Thiết kế hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông

MỞ ĐẦU Ngày với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ñã ñang ngày thay ñổi, văn minh ñại Sự phát triển kỹ thuật ñiện tử ñã tạo hàng loại thiết bị với ñặc ñiểm bật xác cao, tốc ñộ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Việc ứng dụng công nghệ vào thực tế ngày ñược mở rộng Lĩnh vực ñiều khiển giao thơng lĩnh vực quan tâm đến Ngành Giao thơng vận tải có vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, vai trị trước bước, làm tảng cho phát triển ngành khác Trong ñiều kiện phát triển hội nhập nay, ứng dụng Công nghệ Điện tử tin học thành công Giao thơng vận tải điều kiện khơng thể thiếu để ngành Giao thơng vận tải làm trịn trách nhiệm Xuất phát từ quan điểm trên, kết hợp với yêu cầu thực tế, ñịnh chọn ñề tài thiết kế ñiều khiển tín hiệu giao thông thông minh ứng dụng hệ thống nhúng hệ ñiều hành Windows CE Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giao thơng thơng minh có khả điều chỉnh linh hoạt với điều kiện thực tế Nội dung luận văn trình bày theo chương: Chương Giới thiệu Chương Lý thuyết điều khiển tín hiệu giao thơng, chiến lược ưu tiên Chương Thiết kế hệ thống ñiều khiển Chương Kết ñạt ñược hướng nghiên cứu phát triển Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đức Thuận, người tận tình bảo, hướng dẫn tơi suốt q trình học tập thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử - Viễn Thông, Viện Đại học Mở Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp, bạn bè ñã tạo ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tơi suốt q trình học tập CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Kỷ nguyên công nghệ tiếp tục phát triển khơng ngừng nhằm thơng minh hố đại hố thơng suốt hệ thống Có thể nói đánh dấu đời phát triển hệ nhúng trước tiên phải kể ñến ñời vi xử lý, vi điều khiển Thập kỷ 80 coi khởi ñiểm bắt ñầu kỷ nguyên bùng nổ phát triển hệ nhúng Từ khởi nguồn cho sóng đời hàng loạt chủng loại vi xử lý máy tính nhúng Gắn liền với phát triển phần cứng, phần mềm ñã phát triển với tốc ñộ nhanh không thua chí tăng nhanh nhiều theo phát triển hệ nhúng Ở nước ta, vấn ñề giao thơng vấn đề lớn xã hội quan tâm Đặc biệt thành phố lớn, ngày có nhiều phương tiện người tham gia giao thơng, sở hạ tầng ñã ñược cải thiện ñáng kể song khơng thể đáp ứng u cầu lại q cao An tồn giao thơng xem quốc sách Vì việc quản lý giao thông vô quan trọng Hệ thống giao thông thông minh ITS (Intelligent Transportation Systems), áp dụng kỹ thuật tiên tiến vào hệ thống vận tải ñường nhìn nhận rộng rãi giải pháp cho toán vận tải mà xã hội phải đối mặt Ở khía cạnh khác, nhu cầu ngày tăng tính lưu động ñang phải ñối mặt với ràng buộc kinh tế, xã hội vật lý sở hạ tầng vận tải sẵn có Những ràng buộc bao gồm giảm bớt chi phí cho dự án vận tải, mối quan tâm tới môi trường thiếu không gian vật lý cho dự án cải thiện hạ tầng Những ứng dụng ITS, mà khoa học ứng dụng sử dụng ñể tăng hiệu suất hoạt ñộng khả sở hạ tầng vận tải, phụ thêm vào hay chí thay phát triển