Đang tải... (xem toàn văn)
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CƠ - ĐIỆN
- -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAOTHÔNG THÔNG MINH TẠI NGÃ TƯ
Hà Nội – 2024
Trang 2HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CƠ - ĐIỆN
- -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐỀ TÀI:
“THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAOTHÔNG THÔNG MINH TẠI NGÃ TƯ”
Giảng viên hướng dẫn : ThS MAI THỊ THANH THỦYSinh viên thực hiện: NGUYỄN ANH TUẤN
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và rèn luyện nghiệm túc tại Khoa Cơ Điện Học viện Nông nghiệp Việt Nam cùng với sự hướng dẫn và đôn đốc tận tình của Cô giáo Mai Thị Thanh Thủy, tôi đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đại học
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Mai Thị Thanh Thủy đã động viên và giúp đỡ tôi nhiều về mặt tinh thần cũng như kiến thức để tôi vượt qua những ngày tháng khó khăn trong sự tìm tòi hiểu biết về lĩnh vực mới để rồi cuối cùng hoàn thành được Đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay Một lần nữa xin được gửi lời cảm ơn đến Cô, chúc Cô luôn khoẻ mạnh và có được những tháng năm công tác tốt như thầy mong đợi
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử cũng như các thầy cô trong Khoa Cơ Điện và những người đã dìu dắt tôi, cho tôi kiến thức chuyên ngành và những kinh nghiệm quý báu để cùng với sự nỗ lực của bản thân tôi đã hồn thành đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và tất cả những người thân của tôi đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có được kết quả đồ án ngày hôm nay
Một lần nữa xin cảm ơn tất cả mọi người.
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo mô hình điềukhiển đèn giao thông thông minh tại ngã tư” được tiến hành một cách minh
bạch, công khai Những thông tin trích dẫn trong báo cáo đã được ghi nguồn gốc rõ ràng Toàn bộ nội dung và kết quả đạt được dựa trên sự cố gắng cũng như nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ không nhỏ từ thầy cô hướng dẫn và bạn bè Tôi xin cam đoan kết quả đưa ra trong đồ án là trung thực và không sao chép hay sử dụng kết quả của bất kỳ đề tài nghiên cứu nào tương tự.
Tôi sẵn sàng chịu toàn bộ trách nhiệm nếu phát hiện rằng có bất kỳ sự sao chép kết quả nghiên cứu nào trong đồ án này.
Sinh viên
Nguyễn Anh Tuấn
Trang 5MỤC LỤC
Trang 6MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU1.1 Tổng quan về hệ thống đèn giao thông
Hệ thống đèn giao thông là một phần không thể thiếu trong việc điều tiết và quản lý giao thông đô thị và ngoại ô, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì trật tự và an toàn trên đường phố Từ những ngày đầu tiên của sự phát triển, hệ thống đèn giao thông đã trải qua nhiều giai đoạn cải tiến, không chỉ về mặt công nghệ mà còn về cách thức ứng dụng, để phục vụ tốt nhất nhu cầu ngày càng cao của xã hội về một hệ thống giao thông hiệu quả và an toàn.
Lịch sử của hệ thống đèn giao thông bắt đầu từ cuối thế kỷ 19, khi chiếc đèn giao thông đầu tiên được lắp đặt tại London, Anh, vào năm 1868 Ban đầu, đèn giao thông được điều khiển bằng gas và hoạt động dựa trên nguyên tắc thủ công Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ điện đã dẫn đến việc giới thiệu hệ thống đèn giao thông điện tử đầu tiên vào đầu thế kỷ 20 Từ đó, công nghệ đèn giao thông đã không ngừng được cải tiến, từ hệ thống cơ bản chỉ bao gồm ba màu: đỏ, vàng và xanh, đến những hệ thống phức tạp hơn với khả năng đồng bộ và điều khiển từ xa.
Có nhiều loại hệ thống đèn giao thông, phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể và điều kiện giao thông tại mỗi khu vực Các loại phổ biến bao gồm:
Đèn Giao Thông Cơ Bản: Bao gồm ba màu sáng (đỏ, vàng, xanh) để điều
tiết dòng xe di chuyển và dừng lại.
