Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc TRƯỜNG ………………… KHOA……………………… - - Báo cáo tốt nghiệp Đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển 1 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2009.s 2 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Giảng viên hướng dẫn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG 6 I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG 6 1.Yêu cầu và mục đích của hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông 6 2 Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông .6 2.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người đi bộ .6 2.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư 7 2.3 Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba .10 II PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN .11 1 Mạch dùng IC số .11 2 Điều khiển bằng vi điều khiển 12 3 Với vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lý .12 4 Điều khiển bằng PLC 12 III CÁC TIÊU CHUẨN LỰA CHỌN BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 13 IV LED 7 ĐOẠN VÀ LED ĐƠN 15 1.Các khái niệm cơ bản 15 2 Kết nối với vi điều khiển 17 V GIAO TIẾP VI ĐIỀU KHIỂN VỚI LED 7 ĐOẠN .20 VI KHỐI GIẢI Mà 20 1 IC giải mã 7447 20 VII.GIỚI THIỆU CHUNG CẤU TRÚC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN .22 1 Tãm t¾t vÒ lÞch sö cña AT89C51 .22 3 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc RAM 23 2 S¬ ®å ch©n tÝn hiÖu cña 80C51/AT89C51 24 3 C¸c thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt .25 Phần II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 33 I Thiết kế phần cứng và viết chương trình điều khiển 33 1 Sơ đồ khối 33 2 Thiết kế phần cứng 34 3 Lưu đồ thuật toán .39 4 Phần lập trình 42 Phần III: PHẦN TỔNG KẾT .46 LỜI NÓI ĐẦU 4 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Với thời đại phát triển như ngày nay thì vấn đề giao thông ngày càng được trú trọng Các phương tiện tham gia giao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp Vì vậy để đảm bảo được sự an toàn khi tham gia giao thông thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết Qua thực tế chúng em nhận thấy vấn đề này là rất sát thực Hơn nữa là chúng em đã được trang bị những kiến thức trong quá trình nghiên cứu và học tập tại trường chúng em đã chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy “ ĐỖ CÔNG THẮNG” và các thầy cô trong khoa điện- điện tử Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đồ án do kiến thức hiểu biết còn hạn hẹp cũng như chúng em chưa có nhiều điều kiện khảo sát thực tế nhiều, thời gian làm đồ án không dài do vậy đồ án của chúng em cũng không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong thầy cô và các các bạn đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ án của chúng em thêm hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cám ơn! 5 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG 1.Yêu cầu và mục đích của hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp Chính lý do này đã 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 những yêu cầu sau: - Đảm bảo trong quá trình hoạt động một cách chính xác và liên tục - Độ tin cậy cao - Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài 2 Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông 2.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người đi bộ Hệ thống hoạt động như sau: - Ở trạng thái bình thường đèn báo trên tuyến đường ô tô luôn ở trạng thái xanh - Khi người đi bộ muốn qua đường, người đi bộ phải nhấn vào nút nhấn nằm trên cột đèn dành cho người đi bộ 6 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc - Sau khi nhấn nút xin đường hệ thống đèn báo trên tuyến đường được mô tả bằng giản đồ thời gian sau 2.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư 7 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Hệ thống có hoạt động như sau: 8 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Ta giả sử rằng xét ở chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị trí A và C sáng cho phép các phương tiện và người đi bộ đi theo chiều từ A sang C và ngược lại đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí B và D sáng không cho các phương tiện lưu đi theo chiều từ B sang D và ngược lại Sau một khoảng thời gian đèn xanh tại vị trí A và C và đèn đỏ tại B và D tắt đồng thời đèn vàng tại các vị trí sáng và đèn đỏ tại vị trí dành cho người đi bộ nhấp nháy sau một khoảng thời gian đèn 9 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc vàng tắt đèn vàng tại vị trí A và C sáng đèn xanh tại vị trí B và D sáng lúc này xanh cho người đi bộ tại A và C sang, đỏ cho người đi bộ tại B và D sáng Sau khi đỏ tại B và D sáng Sau khi đỏ tại A và D và xanh tại B và D tắt đèn vàng lại sáng Ở chế độ ban đêm chỉ có đèn vàng Giản đồ thời gian được mô tả như sau 2.3 Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba Hệ thống hoạt động như sau: Giả sử xét chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị trí A và B đang sáng cho phép các phương tiện đi thẳng từ A và B theo C Đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí C sáng không cho phép xe lưu thông theo chiều từ C sang đường A và B Sau khoảng thời đèn đỏ tại A và B sáng, không cho phép phương tiện đi thẳng từ A và B, đồng thời đèn xanh