sở hạ tầng, cung cấp giải pháp lưu động có hiệu mà lại giảm chi phí cho xã hội Trên giới hệ thống điều khiển giao thơng phát triển trải qua nhiều giai ñoạn Từ ñiều khiển ñiện tử ñến ñiều khiển sử dụng vi ñiện tử kết hợp với phần mềm ñiều khiển linh hoạt 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ NHÚNG 1.2.1 Các khái niệm hệ nhúng Hệ thống nhúng Trong giới thực thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả xử lý thơng tin điều khiển tiềm ẩn thiết bị hay hệ nhúng, ví dụ thiết bị truyền thơng, thiết bị đo lường ñiều khiển, thiết bị phục vụ sinh hoạt hàng ngày lị vi sóng, máy giặt, camera…Rất dễ dàng để kể hàng loạt thiết bị hay hệ thống ñang tồn quanh ta, chúng hệ nhúng Hiện chưa có ñịnh nghĩa thực thoả ñáng ñể ñược chuẩn hoá thừa nhận rộng rãi cho hệ nhúng mà khái niệm diễn tả chúng thơng qua đặc thù chung Tuy nhiên hiểu hệ nhúng phần hệ thống xử lý thông tin nhúng hệ thống lớn, phức hợp độc lập ví dụ ôtô, thiết bị ño lường, ñiều khiển, truyền thông thiết bị thơng minh nói chung Chúng tổ hợp phần cứng phần mềm ñể thực một nhóm chức chuyên biệt, cụ thể Hình 1-1: Một vài hình ảnh hệ nhúng Hệ thời gian thực Trong toán ñiều khiển ứng dụng hay gặp thuật ngữ “thời gian thực” Thực chất, theo cách hiểu nói hệ thống kỹ thuật đặc biệt hệ thống yêu cầu khắt khe ràng buộc thời gian, thời gian thực ñược hiểu yêu cầu hệ thống phải ñảm bảo thoả mãn tính tiền định hoạt động hệ thống Tính tiền định nói lên hành vi hệ thống thực khung thời gian cho trước hồn tồn xác định Ở phân biệt yếu tố thời gian gắn liền với khái niệm thời gian thực Không phải hệ thống thực nhanh đảm bảo tính thời gian thực nhanh hay chậm hồn tồn phép so sánh có tính tương đối mili giây nhanh với hệ thống ñiều khiển nhiệt lại chậm ñối với ñối tượng ñiều khiển ñiện dòng, áp… Hơn nhanh khơng chưa ñủ mà phải ñảm bảo trì ổn ñịnh chế hoạt ñộng tin cậy Thực tế thấy hầu hết hệ nhúng hệ thời gian thực hầu hết hệ thời gian thực hệ nhúng Điều phản ánh mối quan hệ mật thiết hệ nhúng thời gian thực tính thời gian thực trở thành thuộc tính tiêu biểu hệ nhúng Vì ñề cập tới hệ nhúng người ta ñều nói tới đặc tính tính thời gian thực Hình 1-2: Phân bố quan hệ hệ nhúng thời gian thực 1.2.2 Lĩnh vực ứng dụng hệ nhúng Chúng ta kể ñược nhiều ứng dụng hệ thống nhúng ñang ñược sử dụng nay, xu thể tiếp tục tăng nhanh Một số lĩnh vực sản phẩm thị trường rộng lớn hệ nhúng nhóm sau: • Các thiết bị điều khiển • Ơtơ, tàu điện • Truyền thơng • Thiết bị y tế • Hệ thống đo lường thẩm định • Tồ nhà thơng minh • Thiết bị dây truyền sản xuất • Rơbốt • 1.2.3 Đặc điểm cơng nghệ xu phát triển hệ nhúng 1.2.3.1 Đặc điểm cơng nghệ Các hệ thống có chung số đặc ñiểm yêu cầu khả thời gian thực, ñộ tin cậy, tính ñộc lập hiệu Một câu hỏi ñặt hệ thống nhúng lại phát triển ñược phổ cập cách nhanh chóng Câu trả lời thực nằm yêu cầu tăng lên không ngừng ứng dụng công nghệ Các yêu cầu là: Khả độc lập thơng minh hố: Điều rõ thơng qua số thuộc tính yêu cầu, cụ thể như: - Độ tin cậy - Khả bảo trì nâng cấp - Sự phổ cập tiện sử dụng - Độ an tồn - Tính bảo mật Hiệu quả: u cầu thể thơng qua số ñặc ñiểm hệ thống sau: - Năng lượng tiêu thụ - Kích thước phần cứng phần mềm - Hiệu thời gian thực - Kích thước khối lượng - Giá thành Phân hoạch tác vụ chức hoá: Các vi xử lý hệ nhúng thường ñược sử dụng ñể ñảm nhiệm thực một nhóm chức ñộc lập ñặc thù cho phần chức hệ thống lớn mà ñược nhúng vào Khả làm tăng thêm chuyên biệt hoá chức hệ thống lớn dễ dàng cho trính xây dựng, vận hành bảo trì Khả thời gian thực: Các hệ thống ñều gắn liền với việc ñảm nhiệm chức phải thực theo khung thời gian qui ñịnh Tuỳ thuộc vào toán yêu cầu hệ thống mà yêu cầu khả thời gian thực khác Tuy nhiên, thực tế hệ nhúng thoả mãn tất yêu cầu nêu trên, chúng kết thoả hiệp nhiều yêu cầu ñiều kiện nhằm ưu tiên cho chức cụ thể mà chúng thiết kế Chính điều lại làm tăng thêm tính chun biệt hố hệ/thiết bị nhúng mà thiết bị đa khơng thể cạnh tranh ñược 1.2.3.2 Xu phát triển tăng trưởng hệ nhúng Vì phát triển hệ nhúng kết hợp nhuần nhuyễn phần cứng phần mềm nên cơng nghệ gắn liền với cơng nghệ kết hợp giải pháp cho phần cứng mềm Vì tính chun biệt thiết bị / hệ nhúng ñã giới thiệu nên phần cứng ñược chế tạo ñể ưu tiên ñáp ứng cho chức hay nhiệm vụ cụ thể yêu cầu thiết kế ñặt Lớp hệ nhúng ưu tiên phát triển theo tiêu chí kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ lượng ít, giá thành thấp Các chíp xử lý nhúng cho lớp hệ thống ứng dụng thường u cầu khả tính tốn vừa phải nên hầu hết ñược xây dựng cở sở ñồng xử lý bít 16 bit 32 bit khơng hỗ trợ dấu phảy động hạn chế dung lượng khả tính tốn Lớp hệ nhúng ưu tiên thực thi khả xử lý tính tốn với tốc độ thực nhanh Các chíp xử lý nhúng cho hệ thống Chip áp dụng công nghệ cao cấp với kiến trúc xử lý song song ñể ñáp ứng cường độ tính tốn lớn tốc độ mà Chip xử lý đa chức thơng thường khơng ñạt tới ñược Lớp hệ thống ưu tiên hai tiêu chí phát triển hai lớp trên, tức kích thước nhỏ gọn, mức tiêu thụ lượng thấp, tốc độ tính tốn nhanh Tuỳ theo thoả hiệp yêu cầu xu phát triển khơng có ngạc nhiên thấy tồn song song nhiều Chip vi xử lý nhúng, vi ñiều khiển nhúng bit, 16 bit hay 32 bit với Chíp siêu xử lý khác ứng dụng rộng rãi cho hệ nhúng Trong xu phát triển khơng ngừng nhằm thoả mãn nhu cầu phát triển nhanh hiệu có nhiều cơng nghệ cho phép thực thi giải pháp hệ nhúng Đứng sau phổ cập rộng rãi Chip vi xử lý vi ñiều khiển nhúng, DSP phải kể ñến công nghệ ñang ñược quan tâm ASIC, CPLD, FPGA, PSOC tổ hợp chúng Kèm theo kỹ thuật phát triển phần mềm cho phép ñảm nhiệm ñược toán yêu cầu khắt khe sở phần cứng hữu hạn khả xử lý khơng gian nhớ Giải tốn thời gian thực phân chia tác vụ giải cạnh tranh chia sẻ tài nguyên chung Hiện có nhiều nhà phát triển cơng nghệ phần mềm lớn ñang hướng vào thị trường hệ nhúng bao gồm Microsoft Ngồi số hệ điều hành Windows quen thuộc dùng cho PC, Microsoft ñã tung phiên mini WindowsCE, WindowsXP Embedded công cụ phát triển ứng dụng kèm theo ñể phục vụ cho thiết bị nhúng, ñiển thiết bị PDA, số thiết bị ñiều khiển cơng nghiệp máy tính nhúng, IPC Siemens Có thể nói hệ nhúng trở thành giải pháp công nghệ phát triển cách nhanh chóng, hứa hẹn nhiều thiết bị nhúng chiếm lĩnh ñược thị trường rộng lớn tương lai nhằm ñáp ứng nhu cầu ứng dụng không ngừng sống Đối với lĩnh vực công nghiệp điều khiển tự động hố, hệ nhúng giải pháp ñầy tiềm ñã ñang ñược ứng dụng rộng rãi Nó phù hợp ñể thực thi chức thơng minh hố, chun biệt hệ thống thiết bị công nghiệp, từ hệ thống tập trung ñến hệ thống phân tán Giải pháp hệ nhúng thực thi từ cấp thấp hệ thống công nghiệp cấu chấp hành cho ñến cấp cao giám sát điều khiển q trình 1.3 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ NHÚNG 1.3.1 Các thành phần kiến trúc Hình 1-3: Kiến trúc điển hình chíp VXL/VĐK nhúng 1.3.1.1 Đơn vị xử lý trung tâm CPU Hình 1-4: Cấu trúc CPU Người ta biết tới phần lõi xử lý VXL ñơn vị xử lý trung tâm CPU(Central Processing Unit) đóng vai trị não chịu trách nhiệm thực thi phép tính thực lệnh Phần CPU đảm nhiệm chức đơn vị logic tốn học (ALU – Arthimetic Logic Unit) Ngồi để hỗ trợ cho hoạt động ALU cịn có thêm số thành phần khác giải mã (decoder), (sequencer) ghi Bộ giải mã chuyển đổi (thơng dịch) lệnh lưu trữ mã chương trình thành mã mà ALU hiểu thực thi Bộ có nhiệm vụ quản lý dịng liệu trao ñổi qua bus liệu VXL Các ghi ñược sử dụng ñể CPU lưu trữ tạm thời liệu cho việc thực thi lệnh chúng thay đổi nội dung q trình hoạt động ALU Hầu hết ghi VXL ñều nhớ ñược tham chiếu (mapped) hội nhập với khu vực nhớ sử dụng khu vực nhớ khác 1.3.1.2 Xung nhịp trạng thái tín hiệu Trong VXL vi mạch số nói chung, hoạt ñộng hệ thống ñược thực ñồng dị theo xung nhịp chuẩn Các nhịp ñó ñược lấy trực tiếp gián tiếp từ nguồn xung chuẩn thường mạch tạo xung dao động thạch anh Để mơ tả hoạt động hệ thống, tín hiệu liệu điều khiển thường mơ tả trạng thái theo giản đồ thời gian mức tín hiệu Hình 1-5: Mơ tả trạng thái tín hiệu hoạt động VXL Hình 1-5: Mơ tả trạng thái tín hiệu hoạt động VXL Mục đích việc mơ tả trạng thái tín hiệu theo giản đồ thời gian mức tín hiệu để phân tích xác ñịnh chuỗi kiện hoạt ñộng chi tiết chu kỳ bus Nhờ việc mô tả xem xét đến khả đáp ứng thời gian kiện thực thi hệ thống thời gian cần thiết ñể thực thi hoạt ñộng khả tương thích có hoạt động phối hợp thiết bị ghép nối hay mở rộng hệ thống Thông thường thông tin nhịp thời gian hoạt ñộng ñặc tính kỹ thuật chi tiết ñược cung cấp qui ñịnh nhà chế tạo Một số ñặc trưng thời gian trạng thái hoạt động tín hiệu hệ thống gồm có sau: • Thời gian tăng giảm • Thời gian trễ lan truyền tín hiệu • Thời gian thiết lập • Thời gian giữ • Trễ cấm hoạt động trạng thái treo (Tri-State) • Độ rộng xung • Tần số nhịp xung hoạt động 10 - Xe từ hướng ñến nút xếp hàng ñiểm vào nút (1, 2, 3, 4) tương ứng - Hoạt động tín hiệu đèn điều khiển giao thơng - Hoạt động phương tiện giao thơng nút Khi xe đến nút, gặp tín hiệu đèn đỏ đèn vàng phải chờ trước đèn tín hiệu Nếu gặp tín hiệu đèn xanh phép thơng qua nút theo ngun tắc: - Xe đến trước thơng qua nút trước - Số xe thơng qua nút đơn vị thời gian khơng vượt khả thông qua nút - Xe vào nút từ đường rẽ ba hướng khác Cụ thể: Xe vào nút từ ñường rẽ sang đường 6, 7, Xe vào nút từ đường rẽ sang ñường 5, 7, Xe vào nút từ ñường rẽ sang đường 5, 6, Xe vào nút từ đường rẽ sang ñường 5, 6, 3.1.1 Từ ñây ta có cách sau ñể giảm thiểu số ñiểm xung ñột ngã tư a Khi khơng có tín hiệu điều khiển giao thơng, tổng số điểm xung đột ngã tư 32: Hình 3.2: Các điểm xung đột ngã tư khơng có đèn tín hiệu 66 Trong đó: 16 điểm cắt (•) điểm trộn vào chiều (⊗) ñiểm rẽ (O) b Số ñiểm cắt ngã tư giảm xuống thay cho 16 cấm rẽ trái (bằng biển báo ñèn tín hiệu) từ đường ưu tiên (nơi rẽ trái nguy hiểm) Hình 3.3: Các điểm xung ñột ngã tư cấm rẽ trái Ký hiệu ( chiều cấm) Hoặc có đường chiều ñường hai chiều giao nhau, số ñiểm cắt cịn 5, phương tiện cắt hơn; Giảm số ñiểm xung ñột phương pháp tăng thêm ñộ an tồn c Nếu điều khiển giao thơng đèn tín hiệu: Tổng số 32 điểm xung đột ngã tư giảm cịn điều khiển hai kỳ nút giao thông Điểm phương tiện cắt cịn Khi điều khiển tín hiệu giao thơng theo 2, kỳ điểm xung đột cịn tồn tại, dễ gây tai nạn, va chạm, ùn tắc, ñặc biệt vào ñiểm lượng phương tiện giới tham gia giao thơng lớn 67 Hình 3.4: Các điểm xung đột ngã tư có đèn tín hiệu Ký hiệu ( chiều cấm) d Dùng tín hiệu ñiều khiển kỳ ngã tư loại bỏ ñược tất ñiểm xung ñột, ngoại trừ hai điểm rữ (O): Hình 3.5: Các điểm xung đột ngã tư dùng tín hiệu điều khiển kỳ Ký hiệu ( chiều cấm) 68 Nhưng chậm trễ chờ hết ñèn ñỏ làm giảm sút nhiều khả thông xe nút giao thông, nên mà dùng Nó dùng trường hợp có xe Cứu thương, Cảnh sát, Phái đồn đồn hộ tống tuyến đường có xe chạy qua ñược ưu tiên sử dụng phương pháp (chế ñộ ưu tiên) Tuy nhiên, nước láng giềng (như Trung Quốc, Thái Lan, Lào ) có mật độ tơ, xe máy lớn người ta ñã chọn giải pháp ñể loại bỏ hoàn toàn ñiểm xung ñột phương tiện, phần ñường thời gian cho người ñi bị hạn chế nhằm thông nút nhanh, giảm mức thấp yếu tố cản trở phương tiện, đảm bảo an tồn giao thơng mức cao Sự điều khiển đa kỳ (nhiều hai kỳ) sử dụng: + Ở nơi khơng thể loại trừ chuyển động có tính xung đột khó chịu + Ở nơi rẽ trái nguy hiểm đối phó đặt ñiểm ngắt sớm khởi ñộng muộn, thời gian kéo dài hai lần ñèn xanh + Ở nút giao thơng có hướng trở lên + Ở nút giao thơng cần có thời gian riêng Xu hướng tương lai, nước ta nước bạn, hệ thống giao thông, mặt ngã tư phải ñược cải tạo ñể chuẩn bị tốt cho mai sau Với ñề tài thiết kế tác giả ñưa giản ñồ thời gian phương án ñiều khiển kỳ cho ngã tư mà từ đưa ứng dụng tuỳ theo ñiều kiện thực tế 3.1.2 Giản ñồ thời gian tín hiệu cho hệ thống điều khiển đèn ngã tư Với chu kỳ đèn có nhiều phương án khác ñể ñiều khiển phương tiện người tham gia vào giao thông Thời gian đèn tín hiệu Xanh - Vàng - Đỏ hướng A B (ñiều khiển kỳ) ñược thể giản đồ hình 3.6a, 3.6b, 3.6c 69 Hình 3.6 a Hình 3.6 b Hình 3.6 c Hình 3.6: Giản đồ thời gian điều khiển THGT (Điều khiển kỳ) 70 GIẢN ĐỒ THỜI GIAN ĐIỀU KHIỂN PHA TÍN HIỆU) (TIME DIAGRAM TO CONTROL TRAFFIC LIGHT) Hình 3.7: Giản đồ thời gian điều khiển pha tín hiệu a Phương án (hình 3.6a) Phương án phương pháp điều khiển giao thơng truyền