Đèn Giao Thông Tín Hiệu Điều Khiển Bằng Thời Gian: Được lập trình
để thay đổi tín hiệu theo khoảng thời gian cố định, phù hợp với lưu lượng giao thông dự kiến.
Đèn Giao Thông Điều Khiển Động: Sử dụng cảm biến để điều chỉnh tín
hiệu dựa trên lưu lượng giao thông thực tế, tối ưu hóa dòng chảy xe cộ.
Trang 7 Đèn Giao Thông Dành Cho Người Đi Bộ: Cung cấp tín hiệu đặc biệt để
bảo vệ người đi bộ khi họ băng qua đường.
Hình 1.1 Đèn giao thông tại ngã 4
Hệ thống đèn giao thông đóng một vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn giao thông, giảm thiểu tắc nghẽn và tai nạn Bằng cách phân luồng giao thông một cách có tổ chức, đèn giao thông giúp tăng cường hiệu quả giao thông và giảm thiểu thời gian chờ đợi Trong môi trường đô thị đông đúc, hệ thống đèn giao thông còn giúp điều tiết sự di chuyển của người đi bộ, xe đạp, và các
phương tiện giao thông khác, từ đó tạo ra một môi trường giao thông an toàn và hài hòa.
Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống đèn giao thông ngày càng trở nên thông minh hơn, có khả năng tích hợp với các hệ thống quản lý giao thông trung tâm, từ đó cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc quản lý giao thông trong thời đại số Sự kết hợp giữa công nghệ thông tin và công nghệ giao thông đã mở ra những khả năng mới trong việc tối ưu hóa dòng chảy giao thông và nâng cao an toàn cho người tham gia giao thông.
Trang 81.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước1.2.1 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
a Nghiên Cứu Cơ Bản: Các tổ chức và trường đại học trong nước như Đại
học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Công Nghệ TP.HCM, Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông, và Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu cơ bản về hệ thống điều khiển đèn giao thông tại ngã tư Các nghiên cứu này thường tập trung vào việc phát triển thuật toán điều khiển, mô phỏng và thử nghiệm trên mô hình thực tế.
b Ứng Dụng Thực Tiễn: Các đô thị lớn như Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng
đều đang tiến hành triển khai các hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh tại ngã tư để giảm thiểu ùn tắc và cải thiện an toàn giao thông Công ty Viễn thông và Công nghệ Hợp nhất (VNPT) và các doanh nghiệp công nghệ thông tin khác cũng tham gia tích cực vào việc phát triển các giải pháp điều khiển đèn giao thông [1].
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
a Nghiên Cứu Tiên Tiến: Các quốc gia phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản,
Hàn Quốc, và châu Âu đều đang tiến hành nghiên cứu về các hệ thống điều khiển giao thông thông minh tại ngã tư Các nghiên cứu này thường kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo, học máy, và Internet of Things (IoT) để tạo ra các hệ thống điều khiển linh hoạt và hiệu quả.
b Ứng Dụng Thực Tiễn và Thử Nghiệm: Một số thành phố lớn như New
York, Tokyo, Seoul đã triển khai các hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh trên diện rộng, kết hợp với các dữ liệu thời gian thực và phản hồi từ người dân để tối ưu hóa luồng giao thông Các công ty công nghệ hàng đầu như Siemens, IBM, và Samsung đều tham gia vào lĩnh vực này với các giải pháp tiên tiến [2].
Trang 9Tổng thể, tình hình nghiên cứu về điều khiển đèn giao thông tại ngã tư đang được quan tâm và phát triển mạnh mẽ trên cả hai phạm vi quốc gia và toàn cầu, nhằm mục tiêu cải thiện hiệu quả và an toàn giao thông trong các đô thị.
1.3 Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh đô thị hóa mạnh mẽ và sự gia tăng liên tục của phương tiện giao thông, việc quản lý và điều tiết giao thông một cách hiệu quả trở thành một trong những thách thức lớn cho các quản lý đô thị Đặc biệt tại các ngã tư, nơi mà dòng chảy giao thông từ nhiều hướng gặp nhau và giao cắt, việc điều tiết giao thông sao cho hợp lý, tránh ùn tắc và đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông là cực kỳ quan trọng Sự phức tạp của việc này đòi hỏi một hệ thống điều khiển thông minh, linh hoạt, có khả năng thích ứng với các điều kiện giao thông khác nhau và cung cấp thông tin trực quan cho các nhà quản lý giao thông.
