Kỹ thuật mạch Điện tử mạch Đèn giao thông sử dụng arduino

Tuy nhiên, việc kiểm soát hệ thống đèn giao thông vẫn còn một số thách thức, như cách thức tự động điều chỉnh thời gian đèn, phản hồi theo tình trạng giao thông thực tế và khả năng tươ

[es

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN VA

TRUYEN THONG VIET-HAN _ KHOA KY THUAT MAY TINH & DIEN TU

VU

KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ

MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG SỬ DỤNG ARDUINO

Sinh viên thực hiện _: LỄ VÕ CÔNG MINH |

Giảng viên giảng dạy : PGS.TS Tăng Tân Chiến

Da nang, thang 4 nam 2023

IN RA ROI BO TRANG NI

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN

VA TRUYEN THONG VIET - HAN

KHOA KY THUAT MAY TINH VA

I

DIEN TU

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 3

MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG SỬ

DỤNG ARDUINO

Sinh viên: Lê Võ Công Minh Ma SV: 21CE033 Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Nho Túy

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2023

MO DAU

Trong thời đại công nghệ hiện đại, giao thông đô thị đã trở

thành một trong những vấn để đáng quan tâm hàng đầu Đèn giao thông

đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì trật tự và an toàn cho người

tham gia giao thông Tuy nhiên, việc kiểm soát hệ thống đèn giao thông

vẫn còn một số thách thức, như cách thức tự động điều chỉnh thời gian

đèn, phản hồi theo tình trạng giao thông thực tế và khả năng tương tác

với các yếu tố khác trong môi trường

Trong báo cáo này, tôi xin trình bày một giải pháp sử dụng Arduino - một nền tảng phát triển phổ biến trong lĩnh vực Internet of

Things (IoT) - để tạo ra một mạch đèn giao thông thông minh và linh

hoạt Arduino đã được chọn làm công cụ chính trong đề tài này nhờ vào

tính linh hoạt, sự dễ dàng trong việc lập trình và khả năng tương tác với

các thành phân điện tử khác Đồng thời, tôi cũng sẽ giới thiệu một số

khái niệm cơ bản về vi điều khiển và lập trình Arduino để đảm bảo sự

hiểu rõ về cách hoạt động của mạch đèn giao thông này

Mục đích của đề tài

Mục tiêu của để tài này không chỉ là xây dựng một hệ thống đèn giao

thông thông minh sử dụng Arduino, mà còn là tạo ra một giải pháp linh

hoạt có khả năng điều chỉnh thời gian đèn dựa trên tình trạng giao thông

thực tế Điều này sẽ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống giao thông,

1 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

»> Đối tượng nghiên cứu:

se Báo cáo đồ án cơ sở 3 với chủ đề "Mạch Đèn Giao Thông Sử Dung Arduino” nham phục vụ cho sinh viên năm hai ngành

Kỹ thuật Máy tính và Điện tử Báo cáo này hướng đến việc

năm vững kiến thức cơ bản về vi điều khiển Arduino và

ứng dụng nó vào mô phỏng một mạch đèn giao thông

thông minh

> Phạm vi nghiên cứu:

e _ Xây dựng một mạch đèn giao thông sử dụng vi điều khiển

Arduino, với khả năng tự động điều chỉnh thời gian đèn

dựa trên tình trạng giao thông thực tế

e Tìm hiểu và áp dụng các nguyên lý cơ bản của vi điều

khiển Arduino trong việc lập trình và điều khiển mạch đèn

giao thông

e© Nghiên cứu các phương pháp đo và phân tích tình trạng giao thông để xác định thời gian đèn giao thông phù hợp

© - Xác định và thiết kế giao diện người dùng đơn giản và thân

thiện để tương tác với hệ thống đèn giao thông

¢ Đánh giá và đo lường hiệu năng của mạch đèn giao thông thông qua các thử nghiệm và so sánh với hệ thống đèn giao thông thông thường

