Thiết kế điều khiển tín hiệu đèn giao thông

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

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT HƢNG YÊN KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tƣ lập trình bằng vi điều khiển” Giảng viên hƣớng dẫn : Đỗ Công Thắng Hƣng yên ngày tháng … năm 2009 2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Ngày tháng năm 2009 Giảng viên hướng dẫn 3 MC LC LI NểI U 5 Phn I: GII THIU CHUNG 6 I: TNG QUAN V H THNG IU KHIN TN HIU GIAO THễNG. 6 1: Yờu cu v mc ớch ca h thng iu khin tớn hiu giao thụng. 6 2. Mt s h thng iu khin tớn hiu giao thụng. 6 2.1: H thng iu khin tớn hiu giao thụng u tiờn cho ngi i b. 6 2.2: H thng iu khin tớn hiu giao thụng cho ngó t. 7 2.3: H thng iu khin giao thụng cho ngó ba. 9 II: Phõn tớch la chn phng ỏn iu khin. 10 1. Mch dựng IC s 10 2. iu khin bng vi iu khin. 10 3. Vi vi mch dựng k thut vi x lý. 11 4. iu khin bng PLC. 11 IV: Cỏc tiờu chun la chn mt b vi iu khin: 12 V: LED 7 ON V LED N 13 1.Cỏc khỏi nim c bn 13 2. Kt ni vi vi iu khin 15 VI. Giao tip vi iu khin vi led 7 on. 18 VII: Khi gii mó 18 1. IC gii mó 7447 18 VIII: Gii thiu chung cu trỳc b vi iu khin AT 89C51 20 1 . Tóm tắt về lịch sử của AT89C51. 20 2. Sơ đồ chân tín hiệu của 80C51/AT89C51. 23 3. Các thanh ghi chức năng đặc biệt 24 Phn II: THIT K PHN CNG V CHNG TRèNH IU KHIN 32 4 I: Thiết kế phần cứng và viết chƣơng trình điều khiển 32 1. Sơ đồ khối 32 2. Thiết kế phần cứng 33 3. Lƣu đồ thuật toán 37 4. Phần lập trình 41 Phần III: PHẦN TỔNG KẾT 46 5 LỜI NÓI ĐẦU Với thời đại phát triển nhƣ ngày nay thì vấn đề giao thông ngày càng đƣợc trú trọng. Các phƣơng tiện tham gia giao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp. Vì vậy để đảm bảo đƣợc 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 đƣợc trang bị những kiến thức trong quá trình nghiên cứu và học tập tại trƣờng chúng em đã chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tƣ lập trình bằng vi điều khiển” Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng em đã nhận đƣợc sự hƣớng 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 nhƣ chúng em chƣa 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 đƣợc 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! 6 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. Trƣớc tình hình phƣơng 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 đƣợc 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 nhƣ 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 ƣu tiên cho ngƣời đi bộ. Hệ thống hoạt động nhƣ sau: - Ở trạng thái bình thƣờng đèn báo trên tuyến đƣờng ô tô luôn ở trạng thái xanh. - Khi ngƣời đi bộ muốn qua đƣờng, ngƣời đi bộ phải nhấn vào nút nhấn nằm trên cột đèn dành cho ngƣời đi bộ. 7 - Sau khi nhấn nút xin đƣờng hệ thống đèn báo trên tuyến đƣờng đƣợc mô tả bằng giản đồ thời gian sau. t t t Xanh 0 Vµng 0 §á 0 «t« «t« «t« t Xanh 0 ®i bé t §á 0 ®i bé 2.2: Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tƣ. A B C D Hệ thống có hoạt động nhƣ sau: 8 t t t t t t t t §á B,D Xanh A , C 0 Vµng A , C 0 Xanh B,D 0 §á A, C 0 Vµng B,D 0 0 §á ®i bé A , C 0 Xanh ®i bé A , C 0 t t §á ®i bé B ,D 0 Xanh ®i bé B , D 0 7 S 2 S 9 S 7 S 9 S 7 S 2 S 9 S 9 S 25S 25S 25S 30S 30S 30S 5S 5S 30S 30S 30S 30S 30S 30S 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 phƣơng tiện và ngƣời đi bộ đi theo chiều từ A sang C và ngƣợc lại đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí B và D sáng không cho các phƣơng tiện lƣu đi theo chiều từ B sang D và ngƣợc 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 ngƣời đi bộ nhấp nháy sau một khoảng thời gian đèn vàng tắt đèn vàng tại vị trí A và C sáng đèn xanh tại vị trí B và D sáng lúc này xanh cho ngƣời đi bộ tại A và C sang, đỏ cho ngƣời đi bộ tại B và D sáng. Sau khi đỏ tại 9 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 đƣợc mô tả nhƣ sau. 2.3: Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba. A B C Hệ thống hoạt động nhƣ 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 phƣơng 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 lƣu thông theo chiều từ C sang đƣờng A và B. Sau khoảng thời đèn đỏ tại A và B sáng, không cho phép phƣơng tiện đi thẳng từ A và B, đồng thời đèn xanh tại vị trí C sáng cho phép phƣơng tiện đi vào C và đi từ C sang đƣờng A và B. Trong quá trình chuyển từ đèn xanh sang đỏ và ngƣợc 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 nhƣ sau. 10 II: Phân tích lựa chọn phƣơng án điều khiển. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật để điều khiển đƣợc hệ thống giao thông chúng ta có nhiều cách khác nhau nhƣ là: Dùng IC số, các bộ vi xử lý, vi điều khiển, các bộ điều khiển PLC. 1. Mạch dùng IC số Với mạch dùng IC số có những ƣu điểm sau: - Giá thành rẻ - Mạch đơn giản rễ thực hiện - Tỏn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy Tuy nhiên khi sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chƣơng trình. Muốn thay đổi một chƣơng trình nào đó thì buộc ta phải thay đổi phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện đƣợc nhờ phƣơng 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 đƣợc những bế tắc và kinh tế hơn mà phƣơng pháp dùng IC số kết nối lại không thực hiện đƣợc. 2. Điều khiển bằng vi điều khiển. Ngoài ƣu điểm của phƣơng pháp trên, phƣơng pháp này còn có những ƣu điểm sau: 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 hơn. [...]... đ-ợc đ-a vào TLx - M1=1, M0=1: Kiểu phân chia bộ Timer TL0 là 1 bộ Timer/Counter 8 bit, đ-ợc điều khiển bằng các bit điều khiển bộ Timer 0, Còn TH0 chỉ là bộ Timer 8 bit, đ-ợc điều khiển bằng các bit điều khiển Timer 1 - M1=1, M0=1: Timer/Counter 1 Stopped 3.15 Thanh ghi SCON: SCON là thanh ghi trạng thái và điều khiển cổng nối tiếp Nó không những chứa các bit chọn chế độ, mà còn chứa bit dữ liệu thứ 9... 11111111b * P1 Cổng 1 90h 11111111b Address Reset Values Symbol Name * P2 Cổng 2 0A0h 11111111b * P3 Cổng 3 0B0h 11111111b * IP TG điều khiển ngắt -u tiên 0B8h xxx00000b * IE TG điều khiển cho phép ngắt 0A8h 0xx00000b Điều khiển kiểu Timer/Counter 89h 00000000b * TCON TG điều khiển Timer/Counter 88h 00000000b TH0 Byte cao của Timer/Counter 0 8Ch 00000000b TL0 Byte thấp của Timer/Counter 0kụ 8Ah 00000000b... mục này chúng ta xem xét một số thành viên khác nhau của họ bộ vi điều khiển 8051 và các đặc điểm bên trong của chúng Đồng thời ta điểm qua một số nhà sản xuất khác nhau và các sản phẩm của họ có trên thị tr-ờng 1 Tóm tắt về lịch sử của AT89C51 Vào năm 1981 Hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển đ-ợc gọi là AT89C51 Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chíp, hai bộ định thời,... đặt bằng 1 Khi giá trị đ-ợc cộng là BCD, lệnh cộng phải đ-ợc thực hiện tiếp theo bởi lệnh DA A (hiệu chỉnh thập phân thanh chứa