Thiết kế hệ thống Điều khiển Đèn giao thông

1.Đặc tá sản phẩm Chức năng -Hiên thị thời gian -Điều khiến đèn: + Điều khiên giao thông cho hai hướng đi tại một ngã tư, với 2 trục đường vuông góc; có chỉ báo cho phép đi: khi đèn xa

is

TRUONG DAI HQC CONG NGHIEP THANH PHO HO CHi MINH

KHOA CONG NGHE DIEN TU

(@)

INDUSTRIAL

l eal UNIVERSITY OF

HOCHIMINH CITY

MÔN HỌC: HE THONG NHUNG BAO CAO NHOM 13

THIET KE HE THONG DIEU KHIEN DEN GIAO THONG

ran Văn T tả kĩ

rân Phước tả

T Hào tả

Danh tả test

1.Đặc tá sản phẩm

Chức năng

-Hiên thị thời gian

-Điều khiến đèn:

+ Điều khiên giao thông cho hai hướng đi tại một ngã tư, với 2 trục đường vuông góc; có chỉ báo cho phép đi: khi đèn xanh, đợi/đi chậm: khi đèn vàng và dừng lại khi đèn đỏ; có hiện thị thời gian cho các mức ( đèn xanh: 25s, đèn đỏ: 295, đèn vàng 4S).Các phương tiện ở phân đường đèn rẽ trái được phép di chuyên khi xuât hiện đèn đỏ ( đèn rẽ trái: 25s)

- Điều khiên theo thời gian thực (đèn nhấp nháy vàng vào khoảng thời gian 23h-2h sáng) Phi chức năng: c ;

-Điêu khiên băng tay (đặt thời gian sáng của các đèn, reset và băt đâu hệ thông hoạt động) -Giao tiệp đồng bộ 4 trụ đèn giao thông

2 Đặc tả kĩ thuật- thiết kế kiến trúc

Cac vi diéu khién được dùng trong hệ thống:

-Vi điều khiến PIC16F877

-Bộ giải mã 74LS47

-Cac led 7 seg

-Các led đơn hiện thị đèn xanh, đỏ, vàng

-Một só linh kiện hỗ trợ mạch hoạt động( tụ, trở, thach anh )

Sơ đô khối:

khối giải mã ——” | mái giàu sg

khối giải mã «—>‡ ss a ————>| khôi hiện thị khién

cac nat nhan ey uw MAX232 l——>\ MAX232 các nút nhân bộ nhớ

bô nhớ |

Đầu vào: RTC, khối giải mã, MAX 232

Đầu ra: khói hiện thị, các nút nhắn, bộ nhớ, khối giải mã, MAX 232

Trong đó:

Khối nguồn:

+ Nguồn 1 chiều điện áp 5V cấp cho vi điều khiên, led hiên thị

Khối điều khiến trung tâm:

+ Vị điều khiến trung tâm

+ Phản mềm điều khién

Khối hiễn thi:

+ Led 7 đoạn dùng nguồn 1 chiều hiện thị thời gian đếm ngược Của các đèn

+ Đèn phân làn, chỉ dẫn, đèn xanh, đèn vàng, đèn đỏ: led don str dung nguén1 chiéu Khối nút nhấn:

+Đặt thời gian sáng của các đèn, reset và bắt đầu hệ thống hoạt động

3 Đặc tá phần cứng

Module khối diéu khién trung tam

Sử dụng vi điều khiên PIC16F877A

a Sơ đồ PICI6F877A

Sơ đồ chân của vi điều khiên PIC 16F§77A: 40 pins 5 công vào ra số

RA.RB.RC.RD.RE

RA0/AND «©—+[ 2 ®E]+©— R80/P0

RA1/AMI e—* [|3 #E[]~— I5

RA2/AN2/VREF- 2—» C14 a> ABs

RAB/ANB /VREFS —» C]5 #%]~— Ie/rũl

RAS/TOCKI ++ 0) 5 BT +— I8?