Đồ án "Thiết kế mô hình điều khiển đèn giao thông tại 2 ngã tư liên thông bằng PLC, giám sát bằng HMI" ra đời như một giải pháp cho bài toán đó, áp dụng công nghệ tự động hóa hiện đại vào việc quản lý và điều tiết giao thông Sự kết hợp giữa PLC (Programmable Logic Controller) và HMI (Human-Machine Interface) không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình làm việc mà còn cung cấp một giao diện trực quan, dễ dàng cho việc giám sát và điều chỉnh.
1.4 Mục tiêu và ý nghĩa của đồ án
1 Ứng Dụng Công Nghệ Trong Quản Lý Giao Thông: Đồ án thể hiện
việc áp dụng công nghệ PLC vào quản lý và điều tiết giao thông, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc giải quyết vấn đề giao thông hiện nay.
2 Cải Thiện Chất Lượng Cuộc Sống Đô Thị: Góp phần tạo ra môi trường
giao thông an toàn, thông suốt, giảm bớt căng thẳng và mất thời gian do ùn tắc gây ra, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị.
Trang 103 Tích Hợp Giao Diện HMI: Phát triển giao diện HMI để giám sát và điều
chỉnh các tham số của hệ thống điều khiển đèn giao thông một cách trực quan và dễ dàng.
4 Đóng Góp Vào Sự Phát Triển Của Ngành Giao Thông: Cung cấp cái
nhìn sâu sắc và giải pháp thực tiễn cho việc quản lý và điều tiết giao thông, đặc biệt là tại các ngã tư đô thị, qua đó đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành giao thông vận tải.
5 Nền Tảng Cho Nghiên Cứu Và Phát Triển Tiếp Theo: Mô hình và kết
quả của đồ án có thể phục vụ làm nền tảng cho các nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo, nhằm tối ưu hóa hơn nữa việc quản lý và điều tiết giao thông.
Ý Nghĩa Của Đồ Án
1 Ứng Dụng Công Nghệ Trong Quản Lý Giao Thông: Đồ án thể hiện
việc áp dụng công nghệ PLC vào quản lý và điều tiết giao thông, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc giải quyết vấn đề giao thông hiện nay.
2 Cải Thiện Chất Lượng Cuộc Sống Đô Thị: Góp phần tạo ra môi trường
giao thông an toàn, thông suốt, giảm bớt căng thẳng và mất thời gian do ùn tắc gây ra, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị.
3 Đóng Góp Vào Sự Phát Triển Của Ngành Giao Thông: Cung cấp cái
nhìn sâu sắc và giải pháp thực tiễn cho việc quản lý và điều tiết giao thông, đặc biệt là tại các ngã tư đô thị, qua đó đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành giao thông vận tải.
4 Nền Tảng Cho Nghiên Cứu Và Phát Triển Tiếp Theo: Mô hình và kết
quả của đồ án có thể phục vụ làm nền tảng cho các nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo, nhằm tối ưu hóa hơn nữa việc quản lý và điều tiết giao
Trang 11CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1 Yêu cầu bài toán
2.1.21 Bài toánYêu cầu về chế độ điều khiển đèn giao thông hệ thống
Thiết kế cụm đèn giao thông Hệ thống đèn giao thông được chia làmgồm 4 chế độ khác nhauvận hành:
- Chế độ 1: Chế độ đặc biệt, sử dụng cho các trường hợp như điều phối giao thông cho các nguyên thủ quốc gia hoặc điều phối giao thông cho xe cứu hỏa, cứu thương… Ở chế độ này, các đèn được bật tự do bằng nút bấm vật lý hoặc nút bấm trên HMI Khi đèn xanh được bật ở hướng 1, đèn ở hướng 2 tự động chuyển sang đèn đỏ và ngược lại Đèn dành cho người đi bộ được bật theo đèn ở hướng ngược lại
