Lời nói đầuNgày nay cùng với sự phát triển đi lên của xã hội, các phương tiệntham gia giao thông cũng gia tăng không ngừngvà hệ thống giao thông ngàycàng phức tạp .Vì vậy để đảm bảo giao
Tổng quan về hệ thống đèn giao thông
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị ngày một đi lên Nhu cầu về giao thông ngày càng trở nên cấp thiết, nhất là trong các khu vực thành thị.
Do nhu cầu của đời sống con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại phương tiện giao thông đã tăng một cách chóng mặt Riêng tại Việt Nam số lượng xe máy trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường ngày một nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá tại Việt Nam còn quá nhiều hạn chế nên thường gây ra các hiện tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giao thông ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều người.
Vì lý do đó các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào sử dụng một cách lặng lẽ rồi dần trở nên phổ biến như hiện nay Trong đó hệ thống đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả có vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn giao thông.
Với mạch dùng IC số có các ưu điểm sau:
- Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy
- Mạch đơn giản dễ thực hiện Song với việc sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chương trình Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của chương trình thì buộc lòng phải thay đổi phần cứng Do đó mỗi lần phải
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 7 lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện được nhờ phương pháp này
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lý, vi điều khiển hay PLC đã giải quyết được những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dùng IC số kết nối lại không thực hiện được
1.1.2 Vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lí
Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC số thì phương pháp dùng kỹ thuật vi xử lý con có những ưu điểm sau:
Ta có thể thay đổi chương trình một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm trong khi đó phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số không thể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm
Số linh kiện để sử dụng trong mạch ít hơn
Mạch đơn giản hơn so với mạch dùng IC số Song do phần cứng của vi xử lý chỉ sử dụng CPU đơn chíp mà không có các bộ nhớ Ram, Rom, các bộ timer, hệ thống ngắt Nên việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn Do vậy hiện nay để khắc phục những nhược điểm trên hiện nay người ta thường dùng bộ vi điều khiển.
1.1.3.Điều khiển bằng vi điều khiển.
Ngoài những ưu điểm có của hai phương pháp trên, phương pháp này còn có những ưu điểm sau:
- Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với chương trình có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lý không thực hiện được
- Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý cũng giao tiếp được nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính
- Do trong vi điều khiển có sử dụng các bộ timer, các hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản, dễ thực hiện.
- Phù hợp với kiến thức của sinh viên.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 8
Với phương pháp điều khiển bằng PLC có những ưu điểm sau:
Làm việc chắc chắn, liên tục và có tuổi thọ cao
Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập
Có thể làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau.
Hướng dẫn người sử dụng đơn giản.
Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) Tuy phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vi xử lý nhưng việc áp dụng trong các hệ thống nhỏ là không thích hợp bởi giá thành rất cao.
Ví dụ hệ thống đèn giao thông hiện nay ở Thái Nguyên.
(đèn đỏ tại ngã tư đường Minh Cầu giao nhau với đường Hoàng Văn Thụ).
Hình 1.1 Khảo sát sơ bộ tại ngã tư đường Minh Cầu
Hệ thống đèn giao thông tại ngã tư này gồm :
Thời gian sáng của các đèn Tđỏ = 28 giây,Tvàng = 3 giây, Txanh = 25 giây.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 9
Hiển thị thời gian đếm ngược bằng led ma trận.
Gồm 3 đèn tín hiệu Xanh, Đỏ ,Vàng
Chỉ hoạt động ở một chế độ
Không có chế độ phân làn xe ở các thời điểm.
Với các phương pháp đã nêu ở trên ở đây chúng em lựa chọn giải pháp điều khiển bằng vi điều khiển bởi đây là phương pháp phù hợp và tối ưu nhất với đề tài.
Xác định bài toán
Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông tại ngã tư dùng vi điều khiển gồm:
4 cột đèn, có đèn tín hiệu phân luồng rẽ trái trước.
Hiển thị thời gian đếm lùi trên led 7 thanh ở vị trí lưng trừng cột và trên đỉnh của cột đèn.