RAB/ANG/SS +» C7 wD +— '8I REO/RO/ANS -—» Cle #]~— R80/INI

RE1/E/M6 +©~r|s = #l*©—Ww

RE2/CS/AN? +—+ |0 > 1>—s

Vạ$ —>[t > BL) ++ RO6/PSPE

0901/1KIN —+>[|s #ø]+— Ri9/Pf5

0902/0L0UT «— (Cw 7]]~— R4/#4 RCO/TIOSO/TICK] + Che 26 —+ RCI/RX/OT

RCI/TIOSI/00P2 +» Cs zH«— I®/10

RC2/COP1 4+—+[]u m+ RC5/S00

RC3/SCK/SCL +» Chis ø[~— R04/301/50A ROO/PSPO «—+ CÌs zF~—— R9/%

RDI/PSPL + Cla iI[~— R¿/P#f?

TOP VIEW

Công nghệ CMOS có đặc tính: công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM có tốc độ cao.Điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V và tiêu tốn nang nugng thấp phù hợp với nhiệt độ làm việc trong công nghiệp và trong thương mại

+ DC - 20MHz ngõ vào xung clock

+ DC- 200ns chu kỳ lệnh -Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là §K x 14words

-Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 36§x§Bytes

-Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256x§ Bytes

+ Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 1.000.000 lần _ + Bộ nhớ EEPROM có thê lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và có thê

tự lập trình lại được dưới sự điều khién của phần mềm

Module khdi hiển thị

Khối hiên thị có chức năng đưa ra thông tin hiên thị tương ứng với trạng

thái hiện thời của hệ thông Khôi này gôm 2 phân: đèn hiên thị tín hiệu đèn giao

thông và đồng hỏ

Đèn hiền thị tín hiệu đèn giao thông bao gồm: Đèn dành cho các phương tiện tham gia giao thông: xanh, đỏ, vàng

Đông hồ dùng các LED 7 thanh đề tạo thành các bộ hiên thị từ 00 đến 99

Ở đây ta dùng loại Anode chung (phù hợp với IC 74LS247) cầu trúc của nó như

SaU:

Hình 6: Sơ đồ LED thanh -

Đề tích kiệm chân cho vi điều khiên ta nối các chân a, b, c, d, e, f, ø trên

hai led với nhau Các vị xử lý xử lý các dữ liệu là sô nhị phân 0 và 1 nên cân có

sự giải mã từ sô nhị phân sang sô thập phân vì vậy ta nôi các chân của led 7 thanh vào chân của bộ giải mã 74LS247

Module khối nguồn

Khối nguôn là khối cần thiết cho sự ôn định của điện áp,đảm bảo điện áp đúng thiết kế đê cung cấp cho toàn bộ mạch Khối nguồn được thiết kế theo sơ

đồ như sau:

CAU+

“oO

Hình 7 Sơ đô khói cấp nguôn

Đầu tiên, điện áp ACSV được đưa vào mạch chỉnh lưu cầu diode đề cho

điện áp một chiều Tuy nhiên điện áp này sẽ được lọc bớt độ nhập nhô (ripple) nhờ tụ 1000uF, qua đó, có thé nâng cao mức volt trung bình cấp cho tầng tiếp

Module dau vao

Dùng đề điêu chỉnh các chê độ hoạt động của hệ thông đèn giao thông trong ngày: (giờ cao điêm, giờ thâp điêm )

Ngoài ra còn các thiết bị phần cứng như:

-Thân đèn: Thường là một hộp kim loại hoặc nhựa cứng đề bảo vệ các lĩnh kiện bên trong khỏi thời tiết và các yêu tổ môi trường khác

-Đèn LED: Dén LED duoc sir dung dé tạo ra ánh sáng có độ sáng cao và tiết kiệm năng lượng Các LED thường được lắp trên bề mặt của thân đèn, với các màu sắc khác nhau dé biêu diễn các tín hiệu giao thông khác nhau

- Mạch điều khiên: Bộ mạch điều khiên chịu trách nhiệm điều chỉnh thời gian và chu kỳ hoạt động của đèn giao thông Nó cũng có thê kết nói với hệ thống điều khiên tín hiệu

giao thông tự động hoặc được điều khiến bởi người điều khiến giao thông

- Kính chắn bảo vệ: Được làm từ chát liệu chịu lực như kính cường lực để bảo vệ đèn

