Đồ án điện tử số “Thiết kế hệ thống điều khiển giao thông một chiều”

Đồ án điện tử số “Thiết kế hệ thống điều khiển giao thông một chiều”

ÐĐ ANDI NT S NGUY NNG CBÌNH

L INÓIĐ U

Trongh th ng giao thôngc an ctahi nnay, v nở an toàn giao thông

và tránh ùn t c giao thông làv nđ hts cc pbáchvàđ cxãh ¡ quan tâm Vì vycácph ngtnh ngd n giao thông đóng vai trò h ts c quan trong, nó góp phnhnch nh ng xung đ t giao thông khi tham gia giao thông Và trong các

ph ngưnh ngd ngiao thông thìh th ng đèn đi u khi n giao thông đóng vai trò ch đ o góp ph n làm gi m xung ở t giao thông, tránh ùn t c nhỉ un i, giao thông 2 chỉ u bu cph ¡ thayth b ng giao thông I chỉ unh nh ngc unh nông thôn, đ ng đang s a,nh ngđonđ nghphoccuph thayth cu đang sa ĐÐ cácph ngtỉnlI uthôngđ c trên các đo nđ ng đó thì yêu

c uph icólh th ng đèn giao thông đ c bi t

Vì lý do trên, chúng em I ach nđ tài “Thi tk h th ngửi u khi ngiao

» thông m tchi u’lamd án mônh c “Đi nt s

Chúng em xin chân thành c m nth y Lê Xuân B ng đã giúp đ chúng em

th chi nđ án này

I PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

H thng đền tín hi u giao thông này cho phép xec đi theomth ng trong m t kho ng th ¡ gian và sau đó d ngliđ xe theo chung clidi.V i

m il nd i chi u, tin hi u di u khi n giao thong ph id ng xe m t chỉ u và ở ¡ cho trênđ nghtxem iti pt cchoxetheochiung clidi Vad titkim

th i gian ch cho ng ¡ tham gia giao thông, kho ng th i gian dành cho mi

h ngphid cdiuchnhd avaol ngxel uthéngquah ngd6,vid vi

h ng mà nhi uxeh n thì kho ng th ¡ gian I u thông đ c tính toán dành cho

h ngđós nh uhnh ngng cÌli

trong án này chúng ems thi tk mth th ngởi u khi n đèn tín hi u giao thông phù h p nh m đi u khi n đèn tinhiu haidud ngm tchi ucho phép xe ditheo2h ng micmbind cdt wv tithihhp midu

đ ngnh m phát hi n xe đang vào và xe đang ra khiđ ng th i gian danh cho mih ngd ctinhtodnd avaolul ngxec đãd cxácđnh nh cácc m

bi nsaum ikho ngth ¡ gian là 5 phút

DEN TIN HIEU 2 SENSOR 2

ÐĐ ANDI NT S NGUY NNG CBÌNH

H th ngới ukhi n đèn giao thông s đi u khi n đèn đ, vàng và xanh c a

hai c t đèn tín hi u( ng ng laR1,Y1,Glc ac tl vaR2,Y2,G2c ac t2)

haidud ng.Gi s rngmidéntrong6dénd cb tt tm tcachriéngr va

b đi ukhi nnh ntnhi ut 2 sensor nhỉ t §¡ và S; Trong bài toán này chúng emch s d ngsensor nhi tnên ph igi thi tr ng tham gia giao thông ch có ôtô

Và xeg nmáy.M isensor s cungc pm txung khi cóm tph ngti ni qua

Ho tđ ngc ab đi ukhi nđ c tính khi đèn chuy nt m t màu sang màu

tỉ ptheo.ĐÐ cho xe đitheoh ng 1,GI s sáng trong th ¡ gian TI1,(th ¡ gian này

s d ctinhtodnl isaum i5 phitd avaol ul ngxetrénd ng) Sau kho ng

th i gian Tl, đèn vàng Y1 s sáng trong kho ng th i gian Ty (trong thi tk này,

ch nthigianc bn là) sau đó đèn đ RIs sáng trong kho ng th ¡ cho đ n khi đèn xanh G1 sáng I nti ptheo Bi ud thigiand cth hin hình2