A) để đ-a các kết quả lớn hơn 9 về giá trị đúng * F0: Cờ 0 (Có hiệu lực với các mục đích chung của ng-ời sử dụng) * RS1: Bit 1 điều khiển chọn băng thanh ghi * RS0: Bit 0 điều khiển chọn băng thanh ghi L-u ý: RS0, RS1 đ-ợc đặt/xoá bằng phần mềm để xác định băng thanh ghi đang... đầu về các lệnh Điều này có nghĩa là nếu ta viết ch-ơng trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào Bảng 3.1: Các đặc tính của AT89C51 đầu tiên Đặc tính Số l-ợng ROM trên chíp 4K byte 128 byte RAM Bộ định thời 2 Các chân vào - ra 32 Cổng nối tiếp 1 Nguồn ngắt 6 Bộ vi điều khiển 8051: Bộ vi điều khiển 8051 là thành... PX0: Định nghĩa mức -u tiên của ngắt ngoài 0 3.13 Thanh ghi TCON : Thanh ghi điều khiển bộ Timer/Counter * TF1: Cờ tràn Timer 1 Đ-ợc đặt bởi phần cứng khi bộ Timer 1 tràn Đ-ợc xoá bởi phần cứng khi bộ vi xử lý h-ớng tới ch-ơng trình con phục vụ ngắt * TR1: Bit điều khiển bộ Timer 1 hoạt động Đ-ợc đặt/xoá bởi phần mềm để điều khiển bộ Timer 1 ON/OFF * TF0: Cờ tràn Timer 0 Đ-ợc đặt bởi phần cứng khi bộ... bởi phần cứng khi bộ vi xử lý h-ớng tới ch-ơng trình con phục vụ ngắt * TR0: Bit điều khiển bộ Timer 0 hoạt động Đ-ợc đặt/xoá bởi phần mềm để điều khiển bộ Timer 0 ON/OFF * IE1: Cờ ngắt ngoài 1 Đ-ợc đặt bởi phần cứng khi s-ờn xung của ngắt ngoài 1 đ-ợc phát hiện Đ-ợc xoá bởi phần cứng khi ngắt đ-ợc xử lý * IT1: Bit điều khiển ngắt 1 để tạo ra ngắt ngoài Đ-ợc đặt/xoá bởi phần mềm * IE0: Cờ ngắt ngoài... P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P2.0 (AB) Hình 3.3 IC 80C51/AT89C51 Chức năng của các chân tín hiệu nh- sau: - P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0 - P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1 - P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2 - P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3 - RxD: Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp - TxD: Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp - /INT0: Ngắt ngoài 0 - /INT1: Ngắt ngoài 1 23 - T0: Chân vào 0 của... ngoài 0 Đ-ợc đặt bởi phần cứng khi s-ờn xung của ngắt ngoài 0 đ-ợc phát hiện Đ-ợc xoá bởi phần cứng khi ngắt đ-ợc xử lý * IT0: Bit điều khiển ngắt 0 để tạo ra ngắt ngoài Đ-ợc đặt/xoá bởi phần mềm 3.14 Thanh ghi TMOD: Thanh ghi điều khiển kiểu Timer/Counter * GATE: Khi TRx đ-ợc thiết lập và GATE=1, bộ TIMER/COUTERx hoạt động chỉ khi chân INTx ở mức cao Khi GATE=0, TIMER/COUNTERx sẽ hoạt động chỉ khi TRx=1... bit t-ơng ứng với các bộ Timer/Counter 0 và 1 3.8 Các thanh ghi điều khiển: Các thanh ghi chức năng đặc biệt: IP, IE, TMOD, TCON, SCON, và PCON bao gồm các bit trạng thái và điều khiển đối với hệ thống ngắt, các bộ Timer/Counter và cổng nối tiếp Chúng sẽ đ-ợc mô tả ở phần sau 3.9 Thanh ghi PSW: Từ trạng thái ch-ơng trình dùng để chứa thông tin về trạng thái ch-ơng trình PSW có độ dài 8 bit, mỗi bit . H THNG IU KHIN TN HIU GIAO THễNG. 6 1: Yờu cu v mc ớch ca h thng iu khin tớn hiu giao thụng. 6 2. Mt s h thng iu khin tớn hiu giao thụng. 6 2.1: H thng iu khin tớn hiu giao thụng u tiờn cho. TÍN HIỆU GIAO THÔNG. 1: Yêu cầu và mục đích của hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. Trƣớc tình hình phƣơng tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông. lý không thực hiện đƣợc. Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý cũng giao tiếp đƣợc nhƣng là giao tiếp song song sang nối tiếp để giao tiếp với may tính. 3. Với vi