1.2.2 Yêu cầu của bài toán thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông.
Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông nước ta ngày càng phức tạp Dẫn đến tình trạng ùn tắc và tai nạn giao thông ngày càng gia tăng Vì vậy để đảm bảo giao thông được an toàn và thông suốt thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết Với tầm quan trọng như vậy hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cần đảm bảo các yêu cầu sau: Đảm bảo hoạt động một cách chính xác,liên tục trong thời gian dài Độ tin cậy cao. Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài.
Dễ quan sát cho người đi đường.
Chi phí nhỏ, tiết kiệm năng lượng.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 10
Giả sử có một ngã tư như hình vẽ:
Hình 1.2 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của 1 hệ thống đèn giao thông
Có chu kỳ đèn tín hiệu T= T Đỏ + T Xanh + T Vàng
T Đỏ : Là thời gian đèn đỏ sáng.
T Xanh : Là thời gian đèn xanh sáng.
T Vàng : Là thời gian đèn vàng sáng.
Xét tại thời điểm xét bài toán thì:
TH 1: Đèn 1 xanh sáng, đèn 2 đỏ sáng.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 11
Khi đó hệ thống sẽ cho phép các hướng sau đi:
Nếu như không có phân làn, ưu tiên hướng đi thì dễ gây ra tai nạn, ùn tắc tại các điểm giao cắt (E, F) như trên hình vẽ
Từ thực tế đó ta thiết kế hệ thống có thêm chỉ dẫn phân làn ưu tiên cho các hướng như sau: B1 đến C2 và D2 đến A1.
Hình 1.3 Mô phỏng hệ thống định thiết kế
TH 2: đèn 1 vàng sáng và đèn 2 đỏ sáng thì để cảnh báo chuyển sang TH 3.
TH 3: đèn 1 đỏ sáng và đèn 2 xanh sáng thì ta thiết kế tương tự như TH trên.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 12
Mạch điều khiển dùng vi điều khiển.
Hiện thị thời gian dùng led 7 đoạn. Đèn báo hướng ưu tiên dùng đèn led đơn.
Các đèn báo dùng led đơn.
Bàn phím để reset và đặt thời gian cho hệ thống (thời gian 1 chu kỳ đèn).
- Thiết kế mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus 7.
- Công cụ lập trình: phần mềm PIC C Compiler (CCS).
- Thiết kế mạch in bằng phần mềm Orcad 10.5.
1.2.5 Yêu cầu và giới hạn của hệ thống điều khiền đèn giao thông dùng vi điều khiển.
Giá thành thấp tính ứng dụng trong thực tế cao.
Có khả năng mở rộng.
Có sự sai lệch trong thời gian so với thời gian thực.
Khó liên kết với các hệ thống giám sát chung của hệ thống giao thông.
Bộ điều khiển 8 bit Pic 16F877A
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là“máy tính thông minh khả trình”do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay
Tại sao lại dùng PIC mà không phải là các loại vi điều khiển khác.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 13 bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam Giá thành không quá đắt Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển
8051 Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,…Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,…Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triển b Giới thiệu về PIC 16F877A.
Hình 1.4 Ảnh thực tế PIC16F877A
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 14
Hình 1.5 Sơ đồ chân của PIC16F877A
Các thông số của PIC 16F877A. Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài
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 gồmcác 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 rộng 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, CS ở bên ngoài
Các 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
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 15
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) thông qua 2 chân
Watchdog Timer với bộ dao động trong
Chức năng bảo mật mã chương trình
Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng
Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau
Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE.
Cấu trúc và chức năng của từng cổng xuất nhập sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau
PORTA(RPA) bao gồm 6 I/O pin Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được.
Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 16 điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA.
Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với
PORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD vàđối với PORTE là TRISE)
Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm: PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA TRISA (địa chỉ 85h): điều khiển xuất nhập CMCON (địa chỉ 9Ch): thanh ghi điều khiển bộ so sánh CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC
PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau
PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm: PORTB (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập OPTION_REG (địa chỉ 81h,181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0
PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC: PORTC (địa chỉ 07h): chứa giá trị các pin trong PORTC TRISC (địa chỉ 87h): điều khiển xuất nhập.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 17
PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).
Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm: Thanh ghi PORTD: chứa giá trị các pin trong PORTD
Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập
Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP.
PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE Các chân của PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm: PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE TRISE: điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.
ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC
* TIMER 0 Đây là một trong ba bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khiển PIC16F877A
Timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tần số (prescaler) 8 bit. Cấu trúc của Timer0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác động và cạnh tích cực của xung clock
Lựa chọn linh kiện
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của led 7 thanh Đối với dạng Led Anode chung ,chân com phải có mức 1 và muốn sáng Led thì tương ứng các chân a-f,dp sẽ ở mức logic 0.
Bảng mã cho Led Anode chung :
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 24
Hình 2.3 Bảng mã led 7 đoạn Anode chung
Hoạt động của led giống như điot bán dẫn phân cực thuận cho led mới có thể sáng được.
Hình 2.5 Tranzistor C1815 và sơ đồ chân
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 25
Sử dụng điện trở có các giá trị như sau: 220Ω,10K ,1K.
33pF cho mạch dao động.
Tụ 1 chiều: 10àF cho mạch ổn ỏp nguồn và phớm bấm (reset và đặt thời gian).
20Mhz tạo giao động cho vi điều khiển.
Sử dụng loại có 1 cặp tiếp điểm thường mở.
Hình 2.6 Sơ đồ chân của IC 7805 Điện áp vào từ 7-12V DC được nối vào chân 1(INPUT). Điện áp ra 5V DC được lấy từ chân 3 (OUTPUT).
Chân 2 là chân chung nối âm.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 26
Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống
Hình 2.7 Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống
2.2.1 Giải thích các khối. a Nút Nhấn
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý khối bàn phím
Khối nút có tác dụng để đặt thời gian (chu kỳ của đèn xanh) cho hệ thống hoạt động và bắt đầu chạy hệ thống.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 27
Khối điều khiển trung tâm Nút Nhấn
Khối nút bấm được chống rung bằng phần mềm và phần cứng
Chống rung bằng phần mềm: tạo khoảng thời gian trễ giữa các lân bấm phím
Chống rung bằng phần cứng nối thờm tụ 10àF mắc song song với phím bấm
Trong hệ thống này khối nút bấm sẽ được thiết kế riêng trên 1 bo mạch cùng với nút bấm của khối reset
Khi cấp nguôn nếu như không có phím nào được bấm hệ thông sẽ ở trạng thái chờ Nếu các nút nhấn nối với cổng RE0 và RE1 của PIC được bấm (ứng với mức logic 0) thì chương trình sẽ chạy theo thời gian thiết lập khi bấm phím start (nối với cổng RE2) Nếu các phím SET TIME không được bấm thì khi bấm phím Start chương trình sẽ chạy theo thời gian mặc định đã đặt với chu kỳ đèn là: Rẽ trái 10s,đi thẳng 17s ,vàng 3s và đỏ là 30s ở cả hai nhánh. b Khối hiển thị
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị Đèn xanh sáng ứng với cổng RB0 (của nhánh 1) và RB4 (của nhánh 2) được xuất mức logic 1 mở tranzitor Q1 và Q5 khuếch đại dòng điện và đưa vào đèn tín hiệu (đèn led). Đèn xanh đi thẳng sáng ứng với cổng RB1 (của nhánh 1) và RB5 (của nhánh 2) được xuất mức logic 1 mở tranzitor Q2 và Q6 khuếch đại dòng điện và đưa vào đèn tín hiệu (đèn led).
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 28 Đèn vàng sáng ứng với cổng RB2 (của nhánh 1) và RB6 (của nhánh 2) được xuất mức logic 1 mở tranzitor Q3 và Q7 khuếch đại dòng điện và đưa vào đèn tín hiệu (đèn led). Đèn đỏ sáng ứng với cổng RB3 (của nhánh 1) và RB7 (của nhánh 2) được xuất mức logic 1 mở tranzitor Q4 và Q8 khuếch đại dòng điện và đưa vào đèn tín hiệu (đèn led).
Các đèn tín hiệu được nối chung âm.