thống Hệ thống ñèn ñiều khiển theo giản ñồ thời gian thường ñơn giản, dễ thiết kế Thời gian ñèn xanh hướng A thời gian ñèn ñỏ hướng B nên cần mắc song song ngược cho hai hướng Tuy nhiên, phương án khơng giảm nhiều khả xung ñột từ hai hướng phương tiện chạm thời gian đèn vàng Phương án dùng giao thơng chưa phát triển b Phương án (hình 3.6b) Phương án phù hợp với thời gian chu kỳ ngắn, mà lưu lượng xe ngã tư khơng nhiều, hướng A có thời gian chờ phương tiện hướng B ñi qua thời gian ñèn vàng, ngược lại → áp dụng cho ngã tư nhỏ, không cần thời gian giải toả Hầu hết nút giao thông cũ thành phố sử dụng phương án ñã xuất số điểm khơng phù hợp, mật độ phương tiện ngày tăng mà 71 thời gian chờ thông nút không nhiều (chỉ khoảng 2-s), phương tiện có khả xung đột c Phương án (hình 3.6c) Với ngã tư rộng nút có mật độ phương tiện lớn cần có nhiều thời gian cho xe qua nút thông nút, phương án ñưa thời gian giải toả buộc tất hướng phải dừng lại chờ Thời gian ngả ñều ñèn ñỏ Hiện nay, phương án ñang ñược áp dụng cho hầu hết cacsheej thống ñiều khiển giao thơng tín hiệu ngã tư, chương trình PLC điều khiển đèn giao thơng ñược tác giả viết theo giản ñồ thời gian Nhưng tương lai gần, khơng cịn phù hợp dân số nội ngày tăng ñến mức báo ñộng, loại phương tiện giới ngày ñược sử dụng rộng tãi phổ biến Vấn đề giao thơng đặt phải vừa giải nút thật nhanh, vừa đảm bảo an tồn cho người phương tiện ⇒ giải pháp ñiều khiển pha tín hiệu (hình 4.7) đáp ứng ñược phần yêu cầu ñó d Phương án (hình 3.7) Ở phương án 4, thời điểm có hướng đèn xanh, ba hướng cịn lại đèn đỏ Với phương án ta phân luồng cho xe vào nút dừng ñèn tún hiệu ñiều khiển riêng hướng rẽ (cho phép thêm đường rẽ phải cho ba đường cịn lại rẽ phải), loại bỏ hoàn toàn khả phương tiện giao tăng khả thông nút Phương án ñảm bảo cho người ñi qua ñường an tồn Giao thơng đường quan trọng, phải hạn chế người qua đường làm cản trở phương tiện Khi đường A có tín hiệu đèn xanh hướng thẳng phải ưu tiên hướng tuyến đường, hướng bên trái (đường B) thường có đèn tín hiệu cho phép rẽ phải, người hướng có lưu lượng xe nhỏ nhất, đường D - bên phải đường có tín hiệu đèn xanh 72 3.1.3 Các bước tiến hành thiết kế Sự hoạt ñộng ñi lại người phương tiện ñường nút giao thông kiện xảy hồn tồn ngẫu nhiên Dịng phương tiện ñến nút khỏi nút giao thông theo hướng thường có tính chất: - Hồn tồn độc lập với - Cường ñộ xảy (hay cường ñộ phương tiện) thường số, ta khảo sát khoảng thời gian xảy ñều không phụ vào ñiểm khảo sát theo trục thời gian - Tại thời ñiểm có kiện xảy Rồi tiến hành bước: + Khảo sát, ño vẽ, thu thập số liệu nút giao thơng như: kích thước, địa hình, đặc ñiểm + Phân tích số liệu, ñánh giá tình hình nút theo tiêu kỹ thuật như: hệ số tai nạn, khả thông qua nút + Lựa chọn phương án ñiều khiển 3.2 THỜI GIAN CHU KỲ ĐÈN TÍN HIỆU CHO NÚT GIAO THƠNG Điều quan trọng lựa chọn phương án ñiều khiển tìm chu kỳ đóng cắt đèn tín hiệu (thời gian ñèn Xanh, Vàng, Đỏ) cách hợp lý Để tạo điều kiện tính tốn, lựa chọn chu kì đèn đồng thời theo dõi hoạt động dịng phương