2 Phương pháp thực hiện

e Nghiên cứu và tìm hiểu về vi điều khiển Arduino:

se Tìm hiểu về kiến trúc của vi điều khiển Arduino, cách hoạt

động và cách sử dụng

e Nắm vững các khái niệm cơ bản như ngõ vào/ra, đồng hồ thạch anh, ADC, PWM, v.v

e Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình Arduino (C++), cách sử dụng

các thư viện tiêu chuẩn và các thư viện phụ trợ

se Thiết kế mạch đèn giao thông sử dụng Arduino:

e Tìm hiểu về các thành phần cơ bản cần thiết trong một mạch đèn giao thông, bao gồm các đèn đỏ, xanh, vàng, các

cảm biến tốc độ, v.v

eThiết kế mạch đèn giao thông sử dụng vi điều khiển Arduino và các thành phần điện tử cần thiết

e Xây dựng mô phỏng mạch đèn giao thông trên phân mềm

mô phỏng Proteus để kiểm tra và đánh giá hiệu năng của mạch

eLập trình và điều khiển mạch đèn giao thông sử dụng Arduino:

se Sử dụng Arduino IDE để lập trình cho vi điều khiển Arduino

e Viết mã lập trình để đọc tín hiệu từ các cảm biến tốc độ và

điều khiển các đèn giao thông dựa trên tình trạng giao thông

thực tế

e Thiết lập giao tiếp giữa mạch đèn giao thông và giao diện người dùng để tương tác với hệ thống đèn giao thông

e Đánh giá hiệu năng và tính năng của mạch đèn giao thông:

e Tiến hành các thử nghiệm trên mach đèn giao thông và đánh

giá hiệu năng và tính năng của hệ thống

e So sánh hiệu năng của mạch đèn giao thông với hệ thống đèn

giao thông thông thường để đánh giá tính ứng dụng của

mạch đèn giao thông sử dụng Arduino.Nắm vững, sử dụng

kết hợp một cách hợp lý các kỹ thuật lập trình

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Mạch đèn giao thông sử dụng Arduino mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong lĩnh vực giao thông đô thị

và công nghệ thông tin Dưới đây là những ý nghĩa mà đề tài

này có thể đem lại:

> Cải thiện hiệu suất giao thông: Sử dụng mạch đèn giao thông sử dụng Arduino cho phép tự động điều chỉnh thời

gian đèn dựa trên tình trạng giao thông thực tế Điều này giúp tối ưu hóa luồng giao thông, giảm thiểu tắc nghẽn và tăng hiệu suất di chuyển Khi đèn giao thông được điều

chỉnh linh hoạt, người dân và phương tiện giao thông sẽ trải qua một trải nghiệm di chuyển thuận lợi hơn

> Tiết kiệm năng lượng và tài nguyên: Sử dụng mạch đèn

giao thông thông minh có khả năng điều chỉnh thời gian đèn dựa trên tình trạng giao thông, chúng ta có thể giảm lượng năng lượng tiêu thụ và tiết kiệm tài nguyên Thay vì giữ đèn

giao thông hoạt động ở mức tối đa trong suốt cả ngày, hệ thống sẽ điều chỉnh mức sáng và thời gian hoạt động tùy

theo yêu cầu thực tế, giúp giảm lượng năng lượng và tài nguyên tiêu thụ không cần thiết

> Tăng tính an toàn giao thông: Mạch đèn giao thông sử dụng

Arduino có thể tích hợp các cảm biến và hệ thống phát hiện

để xác định tình trạng giao thông và đáp ứng kịp thời Việc

điều chỉnh thời gian đèn giao thông dựa trên tình trạng giao thông thực tế giúp giảm thiểu xảy ra các tai nạn giao thông, tăng tính an toàn cho người tham gia giao thông

> Khả năng mở rộng và tương tác: Mạch đèn giao thông sử

dụng Arduino là một hệ thống mở, cho phép tích hợp và mở rộng các tính năng khác nhau Các công nghệ và thông tin từ

các nguồn khác nhau có thể được tích hợp để nâng cao tính

tương tác và hiệu quả của hệ thống

Ngoài phần mở đầu và kết luận thì để tài có ba chương:

— Chương 1 Cơ sở lý thuyết

— Chương 2 Phân tích thiết kế hệ thống và xây dựng

— Chương 3 Kết luận và ý nghĩa thực tiễn

LOI CAM ON

Để báo cáo này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ

của các thây cô Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép em được bày

tổ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô đã tạo điều kiện giúp đỡ

trong quá trình học tập và hoàn thiện đồ án Trước hết em xin gửi tới các

thầy cô khoa Kỹ Thuật Máy Tính ỡ Điện Tử trường Đại học Công nghệ

thông tin và Truyền thông Việt-Hàn lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe

và lời cảmơn sâu sắc đã tạo điều kiện cho chúng em có những kiến thức

vô cùng ý nghĩa Với sự quan tâm, dạy dõ, chỉ bảo tận tình chu đáo của

thầy cô, đến nay em đã có thể hoàn thành đồ án này Đặc biệt em xin gửi

lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Tăng Tấn Chiến và cô Nguyễn Thị

Quỳnh Hương đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt báo

cáo trong thời gian qua Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm

còn hạn chế thì báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót Em

rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em

có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình,phục vụ tốt hơn cho công

việc thực tế sau này (chỗ này nhìn bị sao sao đúng hem)

Em xin chân thành cảm Ơn !

Đà Nẵng, 30 tháng 04 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Lê Võ Công Minh

NHAN XET

(PGS.TS Tăng Tấn Chiến)

MUC LUC

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT :2222222222222222222122212 0

11 Giớithiệu 1.2 Nhiệm vụ để tài

2 Sơ lược về Arduino [Ï] c các cà nx Ex HH1 nh HH nh TH HH nh HH ng nà ng chi

2.2 Tinh nang cua Arduino

2.3 Mattich cure va han ché cua Arduino

CHUONG IL PHAN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG & XAY DUNG

1 SO DO, MO HINH TONG QUAN CUA HE THONG ccccccccccsesseeeseesevecsestseseenesnens

11 Mô hình hệ thống

2 THIET KE HE THONG VA XAY DỰNG SH HH HH rne

2.2 _ Linh kiện cần có:

CHUONG III KIEN NGHI VA Ý NGHĨA THỰC TIỄN 2 SH

1 Kién TìH Q.2 0 0211211221 1921111511111 12111 1101115111 011111151111 1 11 H111 HH HH Hàng

0009 2 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 5221 E251 51 2551255125551 1 1x2 10

DANH MUC HINH ANH

HÌNH 4 CODE NẠP VÀO ARDUINO

HÌNH 2 LINH KIEN CẦN CÓ

HÌNH 3 DAU DAY BUS THEO SO ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀO CÁC PORT [3]

HINH 4 KHal BAO (INPUT) & (OUTPUT)

HÌNH 5 CẮM DÂY CÁP USB TU’ LAPTOP VAO ARDUINO DE NHAP CODE

HINH 6 N6I CHAN CAC DEN LED VAO BOARD THEO SO BO

HINH 7 CHAY TEST BONG DEN

HINH 8 SAN PHAM HOAN THIEN

CHUONG I CO’ SO LY THUYET

1 Tổng quan

Giao thông đô thị ngày càng tăng cường và gặp phải nhiều vấn đề về tắc nghẽn và an toàn giao thông Việc ứng dụng công nghệ để cải thiện hiệu suất

và an toàn giao thông đang trở thành một xu hướng quan trọng.Ardurno là một nền tảng phát triển phô biến và mạnh mẽ, cung cấp khả năng lập trình

và điều khiến linh hoạt, làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích dé ap dụng trong các hệ thống đèn giao thông thông minh

12 Nhiệm vụ đề tài Mục tiêu của đề tài là thiết kế và triên khai mạch đèn giao thông sử dụng Arduino nhằm cải thiện hiệu suất và an toàn giao thông trong môi trường đô thị

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc phát triển mạch đèn giao thông thông minh sử dụng Arduino, từ việc thiết kế mạch điện tử, lập trình và điều

khiển mạch, đến tích hợp cảm biến và giao điện người dùng

2 Sơ lược về Arduino [1]

2.1 Arduniolàgì Arduino là một nền tảng phát triển phố biến và mở rộng được sử dụng trong việc xây dựng các dự án điện tử và loT (Internet of Things) No bao gồm một bo mạch vi điều khiên được lập trình đề thực hiện các nhiệm vụ và tương tác với các linh kiện điện tử khác