- Chế độ 2: Chế độ hoạt động bình thường: sử dụng cho khoảng thời gian từ (9h đến 16h và từ 19h đến 22h) Đèn ở chế độ này được tự động kích hoạt theo thời gian thực hoặc bằng nút bấm vật lý hoặc nút bấm trên HMI Ở chế độ này, với mỗi cụm đèn ở 1 hướng, đèn đỏ 43s, đèn vàng 3s, đèn xanh 40s Khi đèn xanh và đèn vàng sáng ở hướng 1 thì ở hướng 2 đèn đỏ hoạt động và ngược lại Đèn dành cho người đi bộ được bật theo đèn ở hướng ngược lại
- Chế độ 3: Chế độ giờ cao điểm: sử dụng cho khoảng thời gian từ (7h đến 9h và từ 17h đến 19h) Đèn ở chế độ này được tự động kích hoạt theo thời gian thực hoặc bằng nút bấm vật lý hoặc nút bấm trên HMI Ở chế độ này, với mỗi cụm đèn ở 1 hướng, đèn đỏ 93s, đèn vàng 3s, đèn xanh 90s Khi đèn xanh và đèn vàng sáng ở hướng 1 thì ở hướng 2 đèn đỏ hoạt động và ngược lại Đèn dành cho người đi bộ được bật theo đèn ở hướng ngược lại
- Chế độ 4: Chế độ ban đêm: sử dụng cho khoảng thời gian từ 22h đến 7h Đèn ở chế độ này sáng nhấp nháy đèn vàng với tần số 1s 1 lần Đèn dành cho người đi bộ cả 2 hướng hiện xanh.
Thời gian chạy của mỗi đèn ở mỗi chế độ khác nhau được cài đặt linh hoạt trên màn hình HMI
Trang 12……
2.2 Cấu trúc của cụm đèn giao thông
- Mô tả cấu trúc của một cụm đèn giao thông đặt tại ngã ba/ ngã tư+ Phần cứng: …… (đưa hình vẽ)
+ Phần điện- điều khiển: giới thiệu các thiết bị điện có thể sử dụng và nêu vai trò, ưu nhược điểm của thiết bị; giới thiệu thiết bị điều khiển có thể sử dụng, các tính năng mở rộng …; đưa sơ đồ khối phần điện- điều khiển, sơ đồ này cần thể hiện được các thiết bị điện/ điều khiển sử dụng cho hệ thống,nguyên lý kết nối tín hiệu giữa các phần
2.1.1 Nguyên lý hoạt động và các thành phần cơ bản của đèn giao thông
Nguyên lý hoạt động của đèn giao thông dựa trên việc quản lý và điều khiển dòng xe cộ di chuyển qua các giao lộ, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong giao thông Hệ thống đèn giao thông thông thường bao gồm ba màu chính: đỏ, vàng (hoặc cam), và xanh lá cây, mỗi màu tượng trưng cho một lệnh giao thông cụ thể nhằm hướng dẫn các phương tiện tham gia giao thông.
Hình 2.1 Cụm đèn giao thông
a) Đèn Đỏ
Trang 13 Ý Nghĩa: Dừng lại Đèn đỏ báo hiệu các phương tiện phải dừng lại hoàn
toàn trước vạch dừng, đảm bảo không có phương tiện nào đi vào giao lộ và gây nguy hiểm.
Mục Đích: Đảm bảo an toàn bằng cách ngăn chặn các phương tiện di
chuyển vào giao lộ khi đèn của hướng khác đang mở, tránh va chạm.
b) Đèn Vàng (Cam)
Ý Nghĩa: Cảnh báo Đèn vàng thông báo rằng đèn sắp chuyển sang đỏ và
các phương tiện cần chuẩn bị dừng lại Nếu phương tiện ở quá gần vạch dừng và không thể dừng lại an toàn, chúng nên tiếp tục qua giao lộ một cách cẩn thận.
Mục Đích: Cung cấp một khoảng thời gian chuyển tiếp giữa đèn xanh và
đèn đỏ, giúp giảm thiểu việc phanh gấp và các tình huống nguy hiểm khác có thể xảy ra khi đèn chuyển màu.
c) Đèn Xanh Lá Cây
Ý Nghĩa: Đi Đèn xanh lá cây cho phép các phương tiện bắt đầu di chuyển
qua giao lộ.
Mục Đích: Đèn xanh lá cây đảm bảo rằng giao thông được duy trì một
cách liên tục và an toàn, cho phép các phương tiện từ hướng được chỉ định có thể tiếp tục hành trình của mình.
