điều khiển thông minh hệ thống đèn giao thông theo số làn xe dùng vdk 8051

LỜI NÓI ĐẦU Trong mấy chục năm qua , khoa học máy tính và xử lý thông tin có những bước tiến vược bậc và ngày càng có những đóng góp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn. Nó góp phần rất lớn trong việc đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất ,kinh tế và đời sống xã hội. Từ những hệ thống máy tính lớn đến nhứng hệ thống máy tính cá nhân , từ những việc điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị phục vụ đời sống hằng ngày của con người. Với mong muốn tìm hiểu , ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện đại vào phục vụ sản xuất và phục vụ đời sống con người CHƯƠNG I Giới thiêu về hệ thống đèn giao thông tại một ngã tư 1.1. Hệ thống đèn giao thông ngã tư - Ra đời trước ô tô, đèn tín hiệu ban đầu chỉ dành cho tàu hỏa. Lúc đầu, nó thắp sáng bằng khí gas. Sau 43 năm chúng chạy bằng điện nhưng vẫn cần người điều khiển cho tới khi hoàn toàn tự động vào năm 1950. Ban đầu tín hiệu giao thông chưa có đèn vàng và thay nó là chiếc còi hú vang khi cần. Lịch sử đèn tín hiệu có từ tháng 10 năm 1868, khi người ta đặt hệ thống đèn ngay bên tòa nhà quốc hội Anh ở Luân Đôn. Chúng lắp ở đây để báo hiệu cho những đoàn tàu đi ngang qua. Trên cây cột hình khuỷu tay có hai chiếc đèn: một màu đỏ và một màu xanh dùng cho ban đêm. Đèn đỏ nghĩa là dừng lại còn đèn xanh là chú ý. Tháng 8 năm 1914, công ty tín hiệu giao thông ra đời tại Mỹ và chịu trách nhiệm lắp đèn tại các ngã tư bang Ohio. Điều đặc biệt là khi đó đèn tín hiệu vẫn chưa có đèn vàng nên khi chuyển trạng thái, cảnh sát lại bấm chiếc còi hú vang báo cho các lái xe biết. - Đến năm 1920, đèn tín hiệu mới có đủ ba mầu: xanh, đỏ, vàng; do sĩ quan cảnh sát Williams Posst, sống tại thành phố Detroit sáng chế ra. Năm 1923, Gerrette Morgan đã được nhận bằng phát minh đèn tín hiệu giao thông, mặc dù ông không phải người trực tiếp làm nên cuộc cách mạng đèn tín hiệu hiện đại. Nguyên nhân dẫn tới phát minh đó của Morgan là do tình trạng tai nạn xảy ra nhiều trên đường phố Mỹ trong những năm đó. Ông thấy cần có tiêu chuẩn thống nhất để hệ thống tín hiệu sẵn có hoạt động hiệu quả. Sau khi nghiên cứu, Morgan thiết kế cột đèn hình chữ T. Trong đó các tín hiệu như: "dừng lại" và "đi" và "dừng lại ở tất cả các hướng". Khi đèn báo "dừng lại ở các hướng", người đi bộ mới được phép băng qua đường. Sau năm 1923, hệ thống vẫn phải có người vận hành. Tính riêng tại thành phố New York, hơn 100 cảnh sát phải làm việc 16 giờ hàng ngày và tổng tiền lương là 250.000 USD mỗi năm. Do những khó khăn nói trên, các kỹ sư được lệnh thiết lập và phát triển hệ thống đèn hoạt động tự động. Tuy nhiên gần 20 năm sau, ước mơ đó của các cảnh sát mới trở thành hiện thực. Năm 1950, đèn tín hiệu xanh đỏ được sử dụng rất rộng rãi ở Canada và phát triển nhanh chóng trên thế giới. Ngày nay, hệ thống đèn tín hiệu hiện đại hơn nhiều, có tính năng đặc biệt là chụp hình những xe vượt đèn đỏ. Bên cạnh đó nhiều nước phát minh hết sức thú vị như đèn 4 chế độ ở Anh, New Zeland, Phần Lan v.v. Đèn từ đỏ chuyển sang đỏ và vàng rồi đến xanh và về lại vàng. Trạng thái đỏ và vàng báo cho các lái xe biết rằng đèn xanh sẽ sáng lên trong một khoảng thời gian rất ngắn nữa. - Đèn giao thông bao gồm 2 loại : + Loại 3 màu (dành cho xe cộ) Loại 3 màu có 3 kiểu: xanh, vàng, đỏ. Tác dụng như sau:  Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất cả các phương tiện đang lưu thông phải dừng lại ở phía trước vạch dừng (trừ trường hợp những xe rẽ phải ,) người đi bộ được sang đường.  Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi và phải chú ý. Người đi bộ không được sang đường.  Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu. Khi đèn vàng bật sau đèn xanh nghĩa là chuẩn bị dừng, khi đó các phương tiện phải dừng lại trước vạch sơn dừng vì tiếp đó đèn đỏ sẽ sáng, trường hợp đã vượt quá vạch dừng thì phải nhanh chóng cho xe rời khỏi giao lộ. Nếu đèn vàng bật sau đèn đỏ có nghĩa là chuẩn bị đi, người lái xe có thể đi trước hoặc chuẩn bị để đi vì tiếp đó đèn xanh sẽ sáng. Khi đèn vàng nhấp nháy ở tất cả các hướng nghĩa là được đi nhưng người lái xe vẫn phải chú ý. Loại đèn này lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc thì đèn đỏ ở trên, vàng ở giữa, xanh ở dưới. Nếu lắp chiều ngang thì theo thứ tự đỏ ở bên trái, vàng ở giữa, xanh ở bên phải hay ngược lại(đèn xanh luôn luôn hướng về phía vỉa hè hoặc giải phân cách, đèn đỏ hướng xuống lòng đường). + Loại 2 màu (dành cho người đi bộ) Loại 2 màu có hai màu xanh, đỏ. Tác dụng như sau:  Đỏ: Đèn đỏ có nghĩa là "không được sang đường". Nó có hình ảnh người màu đỏ đang đứng yên hoặc chữ "dừng lại". Khi gặp đèn đỏ, người đi bộ phải đứng yên trên vỉa hè. Khi người đỏ nhấp nháy nghĩa là sắp được sang đường, người đi bộ phải chuẩn bị sang phía bên kia đường.  Xanh: Đèn xanh có nghĩa là "được phép sang đường". Nó có hình ảnh người màu xanh đang bước đi hoặc chữ "sang đường". Khi gặp đèn xanh, người đi bộ được phép sang đường. Khi đèn xanh nhấp nháy, người đi bộ phải khẩn trương sang nốt quãng đường còn lại. Loại đèn này lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc thì đèn đỏ ở trên, đèn xanh ở dưới. Nếu lắp chiều ngang thì đèn đỏ ở bên trái, đèn xanh ở bên phải hoặc ngược lại. Loại này đôi khi được lắp kèm với đèn đếm lùi để người đi bộ có khả năng ước lượng thời gian sang đường là bao lâu 1.2. Ưu điểm khi sử dụng hệ thống đèn giao thông thông minh cho ngã tư. - Khi sử dụng hệ thống đèn giao thông thông minh sẽ giảm thiểu được số cảnh sát giao thông làm nhiệm vụ tại các ngã tư, đặc biệt là trong giờ cao điểm. - Giảm ùn tắc giao thông tại những điểm có lượng xe lớn trong giờ cao điểm - Giảm thiểu tai nạn giao thông do vượt cố khi tham gia giao thông khi mật độ phương tiện quá lớn. 1.3. Giới thiệu về vi điều khiển 8051 - Bé vi ®iÒu khiÓn 8051 lµ thµnh viªn ®Çu tiªn cña hä 8051 được sản xuất bởi hơn 20 nhà sản xuất độc lập như Atmel, Maxim IC(công ty con của Dallas Semiconductor), NXP Semicoductors (Philips Semiconductor trước đây), Winbond, Silicon Laboratories,Texas Instruments và Cypress Semiconductor. Tên gọi chính thứccủa họ vi điều khiển Intel 8051 –MCS51. Những vi điều khiển Intel 8051 được sản xuất với việc dùng công nghệ MOSFET, những những bản sau, chứa kí hiệu “C” trong tên, như 80C51, dùng công nghệ CMOS và yêu cầu công suất thấp, hơn những cái MOSFET trước (điều này cho phép trang bị cho các thiết bị nguồn là pin). -Các thông số kỹ thuật: Gồm : 8 bit ALU, 8 bit thanh ghi, 8 dữ liệu bus , 16 bit địa chỉ bus .Vì vậy không gian bộ nhớ tối đa cho ROM và RAM lên tới 64kb .Bộ nhớ dữ liệu SRAM 128bytes .Bộ nhớ chương trình ROM 4kb 32 chân vào/ ra đa hướng giao