Hệ thống cảnh báo tàu lửa đang đến tại vị trí giao cắt với đường dân sinh

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI - - ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Chủ nhiệm: ThS HOÀNG HOÀI NAM TP.HCM, 08 / 2018 ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI - - ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Thành viên: ThS HOÀNG HOÀI NAM (Chủ nhiệm) ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG ThS NGUYỄN ĐỨC LỢI ThS LÊ KIM HÒA TP.HCM, 08 / 2018 LỜI CÁM ƠN Trước thách thức khách quan điều kiện hạn hẹp kinh phí, nhóm nghiên cứu đề tài “HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH” gặp phải khơng khó khăn q trình thực thi sản phẩm Tuy nhiên nhờ hỗ trợ, động viên đạo kịp thời Ban Giám hiệu nhà trường, hướng dẫn cách trình bày đề tài cho khoa học Phòng Đào tạo, thêm tư vấn kỹ thuật từ đồng nghiệp, chuyên gia, với nổ lực nhóm q trình nghiên cứu, thảo luận,chung tay góp sức cuối nhóm hồn thành xong đề tài mục tiêu đề giới hạn cho phép Để có kết ngày hơm nay, nhóm khơng thể quên giúp đỡ từ cấp lãnh đạo đến bạn bè đồng nghiệp gần xa Nhóm xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu nhà trường, lời cảm ơn chân thành đến Phòng Đào tạo, Phòng Quản trị vật tư, Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử bạn bè đồng nghiệp giúp nhiều cho nhóm thời gian qua MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Chúng tơi nhận thấy ngồi việc đào tạo sở lý thuyết cho sinh viên ngành kỹ thuật điện, điện tử hay tự động hóa, đến điện tử cơng nghiệp điện lạnh cần rèn luyện thêm tay nghề, nâng cao kỹ nghề nghiệp, biết cách vận dụng kiến thức học vào việc sáng tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu xã hội Để giải tốn khó khăn vấn đề đầy trăn trở Ban lãnh đạo Nhà trường, lãnh đạo Phòng, Khoa, đội ngũ nhà giáo trực tiếp tham gia giảng dạy Vậy đâu liệu pháp cần thiết nhất? Nhận thức tầm quan trọng việc “học đôi với hành” với nguồn tài nguyên nhân lực nhà trường, tập thể Thầy Trò trường ln mong muốn có mơ hình sát với thực tế, có đầy đủ tính để phục vụ tốt cho công tác Dạy Học đề tài nhóm phải chọn lọc có tính thiết thực, áp dụng cơng nghệ vào đời sống xã hội Có lẽ khơng thể thờ trước tai nạn thương tâm tai nạn đường sắt thường gây tổn thất lớn người Theo đánh giá Ủy Ban An tồn giao thơng quốc gia số vụ tai nạn đường sắt ngày kinh hoàng từ nhiều nguyên nhân chủ quan lẫn khách quan Tai nạn thường xảy vị trí giao cắt với đường dân sinh chí vị trí có gắn thiết bị cảnh báo tự động, bán tự động nước tiên tiến Nhằm vận dụng kiến thức tài nguyên có, Nhóm nghiên cứu đưa đề xuất việc thực đề tài : “HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH” khơng nằm ngồi ý nghĩa • Giúp tự động hóa thông báo cách reng chuông (phát loa), đèn báo hiệu vàng / đỏ bật sáng, hiển thị thời gian tàu đến, hạ chắn tàu chuẩn bị đến nút giao dân sinh • Xác định thời gian tàu đến, tính tốc độ tàu • Lưu trữ liệu, thời gian tàu chạy nhằm phục vụ q trình phân tích, điều tra tàu có gặp cố ngồi ý muốn • Hệ thống cảnh báo ngược (cho lái tàu) thông qua chuông, đèn biết cố xảy đường ngang • Xác định tàu đến nhờ hệ thống cảm biến từ (hall) • Sau hồn thiện sản phẩm mơ hình phục vụ cơng tác dạy học trực quan tham gia triển lãm ngày hội tuyển sinh Ngồi nhóm nghiên cứu tham gia thực đề tài nhằm: • Tạo đồng thuận phối hợp tốt công tác nghiên cứu khoa học đội ngũ Cán – Giảng viên – Công nhân viên công tác Trường Cao đẳng GTVT • Khẳng định lực chun mơn đội ngũ cán bộ, giảng viên, cơng nhân viên qua tạo uy tín, niềm tin nơi sinh viên, học sinh, học viên theo học nhà trường • Tạo hứng thú thắp lửa cho công tác nghiên cứu khoa học đặc biệt đội ngũ nhà giáo trẻ sinh viên học sinh theo học trường MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN MỤC TIÊU ĐỀ TÀI MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH 10 Chương I: TỔNG QUAN 12 1.1 Đặt vấn đề 12 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 12 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.1.3 Tính cấp thiết đề tài: 15 1.2 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 18 1.2.1 Mục tiêu đề tài 18 1.2.2 Phạm vi đối tượng nghiên cứu 19 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 20 1.3 Bố cục đề tài 21 1.4 Tiến trình thực 22 Chương II: NỘI DUNG THỰC HIỆN 25 2.1 Sơ đồ khối 25 2.1.1 Sơ đồ khối mơ hình 25 2.1.2 Giải thích ngun lý hoạt động khối mơ hình 26 2.2 Khối cảm biến từ (Sensor) 27 2.2.1 Cảm biến tiệm cận 28 2.2.2 Công tắc điện từ: 30 2.2.3 Cảm biến Hall: 31 2.3 Mạch đèn giao thông 33 2.4 Khối phát tín hiệu RF 33 2.5 Khối xử lý (Microprocessor) 37 2.6 Khối cảnh báo xuất âm 38 2.7 Khối nguồn 42 2.8 Mặt mô hình 43 Chương III: KIỂM TRA HỆ THỐNG 44 3.1 Kiểm tra khối nguồn 44 3.2 Kiểm tra khối cảm biến 44 3.3 Kiểm tra kết cấu 46 3.4 Kiểm tra mạch báo động 46 3.5 Kiểm tra thời gian 46 3.6 Kiểm tra tính 47 Chương 4: KẾT LUẬN 48 4.1 Ưu khuyết điểm đề tài 48 4.2 Hướng phát triển đề tài 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tiếng Việt: GTVT Giao thông vận tải LĐ-TB&XH Lao động – Thương binh & Xã hội NCKH Nghiên cứu khoa học Tiếng Anh: AC Alternating Current ADC Analog to Digital Converter Arduino IDE Arduino Integrated Development Environment CSS Cascading Style Sheets DAC Digital to analog converter DC Direct current IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IR Sensor InfraRed sensor PLC Programable Logic Control PWM Pulse width modulation RF Radio Frequency RGB Red –Green – Blue VOM Volt - Ohm - Milliam meter DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Bảng phân công nhiệm vụ 22 Bảng 1.2: Bảng kế hoạch lịch trình làm việc 23 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hệ thống cảnh báo dùng RFID 12 Hình 2: Hệ thống 6502 lắp đặt Ga Trảng Bom ( Đồng Nai) 14 Hình 3: Tai nạn đường sắt thường xảy đường ngang dân sinh 15 Hình 4: Hiện trường khu vực tàu đâm 15 Hình 5: nơi giao cắt có nhân viên nơi khơng có rào chắn 16 Hình 1: Sơ đồ khối phần phát tín hiệu 25 Hình 2: Sơ đồ khối phần mạch thu 26 Hình 3: Hình dáng cấu tạo cảm biến từ 27 Hình 4: Dạng sóng ngõ cảm biến từ (NO) phát đối tượng 28 Hình 5: Đồ thị diễn tả khoảng cách phát vật liệu 29 Hình 6: Các loại cảm biến từ thường gặp 29 Hình 7: Hình dáng cấu tạo cơng tắc điện từ 30 Hình 8: Sơ đồ chân kết nối cảm biến Hall A3144 31 Hình 9: Module cảm biến từ (49E Hall Sensor) 32 Hình 10: Sơ đồ chân module khối nRF24L01 34 Hình 11: Sơ đồ nối dây module nRF24L01 với Arduino 34 Hình 12: Tín hiệu truyền giao tiếp SPI 35 Hình 13: Sơ đồ kết nối master nhiều Slave 36 Hình 14: Sơ đồ cấu trúc Arduino mega 2560 38 Hình 15: Thẻ nhớ micro SD 8GB 38 Hình 16: Sơ đồ chân hình dáng module DFPlayer Mini 39 Hình 17: Sơ đồ kết nối khối xử lý âm 40 Hình 18: Sơ đồ dây mạch khuếch đại xuất tín hiệu âm loa 42 Hình 19: Hình ảnh sơ đồ chân IC LM2576 42 Hình 20: Mạch nguồn ổn áp 5V dùng IC2576 43 Hình 21: Mơ hình thi sát hạch B2 nhóm tự thiết kế 43 Hình 1: Đồng hồ đo kiểm VOM 44 Hình 2: Sơ đồ kết nối sensor module sóng ngõ mức thấp 45 Hình 3: Sơ đồ kết nối IR sensor module sóng ngõ mức thấp 45 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN SPI cách truyền song công (full duplex) nghĩa thời điểm trình truyền nhận xảy đồng thời SPI có đường giao tiếp chuẩn SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) SS (Slave Select) Về sơ đồ kết nối SPI ta quan sát theo sơ đồ sau: Hình 12: Tín hiệu truyền giao tiếp SPI • SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, SPI chuẩn truyền đồng nên cần đường giữ nhịp, nhịp chân SCK báo bit liệu đến Đây điểm khác biệt với truyền thông không đồng mà biết