Nguyên Tắc Hoạt Động
Hệ thống đèn giao thông hoạt động dựa trên một chu kỳ cố định hoặc có thể được điều chỉnh động tùy theo lưu lượng giao thông thực tế Trong một số trường hợp, hệ thống có thể được tích hợp với cảm biến giao thông và/hoặc hệ thống điều khiển trung tâm để tối ưu hóa dòng chảy và giảm thiểu ùn tắc.
Điều Khiển
Hệ thống đèn giao thông có thể được điều khiển theo nhiều cách khác nhau: Điều Khiển Cố Định: Chu kỳ đèn chuyển màu theo một lịch trình cố định,
không thay đổi theo thời gian thực hoặc lưu lượng giao thông.
Trang 14 Điều Khiển Động: Sử dụng cảm biến để đo lưu lượng giao thông và điều
chỉnh thời gian đèn chuyển màu cho phù hợp, giúp tối ưu hóa dòng chảy giao thông.
Điều Khiển Từ Xa: Hệ thống có thể được giám sát và điều khiển từ xa
thông qua một trung tâm điều khiển, cho phép điều chỉnh linh hoạt dựa trên các điều kiện giao thông cụ thể.
Hệ thống đèn giao thông là một phần không thể thiếu của hạ tầng giao thông đô thị, giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người tham gia giao thông.
2.1.2 Bài toán hệ thống
Hệ thống đèn giao thông được chia làm 4 chế độ khác nhau:
- Chế độ 1: Chế độ đặc biệt sử dụng cho các trường hợp như điều phối giao thông cho các nguyên thủ quốc gia hoặc điều phối giao thông cho xe cứu hỏa, cứu thương… Ở chế độ này, các đèn được bật tự do bằng nút bấm vật lý hoặc nút bấm trên HMI Khi đèn xanh được bật ở hướng 1, đèn ở hướng 2 tự động chuyển sang đèn đỏ và ngược lại Đèn dành cho người đi bộ được bật theo đèn ở hướng ngược lại
- Chế độ 2: Chế độ hoạt động bình thường: sử dụng cho khoảng thời gian từ (9h đến 16h và từ 19h đến 22h) Đèn ở chế độ này được tự động kích hoạt theo thời gian thực hoặc bằng nút bấm vật lý hoặc nút bấm trên HMI Ở chế độ này, với mỗi cụm đèn ở 1 hướng, đèn đỏ 43s, đèn vàng 3s, đèn xanh 40s Khi đèn xanh và đèn vàng sáng ở hướng 1 thì ở hướng 2 đèn đỏ hoạt động và ngược lại Đèn dành cho người đi bộ được bật theo đèn ở hướng ngược lại
- Chế độ 3: Chế độ giờ cao điểm: sử dụng cho khoảng thời gian từ (7h đến 9h và từ 17h đến 19h) Đèn ở chế độ này được tự động kích hoạt theo thời gian thực hoặc bằng nút bấm vật lý hoặc nút bấm trên HMI Ở chế độ này, với mỗi cụm đèn ở 1 hướng, đèn đỏ 93s, đèn vàng 3s, đèn xanh 90s Khi đèn xanh và đèn vàng sáng ở hướng 1 thì ở hướng 2 đèn đỏ hoạt động và ngược lại Đèn dành cho người đi bộ được bật theo đèn ở hướng ngược lại
Trang 15- Chế độ 4: Chế độ ban đêm: sử dụng cho khoảng thời gian từ 22h đến 7h Đèn ở chế độ này sáng nhấp nháy đèn vàng với tần số 1s 1 lần Đèn dành cho người đi bộ cả 2 hướng hiện xanh.
Thời gian chạy của mỗi đèn ở mỗi chế độ khác nhau được cài đặt linh hoạt trên màn hình HMI
2.2 3 Tính toán và lựa chọn thiết bị2.2.1 Lựa chọn cụm đèn 3 màu
Cụm đèn đỏ, vàng, xanh là cụm đèn 3 màu trong hệ thống đèn giao thông, trong đồ án của mình, tôi lựa chọn đèn loại đèn báo Phi 16, 24VDC sau khi cân nhắc kỹ lưỡng, dựa trên các yếu tố kỹ thuật và lợi ích thực tế mà chúng mang lại:
- Tiêu Chuẩn Hóa và Tính Tương Thích
Điện áp 24V là một tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong các ứng dụng điều khiển tự động và PLC Việc sử dụng các thiết bị và đèn báo chuẩn này giúp đảm bảo tính tương thích với hầu hết các hệ thống PLC hiện có trên thị trường, làm cho việc tích hợp và lắp đặt trở nên dễ dàng và thuận tiện.