G1

Vixeđitheoh ng 2, đèn G2 s không đ cbtcho đ n khi h t xe đi theoh ngl trênđ ng.S xecòn trênđ ngđ cxácđnhnh so sánh s xedivaod ng(xácđnhb ng l sensor) vàs xerakh iđ ng(xácđnhb ng l sensor khác) Khi hi us xe gi a2 sensor b ng không, thì s coi nh không còn

xe trênđ ng.th ¡ gian đèn xanh G2 sángđ c tính b ng: Tạ= Tạ¿-Tị, v ¡ Tạ¿ là

t ngth ¡ gian đèn xanh sáng T ng th ¡ gian đèn xanh sáng Tụ s đ c chia cho

GI vàG2d avàos chênhl chl ul nggiaothôngc amih ng

2 Ph ngán thi tk

K thuts,vix lý, vi đi u khi nlàlnh v c đang phát tri nm nhm va

có ng d ng trong r t nhi u ngành s n xu t vi c th chi n bài toán này c 3

ph ngán:s dngmchs,s dngb vidiukhinvas dngb vix lydu hoàn toàn cóth dap ngd c

So sánh:

S_d ngvidi ukhin S dngb vix ly § dngm chs

*Nh cdi m:

- Giá thành cao, h th ng

ph ctpce ng k nh, khé khan trong t che h

gi n, giá thành phù h p -Tcd cao, hot d ng

> Ph nxác đnh chênh ngxetrênđ ng I chl ul ng xe theom ih ng

> Ph ntính toán th ¡ gian đèn xanh chom ih ng

> Ph nđi ukhi nchung

PHAN DIEU

RESET

Phnto dao đ ngs cung c p l ngu n xung tín hi u và xung nàys đ c

s dng d tính th ¡ gian trong m i1 n chuy n đèn 10s khi đèn vàng sáng s

đ ccoilàth igianng nnh tc ac h.Nh v ylngu nxungcochuk 10s s

đ cs dng đây.T ngth igianc a đèn xanh trên m ¡chỉ uđis đ ctính lisau5 phit.B iv y,b t odaod ngs đ mtăng lên l khi nód ccunge pl xung trong m ¡ 5 phút

2 Phnxácđnhl ngxetrênđ ng

Phnxácđnhl ngxetrênđ ng: đ bi ttrênđ ngcòn xech ysaum ¡

1 n đèn xanh sáng hay không,1b đms đ cs dngđ sosánh gi as xe vào nút giao(V) thông và s xe ra kh ¡ nút(R) Nút s đ c coi là không có xe khi V-R =0.M ¡xe vào núts ghi nh nb ng I xung do 1 sensor t 0 ra va m i xe ra liđ cghinh nbnglxung do sensor khác t ora Do v y, chúng tach chú ý tiđiukin V-R=0 còn con s th ct khéngd cquantém đây Biv y chúngtas s d ngl1b đmthu nnghch Xung vàot sensor I (S;)s lamb

đ mở mì lên và xung vàot sensor 2 (S;)s làmb đmđmxu ng.B đms cho ra 1 tin hi u khi th a mãn đi u ki n V-R=0

3 Phnxácđnhl ngtheomih ng

Phnxác đnhlul ngtheomih ng:đ xá đnhquanh gi athi gian đèn xanh sáng trên m ¡ chỉ u,lb đmc ngs đ cs dngđ đms xe qua nút trên m ichiu.t ngt v iphnxdcdnhl ngxetrénd ng ,ph nxác đnhlul ngxetheomih ngcngs đm lên khi xe qua l chỉ u và đm

xu ng khi xe qua chỉ ung cli Tuy nhiên xung t §¡s đ cs d ng trong

c 2chiu.Vàb đms btđulisaum inăm phút, I xungt b t o dao đ ng

s resetb đmv 0cho 5 phút tỉ p theo

4 Tính toán th i gian đèn xanh

H thngs tính toán I ¡th ¡ gian đèn xanh T¡,T; sau m ¡ 5 phút d a trên duracacaphndmxe.Gi s d,)las xetrênh ngl và d;làs xe trên

h ng2.T¡s tăngn ud;-d;>0vàs gi mnud;-d<0.T;s đ ctính là giá tr: Tit -T) Gidétr giihns d cs dngd chechnrngTjhocT,s d c

gi mt ¡ đa là 40s nh mc ¡thi ntinhtr ng tnt c2d unit

M tngu nxung cóchuk 10ss d ccunge pb ib t odaod ngchob

đi ukhin.V ichuk xungt ngdidainh daychingtas s d ngICdnh

th itimer NE555.Chuk xungc atimernayd ctinhd ngi n theo công th c:

T = (Ra+2.Rb).C/In2

Xung cóchuk 10s cóth t orab ngcáchch nt và đi ntr nh sau:

Ra=200k ; Rb=200k ;C=24/E

H thngyêuc ul xung ng ncu im ichuk 5 phút, đây là th ¡ gian b

đ mb tử u và tính toán I ¡th ¡ gian đèn xanh Xung này đ ctorat b đm2 bitđ ngi nđ mtăngb ib t oxung.Tacó: 5min =5*60s=30*10s

ÐĐ ANDI NT S NGUY NNG CBÌNH

Trong thitk này s phis dngmt modun đmcóh s đm 30

IC 74LS390 làb đ mth p phân 4 bit không đ ngb cóth đ cs dngcho

tr ngh pnày Trong bài toán,b đ m Inàys đ mtăng saum i I0s,vàb đm 2s đmtăngkhib đ mchuy nt 9-50

d ng.Xungt sensor S¡,S;s xu thi n khi có xe đi vào hay r ¡ kh ¡ nút Ví d

điv ichi ulính hình minhh a),xungt §¡ ch rar ng có m t xe đi vào nút Trong khi v ichi ung clinó cho bi tcó m txe đã đi ra kh ¡ nút và đi u này cngt ngt viS;nh ngng cli.Quađós khác nhau gi a xe đi vào và đi ra

kh ¡ nút giao thông m ¡ có ý ngh a,xungt S¡s lamb đ mở m lên và xung t Szlàmb đ mđ mxu ng.Btc lúcnào khis đ mb ngkhông(b đ mđã đ m lên và đ m xu ng mts b ng nhau ) ngh a là trên nút giao thông không còn xe

IC d mnh phân thu nnghchởđở cs d ng cho ph n này có giá tr làs xe có trong nút, ngh a là giátr c aV-R tr ngh pnàynutas dngb đmnh phân 4 bit ngh a là có t i 15 xe trong nitt im tth idi m IC 74LS193 lab dm

nh phân thu n vào s d ng xung vuông đu vào đ đ m lên hay đ m xu ng Trong hình d ¡§; làngu nvào đ đ m lên và S„đ đ mxu ng.M tc ngNOR 4đuvào đ cs d ng Khi đurac ac ngNOR có m c logic l thì có ngh a V- R=0,t clàttc cácxeđivàođ ngđ uđãr ¡kh ¡

Ho tđ ngc aph nnàych ởđ ngi nlàtínhs xe quanútt đó nó tính toán

s khác nhau gi as xe qua nút trênm ¡chi u.m tb đmthu nnghchliđ c

s dng.Nós đm tăng lên khi có xe qualh ng và gi m khi xe qua chỉ u

ng cli.Trongtr ngh pnaych mtsensorlaS,;d cs d ngv itínhi ut

b điukhi nchobith ng di chuy nc axe.Nh mđ ngi n hóa cho m ch nó

s ch nh nbi ts khác nhau gi as xel u thông qua nút theo 2 chỉ u không I n

h n15 và chúng tacóth s d ngm tb đm4bitđ th chin

Mtb dmnh phan4 bit 74LS193s d cs d ng.Nós tăngm tđ nv cho m ¡ xungt §¡ khi G¡ sáng và gi mm tđnv chom ixungt S, khi G sáng.B đms đ cReset sau 5 phút

Page

4 Ph ntính toán th ¡ gian đèn xanh:

T ng th i gian dén xanh trong 1 chuk c a nút giao thông là:Tạ¡ = T¡ + T› Trong đó: +) Tị: là th _¡ gian tính toán cho đèn xanh G1 theoh ng1

