GIỚI THIỆU
Tổng quan
- Lý do chọn đề tài:
Với mỗi một dân tộc, để kinh tế phát triển thì sự phát triển về khoa học, kỹ thuật là sư cần thiết và đặc biệt quan trọng Với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế như hiên nay, giao thông đang là một bài toán khó đòi hỏi nhiều ngành, nhiều cấp phải quan tâm, và tìm ra hướng giải quyết Để làm giảm bớt khó khăn đó cũng như làm cho việc lưu thông trên các tuyền đường được thông thoáng và giảm thiểu tai nạn, thì việc đặt các cột đèn giao thông tại các ngã và thời gian quyết định đi cho phép đi và cấm đi của các tuyến là đặc biệt quan trọng. Đối với một ngã tư, tại mỗi thời điểm trong ngày thì sự lưu thông ở mỗi ngã tư là rất quan trọng Vì thế, một chương trình điều khiển đèn giao thông ngã tư được lưu thông một cách tốt nhất là cần thiết và hết sức quan trọng.
Với những nhận định như trên, em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống đèn giao thông ngã tư” làm đề tài bài tập lớn.
Ngày nay cùng với sự phát triển kinh tế, việc đô thị hoá cũng đang gia tăng nhanh chóng dẫn đến lượng phương tiện lưu thống trong các đô thị cũng tăng theo Do đó vấn đề đảm bảo giao thông trong các đô thị, đặc biệt tại các nút giao thông diễn ra thông suốt là rất quan trọng. Để việc đi lại tại các nút giao thông được thông suốt và thuận lợi thì chúng ta có thể nhờ đến sự giúp đỡ của lực lượng Cảnh sát giao thông và các lực lượng khác Tuy nhiên, với các đô thị lớn có số nút giao thông nhiều thì khó có đủ lực lượng để đảm nhiệm công việc này Mặt khác việc nhờ đến sự giúp đỡ của Cảnh sát giao thông và các lực lượng khác cũng khó khăn và tốn kém.
Nhiệm vụ đề tài
- Nội dung 1: Tìm hiểu nguyên lý, lý thuyết về cách hoạt động của hệ thống đèn giao thông ở ngã tư, cách hiển thị và các chế độ làm việc
- Nội dung 2: Tìm hiểu về cảm biến, vi xử lý, bo mạch phát triển, tìm hiểu lý thuyết về các chân GPIO, các giao tiếp trong vi điều khiển UART, I2C, SPI, …, các ngắt, … của vi điều khiển và các linh kiện cần thiết cho dự án ví dụ mạch ổn áp, mạch nguồn Tìm hiểu cách kết nối các led vào các chân phù hợp của vi điều khiển.
- Nội dung 3: Thiết kế bộ điều khiển hệ thống đèn giao thông, sử dụng giải thuật sử dụng giải thuật phù hợp để mạch hoạt động đúng với chức năng đề ra.
Sử dụng tài liệu môn Kỹ thuật Cảm biến, Kỹ thuật số và Thiết kế Hệ thống nhúng tham khảo cho đề tài.
Tham khảo thêm từ những Group học tập trên mạng xã hội, trang web học tập, những video hướng dẫn trên Youtube.
Khảo sát một số mạch điện từ mạng internet, khảo sát các bãi giữ xe thông minh hiện hành để chọn lựa phương án thiết kế sau này.
Từ những ý tưởng và kiến thức của mình, kết hợp sự hướng dẫn của giáo viên, em đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu.
Phân chia công việc trong nhóm
Bảng 1 Phân chia công việc theo ngày
KẾ HOẠCH MONTH 1 MONTH 2 MONTH 3
-Thiết kế sơ bộ hệ thống →
-Phát triển trình điều khiển, giao diện người dùng →
-Triển khai chương trình phần mềm →
-Tích hợp và kiểm tra →
Bảng 2 Phân chia công việc từng thành viên
STT Công việc Chi tiết công việc Người thực hiện Thời hạn
Tìm hiểu lý thuyết về các chân của vi điều khiển.
