Thiết kế mô hình điều khiển đèn ngã tư giao thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN NGÃ TƯ GIAO THƠNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS ĐOÀN THỊ BẰNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Cao Hữu Tín 1811020221 18DDCA2 Trần Anh Huy 1811020158 18DDCA2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 LỜI CAM ĐOAN  Trần Anh Huy MSSV: 1811020158, Lớp: 18DDCA2  Cao Hữu Tín MSSV: 1811020221, Lớp: 18DDCA2 Nhóm em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp thành nghiên cứu nhóm em Được giám sát hướng dẫn khoa học TS Đoàn Thị Bằng Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực không chép từ nguồn hình thức Trong q trình thực nhóm em có tham khảo tài liệu liên quan đến đề tài nhằm khẳng định tin cậy cần thiết đề tài Việc tham khảo nguồn tài liệu trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo TP HCM, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực i LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm đồ án đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Cô Viện Kỹ thuật HUTECH dành hết tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Và học kỳ này, viện tạo cho chúng em làm đề tài đồ án mà theo em hữu ích đối đời sống người Đó đề tài “Thiết kế mơ hình điều khiển đèn ngã tư giao thông” Đặc biệt chúng em chân thành cảm ơn Đồn Thị Bằng tận tình giúp đỡ hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận thời gian học làm đề tài Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ báo cáo đề tài chúng em khó hồn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Sau cùng, nhóm em xin kính chúc q Thầy Cơ Viện Kỹ Thuật HUTECH thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Chúng em xin trân trọng cảm ơn ! TP.Hồ Chí Minh,ngày tháng năm 2022 ii TĨM TẮT NỘI DUNG Trong năm gần với phát triển kinh tế tốc độ gia tăng không ngừng loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng phương tiện giao thơng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thơng xảy thường xuyên Hiện nay, tuyến đường thị nước ta sử dụng đèn tín hiệu để điều khiển giao thơng Hệ thống góp phần giải vấn nạn ùn tắc giao thông tuyến đường Tuy nhiên đa phần đèn đặt nút giao làm việc độc lập mà khơng có liên hệ lẫn hoạt động Việc tổ chức điều khiển giao thông trường hợp đơn giản làm cho dòng xe tuyến bị tổn thất thời gian lớn liên tục gặp phải đèn đỏ Vấn đề đặt để đảm bảo giao thơng thơng suốt Để giải vấn đề đó, em chọn đề tài “thiết kế mơ hình điều khiển đèn ngã tư giao thông” nhằm thiết kế triển khai hệ thống điều khiển cho đèn giao thông ngã tư, nhằm hạn chế ùn tắc tai nạn cho phương tiện tham gia giao thơng Trong đề tài nhóm chúng em sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560 để khởi tạo giá trị ban đầu khởi tạo IO khởi tạo Timer khởi tạo thời gian thực gán giá trị ban đầu cho biến đồng thời kết hợp với tín hiệu thu từ Module cảm biến ánh sáng Module thời gain thực DS 1307 để điều chỉnh chế độ chạy mơ ngày, đêm, cao điểm IC 74HC595 có vai trị mở rộng số ngõ vào, ngõ Arduino Mega 2560 để kết nối với thiết bị LED báo pha, Module cảm biến ánh sáng, Led đoạn nút nhấn iii ABSTRACT In recent years, along with the development of the economy, there is a constant