+) T;: là th ¡ gian tính toán cho đèn xanh G2theoh ng2 Nulul ngxetrongm i5phúttheoh ng1lnh ntheoh ng2; TI

s tăng lênm tđ nv th igiancòn T2s gi mm tđ nv th igiannh mgi th ¡ giant ng (Ttot) là không đ ¡ đ ngth ¡nh mc ¡thi ntầình trngùntc haiđu nut,th igianch mtduntts d cgi mxu ngm tgiátr h plý

Trong thi tk nay ching tas ch nt ng th i gian(T,,) 14 160s, gid tr nay

v adting b ng 16 chuk xung CLK Th ¡ gian này s đ c phân chia cho Tì,T;

5 đ mchđ cth hinnh hinhd i.IC74LS93 days tăng saum ¡ 10s khi

GI ho c G2 sáng Xung tín hi us b vô hi u khi G1 và G2 t t.GIb tđu sáng khi giá tr đ mc alCb ng0.IC so sánh 74LS§5s đ mb o đi u ki nt=TI, khi

Page 11

ÐĐ ANDI NT S NGUY NNG CBÌNH

đó G1ttvàb đ md ng] ¡cho đ n khi G2 sáng Sau đób d md mt i 15(, khi

đó T2s chuy nlên Ilàmb di ukhi nt t G2

Vi c tính toán th ¡ gian cho TIs đ cthchinbngb đmth 2.B dmnays dmt 0-7 saum i] n reset nên TI=T2=80svàb đms đ mtăng hay gi msaum ichuk 5 phitd atrénk tqu c ab d mxenh mxác đ nh giá

tr cho Tl M tkho ng th i giant ithiula40d c 4pd ng tang hay gi m cho TI1,T2.B ¡v y,b đms không đ mgi mxu ngn u gidtr d mtl=3 va khong

d mtangn u gidtr d mtl=12 Di uki n “c m” cho vi cd m tang hay gi mc a

b đmđ cbiudi n trên b ng Karnaugh trong hinhd i.chiyrng đây c hai b ng đ u không quan tâm t ¡ giátr s đ mnh h n3vàI nh n12

1

Page

Hinh 9: Ph n tinh todn th i gian dén xanh

ÐĐ ANDI NT S NGUY NNG CBÌNH

Hình 11:L uä tr ng thái

Chú ýr ngb đi u khi n chuy n tr ng thái A và D sau m ¡ T¡,T;(nh đã trình bày trên).M ¡tr ng thái B và E đ uk tthúc sau m tchuk xung Tr ng thái C và Fk t thúc sau khis xedivaod ngvas xerakhid ngb ngnhau ngh a là không con xe trénd ng

Page

Trong 1 ud tr ng thái, các tr ng thá đ c luân chuy nm t cách liên t c

gi ngnh trongmtb d m6tr ng thdi,nghalah thongs chuy n A-B-C-D-E- Fvàc th ti pt c.th igianc am itr ng thái thay đ iph thu c vào 3 đ u vào

là T1,T2 và all clear

Có vài cách cóth gi ¡ quy t bài toán thi tk này.m tph ng pháp có th

s đngđólàs dngmtb đm6vi6đuraB đmnàys đ mtfấng khi chuy nm ttr ngthá.Nh mts I ach n,ph ntr ng thái máy cóth đ cxây

d ng thông qua b ng tr ng thái g m 6 hàng và §c t, ngv ¡6tr ng thái và 3 đu vào Cách xây d ng này đòi h ¡ph ¡ có 3 FF vam ch logic phù h p

đây chúng tal ach n cách gi ¡quy tlàph ng pháp gán tr ng thái, ph n trngtháih thngđ cth chỉnnh thanh ghi dch 6 bít M ¡đ urac a thanh ghidch ngv iltr ngthdic ah th ng

đ ckh iđ ng và thanh ghidchs chuy ntr ngthái ngv im iđi uki nnh

đã ch ra trongl uđ tr ng thá.Nh ngđi ukinđóđd cth hintrongph ng trình c a tín hi u cho phép d ch :

