Đồ án tốt nghiệp tên đề tài thiết kế mô hình đèn giao thông

Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao đảm bảo giaothông được thông suốt và sử dụng đèn điều khiển giao thông ởnhững ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường là mộtgiải pháp Xuất phát từ nh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG

KHOA TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐÈN GIAO THÔNG

Giáo viên hướng dẫn: Trần Quốc Chính Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Ngọ Trần Đình Nam

Lê Phú Mĩ

Võ Ngọc Điệp

Lớp: 20CĐT1A

Đà Nẵng, tháng năm 2022

TÓM TẮT

Đề tài “Thiết kế mô hình đèn giao thông”

Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương:

Họ và tên sinh viên trong nhóm:

Lớp: 20CĐT1A Khoa: Tự động hóa Ngành: Cơ điện tử

 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế mô hình đèn giao thông

 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

 Mục lục

 Lời mở đầu

 Chương 1: Tổng quan đề tài

 Chương 2: Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

 Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống

 Chương 4: Mô hình thực nghiệm

 Kết luận

 Tài liệu tham khảo

 Phụ lục

 Họ tên người hướng dẫn:

 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/08/2020

 Ngày hoàn thành đồ án: 15/11/2020

Đà Nẵng, tháng 11 năm2022

Người hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến các quý thầy cô giáokhoa Tự Động Hóa trường Cao Đẳng Nghề Đà Nẵng đã tạo điềukiện cho chúng em được làm đồ án này cùng với những kiếnthức quý báu mà quý thầy cô đã truyền cho chúng em trongnhững năm học qua Chúng em cũng xin được cảm ơn thầyChính đã tận tình hướng dẫn em để em có thể hoàn thành được

đồ án này Những sự giúp đỡ và dạy bảo của quý thầy cô giúpích cho chúng em rất nhiều trong việc trao dồi kiến thức chocông việc sau này

Một lần nữa chúng em xin cảm ơn và chúc các quý thầy côkhoa Tự Động Hóa và toàn thể thầy cô trường Cao Đẳng Nghề

Đà Nẵng nhiều sức khỏe và công tác tốt

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thựchiện

NguyễnQuang Ngọ

Trần ĐìnhNam

Lê Phú Mĩ

Võ Ngọc Điệp

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÈN GIAO THÔNG 9

1.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐÈN GIAO THÔNG VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 9

1.1.1 Lịch sử phát triển 9

1.2 CÁC LOẠI ĐÈN GIAO THÔNG VÀ Ý NGHĨA 10

1.2.1 Loại 3 màu (dành cho xe cộ) 10

1.2.2 Loại 3 màu (dành cho người đi bộ) 11

1.3 CÔNG NGHỆ ĐÈN GIAO THÔNG 11

1.4 QUAN ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG 12

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 13

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC MODULE TRONG MẠCH VÀ LẬP TRÌNH 2.1 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 14

2.1.1 Sơ đồ khối 14

2.1.2 Phân tích chức năng các khối 14

2.2 LỰA CHỌN LINH KIỆN 15

2.2.1 Khối điều khiển 15

2.2.1.1 .Giới thiệu chung Arduino 15 2.2.1.2 Mạch giảm áp module LM2596 17

2.2.1.3.MODULE LED 7 đoạn 2 LED 18

2.2.4 Đèn Led 19

2.2.4.1 Điện trở 330 ôm 20

2.2.5 Nguồn Adapter 12V2A 21

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ARDUINO IDE 22

2.3.1 Giao diện 24

2.3.2 Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino 25

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 25

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26

3.1 SƠ ĐỒ NỐI DÂY 26

3.1.1 SƠ ĐỒ 26

3.1.1 Sơ đồ được vẽ trên proteus 27

3.1.2 CODE ĐỒ ÁN TRONG ARDUNO IDE 27

4 KẾT QUẢ 33

4.1 MÔ HÌNH THỰC TẾ 33

KẾT LUẬN 34

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nềnkinh tế là tốc độ gia tăng không ngừng về các loại phương tiệngiao thông Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giaothông đã dẫn tới tình trạng tắt nghẽn giao thông xảy ra rấtthường xuyên Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao đảm bảo giaothông được thông suốt và sử dụng đèn điều khiển giao thông ởnhững ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường là mộtgiải pháp

Xuất phát từ nhu cầu thực tế và những hiểu biết về nhữnglĩnh vực này Sau đây em xin tìm hiểu và Thiết kế hệ thống đèngiao thông thông minh sử dụng Aduino Đây là cơ sở để thiết kếnhững hệ thống tự động hóa đơn giản, cũng như phức tạp đượcứng dụng rộng rãi trong khoa học và đời sống

