Không phải hệ thống thực hiện rất nhanh là sẽ đảm bảo được tính thời gian thực vì nhanh hay chậm hoàn toàn là phép so sánh có tính tương đối vì mili giây có thể là nhanh với hệ thống điề
NGUYỄN THÀNH CÔNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHÚNG ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG NGUYỄN THÀNH CÔNG 2006-2008 Hà Nội HÀ NỘI - 2008 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204985561000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHÚNG ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG NGUYỄN THÀNH CÔNG Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN PHƯƠNG HÀ NỘI - 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác Các số liệu mô thích, trích dẫn tham khảo từ báo, tài liệu gốc cụ thể Học viên thực Nguyễn Thành Công MỤC LỤC Lời cam đoan ……………………………………………….……………………………………… Mục lục ……………………………………………….……………………………………………… Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt ……………………………………………….………… Danh mục bảng ……………………………………………….……………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị ……………………………………………….………………… Mở đầu ……………………………………………….……………………………………………… Chương 1: Đặt vấn đề, hệ điều khiển nhúng ………………………………………… Đặt vấn đề ……………………………………………….…………………………………… Tổng quan hệ nhúng ……………………………………………….………………… 2.1 Các khái niệm hệ nhúng …………………………………………………… 2.2 Lĩnh vực ứng dụng hệ nhúng …………………………………………… 2.3 Đặc điểm công nghệ xu phát triển hệ nhúng …………… Cấu trúc phần cứng hệ nhúng ……………………………………………….………… 11 3.1 Các thành phần kiến trúc …………………………………………… 11 3.2 Một số phần cứng nhúng thông dụng (μP/DSP/PLA) ………… 22 B B …… 29 ……………………………………………….……………………………… 29 Các loại điều khiển ……………………………………………….……………………… 33 2.1 33 Chương 2: Lý thuyết điều khiển giao thông chiến lược ưu tiên Các thuật ngữ B Logic điều khiển ……………………………………………….………………… …………………………… 2.2 h th ời (P(Actuated ti d CControl) t l) …………………………… b Điề Điều khiểển đị kích thích 33 34 c Điều khiển thích nghi (Adaptive Control) …………………………… Phạm vi điều khiển ……………………………………………………………… 36 37 a Điều khiển điểm giao riêng biệt ………………………………… 37 b Điều khiển theo tọa độ trục ……………………………………… 37 c Điều khiển mạng …………………………………………………………… 40 Các chiến lược ưu tiên qua đường …………………………………………………… 40 3.1 Các chiến lược ưu tiên bị động ……………………………………………… 42 3.2 Các chiến lược ưu tiên chủ động …………………………………………… 44 a Các chiến lược khơng có điều kiện …………………………………… 48 b Các chiến lược ưu tiên có điều kiện …………………………………… 48 c Chiến lược thích nghi ……………………………………………………… 49 Đánh giá chiến lược ưu tiên ………………………………………… 51 Tổng kết ……………………………………………………………………………………… 52 3.3 ……………………………………………… 53 Đề xuất mơ hình thực hệ thống điều khiển ………………………………… 53 Máy tính nhúng xử lý trung tâm ……………………………… …………………… 56 Hệ điều hành nhúng Windows CE ……………………………… ………………… 59 3.1 Các đặc điểm bật Windows CE ………………………………… 59 3.2 Kiến trúc hệ điều hành Windows CE ……………………………………… 60 Mạch điều khiển tải ……………………………… ……………………………………… 74 Mạng trao đổi thông tin ……………………………… ………………………………… 76 5.1 Cổng nối tiếp ……………………………… …………………………………… 77 5.2 Mạng giao tiếp RS485 ……………………………… ………………………… 79 5.3 Giao tiếp với Modem ……………………………… ………………………… 81 Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 4: Kết đạt hướng nghiên cứu phát triển ………………… 86 Kết đạt ……………………………… ……………………………… ………… 86 B Hướng nghiên cứu phát triển Kết luận ……………………………… ………………………… ……………………………… ……………………………… …………………………… Tài liệu tham khảo ……………………………… ……………………………… …………… 90 91 92 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương Hình 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống điều khiển giao thông ………… Hình 1.2 Một vài hình ảnh hệ nhúng ……………………………………………… Hình 1.3 Phân bố quan hệ hệ nhúng thời gian thực ………………… Hình 1.4 Kiến trúc điển hình chíp VXL/VĐK nhúng ………………… 11 Hình 1.5 Cấu trúc CPU ……………………………………………………………………… 11 Hình 1.6 Mơ tả trạng thái tín hiệu hoạt động VXL …………………… 13 Hình 1.7 Chu kỳ hoạt động bus dồn kêch …………………………………………… 16 Hình 1.8 Kiến trúc nhớ von Neumann Havard ……………………………… 17 Hình 1.9 Nguyên lý ghép nối (mở rộng) RAM với VXL ………………………… 18 Hình 1.10 Bộ định thời/ đếm bit AVR ……………………………………… 19 Hình 1.11 Kiến trúc nguyên lý VĐK với cấu trúc Havard …………………… 23 Hình 1.12 Kiến trúc họ VĐK AVR ………………………………………………… 24 Hình 1.13 Sở đồ khối chức kiến trúc AtMega64 ……………………………… 25 Hình 1.14 Cấu trúc chung PAL ……………………………………………………… 27 Hình 1.15 Cấu trúc nguyên lý FPGA ……………………………………………… 28 Hình 2.1 Ví dụ điểm giao ……………………………………………………… 30 Hình 2.2 Ví dụ sơ đồ pha tín hiệu …………………………………………………… 31 Hình 2.3 Ví dụ sơ đồ nhóm tín hiệu ………………………………………………… 31 Hình 2.4 Mối quan hệ đặc điểm pha đặc điểm nhóm tín hiệu … 32 Hình 2.5 Các loại logic điều khiển tín hiệu …………………………………………… 