tiện giao thơng qua ngã tư, ta cần tiến hành mơ hoạt động ngã tư điển hình theo thời gian, từ tìm chu kỳ tối ưu cho nút giao thơng ñộc lập 73 Hình 3.8: Cấu trúc chung phương pháp mơ Thơng tin đưa vào hệ thống bao gồm thơng tin kích thước nút, cường độ (hay lưu lượng) dịng xe vào nút, tốc độ trung bình xe, chu kì đèn giả định tiêu chuẩn tối ưu Trên sở đó, máy tính mơ q trình xe nút, tính tốn thời gian chờ trung bình hệ thống, lặp lại bước để tìm chu kỳ đèn tối ưu Chương trình điều khiển phải: + Tạo ánh sáng vàng nhấp nháy, ánh sáng xanh, ñỏ cho phương tiện người ñi + Làm sáng ñèn chu kỳ báo hiệu + Thay ñổi chương trình phụ thuộc vào cao điểm ngày + Chế ñộ hoạt ñộng ñộc lập theo thời gian cố ñịnh + Chế ñộ hoạt ñộng nháy vàng + Chế ñộ ñiều khiển tay 74 + Chế ñộ hoạt ñộng theo "làn sóng xanh" Khi thiết kế hệ thống ñiều khiển giao thông, ta cần ý ñến lưu lượng xe ñường, ý chiều ñi cho phép tuyến ñường ñược ưu tiên Chu kỳ ñèn tín hiệu bao gồm: + Thời gian ñèn Xanh, Vàng, Đỏ hướng 1-3 + Thời gian ñèn Xanh, Vàng, Đỏ hướng 2-4 + Thời gian ñèn hiệu Xanh, Đỏ cho người ñi qua ñường + Chu kỳ ñèn tín hiệu cịn bao gồm thời gian giải toả - thời gian chờ phương tiện qua hết nút - lúc ngả ñèn ñỏ (thời gian từ ÷ 3s) 3.3 LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG THEO CHU KỲ TỐI ƯU: Trên giới nay, xu hướng sử dụng module logic vạn Logo thiết bị ñiều khiển logic khả trình PLC hệ thống tín hiệu giao thơng ngày tăng Bởi chúng ñược thiết kế vạn hồn chỉnh: có sẵn tất đầu vào/ra, lý tưởng cho chuyển mạch ñiều khiển, sử dụng ñơn giản, kích thước nhỏ gọn, mang tính kinh tế cao Đặc biệt PLC có khả phát triển, kết nối mạng trung tâm ñiều khiển, cho phép lập trình điều khiển đèn tín hiệu chạy với chế độ đa phương trình chạy có thời gian giải toả Tuỳ theo mật độ xe cộ lưu thơng đường thời ñiểm ngày, ngày tuần mà PLC tạo lập chương trình ñiều khiển khác nhau, thoả mãn tối ưu yêu cầu 3.3.1 Giản ñồ thời gian cho hệ thống ñèn tín hiệu Áp dụng giản đồ thời gian phương án cho chương trình để nâng cao độ tin cậy hệ thống Chú ý đảm bảo an tồn giao thơng, thời gian xanh cho người ngắt sớm 5s 5s cuối tín hiệu nhấp nháy giục người sang đường nhanh Thời gian tín hiệu ñược thể hình 3.8 75 GIẢN ĐỒ THỜI GIAN CHO HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THƠNG H.P Đèn vàng Đèn ñỏ Đèn xanh Đèn xanh nhấp nháy Hình 3.9: Giản đồ thời gian cho đèn tín hiệu giao thơng 76 3.3.2 Lập lưu đồ thuật tốn PLC (hình 3.8) Hình 3.10: Lưu đồ thuật tốn PLC 77 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau lắp ñặt hệ thống ñã hoạt ñộng ổn ñịnh ñã ñược lắp ñặt thực tế cho kết tốt Hệ thống thiết kế gồm có pha, rings 16 nhóm tín hiệu Hệ thống cấu hình modem thơng qua mạng chuyển mạch thoại PSTN ñược kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua cơng Com Ngồi hệ thống cấu hình chỗ từ hiển thị LCD Sau số hình ảnh bo mạch hệ thống: Hình 4-1: Máy tính nhúng 78 Hình 4-2: Khối giao tiếp với CPU Hình 4-3: Card nhận dạng tủ 79 Hình 4-4: Card giao tiếp bus Hình 4-5: Card điều khiển tải 80