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây cùng sự phát triển của nền kinh

tế là tốc độ gia tăng không ngừng về các loại phương tiện giaothông Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giaothông dẫn đến tihf trạng tắc nghẽn giao thông và tai nạn giaothông xảy ra thường xuyên

Để giải quyết vấn đề đó, em đã chọn đề tài “thiết kế, môphỏng sử dụng Aduino để điều khiển đèn giao thông” nhằmthiết kế và triển khai một hệ thống điều khiển cho đèn giaothông tại một ngã tư, nhằm hạn chế ùn tắc và tai nạn cho cácphương tiện tham gia giao thông

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

- Mục tiêu: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống đèn giao thông sửdụng Aduino

- Nhiệm vụ nghiên cứu: Tìm hiểu về hệ thống đèn giao thông và

hệ thống báo động để hoàn thành sản phẩm hệ thống đèn giaothông sử dụng Aduino

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối

+ Nghiên cứu hoạt động của Aduino

+ Nghiên cứu về cách nạp code cho Aduino

4 Phương pháp nghiên cứu

- Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và mô hình thực tế đểlàm rõ nội dung đề tài Cụ thể như sau:

+ Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đề tài giúp người nghiên cứu có được kiến thức nền tảng vềAduino

- Từ lý thuyết và kết quả nghiên cứu, người nghiên cứu có thểphát triển ý tưởng để xây dựng những mô hình đèn giao thôngminh thực tế có tính ứng dụng cao

- Đề tài “nghiên cứu và thiết kế đèn giao thông thông minh sửdụng Aduino” mang tính thực tế và dễ dàng áp dụng vào thựctiễn

7 Nội dung của đồ án tốt nghiệp

Nội dung báo cáo gồm 3 chương được giới thiệu sơ lược sauđây:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ đèn giao thông Chương 2: Phân tích các module trong mạch và lập trình Chương 3: Kết quả và hướng phát triển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÈN GIAO

có đèn vàng và thay nó là chiếc còi hú vang khi cần Lịch sửđèn tín hiệu có từ tháng 10 năm 1868, khi người ta đặt hệthống 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 Trêncây cột hình khuỷu tay có hai chiếc đèn: một màu đỏ và mộtmàu xanh dùng cho ban đêm Đèn đỏ nghĩa là dừng lại còn đènxanh là chú ý Tháng 8 năm 1914, công ty tín hiệu giao thông rađời 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 nênkhi chuyển trạng thái, cảnh sát lại bấm chiếc còi hú vang báocho các lái xe biết Đèn tín hiệu 3 màu (Từ năm 1920 đếnnay)Sửa đổi Đến năm 1920, đèn tín hiệu mới có đủ ba màu: đỏ,vàng, xanh; do sĩ quan cảnh sát Williams Posst, sống tại thànhphố Detroit sáng chế ra Năm 1923, Gerrette Morgan đã đượcnhận bằng phát minh đèn tín hiệu giao thông, mặc dù ôngkhông phải người trực tiếp làm nên cuộc cách mạng đèn tínhiệu hiện đại 4.0 Nguyên nhân dẫn tới phát minh đó củaMorgan là do tình trạng tai nạn xảy ra nhiều trên đường phố Mỹtrong những năm đó Ông thấy cần có tiêu chuẩn thống nhất để

hệ thống tín hiệu sẵn có hoạt động hiệu quả Sau nhiều nămnghiên cứu, Morgan thiết kế ra cột đèn hình chữ T Trong đó cáctín hiệu như: "dừng lại", "đi" và "dừng lại ở tất cả các hướng".Khi đèn báo "dừng lại ở các hướng", người đi bộ mới được phépbăng qua đường Sau năm 1923, hệ thống vẫn phải có ngườivận hành Tính riêng tại thành phố Việt Nam, hơn 100 cảnh sátphải làm việc 16 giờ hàng ngày và tổng tiền lương là 250.000USD mỗi năm Do những khó khăn nói trên, các kỹ sư được lệnhthiết lập và phát triển hệ thống đèn hoạt động tự động Tuynhiên gần 20 năm sau, ước mơ đó của các cảnh sát mới trởthành hiện thực Năm 1950, đèn tín hiệu xanh đỏ được sử dụngrất 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 đónhiều 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 vàngrồi đến xanh và về lại vàng Trạng thái đỏ và vàng báo cho cáclái xe biết rằng đèn xanh sẽ sáng lên trong một khoảng thờigian rất ngắn nữa.Hiện nay, tại một số nước trên thế giới đãxuất hiện đèn tín hiệu giao thông có khả năng "biết đếm" Đèn tín hiệu 3 màu

1.2 CÁC LOẠI ĐÈN GIAO THÔNG VÀ Ý NGHĨA

1.2.1 Loại 3 màu (dành cho xe cộ)

Hình 1.1 Đèn giao thông 3 màu 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 phảidừng lại ở phía trước vạch dừng (trừ trường hợp những xe rẽphải và những xe được quyền ưu tiên đi làm nhiệm vụ)

• Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi

• Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu từ xanhsang đỏ

1.2.2 Loại 3 màu (dành cho người đi bộ)

Hình 1.2 Đèn giao thông 2 màu Loại 2 màu có hai màu xanh, đỏ Tác dụng như sau:

• Đỏ: Đèn đỏ có nghĩa là "không được sang đường" Nó có hìnhảnh người màu đỏ đang đứng yên hoặc chữ "dừng lại" Khi gặpđèn đỏ, người đi bộ phải đứng yên trên vỉa hè

• Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu từ xanhsang đỏ

• Xanh: Đèn xanh có nghĩa là "được phép sang đường" Nó cóhình ảnh người màu xanh đang bước đi hoặc chữ "sang đường".Khi gặp đèn xanh, người đi bộ được phép sang đường Khi đènxanh nhấp nháy, người đi bộ phải khẩn trương sang nốt quãngđường còn lại

Loại đèn này lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc thì đèn đỏ ởtrên, đèn xanh ở dưới Nếu lắp chiều ngang thì đèn đỏ ở bêntrái, đèn xanh ở bên phải hoặc ngược lại Loại này đôi khi đượclắp kèm với đèn đếm lùi để người đi bộ có khả năng ước lượngthời gian sang đường là bao lâu

1.3 CÔNG NGHỆ ĐÈN GIAO THÔNG

Bao gồm đèn tín hiệu điều khiển giao thông và đèn đếm lùithời gian đèn tín hiệu giao thông là sản phẩm do công ty nghiêncứu và chế tạo, được thiết kế lắp đặt cho mọi nút giao thông

công cộng, hay hệ thống giao thông của các tỉnh thành phố.Đèn điều khiển tín hiệu giao thông sử dụng công nghệ mớichiếu sáng bằng đèn LED outdoor công suất cho độ sáng tốt vàtiết kiệm năng lượng Hệ thống đèn tín hiệu có thể hoạt độngđồng bộ điều khiển chung tại một đầu não điều khiển hoặc hoạtđộng độc lập điều khiển tự động từng nút một Đèn đếm lùi tínhiệu đèn giao thông của công ty có thể tương thích với tất cảcác đèn tín hiệu giao thông hiện nay (Sử dụng điện áp 220VAChoặc tín hiệu một chiều điện áp thấp 12 - 24V).

Nguyên lý hoạt động của đèn đếm lùi tín hiệu đèn giao thông lànguyên lý học và đếm lùi theo tín hiệu của đèn tín hiệu điềukhiển giao thông Tức là với chu kỳ đầu tiên đèn sẽ đếm thờigian sáng của đèn tín hiệu rồi lấy số liệu đó để hiển thị số đếmlùi cho chu kỳ tiếp theo, cứ tiếp tục như vậy, khi thay đổi thờigian sáng của đèn tín hiệu thì thời gian hiển thị đếm lùi cũngthay đổi theo Tín hiệu và màu sắc của đèn đếm lùi hoàn toàntrùng với tín hiệu đèn điều khiển giao thông Hệ thông đèn giaothông có thể tương thích và hoạt động với nhiều nguồn điện ápkhác nhau, có thể tích hợp và sử dụng năng lượng mặt trời, điệncấp từ ác quy

1.4 QUAN ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG

Ưu điểm:

Cơ động, thích nghi cao với các điều kiện địa hình, khí hậu

Có hiệu quả kinh tế cao trên các cự li vận chuyển ngắn và trungbình

Đáp ứng các yêu cầu vận chuyển đa dạng của khách hàng

Có thể kết hợp linh hoạt với các loại phương tiện vận tải khác.Nhược điểm:

Tốn nhiên liệu vận chuyển.