chuẩn UART Sự tồn chân SCK giúp Đề tài: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Trang 35 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN trình tuyền bị lỗi tốc độ truyền SPI đạt cao Xung nhịp tạo chip Master • MISO– Master Input / Slave Output: chip Master đường Input cịn chip Slave MISO lại Output MISO Master Slaves nối trực tiếp với • MOSI – Master Output / Slave Input: chip Master đường Output cịn chip Slave MOSI Input MOSI Master Slaves nối trực tiếp với • SS – Slave Select: SS đường chọn Slave cần giap tiếp, chip Slave đường SS mức cao không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS Slave xuống mức thấp việc giao tiếp xảy Master Slave Chỉ có đường SS Slave có nhiều đường điều khiển SS Master, tùy thuộc vào thiết kế người dùng Hình 13: Sơ đồ kết nối master nhiều Slave Tóm lại: o MISO – Master (arduino) nhận liệu từ thiết bị SPI (Slave) Đề tài: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Trang 36 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN o MOSI – Truyền liệu từ Master (Arduino) đến thiết bị SPI (Slave) o SS – Dùng để lựa chọn thiết bị SPI (slave) làm việc (Active) o SCK – tín hiệu xung đồng hồ đồng 2.5 Khối xử lý (Microprocessor) Trong hệ thống này, nhóm định chọn Arduino mega đóng vai trò xử lý trung tâm Arduino mega nhận nguồn điện cấp vào từ 7-12v cung cấp nguồn điện 5v chân Power pin Một số chân chức • Chân GND • chân 5V • chân 3.3v • nút reset • 16 chân analog • chân UART • 54 Chân digital có 15 chân sử dụng PWM • Chân lập trình ISP Đề tài: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Trang 37 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN Hình 14: Sơ đồ cấu trúc Arduino mega 2560 Chúng sử dụng chân digital từ 22- 55 kết nối với mạch điều khiển đọc file âm MP3 từ xuất loa thực báo báo lỗi Các chân digital từ 3-7 kết nối với cảm biến từ làm nhiệm vụ điều khiển nhận kết trả từ chân số 2.6 Khối cảnh báo xuất âm Để ghi âm nội dung cảnh báo tàu nhóm thực mạch ghi lên thẻ từ SD 8Gb với mức tốc độ, tốc độ truyền liệu tối thiểu 4MB / s Hình 15: Thẻ nhớ micro SD 8GB Đề tài: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Trang 38 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN Nhóm tiến hành ghi file âm vào thẻ SD Để phát âm nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino, nhóm định dùng module DFPlayer Mini Vì modue MP3 nhỏ, tiêu thụ lượng thấp với đầu nối trực tiếp vào loa, thiết bị nhỏ gọn phù hợp với mơ hình thu nhỏ Hình 16: Sơ đồ chân hình dáng module DFPlayer Mini Module cịn sử dụng module độc lập với pin, loa nút bấm kèm theo sử dụng kết hợp với Arduino UNO máy khác có khả RX / TX Đề tài: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Trang 39 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN Hình 17: Sơ đồ kết nối khối xử lý âm #include //memanggil library SoftwareSerial #include //memanggil library DFPlayer mini SoftwareSerial mySerial(2, 3); // Declare pin RX & TX //TX DF Player ke pin D2 //RX DF Player ke pin D3 (melalui R10K) const int busyPin =4; void setup () { pinMode (busyPin, INPUT); mySerial.begin (9600); mp3_set_serial (mySerial); //set softwareSerial for DFPlayer Đề tài: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÀU LỬA ĐANG ĐẾN TẠI VỊ TRÍ GIAO CẮT VỚI ĐƯỜNG DÂN SINH Trang 40 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN delay(10); mp3_reset(); //soft-Reset module DFPlayer delay(10); //wait 1ms for respon command mp3_set_volume (15); //set Volume module DFPlayer delay(1000); } //Create by Dani Rajacell void loop () { mp3_play (1); //Play mp3 0001.mp3 dalam folder mp3 di memory //memainkan file berikutnya jika lagu sebelumnya sudah selesai if( busyPin == HIGH ){ mp3_next (); } //memainkan file 0001.mp3 s/d 0010.mp3 selama 2detik/file secara berurutan for (int i=1; i