tại vị trí C sáng cho phép phương tiện đi vào C và đi từ C sang đường A và B Trong quá trình chuyển từ đèn xanh sang đỏ và ngược lại thì đèn vàng sáng một khoảng thời gian Ở chế độ ban đêm chỉ có đèn vàng nhấp nháy Ta có thời gian mô tả hoạt động của hệ thống như sau 10 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Phần II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN I Thiết kế phần cứng và viết chương trình điều khiển 1 Sơ đồ khối Khối Nguồn Khối Khối Khối VXL Giải mã Hiển thị 33 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc 2 Thiết kế phần cứng • Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 34 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc • Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển • Sơ đồ board mạch điều khiển 35 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc • Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị Mạch nguyên lý, sơ đồ bố trí linh kiện và mạch board mạch hiển thị led 7 thanh 36 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Mạch nguyên lý, sơ đồ bố trí linh kiện và sơ đồ board mạch hiển thị led xanh, vàng và đỏ Mạch nguyên lý, sơ đồ bố trí linh kiện, sơ đồ board mạch hiển thị dành cho nguời đi bộ • Nguyên lý hoạt động của mạch Mạch điều khiển đèn giao thông ngã tư gồm có 3 khối: - Khối nguồn - Khối vi xử lý - Khối hiển thị Khối nguồn 37 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Khối nguồn cung cấp nguồn cho cả mạch vi xử lý và mạch hiển thị Ở đây ta chỉ dùng nguồn 5v Khối vi xử lý Khối vi xử lý có nhiệm vụ xử lý để đưa ra tín hiệu điều khiển các đèn sáng chình xác để điều khiển các phương tiện giao thông đi đúng luật Khối giải mã Khối giải mã dùng IC 74LS47 giải mã BCD sang mã 7 đoạn Khối giải mã nhận mã BCD từ khối VXL và chuyển sang mã 7 đoạn Nếu không dùng phương pháp quét led thì việc dùng IC giải mã 74LS47 sẽ tiết kiệm được cổng của IC 89C51 Khối hiển thị Khối hiển thị sẽ giúp cho người tham gia giao thông nhìn thấy được các tín hiệu điều khiển để đi đúng đường của mình không vi phạm hay gây ra tai nạn giao thông 38 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc 3 Lưu đồ thuật toán 39 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc 40 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc 41 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc 4 Phần lập trình $include (reg51.inc) org 0000h mov p0,#0ffh mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh start: mov dptr,#demthoigian mov r2,#25 xanh1sang25s: mov p2,#0beh clr a movc a,@a+dptr mov p0,a inc dptr clr a movc a,@a+dptr mov p3,a inc dptr acall delay acall delay djnz r2,xanh1sang25s 42 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc mov r2,#5 vang1sang5s: mov p2,#0deh clr a movc a,@a+dptr mov p0,a mov p3,a inc dptr acall delay mov p3,#0ffh mov p0,#0ffh acall delay djnz r2,vang1sang5s mov dptr,#demthoigian mov r2,#25 xanh2sang25s: mov p2,#0ebh clr a movc a,@a+dptr mov p3,a inc dptr clr a 43 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc movc a,@a+dptr mov p0,a inc dptr acall delay acall delay djnz r2,xanh2sang25s mov r2,#5 vang2sang5s: mov p2,#0edh clr a movc a,@a+dptr mov p3,a mov p0,a inc dptr acall delay mov p0,#0ffh mov p3,#0ffh acall delay djnz r2,vang2sang5s jmp start delay: mov r4,#5 44 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc w1: mov r5,#200 w2: mov r6,#228 djnz r6,$ djnz r5,w2 djnz r4,w1 ret demthoigian: db 30h,25h,29h,24h,28h,23h,27h,22h,26h db 21h,25h,20h,24h,19h,23h,18h,22h,17h,21h db 16h,20h,15h,19h,14h,18h,13h,17h,12h,16h db 11h,15h,10h,14h,9h,13h,8h,12h,7h,11h,6h db 10h,5h,9h,4h,8h,3h,7h,2h,6h,1h,5h,4h,3h,2h,1h,0h end 45 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc Phần III: PHẦN TỔNG KẾT Trong thời gian thực hiện đề tài, với sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của thầy Đỗ Công Thắng, đến nay đề tài: “kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” đã được hoàn thành Chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã được học để giải quyết những yêu cầu của đề tài Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế trong nhiều vấn đề nên trong quá trình thực hiện vẫn còn những thiếu xót hạn chế Chúng em rất mong nhận được ý kiến và góp ý của các thầy cô trong khoa về ý tưởng thiết kế cũng như mô hình sản phẩm cảu chúng em để sản phẩm được hoàn thiện hơn Cuối cùng chúng em xin cảm ơn quý thầy cô đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hoàn thành đề tài trong thời gian sớm nhất Hng yªn, ngµy… th¸ng… n¨m 2009 Sinh viªn thùc hiÖn: 46 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö §å An M«n Häc 47 Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Công Thắng SVTH: Nguyễn Thị Lan- Vũ Thị Lan - Nguyễn Thị Thanh Lâm ... .6 2.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng ưu tiên cho người .6 2.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng cho ngã tư 2.3 Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba ... THIỆU CHUNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG 1.Yêu cầu mục đích hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao. .. nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b Tư? ?ng tự với chân led lại Kết nối với vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển led đoạn có đường, dùng Port Vi điều khiển