33 Hình 2.6 Hình 2.7 Mở rộng khoảng thời gian đèn xanh pha kích thích Ví dụ chức giảm khoảng thời gian thừa ………………… 35 36 Hình 2.8 Luồng giao thơng di chuyển điều kiện tín hiệu ……… 38 Chương ……… Hình 2.9 Luồng di chuyển hướng điều kiện tín hiệu ……………… 39 Hình 2.10 Quỹ đạo phương tiện khơng có ưu tiên tín hiệu …………………… 40 Hình 2.11 Quỹ đạo phương tiện có mở rộng pha di chuyển …………… 45 Hình 2.12 Quỹ đạo phương tiện với bắt đầu sớm pha di chuyển ……… 46 Hình 2.13 Quỹ đạo phương tiện có thêm pha mở rộng …………………… 47 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giao thơng ……………………………… 53 Hình 3.2 Sơ đồ khối nguồn ………………………………………………………………… 56 Hình 3.3 Máy tính nhúng PCM – 3341 ………………………………………………… 57 Hình 3.4 Sơ đồ khối máy tính nhúng PCM – 3341 ………………………………… 58 Hình 3.5 Kiến trúc hệ điều hành Windows CE ……………………………………… 66 Hình 3.6 Kiến trúc mạng truyền thơng Windows CE ………………………… 68 Hình 3.7 Cấu trúc tổng quan Kernel ……………………………………………… 69 Hình 3.8 Run-time Image ………………………………………………………………… 72 Hình 3.9 Solid state relay …………………………………………………………………… 74 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý loại Solid State Relay ……………………………… 75 Hình 3.11 Cấu tạo Thyristor …………………………………………………………… 76 Hình 3.12 Chuẩn giao tiếp RS485 ………………………………………………………… 80 Chương Chương Hình 4.1 Máy tính nhúng …………………………………………………………………… 86 Hình 4.2 Khối giao tiếp với CPU ………………………………………………………… 87 Hình 4.3 Card nhận dạng tủ ……………………………………………………………… 87 Hình 4.4 Card giao tiếp bus ……………………………………………………………… Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Card điều khiển tải Màn hiển thị LCD ……………………………………………………………… Khối nguồn cung cấp cho đèn tín hiệu …………………………………… ……………………………………………………………… 88 88 89 89 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh B ASIC B API B ALU B CTS B CPU B 01 COM B 21 CPLD B 41 DLL B 61 DSP B 81 DRAM B 02 EPROM B FPGA B 42 FPD B 62 GND B 82 Application-specific integrated circuit Application Programing Interface Vi mạch tích hợp chuyên dụng Arthimetic Logic Unit Khối logic tốn học Clear To Send Xóa để gửi Central Processing Unit Khối xử lý trung tâm Component Object Model Mơ hình đối tượng thành phần Complex programmable logic device Dynamic-link library Thiết bị logic lập trình phức tạp Digital signal processing Xử lý số tính hiệu Dynamic random access memory Bộ nhớ động truy cập ngẫu nhiên Erasable Programmable ReadOnly Memory Field-programmable gate array Bộ nhó đọc xóa B B B B B B 31 B 51 B 71 B 91 B 12 B 32 ITS B OAL B 53 OEM PDA Thư viện liên kết động Field Programmable Device B 72 Ground B 92 HĐH IDE Giao diện lập trình ứng dụng B 52 Đất Hệ điều hành B 03 B 13 Tiếng Việt B Integrated Development Invironment Intelligent Transportation Systems Original Equipment Manufacture Adaptation Layer B 23 B 43 B 63 Môi trường phát triển tích hợp Hệ thống giao thơng thơng minh Lớp thích nghi cho hãng sản xuất thiết bị gốc B 73 B 83 B 93 B 04 Original Equipment Manufacture Personal Digital Assistant Hãng sản xuất thiết bị gốc Thiết bị số hỗ trợ cá nhân PROM Programmable Read Only Bộ nhớ đọc lập trình PSOC Memory Programmable System on Chip Hệ thống khả trình chíp PLA Programmable Logic Array Mảng lập trình logic PAL Programmable Array Logic Chip khả trình mảng PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch thoại công Network cộng PC Pesonal computer Máy tính LCD Liquid crystal display Màn tinh thể lỏng LAN Local Area Network MFC Microsoft Foundation Classes RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ROM Read-only memory Bộ nhớ đọc RTS Request to send Yêu cầu để gửi SRAM Static random access memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh XML Extensible Markup Language B 14 B 24 VXL/VĐK B 34 UART B Universal asynchronous receiver/transmitter -1- MỞ ĐẦU Ngày nay, ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến vào sống ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật Điện tử - Tin học tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ, yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Giao thông vận tải ngành có vai trị quan trọng kinh tế quốc dân, cần trước bước, làm tảng cho phát triển ngành khác Trong điều kiện kinh tế phát triển hội nhập nay, ứng dụng công nghệ Điện tử - Tin học vào điều khiển thành công giao thông vận tải điều kiện thiếu để ngành giao thơng vận tải làm trịn trách nhiệm Xuất phát từ quan điểm trên, kết hợp với yêu cầu thực tế, định chọn đề tài nghiên cứu “Thiết kế hệ thống nhúng áp dụng cho điều khiển tín hiệu giao thơng” 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 án trình bày theo chương sau: Chương Đặt vấn đề, hệ điều khiển nhúng Chương Lý thuyết điều khiển tín hiệu giao thơng Chương Thiết kế điều khiển tín hiệu giao thơng Chương Kết đạt kết luận