Gây nhiều tai nạn, ô nhiễm môi trường

Gây ách tắc giao thông, đặc biệt là ở các đô thị lớn

Tai nạn giao thông đường ô tô

Vận tải bằng ô tô ngày càng chiếm ưu thế Khối lượng luânchuyển bằng ô tô bằng ½ khối lượng luân chuyển bằng tàu hỏa.Thế giới hiện nay có khoảng 700 triệu đầu xe ô tô, trong đó có4/5 là xe du lịch các loại

Sự bùng nổ trong việc sử dụng phương tiện ô tô đã gây ranhững vấn đề nghiêm trong về môi trường

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Ở chương này, đã tìm hiểu về nguyên lý hoạt động củacông nghệ đèn giao thông và phân loại các hệ thống đèn giaothông

Biết được ưu nhược điểm của hệ thống đèn giao thông vàứng dụng

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC MODULE TRONG MẠCH VÀ

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống đèn giao thông

2.1.2 Phân tích chức năng các khối

Khối ARDUNO UNO R3 : khối điều khiển trung tâm điều khiểnđèn báo hiệu xanh, vàng, đỏ, cung như đèn đếm giây

Khối Module LM2596 : khối giảm áp có khả năng điều chỉnhđược dòng ra đến 3A

Khối Module led 7 doạn : khối báo hiệu giây cho việc chuyểngiao dèn xanh , đèn vàng và đèn đỏ

Khối đèn xang, vàng, đỏ : khối dèn báo hiệu:

• Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất cả các phương tiện đang lưu thôngphải dừng lại ở phía trước vạch dừng (trừ trường hợp những xe

rẽ phải và những xe được quyền ưu tiên đi làm nhiệm vụ)

ARDUNO UNO R3

MODULE LED 2

DO N 2 LEDẠ

DÈN LED 3 MÀU XANH VÀNG ĐỎMODULE

LM2596

• Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi

• Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu từ xanhsang đỏ

2.2 LỰA CHỌN LINH KIỆN

2.2.1 Khối điều khiển

2.2.1.1 Giới thiệu chung Arduino

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắtđầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nóitới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã pháttriển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno R3)

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sửdụng cho người mới bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòngArduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro…Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựachọn phù hợp nhất

Bo mạch Arduino Uno R3

Hình 2.2 Arduino UNO R3

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Uno R3

Nguyên lý hoạt động

Arduino Uno R3 được sử dụng bằng cách gắn vào máy tínhthông qua một cáp USB Sau khi đã lắp đặt xong, chúng ta sẽ sửdụng pin hoặc bộ chuyển đổi AC-DC để cung cấp điện cho mạchkit Khi đấu nối thành công, mạch sẽ kích hoạt và bắt đầu Vai trò của mạch kit Arduino UNO R3

UNO được thiết kế để hỗ trợ sự phát triển của phần mềmArduino IDE

Lý do mạch kit này có tên Arduino UNO R3 là vì chúng là phiênbản sửa đổi mới nhất, thứ 3 của Arduino Uno Có một số thayđổi:

 Chip điều khiển USB được thay đổi từ ATmega8U2 (flash8K) thành ATmega16U2 (flash 16K) Điều này không làmtăng flash hoặc RAM có sẵn cho các bản phác thảo.

 Trang bị thêm ba chân mới Trong đó, các chân I2C (A4, A5)được đưa ra bên cạnh bảng gần AREF Một chân IOREF bên cạnh chân đặt lại, là một bản sao của chân 5V

 Nút đặt lại hiện nằm bên cạnh đầu nối USB, giúp dễ tiếp cận hơn khi sử dụng tấm chắn

Ngoài ra, mạch kit này cũng đóng vai trò quan trọng và chínhtrong bảng bảng USB-Arduino

Đặc điểm

Một trong những ưu điểm nổi bật của mạch kit arduino uno r3 làngười sử dụng có thể thay đổi bộ vi điều khiển trên bảng trongtrường hợp họ gặp phải sự cố hay mắc lỗi

Ngoài ra, bộ kit này còn mang đến cho người sử dụng nhiều tínhnăng tuyệt vời như:

 Khả năng tháo rời

 Tích hợp sẵn trong DIP (gói nội tuyến kép)

 Khả năng điều khiển ATmega328

 Dễ dàng tải lập trình

Ưu điểm cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là:Arduino có một cộng đồng hỗ trợ lớn và một bộ thư viện hỗ trợphong phú Cùng với “lá chắn” phần cứng bổ sung phía sau.Điều này sẽ là một sự lựa chọn tuyệt vời cho những người mớibắt đầu làm việc trong lĩnh vực thiết bị điện tử nhúng

2.2.1.2 Mạch giảm áp module LM2596

Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điềuchỉnh được dòng ra đến 3A LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ

bên trong Tức là khi cấp nguồn 9v vào module, sau khi giảm áp

ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v như 5V hay 3.3V Thật tuyệtvời đúng không?

Thông số kỹ thuật

 Module nguồn không sử dụng cách ly

 Nguồn đầu vào từ 4V - 35V

 Nguồn đầu ra: 1V - 30V

 Dòng ra Max: 3A

 Kích thước mạch: 53mm x 26mm

 Đầu vào: INPUT +,

INPUT- Đầu ra: OUTPUT+,

OUTPUT-Hình ảnh module LM2596