increase in the means of transport The rapid development of means of transport has led to traffic congestion which occurs very often Currently, the main roads in urban areas in our country all use signal lights to control traffic This system contributes to solving the problem of traffic jams on the roads However, most of the lights located at the intersections work independently without having any interaction with each other when operating The organization of traffic control in this case is simple, but it will cause the traffic on the main route to lose a lot of time due to constantly encountering red lights The problem here is how to ensure smooth traffic To solve that problem, I chose the topic "Traffic intersection control model design" to design and deploy a control system for traffic lights at an intersection, in order to limit congestion and reduce traffic congestion accidents for vehicles participating in traffic In this topic, our group uses the Arduino Mega 2560 microcontroller to initialize initial values such as IO initialization, Timer initialization, real-time initialization and initialization of variables The signal is obtained from the Light Sensor Module and the DS 1307 Real Time Module to adjust the running modes of the model such as day, night, peak time IC 74HC595 has the role of expanding the number of inputs and outputs of the Arduino Mega 2560 to connect to devices such as LED phase indicator, light sensor module, 7-segment LED push button iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT NỘI DUNG iii ABSTRACT .iv LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài nghiên cứu: .2 1.2 Mục đích nghiên cứu: 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu: 1.4 Phương pháp nghiên cứu: 1.5 Kết đạt được: .4 1.6 Kết cấu đồ án: CHƯƠNG TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Mô tả hệ thống: 2.2 Vị trí tầm quan trọng hệ thống đèn giao thông: .5 2.3 Khảo sát nước: 2.3.1 Hệ thống đèn giao thông thông minh công ty TNHH Phát Triển Sài Gòn ATN 2.3.2 Giải pháp hệ thống đèn tín hiệu giao thơng cơng ty TNHH Cơng nghệ điều khiển LISA 2.4 Khảo sát nước ngoài: 2.4.1 Hệ thống đèn giao thông nước : 2.4.2 Giai pháp nhóm: 2.5 Ứng dụng hệ thống đèn giao thông thông minh thực tế: CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN DƯỜNG GIAO THÔNG 10 3.1 Tổng quan đèn giao thông: 10 3.2 Phương pháp tính tốn thiết kế khí đèn giao thơng: 10 3.3 Cấu tạo .11 3.4 Một số thiết bị có đèn giao thơng 15 v 3.4.1 Loại màu ( dành cho xe cộ) 15 3.4.2 Loại màu dành cho người 16 3.4.3 Đèn đếm lùi 17 3.5 Thiết kế vẻ khí: 18 3.5.1 Giới thiệu phần mềm AutocaD: .18 3.5.2 Giới thiệu thiết bị có mơ hình bao gồm: 19 Đèn tín hiệu giao thơng đỏ vàng xanh D300 24 Thơng số kỹ thuật đèn tín hiệu giao thông đỏ xanh vàng D300 24 3.6 Các phương pháp điều khiển 26 3.6.1 Phương pháp điều khiển đèn giao thông IC số 26 3.6.2 Phương pháp điều khiển đèn giao thơng vi mạch dung kỹ thuật vi xử lí .26 3.6.3 Phương pháp điều khiển đèn giao thông PLC 26 3.6.4 Phương pháp điều khiển đèn giao thông vi điều khiển 27 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 31 4.1 Sơ đồ tính mơ hình 31 4.1.1 Khối nguồn .32 4.1.2 Khối nút nhấn .33 4.1.3 Khối cảm