Led 7 thanh là loại được nối chung anot Mỗi cột đèn sẽ có 2 led 7 thanh hiện thị thời gian đếm ngược Chân anot chung của các led được điều khiển thông qua cổng RC0 và RC1 (mức logic 1) các thanh a,b,c ,d ,e ,f,g của led được điều khiển bằng cổng RD (mức logic 0) của PIC (thanh a- RD0, thanh b-RD1, thanh c-RD2, thanh d-RD3, thanh e-RD4, thanh f- RD5, thanh g-RD6).
Khi có tín hiệu điều khiển mức logic 1 ở chân RC0 thì led hàng chục sẽ được mở và thanh nào được nối với mức 0 sẽ sáng (tín hiệu điều khiển logic 0 ở cổng RD) Khi có tín hiệu điều khiển mức logic 1 ở chân RC1 thì led hàng đơn vị sẽ được mở và thanh nào được nối với mức 0 sẽ sáng (tín hiệu điều khiển logic 0 ở cổng RD).
C Khối điều khiển trung tâm Điều khiển các khối khác thông qua phầm mềm điều khiển: xuất mức logic
0 hay 1 ra các cổng RB, RC, RD và nhận tín hiệu logic từ cổng RE
Khối điều khiển trung tâm gồm các khối nhỏ: Khối vi điều khiển, khối tạo xung giao động, khối reset.
Hình 2.10 Sơ đồ khối reset
Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân Reset của vi điều
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 29 khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, vi điều khiển nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống.
Khối tạo xung giao động
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý khối tạo xung dao động Đây là bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 20MHz cho vi điều khiển hoạt động Hai đầu này được nối vào 2 chân XTAL1 và XTAL2 của vi điều khiển.
Hình 2.12 Sơ đồ chân PIC16F877A
Các đèn tín hiệu được điều khiển thông qua cổng RB, Led 7 thanh được điều khiển bằng cổng RD và RC của PIC 16F877A
Khối nút bấm được nối vào các chân 9,10, 11(RE0,RE1,RE2)
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 30
Khối dao động nối vào chân 13 14(OSC1 ,OSC2).
Khối nguồn nối vào chân 11,12 và 31, 32 Vcc vào chân 11 và 32.GND vào chân 12 và 31.
Khối Reset nối vào chân 1 (MCLR). d Khối nguồn.
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Đây là mạch dùng để tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V Sử dụng IC7805.Đầu vào là điện áp xoay chiều sau khi được biến đổi qua máy biến thế, đưa vào bộ Diod cầu để cho ra dòng điện một chiều( lúc này điện áp nằm trong khoảng từ 7->10V) Sau khi đi qua IC ổn áp 7805 sẽ tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch.IC ổn áp 7805: đầu vào > 7V đầu ra 5V,
500 mA Mạch ổn áp: cần cho vi điều khiển vì nếu nguồn cho vi điều khiển không ổn định thì sẽ treo vi điều khiển, không chạy đúng hoặc reset liên tục thậm chí là chết vi điều khiển.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 31
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý
Khi ấn nút Start hệ thống sẽ hoạt động theo thơi gian mặc đinh hoặc thời gian đặt.
Thời điểm đầu tiên đèn xanh nhánh 1 và đèn đỏ ở nhánh 2 sẽ sáng
Thời điểm thứ 2 đèn xanh đi thẳng và đèn đỏ ở nhánh 2 sáng.
Thời điểm thứ 3 đèn vàng ở nhánh 1 và đèn đỏ ở nhánh 2 sáng.
Thời điểm thứ 4 đèn đỏ ở nhánh 1 và đèn xanh rẽ trái ở nhánh 2 sáng.
Thời điểm thứ 5 đèn đỏ ở nhánh 1 và đèn xanh đi thẳng ở nhánh 2 sáng. Thời điểm thứ 6 đèn đỏ ở nhánh 1 và đèn vàng ở nhánh 2 sáng. Đồng thời trên các led sẽ hiện thị thời gian đếm ngược dần xuống 00 theo thời gian trễ là 1s Sau đó hệ thống sẽ lặp lại trạng thái hoạt động từ thời điểm đầu tiên.