Tìm hiểu các chân và chức năng của từng chân GPIO của vi điều khiển, các chức năng có thể có của GPIO (một chân có thể có chức năng INT hay TIMER)
Tìm hiểu nguyên lý, lý thuyết về mạch ổn áp, mạch nguồn, các khối led hiển thị
Tìm hiểu cách hoạt động của mạch ổn áp, cách kết nối các khối hiển thị
Tìm hiểu cách sử dụng các phần mềm thiết kế mạch, các phần mềm mô phỏng
Tìm hiểu cách để thiết kế mạch dựa trên sơ đồ nguyên lí, cách mô phỏng mạch trên phần mềm
Nguyễn Trung Kiên, Đặng Thái Dương
Thiết kế bộ điều khiển phù hợp với cách sử dụng các giải thuật
Tìm hiểu các giải thuật để hiển thị thời gian, từ đó tìm ra giải thuật phù hợp cho dự án. Đặng Thái Dương
5 Tìm kiếm linh kiện phù hợp với dự án
Chi tiết các giá trị của từng linh kiện dựa trên datasheet, các điện áp hoạt động, các giới hạn để chọn linh kiện hợp lý tránh cháy và hư hỏng. Đặng Thái Dương
6 Mô phỏng trên proteus Đưa các linh kiện mới kiếm được lên Proteus để mô phỏng sự hoạt động của mạch. Đặng Thái Dương
7 Thiết kế mạch và vẽ Schematic
Vẽ và xuất ra PCB để hàn mạch. Đặng Thái Dương Nguyễn Trung Kiên
8 Thiết kế khung Đo và chọn kích thước phù hợp để thiết kế mô hình đèn giao thông
9 Code và Test từng thuật toán
Sau khi chọn thuật toán, viết thuật toán dưới dạng ngôn ngữ C và cấu hình các chân trong PIC16F877A để tạo thành một Bộ giải thuật hoàn chỉnh Cả nhóm
10 Debug lỗi Giải quyết các lỗi mà hệ thống có thể gặp
11 Hoàn thành và Test thực tế
Hoàn thành bộ giải thuật, nạp và đem test thực tế
LÝ THUYẾT
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page 0 đến page 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC) Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector).
Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia làm nhiều bamk Đối với PIC16F877A, bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đich chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình.
Các thông số cơ bản Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là
20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
- Timer0: Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
- Timer1: Bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa
- vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
- Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
- Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.
- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR,
- Đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
- Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
- Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
- Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần Dữ liệu bộ nhớ
- EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
- Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming)
- Watchdog Timer với bộ dao động trong.
- Chức năng bảo mật mã chương trình.
- Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau b Cảm biến mưa (Rain Sensor)
Cảm biến mưa (Rain Sensor)
Cảm biến nước mưa (Rain Water Sensor ) được sử dụng để phát hiện mưa, nước hoặc các dung dịch dẫn điện tiếp xúc với bề mặt cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để làm các ứng dụng tự động: phát hiện mưa, báo mực nước tự động,
Điện áp sử dụng: 5VDC
Kích thước tấm cảm biến mưa: 54 x 40mm
Kích thước board PCB: 30 x 16mm
Tín hiệu đầu ra: Digital TTL (0VDC / 5VDC) và đầu ra Analog A0 trả giá trị điện áp tuyến tính theo lượng nước tiếp xúc với cảm biến.
Lỗ cố định bu lông dễ dàng để cài đặt
Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra
Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp
LED sáng lên khi không có mưa đầu ra cao, có mưa, đầu ra thấp LED tắt.
D0: Đầu ra tín hiệu TTL chuyển đổi
A0: Đầu ra tín hiệu Analog c Mạch đèn giao thông 5V
Mạch led đèn giao thông là một trong những module led được sử dụng làm các mô hình điện tử, với 3 bóng đèn led để mô phỏng cột đèn giao thông chính xác Kích thước của mạch led giao thông nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng.
Hình 2.6: Mạch đèn giao thông 5V.
Màu sắc: đỏ, vàng, xanh
LED: 3 led đục - đường kính bóng led 8mm
Green d Mạch ổn áp sử dụng IC 7805
Tụ C1 và C2 để lọc điện áp đầu vào cấp cho chân Vi của IC 7805, tụ C1 có các dụng cung cấp điện áp tạm thời cho chân Vi khi nguồn đột ngột bị sụt áp, tụ C2 là tụ gốm nên trở kháng lớn, C2 có tác dụng ngăn nguồn đầu vào tăng áp đột ngột làm dạng sóng điện áp đầu vào có hình răng cưa.
Tụ C3 và C4 để lọc điện áp cấp cho tải tiêu thụ lấy từ chân Vo của IC 7805, tụ C3 có các dụng cung cấp điện áp tạm thời cho tải khi điện áp tải đột ngột bị sụt áp, tụ C4 trở kháng lớn, C4 có tác dụng lọc nhiễu điện áp đầu ra (nhiễu là các điện áp không mong muốn làm cho dạng sóng điện áp ngõ ra có hình răng cưa). e LED 7 đoạn
- Sử dụng 4 led đôi để đếm thời gian được lấy từ ngõ ra Port D của PIC16F877A.
- Cấp tín hiệu để chạy led đi từ Port B của Pic sau khi đi qua 2 transistor thay đổi dòng áp để phù hợp với đèn.
THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG
Yêu cầu thiết kế o Giá thành sản phẩm