Hệ thống chiếu sáng xe gắn máy bằng đèn led siêu sáng và điều khiển thông minh

Nội dung text: Hệ thống chiếu sáng xe gắn máy bằng đèn led siêu sáng và điều khiển thông minh

1. Bài báo khoa học HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG XE GẮN MÁY BẰNG ĐÈN LED SIÊU SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH LIGHTING SYSTEM FOR MOTORCYCLES AND SUPER BRIGHT LED INTELLIGENT CONTROL PGS.TS. Đỗ Văn Dũng, KS. Thái Quang Hồng Associate with Professor Dr. Đỗ Văn Dũng, Engineer. Thái Quang Hồng University of Technical Education Ho Chi Minh City Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TĨM TẮT Hệ thống đèn chiếu sáng trên xe gắn máy là một chi tiết quan trọng và bắt buộc phải cĩ mặt trên xe để xe cĩ thể lưu thơng, vận hành an tồn trong điều kiện thực tế. Với cơng nghệ điện tử và tự động hĩa đã trở nên rất tiến bộ như hiện nay thì việc xây dựng hệ thống chiếu sáng sử dụng tiết kiệm năng lượng trên xe gắn máy cĩ sự tham gia của các mạch điều khiển thơng minh nhằm tự động điều chỉnh đèn chiếu sáng trong các điều kiện khác nhau đã trở nên khả thi. Hệ thống chiếu sáng này nhỏ gọn, lắp đặt dễ dàng trên các loại xe gắn máy phổ thơng đang lưu hành trên thị trường và trên hết là tính hiệu quả mà nĩ mang lại. Do hệ thống sử dụng đèn LED nên tiết kiệm năng lượng rất nhiều so với các loại đèn truyền thống. Kết hợp với mạch điều khiển thơng minh sử dụng vi điều khiển, cảm biến ánh sáng và chip Realtime tạo nên khả năng nhận biết ngày đêm chính xác và điều khiển đèn sáng tắt một cách hiệu quả. Hệ thống chiếu sáng thơng minh sử dụng đèn LED này hồn tồn cĩ khả năng thay thế cho hệ thống chiếu sáng hiện nay trên xe gắn máy trong một tương lai gần. ABSTRACT Lighting system on the motorcycle is the most important and compulsory on it for circulation, safe operation in real conditions. With electronic and automatic technology have currently become very progressive, the building of lighting system with using energy saving on the motorcycle and participation of the intelligent controller to automatically adjust lighting in different conditions has become feasible. This lighting system is small, easy to installation on motorcycle vehicles in circulation on the secondary market and above is the efficiency that it brings. Due to using LED lights to save energy consumption compared to traditional lamps. Combining intelligent controller using microcontroller light sensor and Realtime chip to create the ability of identify day and night exactly and control light off in an efficient manner. Intelligent lighting system using LEDs is fully capable of replacing current lighting system on a motorcycle in the near future 1
2. Bài báo khoa học 1. Giới thiệu 2.1. Tính tốn cơng suất tiêu thụ LED siêu sáng cĩ hiệu suất tới 208 Đề tài này đưa ra giải pháp nhằm mục lm/W của hãng Cree dịng tiêu thụ điển đích chuyển đổi hệ thống chiếu sáng cũ hình là 350mA = 0.35A sang hệ thống chiếu sáng dùng đèn Như vậy với thơng số trên ta tính được LED cĩ kết hợp điều khiển thơng minh thống số các đèn hoạt động theo điều kiện ánh sáng của Ta thấy P = IU nên ta cĩ U = 1/0,35 = mơi trường. Trên hệ thống chiếu sáng 2.8 V = 3 V , người ta sử dụng nguồn cũ đa số là dùng các loại cơng nghệ đèn điện áp 3 V để cấp nguồn cho LED chiếu sáng khác như sợi đốt, Halogen, nhưng thực tế ta cĩ thể mắc điện trở huỳnh quang, Xenon các loại đèn nối tiếp vào LED để sử dụng với nguồn này cĩ nhược điểm tiêu thụ năng lượng điện áp 12 VDC Đèn trước (pha, cốt) lớn và cĩ loại thì thơng lượng ánh sáng = 2800/208 =13,5 W phát ra thấp, thời gian sử dụng ngắn. Vì Như vậy để phát ra quang thơng 2800 vậy, xu hướng ngày nay người ta thay lm thì ta cần LED 13,5 W thế dần đèn cũ trên bằng đèn LED. Tương tự ta cĩ bảng thơng số đèn LED Ngồi ra đề tài này chỉ sử dụng cảm mới như sau: biến ánh sáng, chip realtime kết hợp lập Mục Thơng số kỷ trình vi điều khiển cũng ứng dụng được thuật tính năng Auto Light Activations, Day Đèn trước 13,5W/13,5W Bĩng (pha, cốt) mode và Night mode của xe ơ tơ lên xe Đèn Đèn phanh/ 7W/2W máy. đèn sau Đèn báo rẽ 4W x2 Nội dung nghiên cứu bao gồm: trước  Thiết kế, tính tốn và thay thế hệ thống Đèn báo rẽ sau 4W x2 Đèn đồng hồ 0,7W x2 chiếu sáng bằng đèn LED trên xe máy. cơng tơ mét  Lập trình hệ thống điều khiển thơng Đèn tín hiệu 1,3 W báo rẽ minh và kết hợp với đèn LED để tạo Đèn báo khơng 1,3 W thành một hệ thống chiếu sáng hồn số Đèn báo vị trí 0,7 W chỉnh trên xe máy. số cao nhất  Ứng dụng Thực nghiệm, đánh giá ưu Đèn báo pha 0,7 W điểm đèn LED so với đèn truyền thống. Cầu 6A chì 2. Kết quả nghiên cứu 2
3. Bài báo khoa học Bảng 1: Thơng số cơng suất các cụm Khoảng thời gian N’: t ∈ 풉ퟒ ′, đèn LED trên xe máy 풉 ′ khoảng thời gian này là lúc 2.2. Xây dựng Sơ đồ khối cho hệ mặt trời sẽ lặn và tùy thuộc vào thời thống Auto Light điểm trong năm giờ lặn sẽ biến thiên Sau khi phân tích cá c phương á n trong khoảng 풉ퟒ ′ đến 풉 ′. nhâṇ biết ngay va đêm , chọn cảm ̀ ̀ Khoảng thời gian D’: t ∈ 풉 ′, biến anh sang , chip Realtime kết ́ ́ 풉 ′ khoảng thời gian này là lúc mặt hơp̣ vi sư ly taọ thanh sơ đờ khới ̉ ́ ̀ trời sẽ mọc và tùy thuộc vào thời điểm cho hê ̣thớng Auto Light như sau: trong năm giờ mọc sẽ biến thiên trong khoảng 풉 ′ đến 풉 ′. 2.4. Luật điều khiển Nguyên tắc hoạt động luân chuyển giữa hai mode (day và night mode) của hệ thống Auto Activation Light, luật điều Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống Auto Light khiển của hệ thống được xây dựng sẽ 2.3. Chọn mốc thời gian để lập trình được thiết lập như bên dưới trong đĩ Khoảng thời gian D: t ∈ 풉 ′, AS là giá trị logic đại diện cho điều 풉ퟒ ′ khoảng thời gian này chắc kiện ánh sáng (thu từ cảm biến ánh chắn là ban ngày đúng tất cả các ngày sáng) xung quanh xe với AS = 1 tương trong năm vì 풉 ′ là lúc mặt trời mọc ứng với điều kiện ánh sáng “thấp”, AS trễ nhất năm (ngày đơng chí), cịn = 0 tương ứng với điều kiện ánh sáng 풉ퟒ ′ là lúc mặt trời sẽ mặt trời lặn “tốt”. Light là giá trị logic của đầu ra hệ sớm nhất năm (ngày đơng chí). thống, Light = 1 bật đèn pha, Light = 0 Khoảng thời gian N: t ∈ 풉 ′, tắt đèn pha, Light = H giữu nguyên ퟒ풉 ′ hoặc: t ∈ 풉 ′, 풉 ′ trạng thái trước đĩ của đèn. khoảng thời gian này chắc chắn là ban Ta cĩ bảng chân trị viết theo luật đêm đúng tất cả các ngày trong năm vì điều khiển: 풉 ′ là lúc mặt trời lặn trễ nhất năm (ngày hạ chí), cịn 풉 ′ là lúc mặt trời sẽ mặt trời lặn sớm nhất năm (ngày đơng chí). 3
4. Bài báo khoa học Code 24 23 22 21 20 Light t 흐 D' t 흐 N t 흐 N' t 흐 D AS 2 0 0 0 1 0 0 3 0 0 0 1 1 1 4 0 0 1 0 0 H 5 0 0 1 0 1 1 8 0 1 0 0 0 1 9 0 1 0 0 1 1 16 1 0 0 0 0 0 17 1 0 0 0 1 1 Bảng 2: Bảng chân trị viết theo luật điều khiển 4
5. Bài báo khoa học 2.5. Lưu đồ thuật tốn Auto Light Hình 2: Lưu đồ thuật tốn Auto Light 5
6. Bài báo khoa học Sơ đờ kêt́ nới dây Năng xuất tỏa nhiệt của xăng là q = 34.5 (MJ /lít) = 34.5 × 106 (J/lít) Hiệu suất của động cơ xăng đốt trong vào khoẳng hĐC = 40% Hiệu suất của máy phát điện của xe máy vào khoảng hMP = 95% Vậy khi động cơ sử dụng hết 1 lít xăng Hình 3: Sơ đờ kết nới dây nhiên liệu cơng thực sự do nĩ sinh ra sẽ 3. Kết quả thực nghiệm là: 3.1. Kiểm nghiệm sự tiêu hao năng Athực = Q × hĐC = q ×V × hĐC = lượng 34.5× 106(J/lít) × 1(lít) × 40% = 13.8× 106(J) Kiểm nghiệm sự tiêu hao năng lượng Giả sử tồn bộ cơng sinh ra đều được trên thực tế cần thiết bị chuyên dụng đo sử dụng tồn bộ cho máy phát điện để chính xác lưu lượng nhiên liệu chảy sinh ra điện năng cung cấp cho hệt qua ống dẫn trong một đơn vị thời gian, hống chiếu sáng trên xe thì đây chính là khĩ khăn mà người thực 6 W = Athực × hMP = 13.8 × 10 (J) × 95% hiện đề tài gặp phải nên việc tính tồn = 13.11 × 106(J)(3) tiêu hao sẽ dựa trên lý thuyết. Tính tốn Mặt khác ta cĩ: W = P × t lý thuyết tiết kiệm nhiên liệu: Như đã Với P là cơng suất tiêu thụ của thiết bị tính tốn ở phần trước tồn bộ hệ thống điện. t là thời gian tải tiêu thụ. đèn LED sẽ tiết kiệm so với đèn truyền Vậy trong cùng khoảng thời gian là t = thống lượng cơng suất là : 1(giờ) chiếu sáng liên tục hệ thống đèn ∆Ptổng = Ptổngcũ - Ptổng LED=114 w - chiếu sáng truyền thống và hệ thống 45w=69w(1) Nếu chỉ tính riêng đèn đèn chiếu sáng LED sẽ tiêu thụ lượng head light thì độ sai lệch cơng suất của điên năng là Wcũ = Pcũ × t hệt hống đèn LED so với đèn truyền WLED = PLED × t thống là Điện năng tiết kiệm được trong thời gian t = 1(giờ) chiếu sáng liên tục sẽ là: ∆Pheadlight = Phedlightcũ - Phedlight LED = ∆W = Wcũ - WLED = (Pcũ - PLed) × t = 66.7w-26.3w=40.4w (2) ∆P × t (4) 6
7. Bài báo khoa học Vậy để tiết kiệm được một lít xăng thống chiếu sáng vào khoảng sân phía nhiên liệu so với hệ thống cũ, Hệ thống trước. mới sẽ phải hoạt động liên tục trong : Mục đích thí nghiệm là so sánh về biên 푊 T = (5) dạng chiếu sáng của hai loại đèn khác hoạtđộng ∆W nhau từ đĩ rút ra kết luận hệ thống đèn Thay (4) vào (5) ta cĩ 푊 LED cĩ khả năng thay thế cho đèn sợi Thoạtđộng = (6) với t = 1 (giờ) = ∆P×t đốt truyền thống hay khơng. 3600 (s). Nếu chỉ tính riêng đèn head light (vì thường sử dụng liên tục và thường xuyên). Ta thay ∆P = ∆Pheadlight vào (6), với các kết quả tính tốn tại (3) và (2) ta cĩ: 13.11 × 106 T = ~ 90 (giờ). hoạtđộng 40.4 × 3600 Nĩi một cách khác cứ sau 90 ( giờ) chiếu sáng hệ thống mới sẽ tiết kiệm Hình 4: Hê ̣thớng đè n LED góc nhìn cho chủ phương tiện lượng nhiên liệu là thấp, đè n sá ng cos 1 (lít) xăng. 3.2. Thí nghiệm về độ sáng Địa điểm tiến hành thí nghiệm là sân tập xe của trường Cao Đẳng Nghề Thủ Đức. Thời gian tiến hành là chín giờ tối (9:00 pm) vào hai ngày liên tiếp nhau. Tất cả các bước thí nghiệm đều đc chụp hình lại nhằm so sánh sự giống và khác của hai hệ thống đèn đầu. Hình 5: Hê ̣thớng đè n thườ ng góc nhìn Cho xe khởi động, bật đèn đầu, chuyển thấp, đè n sá ng cos đèn đầu qua lại giữa hai chế độ pha cos Kết quả thí nghiêṃ cho ta thấy hê ̣thớng và ghi hình lại. Làm như vậy cho cả hai chiếu sáng đèn LED tớt hơn hê ̣thớng hệ thống đèn. Bên dưới là kết quả đèn thường. bằng hình ảnh thu được khi hai hệ 3.3. Đo cường đơ ̣sá ng 7
8. Bài báo khoa học Thí Nghiệm được tiến hành tại Trung tâm đăng kiểm ơtơ và xe cơ giới 66 - 01 tại Bình Dương. Thiết bị dùng để kiểm tra đèn pha là máy LUMINOSCOPE PLA20 Hình 8: Cườ ng đơ ̣ sá ng hê ̣thớng đè n LED đo đươc̣ I: 1.3 kcd 4. Kết luận  Hệ thống chiếu sáng thơng minh nhận diện ngày đêm và điều khiển hệ thống rất hợp lý  Cơng suất tiêu thụ giảm khoảng 60% (114/45W) Hình 6: Máy LUMINOSCOPE  Cường độ sáng: tốt hơn loại cũ PLA20 (0,6/1.3 kcd)  Tuổi thọ bĩng đèn: 2000/50000h 5. Hướ ng phá t triển củ a đề tài Hệ thống chiếu sáng bằng LED được xây dựng hoạt động khá hiệu quả nên hướng phát triển tương lai là thu gọn san phẩm và chuẩn hĩa quá trình lắp đặt nhằm giảm giá thành sản xuất để thương mại hĩa sản phẩm. Tich hợp thêm các tính năng như: khi gặp xe đối diệ tốc tự chuyển sang đèn chi ếu gần, xe chạy < 40 km/h tự chuyển sang đèn chiếu gần. Hình 7: Cườ ng đơ ̣ sá ng hê ̣thớng đè n Thay đổi hệ thống chiếu sáng thường thườ ng đo đươc̣ I: 0.6 kcd sang sử dụng LED siêu sáng đạt hiệu quả. 8
9. Bài báo khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS. TS Đỗ Văn Dũng - Hệ thống điện thân xe - ebook www.oto-hui.com [2] PGS. TS Đỗ Văn Dũng - Từ điển anh văn chuyên ngành cơng nghệ ơtơ - www.oto-hui.com [3] [4] The IESNA light sources Committee [5] Quyền Huy Ánh - Giáo trùn cung cấp điện - Trường ĐHSPKT TP.HCM. 2005. [6] Automotive Forward Lighting with use of high flux white Light - Emitting- Diodes Jih-Tao Hsu and Wen-Liang Wang [7] P. Albou - LED Module for Headlamp," Lighting Technology" SAE SP- 1787, 2003 [8] Kiyoshi Sazuka, " LED Headlamps " SAE SP-1875 Simulation and experimental results of high beam pp55-60, 2004 [9] Michael Hamm - System Strategies for Adaptive Lighting Systems Proceeding PAL 2001 [10] [11] Van Derlofske, John F.; McColgan, Michele W - White led sources for vehicule forward lighting XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS. Đỗ Văn Dũng 9
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.