biến ánh sáng ( light sensor) 34 4.1.4 Khối thời gian thực ( real time) 35 4.1.5 Khối thiết bị ngõ 37 4.1.6 Khối hiển thị .42 4.2 Vi điều khiển 43 4.2.1 Giới thiệu chung ARDUINO 43 4.2.2 Cách thức lập trình 43 4.2.3 Giới thiệu ARDUINO MEGA2560 45 4.3 Thiết kết mơ hình đèn đường thơng minh .50 4.4 Hoàn thiệt mơ hình 51 CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 52 5.1 Sơ đồ khối 52 vi 5.2 Lưu đồ thuật toán .53 5.3 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 54 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 59 6.1 Phân tích kết quả: .59 6.2 Những kết đạt được: 59 6.3 Những vấn đề hạn chế thực đề tài: 59 6.4 Hướng phát triển: .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC PHẦN MỀM 62 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Ảnh chụp ngã tư Bà Chiểu google map Hình 2: Ngã tư chợ Bà Chiểu Hình 1: Ngã tư giao thơng (nguồn Internet) Hình 2: Hệ thống đen giao thơng cơng ty TNHH Phát Triển Sài Gịn ATN Hình 3: Đèn giao thông ( nguồn Internet) Hình 4: Mơ hình ngã tư (nguồn Internet) Hình 1: Phần đế cột đèn giao thông( nguồn Internet) 11 Hình 2: Phần tay vươn cột đèn giao thông( nguồn Internet) 12 Hình 3: Đèn giao thơng( nguồn Internet) 13 Hình 4: Tủ điều khiển đèn giao thông( nguồn Internet) 14 Hình 5: Đèn màu dành cho người bộ( nguồn Internet) 17 Hình 6: Đèn đếm lùi( nguồn Internet) 17 Hình 7: Bản vẽ móng trụ đèn CAD 19 Hình 8: Bản vẽ thân trụ đèn CAD) 20 Hình 9: Bản vẽ đầu trụ đèn CAD 21 Hình 10: Chi tiết núm tay vươn trụ đèn CAD 22 Hình 11: Bản vẽ tổng quát trụ đèn CAD 22 Hình 12: Mặt ngã tư CAD 23 Hình 13: Đèn tín hiệu D300( nguồn Internet) 24 Hình 14: Đèn tín hiệu đếm thời gian D300( nguồn Internet) 25 Hình 15: Hình minh họa ngã tư giao thơng 28 Hình 16: Giản đồ thơi gian đèn giao thông ngã tư 29 Hình 17: Lưu đồ giải thuật điều khiển đèn giao thông 30 Hình 1: Sơ đồ khối mạch proteus 31 Hình 2: Khối nguồn proteus 32 Hình 3: Sơ đồ kết nối mạch giảm áp lm 2596( nguồn Internet) 32 Hình 4: Nút nhấn proteus 33 Hình 5: Nút nhấn ds-213( nguồn Internet) 33 viii Hình 6: Cảm biến quang trở proteus 34 Hình 7: Module cảm biến ánh sáng ( nguồn Internet) 34 Hình 8: DS1307 proteus 35 Hình 9: Đồng hồ thời gian thực DS1307 ( nguồn Internet) 35 Bảng 1: Bảng chân chức DS-1307 36 Hình 10: Khối thiết bị ngõ proteus 37 Hình 11: IC 74HC595 (nguồn Internet) 37 Hình 12: Sơ đồ chân 74HC595 ( nguồn Internet) 38 Bảng 2: Sơ đồ chân 74HC595 ( nguồn Internet) 40 Hình 13: Module đèn giao thong 5V( nguồn sản phẩm mơ hình ĐATN) 40 Hình 14: Đèn Led báo pha màu đỏ ( nguồn sản phẩm mơ hình ĐATN) 41 Hình 15: LED đoạn proteus 42 Hình 16: Led đoạn ( nguồn sản phẩm mơ hình ĐATN) 42 Hình 17: Giao diện khởi động Arduino IDE 44 Hình 18: Khối vi điêu khiển proteus 45 Hình 19: Khối vi điều khiển ( nguồn sản phảm mơ hình ĐATN) 45 Hình 20: ARDUNIO MEGA 2560 ( nguồn Internet) 48 Hình 21: Sơ đồ chân ARDUINO MEGA 2560 (nguồn Internet) 49 Hình 22: vễ bố trí đèn đường 50 Hình 23: Mơ hình hoạt động 51 Hình 1: Sơ đồ khối mơ hình đèn đường thơng minh 52 Hình 2: Lưu đồ thuật toán 53 Hình 3: Sơ đồ mạch proteus 54 Hình 4: Mạch in PCB LAYOUT proteus 55 ix led1=ma7doan[vangt%10]; led2=ma7doan[vangt/10]; led3=ma7doan[vangt%10]; digitalWrite(vt, LOW); // digitalWrite(xt, HIGH); digitalWrite(dt, HIGH); } else { dot=ghd; vangt=ghv; digitalWrite(dt, LOW); // digitalWrite(xt, HIGH); digitalWrite(vt, HIGH); tt=2; } } else if(tt==2) { if(dot>0) { dot ; led0=ma7doan[dot/10]; led1=ma7doan[dot%10]; led2=ma7doan[dot/10]; led3=ma7doan[dot%10]; 66 digitalWrite(dt, LOW); // digitalWrite(xt, HIGH); digitalWrite(vt, HIGH); } else { dot=ghd; xanht=ghx; digitalWrite(xt, LOW); digitalWrite(dt, HIGH); digitalWrite(vt, HIGH); tt=0; } } } void demp() { if(tp==0) { if(dop>0) { dop ; led4=ma7doan[dop/10]; led5=ma7doan[dop%10]; led6=ma7doan[dop/10]; 67 led7=ma7doan[dop%10]; digitalWrite(dp, LOW); digitalWrite(xp, HIGH); digitalWrite(vp, HIGH); } else { dop=ghd; xanhp=ghx; led4=ma7doan[xanhp/10]; led5=ma7doan[xanhp%10]; led6=ma7doan[xanhp/10]; led7=ma7doan[xanhp%10]; digitalWrite(xp, LOW); digitalWrite(dp, HIGH); digitalWrite(vp, HIGH); tp=1; } } else if(tp==1) { if(xanhp>0) { xanhp ; led4=ma7doan[xanhp/10]; led5=ma7doan[xanhp%10]; 68 led6=ma7doan[xanhp/10]; led7=ma7doan[xanhp%10]; digitalWrite(xp, LOW); digitalWrite(dp, HIGH); digitalWrite(vp, HIGH); } else { vangp=ghv; xanhp=ghx; led4=ma7doan[vangp/10]; led5=ma7doan[vangp%10]; led6=ma7doan[vangp/10]; led7=ma7doan[vangp%10]; digitalWrite(vp, LOW); digitalWrite(dp, HIGH); digitalWrite(xp, HIGH); tp=2; } } else if(tp==2) { if(vangp>0) { vangp ; led4=ma7doan[vangp/10]; 69 led5=ma7doan[vangp%10]; led6=ma7doan[vangp/10]; led7=ma7doan[vangp%10]; digitalWrite(vp, LOW); digitalWrite(dp, HIGH); digitalWrite(xp, HIGH); } else { vangp=ghv; dop=ghd; led4=ma7doan[dop/10]; led5=ma7doan[dop%10]; led6=ma7doan[dop/10]; led7=ma7doan[dop%10]; digitalWrite(dp, LOW); digitalWrite(xp, HIGH); digitalWrite(vp, HIGH); tp=0; } } } void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(en, OUTPUT); 70 pinMode(ck, OUTPUT); pinMode(data, OUTPUT); pinMode(vp, OUTPUT); pinMode(xp, OUTPUT); pinMode(dp, OUTPUT); pinMode(vt, OUTPUT); pinMode(xt, OUTPUT); pinMode(dt, OUTPUT); pinMode(hnt1, INPUT); pinMode(hnt2, INPUT); pinMode(hnp1, INPUT); pinMode(hnp2, INPUT); pinMode(svt, OUTPUT); pinMode(svp, OUTPUT); pinMode(qt, INPUT); pinMode(d1, OUTPUT); pinMode(d2, OUTPUT); pinMode(d3, OUTPUT); pinMode(d4, OUTPUT); pinMode(k1, OUTPUT); 71 pinMode(k2, OUTPUT); pinMode(k3, OUTPUT); pinMode(k4, OUTPUT); tp=0; tt=0; ghd=11; ghx=7; ghv=3; dop=ghd; xanhp=ghx; dot=ghd; xanht=ghx; vangp=ghv; vangt=ghv; Timer1.initialize(1000000); //Khởi động ngắt, thời gian đặt cho 1s Timer1.attachInterrupt(dem_tgian); digitalWrite(vp, HIGH); digitalWrite(dp, HIGH); digitalWrite(xp, HIGH); digitalWrite(vt, HIGH); digitalWrite(dt, HIGH); digitalWrite(xt, HIGH); ttsvt=0; chayt=0; ttsvp=0; chayp=0; chayv=0; ttsvtm=1; ttsvpm=1; 72 servop_dong(); servot_dong(); } void hienthi(int h) { int l; for(l=0;l5) { ttsvt=0; ttsvtm=1; servot_dong(); } } if((digitalRead(hnp1)==0)||((digitalRead(hnp2)==0))) { ttsvp=1; chayp=0; if(ttsvpm==1) { ttsvpm=0; servop_mo(); } } 74 if(ttsvp==1) { if(chayp>5) { ttsvpm=1; servop_dong(); ttsvp=0; } } if(digitalRead(qt)==1) { digitalWrite(d1,HIGH); digitalWrite(d2,HIGH); digitalWrite(d3,HIGH); digitalWrite(d4,HIGH); } else { digitalWrite(d1,LOW); digitalWrite(d2,LOW); digitalWrite(d3,LOW); digitalWrite(d4,LOW); } 75 if(chayv