- Độ Bền và Tuổi Thọ Cao
Đèn báo với đường kính 16mm và điện áp 24V thường được thiết kế để chịu được điều kiện làm việc khắc nghiệt, bao gồm nhiệt độ cao, rung động và bụi bẩn Điều này giúp tăng tuổi thọ của đèn, giảm thiểu thời gian và chi phí bảo dưỡng cho hệ thống đèn giao thông.
- Kích Thước Phù Hợp
Đèn báo phi 16mm cung cấp kích thước đủ nhỏ gọn để dễ dàng lắp đặt trong không gian hạn chế của bảng điều khiển hoặc trên cột đèn giao thông, nhưng đồng thời vẫn đảm bảo độ sáng cần thiết để dễ dàng nhìn thấy dưới ánh sáng mặt trời và từ khoảng cách xa.
- Tiết Kiệm Năng Lượng
Trang 16So với các giải pháp đèn giao thông sử dụng điện áp cao hơn, đèn báo 24V tiêu thụ ít năng lượng hơn, giúp giảm chi phí điện năng cho hệ thống đèn giao thông Điều này không chỉ có lợi cho môi trường mà còn giúp giảm chi phí vận hành cho dự án.
- Dễ Dàng Kiểm Soát và Tích Hợp
Hệ thống đèn báo 24V có thể dễ dàng được kiểm soát và tích hợp với PLC, cho phép tạo ra các chương trình điều khiển phức tạp, bao gồm cả việc đổi màu đèn dựa trên các điều kiện giao thông thực tế và thời gian cụ thể.
Hình 2.2 Đèn báo 24V
Thông số kỹ thuật:
Dòng tiêu thụ: Nhỏ hơn 20mA
Tuổi thọ: Trên 100.000 giờ sáng liên tục Nhiệt độ hoạt động: -25 đến khoảng 70oC Đường kính lỗ tròn gắn vào tủ điện Phi 16mm
Trang 17 Đường kính mặt hiển thị LED phi 18mm Chiều cao đèn: 45mm
Điện áp: 24VDC
2.2.2 Lựa chọn đèn đếm giây và phương pháp điều khiểna) Lựa chọn đèn đếm giây
Đèn đếm giây cung cấp thông tin thời gian chờ đợi cho người tham gia giao thông Trong đồ án của mình, tôi lựa chọn loại đèn led 7 thanh với những ưu điểm sau:
1 Dễ Dàng Hiển Thị Số: LED 7 thanh được thiết kế để hiển thị các chữ số
từ 0 đến 9 một cách rõ ràng và dễ đọc, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để hiển thị thời gian đếm ngược trong hệ thống đèn giao thông Người tham gia giao thông có thể dễ dàng nhận biết được thời gian còn lại trước khi đèn giao thông thay đổi, giúp họ đưa ra quyết định di chuyển một cách an toàn và hiệu quả.
2 Hiệu Quả Chi Phí: So với các loại màn hình hiển thị số khác, LED 7
thanh có giá thành rẻ hơn và dễ dàng tìm mua Điều này làm cho chúng trở thành một giải pháp tiết kiệm chi phí cho đồ án, đặc biệt khi cần sử dụng số lượng lớn.
3 Tiết Kiệm Năng Lượng: LED có đặc điểm là tiêu thụ điện năng thấp
Việc sử dụng LED 7 thanh giúp giảm bớt lượng điện năng tiêu thụ của hệ thống, làm cho đồ án thân thiện hơn với môi trường và giảm chi phí vận hành lâu dài.
4 Tuổi Thọ Cao: LED có tuổi thọ dài, thường kéo dài hàng chục nghìn giờ
sử dụng trước khi cần thay thế Sử dụng LED 7 thanh trong hệ thống của bạn giúp giảm thiểu nhu cầu bảo dưỡng và thay thế, đồng thời đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động liên tục và đáng tin cậy trong thời gian dài.
