suất xác định qua cƣờng độ sáng. Ký hiệu : I Đơn vị : Cd (cadela). TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 8 Cadela có nghĩa là “ngọn nến”, đây là một trong 7 đơn vị đo lƣờng cơ bản (m, kg, s, A, K, mol, cd) Định nghĩa Cd: Cadenla là cƣờng độ sáng theo một phƣơng đã cho của nguồn phát bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012Hz (λ=555mm) và cƣờng độ năng lƣợng theo phƣơng này là 1/683 W/Sr 1.4 Độ rọi Ký hiệu : E Đơn vị: Lux hay Lx Lux là đơn vị đo độ chiếu sáng của một bề mặt.
Độ chiếu sáng duy trì trung bình là các mức lux trung bình đo đƣợc tại các điểm khác nhau của một khu vực xác định. Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông.