Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG CHO NGà TƯ LẬP TRÌNH BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành Sinh viên thực :Trần Đông Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Huy Toàn Lớp: Đ-ĐTK5.1 Hưng Yên Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn MỤC LỤC NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG u cầu mục đích hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông .6 Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng 2.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng ưu tiên cho người 2.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cho ngã tư 2.3 Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba .9 II PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 10 Mạch dùng IC số .10 Điều khiển vi điều khiển 11 Với vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lý 11 Điều khiển PLC 12 III CÁC TIÊU CHUẨN LỰA CHỌN BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 12 IV LED ĐOẠN VÀ LED ĐƠN 14 Các khái niệm 14 Kết nối với vi điều khiển 17 V GIAO TIẾP VI ĐIỀU KHIỂN VỚI LED ĐOẠN .20 VI KHỐI GIẢI Mà 21 VII GIỚI THIỆU CHUNG CẤU TRÚC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 22 Tóm tắt lịch sử AT89C51 .23 Sơ đồ chân tín hiệu 80C51/AT89C51 25 Các ghi chức đặc biệt 27 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn Phần II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 37 I Sơ đồ nguyên lý theo khối 37 Khối hiển thị 37 Khối tín hiệu điều khiển 38 Khối điều khiển đèn 39 II Sơ đồ mạch nguyên lý chung 40 III Chương trình điều khiển 41 Phần III: PHẦN TỔNG KẾT 47 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn LỜI NĨI ĐẦU Với thời đại phát triển ngày vấn đề giao thông ngày trú trọng Các phương tiện tham gia giao thông gia tăng không ngừng hệ thống giao thơng ngày phức tạp Vì để đảm bảo an toàn tham gia giao thơng việc sử dụng hệ thống tín hiệu để điều khiển phân luồng nút giao thông cần thiết Qua thực tế chúng em nhận thấy vấn đề sát thực Hơn chúng em trang bị kiến thức trình nghiên cứu học tập trường chúng em chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cho ngã tư lập trình vi điều khiển” Trong suốt trình thực đề tài chúng em nhận hướng dẫn tận tình thầy “ Nguyễn Trung Thành” thầy cô khoa điện- điện tử Chúng em xin chân thành cám ơn thầy Tuy nhiên q trình thực đồ án kiến thức hiểu biết hạn hẹp chúng em chưa có nhiều điều kiện khảo sát thực tế nhiều, thời gian làm đồ án không dài đồ án chúng em tránh thiếu sót Chúng em mong thầy các bạn đóng góp bổ sung ý kiến để đồ án chúng em thêm hoàn thiện Chúng em xin chân thành cám ơn! Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG u cầu mục đích hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng Trước tình hình phương tiện tham gia giao thơng ngày gia tăng không ngừng hệ thống giao thông ngày phức tạp Chính lý dẫn đến tình trạng ùn tắc tai nạn giao thơng ngày gia tăng Vì để đảm bảo giao thơng an tồn thơng suốt việc sử dụng hệ thống tín hiệu để điều khiển phân luồng nút giao thông cần thiết Với tầm quan trọng hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cần đảm bảo u cầu sau: - Đảm bảo trình hoạt động cách xác liên tục - Độ tin cậy cao - Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng 2.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người Hệ thống hoạt động sau: - Ở trạng thái bình thường đèn báo tuyến đường ô tô trạng thái xanh - Khi người muốn qua đường, người phải nhấn vào nút nhấn nằm cột đèn dành cho người Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn - Sau nhấn nút xin đường hệ thống đèn báo tuyến đường mô tả giản đồ thời gian sau 2.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cho ngã tư Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn Hệ thống có hoạt động sau: Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn Ta giả sử xét chế độ ban ngày thời điểm ban đầu đèn xanh vị trí A C sáng cho phép phương tiện người đi theo chiều từ A sang C ngược lại đồng thời lúc đèn đỏ vị trí B D sáng khơng cho phương tiện lưu theo chiều từ B sang D ngược lại Sau khoảng thời gian đèn xanh vị trí A C đèn đỏ B D tắt đồng thời đèn vàng vị trí sáng đèn đỏ vị trí dành cho người nhấp nháy sau khoảng thời gian Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn đèn vàng tắt đèn vàng vị trí A C sáng đèn xanh vị trí B D sáng lúc xanh cho người A C sang, đỏ cho người B D sáng Sau đỏ B D sáng Sau đỏ A D xanh B D tắt đèn vàng lại sáng Ở chế độ ban đêm có đèn vàng Giản đồ thời gian mô tả sau 2.3 Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba Hệ thống hoạt động sau: Giả sử xét chế độ ban ngày thời điểm ban đầu đèn xanh vị trí A B sáng cho phép phương tiện thẳng từ A B theo C Đồng thời lúc đèn đỏ vị trí C sáng không cho phép xe lưu thông theo chiều từ C sang đường A B Sau khoảng thời đèn đỏ A B sáng, không cho phép phương tiện thẳng từ A B, đồng thời đèn xanh vị trí C sáng cho phép phương tiện vào C từ C sang đường A B Trong trình chuyển từ đèn xanh sang đỏ ngược lại đèn vàng sáng khoảng thời gian Ở chế độ ban đêm có đèn vàng nhấp nháy Ta có thời gian mơ tả hoạt động hệ thống sau Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn II PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN Với phát triển khoa học kỹ thuật để điều khiển hệ thống giao thông có nhiều cách khác là: Dùng IC số, vi xử lý, vi điều khiển, điều khiển PLC Mạch dùng IC số Với mạch dùng IC số có ưu điểm sau:  Giá thành rẻ  Mạch đơn giản dễ thực  Tổn hao cơng suất bé, mạch dùng pin acquy Tuy nhiên sử dụng kỹ thuật số khó khăn việc thay đổi chương trình Muốn thay đổi chương trình buộc ta phải thay đổi phần cứng Do lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kinh tế mà nhiều u cầu khơng thực nhờ phương pháp 10 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn  C/(/T): Bit nµy cho phÐp chọn chức Timer hay Counter - Bit đợc xoá để thực chức Timer - Bit đợc đặt để thực chức Counter M0, M1: Bit chọn Mode, để xác định trạng thái vµ kiĨu Timer/Counter: - M1=0, M0=0: Chän kiĨu bé Timer 13 bit Trong THx dài bit, TLx dµi bit - M1=0, M0=1: Chän kiĨu bé Timer 16 bit THx TLx dài 16 bit đợc ghép tầng - M1=1, M0=0: bit Auto reload Các ghi tự động nạp lại bị tràn Khi Timer bị tràn, THx dài bit đợc giữ nguyên giá trị, giá trị nạp lại đợc đa vào TLx - M1=1, M0=1: Kiểu phân chia Timer TL0 Timer/Counter bit, đợc điều khiển bit điều khiển Timer 0, Còn TH0 Timer bit, đợc điều khiển bit điều khiển Timer - M1=1, M0=1: Timer/Counter Stopped 3.15 Thanh ghi SCON: SCON lµ ghi trạng thái điều khiển cổng nối tiếp Nó chứa bit chọn chế độ, mà chứa bit liệu thứ dành cho việc truyền nhận tin (TB8 RB8) chứa bit ngắt cổng nối tiếp SM0, SM1: Là bit cho phÐp chän chÕ ®é cho cỉng trun nèi tiÕp 35 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn SM SM 0 Mode Đặc điểm Tốc độ Baud Thanh Fosc /12 ghi dÞch 1 bit UART Có thể thay đổi (đợc đặt Timer) bit UART Fosc /64 hc Fosc /32 1 bit UART Cã thÓ thay đổi (đợc đặt Timer) Bảng 3.5 Chọn Mode SCON  SM2: Cho phÐp trun tin ®a xư lý, thĨ hiƯn ë Mode vµ ë chÕ độ 3, đặt SM2 = RI không đợc kích hoạt bit liệu thứ (RB8) nhận đợc giá trị Mode 1, SM2=1 RI không đợc kích hoạt bit dừng có hiệu lực đà không đợc nhận chế độ 0, SM2 nên REN: Cho phép nhận nối tiếp Đợc đặt xoá phần mềm phép không cho phép nhận TB8: Là bit liệu thứ mà đợc truyền Mode Đợc đặt xoá phần mềm 36 Ging viờn hng dn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyn Huy Ton RB8: Là bit liệu thứ đà đợc nhận Mode Mode 1, SM2=0 RB8 bit dừng đà đợc nhận Mode 0, RB8 không đợc sử dụng TI: Cờ ngắt truyền Đợc đặt phần cứng cuối thời điểm bit thứ Mode 0, đầu thời điểm bit dừng Mode khác trình truyền nối tiếp nào, phải đợc xoá phần mềm RI: Cờ ngắt nhận Đợc đặt phần cứng ci thêi ®iĨm cđa bit thø Mode 0, thời điểm bit dừng Mode khác trình nhận nối tiếp (trừ trờng hợp ngoại lệ, xem SM2), phải đợc xoá phần mềm Phn II: THIT K PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN I Sơ đồ nguyên lý theo khối Khối hiển thị 37 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn IC giải mã led IC 89C51 Led Khối tín hiệu điều khiển Tín hiệu IC 89C51 38 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Khối điều khiển đèn IC 89C51 Led đơn 39 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn II Sơ đồ mạch nguyên lý chung 40 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn Ngun lý hoạt động: Khi IC 89C51 khởi động chương trình tự động điều khiển đếm lùi mặc định: - Đèn đỏ sáng 10s - Đèn xanh sáng 5s - Đèn vàng sáng 5s IC89C51 tự động đưa liệu cho IC giải mã để hiển thị LED đồng thời đợi tín hiệu điều khiển từ bên Để điều khiển thời gian đếm lùi ta chọn cơng tắc SW2 sang mức sau ấn nút điều khiển thời gian để tăng thời gian đếm lùi lên, chuyển SW2 lại mức để thực điều khiển 41 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn Cơng tắc SW1 để điều khiển chế độ ban ngày ban đêm: - SW1=1: chế độ ban ngày - SW1=0: chế dộ ban đêm III Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h mov r3,#59h mov r4,#10 mov dph,#03h kiemtra: jb p0.1,nhapdulieu jnb p0.0,buoidem jmp duongso1 nhapdulieu: mov dph,#03h mov dpl,#59h mov r4,#10 x1: jnb p0.1,kiemtra mov a,#0 movc a,@a+dptr mov p1,a mov a,#5 movc a,@a+dptr mov p3,a jb p0.2,x1 42 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn inc r4 dec dpl mov r3,dpl x2: jnb p0.2,x2 jmp x1 buoidem: jb p0.0,kiemtra jb p0.1,kiemtra mov p1,#00h mov p3,#00h mov p2,#0bbh acall delay mov p2,#0ffh acall delay jmp buoidem duongso1: mov p2,#6dh mov a,r4 mov r6,a mov r5,#5 mov dpl,r3 w1: jnb p0.0,kiemtra 43 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn jb p0.1,nhapdulieu mov a,#0 movc a,@a+dptr mov p1,a cjne r6,#5,w2 setb p2.7 clr p2.6 mov p3,a acall delay inc dptr djnz r5,w1 jmp duongso2 w2: mov a,#5 movc a,@a+dptr mov p3,a acall delay inc dptr dec r6 jmp w1 duongso2: mov p2,#0d6h mov a,r4 mov r6,a mov r5,#5 44 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn mov dpl,r3 w3: jnb p0.0,kiemtra jb p0.1,nhapdulieu mov a,#0 movc a,@a+dptr mov p3,a cjne r6,#5,w4 setb p2.3 clr p2.2 mov p1,a acall delay inc dptr djnz r5,w3 jmp duongso1 w4: mov a,#5 movc a,@a+dptr mov p1,a acall delay inc dptr dec r6 jmp w3 delay:mov r7,#20 mov tmod,#01h lap: 45 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h setb tr0 jnb tf0,$ clr tr0 clr tf0 djnz r7,lap ret org 300h DB 99h,98h,97h,96h,95h,94h,93h,92h,91h,90h DB 89h,88h,87h,86h,85h,84h,83h,82h,81h,80h DB 79h,78h,77h,76h,75h,74h,73h,72h,71h,70h DB 69h,68h,67h,66h,65h,64h,63h,62h,61h,60h DB 59h,58h,57h,56h,55h,54h,53h,52h,51h,50h DB 49h,48h,47h,46h,45h,44h,43h,42h,41h,40h DB 39h,38h,37h,36h,35h,34h,33h,32h,31h,30h DB 29h,28h,27h,26h,25h,24h,23h,22h,21h,20h DB 19h,18h,17h,16h,15h,14h,13h,12h,11h,10h DB 09h,08h,07h,06h,05h,04h,03h,02h,01h,00h end 46 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn Phần III: PHẦN TỔNG KẾT Trong thời gian thực đề tài, với bảo giúp đỡ tận tình thầy Đỗ Cơng Thắng, đến đề tài: “kế chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cho ngã tư lập trình vi điều khiển” hoàn thành Chúng em cố gắng vận dụng kiến thức học để giải yêu cầu đề tài Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế nhiều vấn đề nên trình thực cịn thiếu xót hạn chế Chúng em mong 47 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn nhận ý kiến góp ý thầy khoa ý tưởng thiết kế mơ hình sản phẩm cảu chúng em để sản phẩm hoàn thiện Cuối chúng em xin cảm ơn quý thầy cô tạo điều kiện tốt để chúng em hồn thành đề tài thời gian sớm Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2010 Nhóm sinh viên thực 48 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Toàn 49 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đơng- Nguyễn Văn Hồng - Nguyễn Huy Tồn ... đích hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng .6 Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng 2.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người 2.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu. .. tín hiệu giao thơng cho ngã tư 2.3 Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba .9 II PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 10 Mạch dùng IC số .10 Điều khiển vi điều khiển ... Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG u cầu mục đích hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày gia