SHIFT_EN = (A.T1) + B + (C.CLR) + (D.T2) + E + Œ.CLR)

Nh trong hình 11 Tín hi u cho phép dchđ c AND vy iCLK van i vao chân CKI c a74LS95, CLKc ngđ cn ¡vào CK2c a74LS95

Page

Hinh 12:B di ukhin

Ngoài các thành ph n trên, trên thi tk còn có m ch ngu nt ođi náp 5V

đ nuôi các linh kiên trong m ch:

0 1uF|—- 47DuF—— e\ TIẾT Our LED-RED

TEX 470uF| TEXT> sTEX

ÐĐ ANDI NT S NGUY NNG CBÌNH

Môt ch cnăng: Vim chg m2b đmth pphân.M ¡ib đmth pphânđ c cutot b đm chia 2 (divide - by - two) vàb đ m chia 5 (divide — by - fire) Hai ngõ vào MRI và MR2 là hai ngõ vào xóat ng ngchob đ mth p phân, tích c c logic 1 CPA là ngõ vào xung Clock chob đ m chia 2 và CPB là ngõ vào xung chob đ m chia 5 QA là ngõ rab đ m chia 2 và QB là ngõ rab đ m chia

5 Vim chcóth s d ng làmb đ mth pphân ho c làm các m ch chiat ns

14|2| 3 4] 6] 7] 13] 10

Hình 15:S đ c u trúc IC 74LS93

*)IC 74LS193:

Mô t ch c nang: IC 74LS193 1a IC đ m 4 bit thu nnghchd ngb s dng

s nd nge axung vao,g m 16 chan Trong dé DO — D3 la cdc chan vaod li u song song, Q0 — Q3 là các chân ra IC có 2 chân vào xung UP và DOWN, khi xu t hinxung chin UPb dms dmlénva chân DOWN thìb đms đm

xu ng.Chân /TCU và /TCp là các chân tín hi u luôn m c tích c c cao Khi b đmđmtis đmc cđilà l5 khi xuthins nd ngc axung vào chân

Page 18

/TCU s chuy n xu ngm c tích c c th p và duy trì cho đ n khi xu thiên s n

d ngc axung vào tỉ p theo, tuy nhiên nós b gi ch mlIim t chút Chân MR

là chân reset, khi chân này m c cao nós “c m” các chân vào khác và ch t các chân ra Q0—Q3_ m ctíchc cth p chân PL (prallel load —n p song song ), khi chan PL va MR m ctíchc cth p, giá tr logic c a các chân vào d li u song song D0—D3s đ cđ ara các chân ra Q0 - Q3 mà không c n xung vào

Page

Môt ch cnăng: 74LS85 là IC so sánh 4bitđ so sánh 2s nh phân A,B;m ¡s

đ cổ avào song song trên các chânt ng ng 1a A0— A3 và B0 - B3 Và IC có

các chân ra là A>B,A<B và A=B; IC còn có thêm chân vào IA>B,[A<B,IA=B quan

h gi acácchânđ cth hínnh bngd i:

Page

TRUTH TABLE

CASCADING COMPARING INPUTS INPUTS OUTPUTS

A3Bạ A282 A4B+ AoBo |lA»g lA<s lA=Bg |OA»g OA<g OA=B

A3>B3 x Xx x x x x H L L

A3=B3 A2<B2 x x x x x L H L

A3=B3 A2=B2 A4>B x x x xX H L L

A3=B3 A2=B2 A4=B+ Ao<Bo x x x L H L A3=B3 A2=B2 A4=B+ Ao=Bo H k L H Li L A3=B3 A2=B2 A4=B+ Ao=Bo Ẻ H É L H L A3=B3 A2=B2 A4=B+ Ao=Bo Xx x H L L H A3=B3 A2=B2 A4=B+ Ao=Bo H H I L E L A3=B3 A2=B2 A4=B+ Ao=Bo 1 L L H H L

A0

Al A2 A3 B0 B1 B2

A<B QA<B 6

A>B QA>B 74LS85

Hình 18: b ng chanly vas d chanch c nang IC 74LS85

Page