Trang 185 Dễ Dàng Lập Trình và Điều Khiển: LED 7 thanh có thể được lập trình
và điều khiển một cách dễ dàng thông qua PLC hoặc microcontroller, cho phép tùy chỉnh hiển thị thời gian đếm ngược một cách linh hoạt Bạn có thể dễ dàng thay đổi thời gian hiển thị tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của từng ngã tư hoặc thời điểm trong ngày.
6 Tính Linh Hoạt Cao: LED 7 thanh có thể được sử dụng trong mọi điều
kiện ánh sáng, từ ban ngày cho đến ban đêm, và vẫn đảm bảo rằng chúng dễ đọc cho mọi người tham gia giao thông Chúng ta cũng có thể điều chỉnh độ sáng của LED để phù hợp với môi trường xung quanh.
Sự kết hợp của độ tin cậy cao, hiệu suất năng lượng tốt, chi phí thấp, và khả năng hiển thị số một cách rõ ràng làm cho LED 7 thanh trở thành lựa chọn lý tưởng cho hệ thống đèn giao thông điều khiển bằng PLC.
b) Phương pháp điều khiển LED 7 đoạn
LED 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình dạng số 8 (dùng để biểu thị được tất cả các số từ 0 đến 9) và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới (dùng để biểu thị dấu thập phân) Do mỗi thanh là một led đơn, nên ta sẽ có 2 cách nối led 8 led đơn trên LED 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm Nếu LED 7 thanh có Anode (cực +) chung, điểm chung này được nối với VCC, led chỉ sáng khi tín hiệu điều khiển ở các chân điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn ở mức 0 Nếu LED 7 thanh có Cathode (cực -) chung, điểm chung này được nối với Ground (hay Mass), led chỉ sáng khi tín hiệu điều khiển ở các chân điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn ở mức 1.
Trang 19Hình 2.3 Sơ đồ chân led 7 đoạn
Nguyên tắc chung: muốn LED nào sáng thì LED đó phải được phân cực thuận Do đó muốn tạo ra chữ số nào ta chỉ cần cho LED ở các vị trí tương ứng sáng lên Bảng mô tả cách tạo ra các chữ số để hiển thị lên LED 7 đoạn [3]:
Hình 2.4 Bảng chân lý LED 7 đoạn Anode chung
Phương pháp quét LED 7 đoạn được thiết kế để hiển thị thông tin trên các màn hình số bằng cách sử dụng một số lượng hạn chế các chân I/O trên
microcontroller hoặc mạch điều khiển Mỗi chữ số trên màn hình 7 đoạn được tạo thành từ 7 đoạn LED, có thể được kích hoạt độc lập để hiển thị các số từ 0 đến 9 và một số ký tự đặc biệt Khi có nhiều chữ số cần được hiển thị, việc kích
Trang 20hoạt tất cả các chữ số cùng lúc sẽ yêu cầu một số lượng lớn chân I/O và dòng điện cao Để giảm thiểu vấn đề này, người ta áp dụng phương pháp quét.
Nguyên Lý Hoạt Động
Phương pháp quét LED 7 đoạn hoạt động dựa trên nguyên lý của việc kích hoạt tuần tự từng chữ số một cách nhanh chóng, sao cho mắt thường cảm nhận chúng như là sáng liên tục Dưới đây là nguyên lý cơ bản:
1 Chuẩn Bị: Mỗi chữ số trên màn hình 7 đoạn được kết nối thông qua các
đoạn LED riêng biệt (a, b, c, d, e, f, g) và có một chân chung cho mỗi chữ số, được sử dụng để kích hoạt cả chữ số đó.
2 Quét Chữ Số: Thay vì kích hoạt tất cả các chữ số cùng một lúc, hệ thống
sẽ kích hoạt từng chữ số một cách tuần tự Trong một thời điểm, chỉ một chữ số được bật, trong khi các chữ số khác tắt.
3 Quét Đoạn: Đối với mỗi chữ số được kích hoạt, các đoạn LED tương ứng
được bật hoặc tắt để tạo thành số hoặc ký tự cần hiển thị.
4 Lặp Lại: Quá trình này được lặp lại nhanh chóng (thường xuyên hơn tần
số nhận thức của mắt người, ít nhất 60 lần mỗi giây) cho mỗi chữ số trên màn hình.
Hiệu Ứng
Do mỗi chữ số chỉ được bật trong một khoảng thời gian rất ngắn và quy trình này lặp lại nhanh chóng, mắt người không kịp nhận thấy sự chuyển đổi giữa các chữ số Kết quả là, người dùng nhìn thấy một màn hình hiển thị số đầy đủ, dù thực tế chỉ có một chữ số được hiển thị tại một thời điểm.
Ưu Điểm
Tiết kiệm chân I/O: Cần ít chân hơn để điều khiển một màn hình đa chữ
Tiết kiệm năng lượng: Chỉ một chữ số được kích hoạt tại một thời điểm,
giảm tổng lượng dòng điện tiêu thụ.
Nhược Điểm
Trang 21 Quản lý phức tạp: Yêu cầu lập trình phức tạp hơn và timing chính xác.
Giảm độ sáng: Mỗi chữ số chỉ sáng một phần nhỏ của thời gian, có thể
làm giảm độ sáng tổng thể so với việc bật tất cả cùng một lúc.
Nhấp nháy: Nếu tần số quét không đủ cao, người dùng có thể nhận thấy
hiện tượng nhấp nháy, gây khó chịu hoặc mệt mỏi cho mắt.
Phương pháp quét LED 7 đoạn là một giải pháp thông minh cho việc hiển thị số liệu trên các thiết bị điện tử mà không yêu cầu quá nhiều tài nguyên phần cứng [4].
2.2.3 Lựa chọn thiết bị điều khiển và nguồna) PLC Mitsubishi
PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output) PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi.
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất sẽ có các ngôn ngữ lập trình riêng Các hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay gồm: Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta…
Trang 22Hình 2.5 Hình ảnh PLC misubishi Board
Mỗi PLC đều được phân chia thành 3 phần chính:
Một bộ nhớ chương trình ở bên trong, một số model có thể mở rộng ra bên ngoài hay còn gọi RAM, ROM.
Bộ vi xử lý CPU với chức năng xử lý những chương trình nạp vào, các thuật toán, các cổng giao tiếp
Các module vào, module ra tín hiệu, module I/O, truyền thông, ngoại vi Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:
Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình.
Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…
Hình 2.6 Cấu tạo PLC
Với ưu điểm là giá thành rẻ, tích hợp nhiều chức năng như truyền thông RS485, tích hợp modul AI AQ… nên em quyết định sử dụng Board PLC Mitsubishi trong đồ án của mình
Trang 23Hình 2.7 Sơ đồ chân Board PLC
Arduino là nền tảng mã nguồn mở giúp con người xây dựng các ứng dụng điện tử có khả năng liên kết, tương tác với nhau tốt hơn Arduino có thể xem như một chiếc máy tính thu nhỏ giúp người dùng lập trình, thực hiện các dự án điện tử không cần tới công cụ chuyên biệt phục cho quá trình nạp code.
Trang 24Hình 2.8 Arduino Uno
Arduino Uno một loại board mạch đơn giản nhất hợp cho người mới bắt đầu nhưng vẫn đầy đủ chức năng Dữ liệu board này gồm 14 chân đầu, 6 chân 5V giúp phân giải 1024 mức Arduino Uno có thể chạy với tốc độ 16MHz, điện áp 5v-12v Kích thước board này là 5.5x7cm
Trong đồ án của mình, nhằm mục đích giải mã được LED 7 thanh để hiển thị thời gian đếm số cho đèn giao thông Với giá thành rẻ và tính đa dụng, chúng tôi quyết định lựa chọn Arduino Uno sử dụng trong đồ án của mình
c) Bộ chuyển đổi nguồn 24V
Bộ chuyển nguồn 220V sang 24V còn được gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu nguồn 220V sang 24Vdc Bộ chuyển đổi nguồn nhằm mục đích thay đổi điện áp đầu vào 220Vac thành điện áp 24Vdc Chúng ta đều biết rằng điện áp cấp nguồn cho các cảm biến, PLC và các bộ chuyển đổi tín hiệu đều là 24Vdc Chính vì thế mà bộ chuyển nguồn 220V sang 24V là một thiết bị không thể thiếu cho tủ điện điều khiển.