Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC TrangLỜI NÓI ĐẦU1I.NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN GIAO THÔNG21.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động21.1 Cấu tạo21.2 Nguyên tắc hoạt động22.“Làn xanh”3II.CÁC CÔNG CỤ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI31.Board Arduino Uno31.1 Tổng quan31.2 Sơ đồ chân của Arduino41.3 Cài đặt chương trình Arduino IDE61.4 Cài đặt Driver72.Arduino IDE93.Mô phỏng Arduino trên Proteus14III.THỰC HIỆN ĐỀ TÀI171.Bài toán đặt ra172. Mô hình và sơ đồ172.1 Mô hình tổng quát172.2 Mô hình thiết kế182.3 Sơ đồ khối192.4 Sơ đồ giải thuật192.5 Sơ đồ ASM202.6 Control Unit21IV.TỔNG KẾT21V.TÀI LIỆU THAM KHẢO22
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH BÁO CÁO Môn: Thiết Kế Số 2 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 05 năm 2015 GVHD: Ths. Hà Lê Hoài Trung Đề tài: Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC Trang MỤC LỤC HÌNH Trang Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốc độ ra tăng không ngừng về các loại phương tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông và tai nạn giao thông xảy ra thường xuyên.Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và an toàn? Để giải quyết vấn đề đó, nhóm em đã chọn đề tài: “Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông” nhằm thiết kế và triển khai một hệ thống điều khiển cho đèn giao thông tại một ngã tư thường, nhằm hạn chế ùn tắc và tai nạn cho các phương tiện tham gia giao thông. GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 4 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông I. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN GIAO THÔNG 1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Hình 1. Mô hình đèn giao thông ở ngã tư 1.1 Cấu tạo Hệ thống đèn giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 5 đèn đó là 3 đèn chính gồm: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ. Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn. Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua các cổng ra rồi đến các rơle, rồi qua hệ thống dây nối đến các đèn. 1.2 Nguyên tắc hoạt động Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thật ra rất đơn giản: Khi đèn xanh của làn đường 1 (Green1) được bật sáng thì cùng lúc đó đèn đỏ của làn đường 2 (Red2), đèn đỏ cho người đi bộ ở làn đường 1 (padRed1), đèn xanh GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 5 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông người đi bộ làn đường 2 (padGreen2) cũng được bật sáng. Sau một khoảng thời gian nhất định Green1 tắt, đèn vàng 1(Yellow1) được bật lên. Khi Yellow1 tắt thì Red2, pedRed1, pedGreen2 mới tắt cùng lúc đó đèn xanh 2(Green2), đèn đỏ 1(Red1), đèn đỏ cho người đi bộ 2(padRed2), đèn xanh cho người đi bộ 1(padGreen1) được bật sáng. Lúc đèn vàng 2(Yellow2) được bật lên cũng là lúc Green2 tắt, Yellow2 tắt chu kì được lập lại với Red2, Green1,… 2. “Làn xanh” Khái niệm “làn xanh” được đề cập đến ở đây chính là làm thế nào để phương tiện tham gia giao thông có thể gặp hai đèn xanh liên tiếp ở hai ngã tư liền nhau. Muốn được như vậy chúng ta phải làm sao cho chu kỳ của đèn ở ngã tư tiếp theo phù hợp với tốc độ của phương tiện và khoảng cách giữa hai ngã tư. Và giải pháp tôi đề cập ở đây là ở ngã tư thứ hai ta lắp đặt một Timer có tác dụng tạo thời gian trễ của chu kỳ đèn thứ hai so với đèn thứ nhất phù hợp. Bài toán đèn giao thông trong báo cáo này chưa đề cập đến “làn xanh” mà chỉ là chương trình điều khiển đèn cho một ngã tư. II. CÁC CÔNG CỤ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1. Board Arduino Uno 1.1 Tổng quan Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 6 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Arduino Uno là sử dụng chip Atmega328. Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz. Một số thông số kỹ thuật như sau: Chip ATmega328 Điện áp cấp nguồn 5V Điện áp đầu vào (input) (kiến nghị) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V Số chân Digital I/O 14 (có 6 chân điều chế độ rộng xung PWM) Số chân Analog (Input ) 6 DC Current per I/O Pin 40 mA DC Current for 3.3V Pin 50 mA Flash Memory 32KB (ATmega328) với 0.5KB sử dụng bootloader SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Xung nhịp 16 MHz 1.2 Sơ đồ chân của Arduino Hình 2. Arduino Uno. a) USB (1). GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 7 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông qua cáp USB chúng ta có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn cho Arduino. b) Nguồn (2 và 3). Khi không sử dụng USB làm nguồn thì chúng ta có thể sử dụng nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1mm (cực dương ở giửa) hoặc có thể sử dụng 2 chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino. Bo mạch hoạt động với nguồn ngoài ở điện áp từ 5 – 20 volt. Chúng ta có thể cấp một áp lớn hơn tuy nhiên chân 5V sẽ có mực điện áp lớn hơn 5 volt. Và nếu sử dụng nguồn lớn hơn 12 volt thì sẽ có hiện tượng nóng và làm hỏng bo mạch. Khuyết cáo các bạn nên dùng nguồn ổn định là 5 đến dưới 12 volt. Chân 5V và chân 3.3V (Output voltage): các chân này dùng để lấy nguồn ra từ nguồn mà chúng ta đã cung cấp cho Arduino. Lưu ý: không được cấp nguồn vào các chân này vì sẽ làm hỏng Arduino. GND: chân mass. c) Chip Atmega328. Chip Atmega328 Có 32K bộ nhớ flash trong đó 0.5k sử dụng cho bootloader. Ngoài ra còn có 2K SRAM, 1K EEPROM. d) Input và Output (4, 5 và 6). Arduino Uno có 14 chân digital với chức năng input và output sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() để điều khiển các chân này tôi sẽ đề cập chúng ở các phần sau. Cũng trên 14 chân digital này chúng ta còn một số chân chức năng đó là: Serial: chân 0 (Rx), chân 1 (Tx). Hai chân này dùng để truyền (Tx) và nhận (Rx) dữ liêu nối tiếp TTL. Chúng ta có thể sử dụng nó để giao tiếp với cổng COM của một số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp. PWM (pulse width modulation): các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên bo mạch có dấu “~” là các chân PWM chúng ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của đèn… GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 8 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), các chân này hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn SPI. I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C. Các chân A4 (SDA) và A5 (SCL) cho phép chúng tao giao tiếp giửa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C. e) Reset (7): dùng để reset Arduino. 1.3 Cài đặt chương trình Arduino IDE Các bạn truy cập vào trang web http://arduino.cc/en/Main/Software và tải về chương trình Arduino IDE phù hợp với hệ điều hành của máy mình bao gồm Windown, Mac OS hay Linux. Đối với Windown có bản cài đặt (.exe) và bản Zip, đối với Zip thì chỉ cần giải nén và chạy chương trình không cần cài đặt. Sau khi cài đặt xong thì giao diện chương trình như sau: Hình 3. Arduino IDE GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 9 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông 1.4 Cài đặt Driver Sử dụng cáp USB kết nối Arduino với máy tính, lúc này bạn sẽ thấy đèn led power của bo sáng. Máy tính sẽ nhận dạng thiết bị và bạn sẽ nhận được thông báo: “Device driver software was not successfully installed” Hình 4. Driver Software Installation. Bây giờ bạn click vào Start Menu chọn Control Panel kế đến chúng ta chọn System and Security, click System và sau đó chọn Device Manager. Hình 5. Device Manager GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 10 [...]... đèn gồm: 1 đèn xanh, 1 đèn đỏ, 1 đèn vàng, 1 đèn xanh đi bộ, 1 đèn đỏ đi bộ Hình 18 Mô hình tổng quát GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 19 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông 2.2 Mô hình thiết kế Hình 19 Mô hình thiết kế trên Proteus Mô hình thiết kế thực tế GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 20 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông 2.3 Sơ đồ khối... đèn hiệu cho người đi bộ gồm hai tín hiệu xanh và đỏ Tín hiệu đèn xanh của người đi bộ sẽ bắt đầu sau khi đèn đỏ của phương tiện của hướng đó sáng được 1s và kết thúc trước khi tín hiệu đèn xanh cho phương tiện giao thông của hướng đó sáng 1s 2 Mô hình và sơ đồ 2.1 Mô hình tổng quát Bài toán được thiết kế dựa trên mô hình đèn giao thông thực tế tại các ngã tư Gồm 2 trụ đèn, mỗi trụ đèn gồm: 1 đèn. .. hướng đi có bộ ba đèn điều khiển xanh, vàng, đỏ GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 18 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Các đèn hiệu sẽ được điều khiển theo logic và phải đảm bảo thời gian đèn đỏ của hướng này phải lớn hơn hoặc bằng tổng thời gian đèn xanh và đèn vàng của hướng kia Thứ tự đèn cho mỗi hướng là: vàng đỏ xanh vàng, Điều khiển tín hiệu đèn cho người đi bộ:... Trang 21 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông 2.5 Sơ đồ ASM GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 22 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông 2.6 Control Unit Hình 21 Control Unit IV TỔNG KẾT Chúng em xin chân thành cám ơn thầy đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này Qua đề tài này giúp chúng em hiểu sâu và rõ hơn cấu tạo và hoạt động của board Arduino và giúp... board Arduino khác nhau trong đó gồm có Arduino Uno, MEGA, NANO, LILYPAD và UNO SMD và một cảm biến siêu âm Untrasonic Sau khi chép xong chúng ta khởi động Proteus lên vào thư viện linh kiện bằng cách bấm phím P và gõ từ khoá là ARDUINO chúng sẽ hiện ra danh sách các board hiện có ở đây tôi chọn Arduino Uno GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 17 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông. .. arduino cho proteus Để có được thư viên này các bạn cần truy cập vào trang web: http://blogembarcado.blogspot.com/search/label/Proteus GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 16 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Hình 16 Thư viện mô phỏng Arduino Sau khi download về các bạn chép 2 file ARDUINO. IDX và ARDUINO. LIB vào thư mục: Proteus 7: C:\Program Files (hoặc x86)\Labcenter Electronics\Proteus... “driver” nơi mà phần mềm Arduino được lưu trữ Hình 8 Driver GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 11 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Click “Next” Windown tự động cài đặt driver, qua trình cài đặt driver hoàn tất 2 Arduino IDE Arduino IDE là nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi và upload code cho arduino Hình 9 Arduino IDE a) Arduino Toolbar có một số button và chức năng của chúng... thiện tốt hơn đề tài này GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 23 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông V TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Tài liệu học Lập trình Arduino tại http:/ /arduino. vn/ 2 Thông tư về tín hiệu đèn điều khiển giao thông tại http://thuvienphapluat.vn/archive/Thong-tu/Thong-tu-915-C57-P5-den-tinhieu-dieu-khien -giao- thong-vb43827t23.aspx GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang... Trang 13 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Hình 12 Edit menu Sketch menu: Hình 13 Sketch menu Trong Sketch menu : • Verify/ Compile : chức năng kiểm tra lỗi code • Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu • Add File : thêm vào một Tap code mới • Import Library : thêm thư viện cho IDE Tool menu: GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 14 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino. .. Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Hình 14 Tool menu Trong Tool menu ta quan tâm các mục Board và Serial Port Mục Board: các bạn cần phải lựa chọn bo mạch cho phù hợp với loại bo mà bạn sử dụng nếu là Arduino Uno thì phải chọn như hình: GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 15 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Hình 15 Chọn Board Nếu các bạn sử dụng . hoàn tất. 2. Arduino IDE Arduino IDE là nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi và upload code cho arduino. Hình 9. Arduino IDE a) Arduino Toolbar có một số button và chức năng của chúng như sau: Hình 8. Arduino. giao tiếp giửa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C. e) Reset (7): dùng để reset Arduino. 1.3 Cài đặt chương trình Arduino IDE Các bạn truy cập vào trang web http:/ /arduino. cc/en/Main/Software và. MHz 1.2 Sơ đồ chân của Arduino Hình 2. Arduino Uno. a) USB (1). GVHD: Th.s Hà Lê Hoài Trung Trang 7 Thiết kế, mô phỏng sử dụng Arduino để điều khiển đèn giao thông Arduino sử dụng cáp USB để