Nếu ấn nút Reset hệ thống sẽ trở về trạng thái chờ ban đầu.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 32
Giản đồ thời gian
Hình 2.15 Giản đồ thời gian của các đèn
+ Trên giản đồ thời gian có 3 đèn màu(Xanh, Vàng, Đỏ) khi trạng thái ở mức 1 tức là đèn đó sáng, mức 0 đèn đó tắt Chu kỳ sáng tắt các đèn được lặp đi lặp lại như trên giản đồ.
Thứ tự sáng Xanh => Vàng => Đỏ.
Có ưu tiên khi đèn Xanh sáng
Sơ đồ mạch in
Dùng phân mềm Al Tium vẽ mạch và thiết kế mạch in ta được các sơ đồ mạch in sau
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 33
2.5.1 Mạch điều khiển trung tâm.
Hình 2.16 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 34
Hình 2.17 Mạch sau khi ăn mòn
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 35
Hình 2.19 Sản phẩm sau khi lắp rap
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 36
Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống đèn giao thông
Hinh 3.1 Sơ đồ thuật toán chương trình chính
Bắt đầu chương trình chính sẽ kiểm tra phím bấm :
Nếu kt=0 không thay đổi thời gian hoạt động và chương trình sẽ chạy theo thời gian mặc định đặt sẵn Đèn xanh rẽ trái sáng 10s, Đèn xanh đi thẳng sáng 17s.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 37 Đèn vàng sáng 3s. Đèn đỏ sáng 30s)
Nếu biến kt=1 có nghĩa là đã thay đổi thời gian hoạt động của đèn. Đèn xanh rẽ trái sáng (Tđặt/3)(s). Đèn xanh đi thẳng sáng Tđặt-(Tđặt/3+3)(s). Đèn vàng sáng 3s Đèn đỏ sáng Tđặt(s).
Chạy vào chương trình ngắt sau 1s thì thời gian sẽ giảm xuống 1 và xuất tín hiệu điều khiển ra các đèn Chương trình hiển thị sẽ hiển thị thời gian đếm ngược ra các LED 7 đoạn.
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 38
Hình 3.2 Sơ đồ thuật toán điều khiển chương trình ngắt
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 39 begin
Giảm time xuống 1 đơn vị (time ) count=0 time=t3 time=- 1
Hình 3.3 Sơ đồ thuật toán điều khiển chương trình led7
GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 40
Xuất mã Led ra cổng D.
3.1.5 Chương trình set (hiển thị thời gian cài đặt cho hệ thống)
Hình 3.5 Sơ đồ thuật toán điều khiển chương trình set GVHD TS Đỗ Tuấn Khanh Trang 41
Xuất tín hiệu điều khiển đèn ra cổng RB:output_b(den[d])
Kiểm tra time Đăt lại biến d
Tăng biến i lên 1 đơn vị từ i Xuất mã led ra cổng RD
Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán điều khiển chương trình hiển thị
Chương trình điều khiển
#include // Khai bao thu vien xu ly
#use delay(crystal = 20mhz) // Khai bao su dung thanh anh 20mhz
#include // Khai bao thu vien cam bien DS1307
#define REALTIME input(PIN_A0) // Dinh nghia chan A0 void real_time(); // Khai bao chuong trinh real_time int8 maled[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; // Khai bao bang maled LED 7 thanh A chung int8 chuc=0,donvi=0,chuc1=0,donvi1=0; // Khai bao bien int8 i,time,time1,tongtime=0; // Khai bao bien unsigned char* Timereal; // Khai bao bien void main() // Chuong trinh chinh
{ set_tris_a(0xff); // Khai bao PORT A la dau vao while(true) // Vong lap vo han
{ if(REALTIME==0) // Nhan nut REALTIME
{ delay_ms(100); // Tre 100ms chong rung phim while(REALTIME==0); // Chong giu phim real_time(); // Goi chuong trinh real_time
} void real_time() // He thong chay theo thoi gian thuc
{ set_tris_b(0x00); // Khai bao PORT B la dau ra set_tris_d(0x00); // Khai bao PORT D la dau ra while(true) // Vong lap vo han
Timereal = GET_DS1307_RTC_TIME(); // Doc thoi gian tu cam bien while((Timereal[2]=#) || (Timereal[2] && Timereal[2] && Timereal[2]