tiếp nối tiếp UART hai bộ timer/counter 16 bit - Đối với 8051 cho phép vài trình biên dịch từ ngôn ngữ lập trình C, phần lớn chúng hỗ trợ mở rộng ngôn ngữ để dùng hiệu quả hơn các đặc tính của 8051. Để lập trình 8051 có thể dùng các ngôn ngữ bậc cao khác: Forth, BASIC, Pascal,…, nhưng chúng không phổ biến như C và Assembler. CHƯƠNG II Xây dựng mạch phần cứng 2.1. Cấu trúc chung của hệ thống - Nguyên lí hoạt động của hệ thống: + Khi cấp nguồn cho hệ thống mạch điều khiển hệ thống sẽ hiển thì các trạng thái đèn điều khiển giao thồng khác nhau như đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển. Mạch điều khiển ngoài nhiệm vụ hiển thì đèn giao thông đơn thuần còn có nhiệm vụ hiển thị đồng hồ thời gian đếm ngược để cho người tham gia giao thông biết rằng còn bao nhiêu lâu nữa thì đèn sẽ chuyển sang trạng thái tiếp theo. + Khi có cảm biến lưu lượng xe tác động (lưu lượng xe đông) thì cảm biến sẽ phát tín hiệu cho mạch điều khiển biết rằng lưu lượng xe đã đông hơn mức bình thường và đưa ra phương án ưu tiên phù hợp cho làn đường đang có lưu lượng xe lớn. 2.2. Mạch phần cứng. - Mạch mô phỏng phần cứng bao gồm: + 2 vi điều khiển AT 89C51 + Các đèn led: đỏ, vàng, xanh + 4 IC giải mã 7447 + Led 7 vạch hiển thì thời gian đếm ngược Nguồn Mạch điều khiển Hiển thị đèn điều khiển giao thông Thông số cập nhật từ bàn phím Đếm ngược thời gian + Nút ấn (thay cho thông số nhập từ bàn phím) + U1 và U6 đều điều khiển 2 hệ thống đèn đối diện nhau nhưng để đơn giản trong mô phỏng thì chỉ vẽ 1 phía CHƯƠNG III Thiết kế phần mềm 3.1. Lưu đồ thật toán SETB P0.5 Đ S START P0.5 = 0 MAIN1 MAIN2 Chương trình chia làm 2 chương trình con: + MAIN1: là chương trình điều khiển mặc định. + MAIN2: là chương trình điều khiển có ưu tiên cho luồng phương tiên có lưu lượng lớn hơn. 3.2. Mã lệnh. Đoạn lệnh thứ nhất: (nạp cho U1) #INCLUDE <SFR51.INC> ORG 000H MAIN: SETB P0.5 JNB P0.5,MAIN2 [...]... nhất qua lại (VD: đường dành riêng cho ôtô hoặc xe máy,…) - Hệ thống hoạt động chưa thực sự tin cậy khi có các xe lớn bé khác nhau cùng lưu thông, chỉ cảm nhận được là lượng xe đang lưu thông là đông hoặc không đông chứ không thể biết được lượng xe là bao nhiêu, nhiều tới mức nào TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tống Văn Ôn và Hoàng Đức Hải – Họ vi diều khiển 8051 [2] Giáo trình môn kĩ thật vi xử lí [3] cdtvn.net... không tác động (cảm biến chưa tác động), U1 và U6 hoạt động theo MAIN1: hiển thị thời gian đèn đỏ trong 26s, đèn vàng trong 5s, đèn xanh trong 20s - Khi nút ấn tác động (cảm biến tác động),U1 và U6 hoạt động theo MAIN2: + U1 tăng thời gian đèn xanh lên thêm 5s + U6 tăng thời gian đèn đỏ lên thêm 5s + Các chế đọ khác giữ nguyên 3.4 Nhận xét - Với hệ thống đã thiết kế ở trên chỉ sử dụng được cho những nơi . Mạch điều khiển Hiển thị đèn điều khiển giao thông Thông số cập nhật từ bàn phím Đếm ngược thời gian + Nút ấn (thay cho thông số nhập từ bàn phím) + U1 và U6 đều điều khiển 2 hệ thống đèn đối. cứng 2.1. Cấu trúc chung của hệ thống - Nguyên lí hoạt động của hệ thống: + Khi cấp nguồn cho hệ thống mạch điều khiển hệ thống sẽ hiển thì các trạng thái đèn điều khiển giao thồng khác nhau như. với đèn đếm lùi để người đi bộ có khả năng ước lượng thời gian sang đường là bao lâu 1.2. Ưu điểm khi sử dụng hệ thống đèn giao thông thông minh cho ngã tư. - Khi sử dụng hệ thống đèn giao thông