LED khỏi các tác động bên ngoài như đập, va đập hoặc thời tiết xáu

-Công tắc và dây cáp điện: Cung cap nguồn điện cho đèn và cho phép điều khiên các tín

hiệu giao thông theo yêu câu

Sơ đồ khối chức năng:

ĐẦU ` E—* DIEU GIAI MA HIEN VÀO KHIEN THI

|

KHOI NGUON

¢ Khéi hién thi: Hiển thị chính xác thời gian trên led 7 đoạn và tín hiệu đèn

giao thông trên led đơn

©_ Khối đầu vào: Gòm bàn phím đề điều chỉnh các chế độ hoạt động theo giờ

của hệ thống đèn tín hiệu giao thông

¢ Khối điều khiến trung tâm: Điều khiến mọi sự hoạt động của hệ thông,

thực hiện chương trình, xử lý các điều khién vào/ra và truyền thông với

các thiết bị bên ngoài

phân và hiển thị các trạng thái thập phân đó trên LED 7 thanh

e© Khối nguồn: Cung cấp điện áp cho toàn bộ hệ thống và đảm bảo sự ôn

định điện áp

$ø đồ khối chi tiét c#a PIC16F877

Fash

Program

Memory

1TFFh 1800"

ị

Le | Le] Le] Le |

mm] |: |[#el|Lzr| lx>| LS|

Hình 10 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F§77A

So do nguyén by

4 Đặc tả phần mềm

- Lưu đồ giải thuật chương trình chính:

=

Lấy giá tri lưu từ bộ nhớ yellow = red-green

Cét 1: xanh

Cột 2 đỏ

Đ

Cột 1: vảng

Cột 2 đỏ

3)

Côi 1: đỏ Cét 2: vang

-Chuong trình mô phóng

$MODS1

ORG 0000h

Xanh1 EQU P0.0 Vang1 EQU P0.1 Dol EQU P0.2 MAIN:

MOV R1,#29h: BIEN DEM TRANG THAI HIEN THI DEN DO LAPI:

CLR Dol; DEN DO MOV P1.R1 DEC R1 ACALL DELAY

CINE R1,401Fh,LAP2 MOV R1.#19h: NAP LAI BIEN DEM CHO R1

LAP2:

MOV P1.R1 DEC R1 ACALL DELAY CINE R1,#0Fh,LAP2 MOV R1,#09h LAP3:

MOV P1.R1 SETB Dol; TAT DEN DO CLR Xanhl

DEC R1 ACALL DELAY CJNE R1,#00h.LAP3 MOV R1,#25h LAP4:

MOV P1.R1

DEC RI ACALL DELAY CINE RI1.#01Fh,.LAP4 MOV R1.#19h LAPS:

MOV P1.R1 DEC R1 ACALL DELAY CINE R1,#0Fh,.LAP5 MOV R1,#09h

LAP6:

MOV P1.R1 DEC R1 ACALL DELAY CINE R1,#00Fh.LAP6 MOV R1,#04h LAP7:

MOV P1R1 SETB Xanh]

CLR Vangl DEC RI ACALL DELAY CINE R1,#00Fh.LAP7 MOV RI1.#29h LIMP MAIN

DELAY:

PUSH 00H MOV TMOD,#01H MOV RO.#100

AAA:

MOV THO,.#HIGH(-10000) MOV TLO.#LOW(-10000) SETB TRO

CLR TFO CLR TRO DINZ RO.AAA POP 00H RET END

-Nguyên lý hoạt động:

Mạch hiên thị hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiến tín hiệu vào/ra của vi điều khiền PIC16F877

Vi điều khiến được lập trình đề thực hiện 2 công việc chính:

a) Điều khiên chuyên mức các đèn tín hiệu giữa hai làn đường, cụ thẻ là:

Việc chuyên mức sẽ được thực hiện băng 6 bit truyền dữ liệu:

P0.0: Đèn xanh

P0.L: Đèn vàng

P0.2: Đèn đỏ

Các đèn hiền thị là các Led đơn nổi chung nhau anot, đèn sáng tương ứng

với mức logic tháp

Đèn xanh ở làn | sẽ tương ứng là đèn đỏ ở làn 2 và ngược lại, chuyền mức giữa các đèn

sẽ xen kẽ những bộ đém lùi thời gian

Kết thúc mỗi bộ đếm sẽ tương ứng thiết lập lại các bít đề hiền thị đèn tiếp

theo

Giữa đèn xanh và vàng là 25 giây

Giữa đèn vàng và đèn đỏ là 4 giây

Giữa đèn đỏ và đèn xanh là 29 giây

b) Hiên thị bộ đếm lùi tương ứng từng trạng thái của đèn tín hiệU:

IC 74LS47 thực hiên việc giải mã BCD sang thập phân và hiển thi các thập

phân đó sang Led 7 đoạn Hệ thống sử dụng 4 IC 74LS47 được nối với các công Port 1

và Port 2 dùng cho việC hiền thị hai Led trên hai làn đường

Việc tạo ra số thập phân được thực hiện băng cách nạp giá trị đêm 29 giảm dân vào bộ

nhớ RAM Đề thu được mã BCD hiện thị ra dãy số thập phân 29 - 0 ta sẽ bỏ qua các trạng thái OA,0B IF

Nạp các giá trị biến đếm trạng thái hiền thị cho hai làn đường vào các thanh ghi R1 và R2, lần lượt giảm dân giá trị có trong thanh ghi và kiểm tra các trạng thái không cho

phép hiến thị (1F 0B.OA)

5 Đặc ta test

Mục điêu của test:

Kiếm tra hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điều khiến đèn giao thông trong điều kiện giao thông thực té

Diéu kiện test

Thời tiết: Bao gồm cả điều kiện thời tiết khác nhau như nắng, mưa, tuyết

Mật độ giao thông: Kiếm tra hệ thông dưới các mức mật độ giao thông khác nhau, từ thấp đến cao

Tỉnh huống đặc biệt: Bao gồm sự cố giao thông, xây dựng đường, tai nạn, vv

Dữ liệu đầu vào:

Thông tin về luồng giao thông từ cảm biến và camera

Dữ liệu vẻ thời tiết từ các nguồn địa phương

Lịch trình và thời gian dự kiến di chuyền

Kết quả:

Đèn xanh sáng tương ứng với thời gian hiên thị đếm lùi là 25 giây, hoặc có thé dat phu hop voi từng nút giao thông

Đèn vàng sáng 4 giây, thông báo cho các phương tiện tham gia giao thông ứng với pha nay giam toc độ và chuân bi dừng lại

Đèn đỏ sáng 29 giây, thông báo cho các phương tiện biết hướng đi ứng với pha này phải

dừng lại

Đề hệ thống hoạt động một cách đồng bộ đèn xanh sảng đồng thời leg 7 đoạn đếm lùi 25s, khi đèn xanh tắt đèn vàng sáng led 7 đoạn đếm lùi 4s, khi đèn vàng tắt led 7 đoạn

đêm lùi 29s, quá trình này cứ lặp đi lặp lại

Thời gian hiên thi cua hai pha: Dé | = Xanh | + Vang |

Hiệu suát của hệ thống trong việc giảm thiêu thời gian kẹt xe và cải thiện luồng giao

thông

Khả năng xử lý các tình huỗng đặc biệt và sự cô

Phương pháp ảo lưỡng và danh gia:

Thu thập dữ liệu về thời gian chờ, tốc độ di chuyên, và mật độ giao thông

Đánh giá hiệu suất dựa trên các tiêu chí như thời gian trung bình di chuyên, ty lệ tai nạn,

và mức độ tiện lợi cho người điều khiên

Phân tích kết quả và báo cáo:

Phân tích dữ liệu thu được đề đánh giá hiệu suất của hệ thống

Báo cáo kết quả test và đề xuất cai tién néu can thiết

Sử dụng kết quả test đê điều chỉnh và cải thiện hệ thống

Mở rộng test đề thử nghiệm các tính năng mới và mở rộng hệ thống đèn giao thông