Bo mạch Arduino chủ yếu dựa trên vi điều khiến ATmega, và nó được cung cấp với một môi trường phát triển tích hợp (Integrated Development Environment - IDE) cho phép người dùng viết và tải các chương trình vào

bo mạch IDE Arduino cung cấp một ngôn ngữ lập trình dựa trên Wiring (một ngôn ngữ dựa trên C/C++), giúp người dùng dễ dàng tương tác với các chân và giao diện cua bo mach Arduino

2.2 Tính năng của Arduino

Arduino có nhiều phiên bản và các module phụ trợ khác nhau, cho phép linh hoạt trong việc mở rộng chức năng của nên tảng Nó cung cấp một cách đơn giản đề điều khiến các linh kiện điện tử, cảm biến, hiển thị và kết nối với các thiết bị ngoại vi khác thông qua các chân GPIO (General Purpose Input/Output)

Với sự phổ biến và sự dễ dàng sử dụng, Arduino đã trở thành công cụ

ưa thích của các nhà phát triển, học sinh, sinh viên và người đam mê DIY (Do-It-Yourself) để tạo ra các dự án điện tử từ đơn giản đến phức tạp, bao gôm các ứng dụng như điều khiến thiết bị, tự động hóa, các hệ thông đo lường và giao tiếp IoT

2.3 Mặt tích cục và hạn chế cia Arduino

Mặt tích cực của ArduIno:

Dễ sử dụng: Arduino được thiết kế để dễ dàng tiếp cận và sử dụng cho cả người mới bắt đầu và những người không có kinh nghiệm lập trình trước đây IDE Arduino cung cập một giao diện thân thiện và ngôn ngữ lập trình

dễ hiểu, giúp người dùng nhanh chóng bắt đầu và phát triển dự án

1

Phô biến và hồ trợ cộng đông lớn: Arduino có một cộng đồng người dùng lớn trên toàn thế giới Người dung Arduino co thể chia sẻ kiến thức, ý tưởng, và giải pháp thông qua các diễn đàn, trang web, và nhóm người dùng, giúp họ học hỏi và giải quyết van dé dé dàng hơn

Giá cả phải chăng: Arduino được thiết kế để có giá cả phải chăng, giúp người dùng có thể tiếp cận công nghệ mà không tốn quá nhiều chỉ phí Điều nay lam cho Arduino trở thành một lựa chọn phổ biến trong các dy an DIY

va giáo dục

Đa năng và mở rộng: Arduino có nhiều phiên bản và module phụ trợ khác nhau, cho phép người dùng mở rộng chức năng của nền tảng theo nhu cầu

Các module phụ trợ như cảm biến, hiển thị và kết nối có sẵn đề hỗ trợ các ứng dụng đa dạng

Tuy nhiên, cũng có một số hạn chế cần lưu y:

Hiệu suất hạn chế: Arduino dựa trên vi điều khién 8-bit va co gidi han vé toc

độ xử lý và bộ nhớ Điều này có thê hạn chế khả năng xử lý các tác vụ phức tạp và ứng dụng lớn

Giới hạn kết nối: Arduino hỗ trợ một số giao tiếp như UART, I2C va SPI, nhưng có giới hạn về số lượng chân kết ndi va giao tiép

Không phủ hợp cho các ứng dụng cao cấp

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8 XÂY

DỤNG

1 SƠ ĐỒ, MÔ HÌNH TỔNG QUAN CUA HE THONG

1.1Mô hình hệ thống

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý

1.2Nguyên lý làm việc

Mạch giao thông sẽ được điều khiển bằng Arduino Uno R3, str dung ngén

ngữ lập trình Arduino IDE.Arduino sẽ điều khiển LED để tạo hiệu ứng giao thông (dừng xe, đi chậm và cho phép đi).Chương trình sẽ thay đổi

trạng thái LED theo chu kỳ nhất định để mô phỏng luồng giao thông