TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG GIỚI THIỆU CHUNG CỦA HỆ THỐNG: Đèn giao thông (còn gọi tên khác đèn tín hiệu giao thông hay đèn điều khiển giao thông) thiết bị dùng để điều khiển giao thông giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường ngã ba, ngã tư đông xe qua lại) Đây thiết bị quan trọng an toàn cho phương tiện mà giúp giảm ùn tắc giao thông vào cao điểm Nó lắp tâm giao lộ vỉa hè Đèn tín hiệu hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển Đèn giao thông hoạt động hoàn toàn tự động cảnh sát giao thông điều khiển MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG: Cải thiện điều kiện làm việc: Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày gia tăng không ngừng hệ thống giao thông ngày phức tạp Chính lý dẫn đến tình trạng ùn tắc tai nạn giao thông ngày gia tăng Vì để đảm bảo giao thông an toàn thông suốt việc sử dụng hệ thống tín hiệu để điều khiển phân luồng nút giao thông cần thiết Với tầm quan trọng hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cần đảm bảo yêu cầu sau: - Đảm bảo trình hoạt động cách xác liên tục - Độ tin cậy cao - Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài CHƢƠNG I: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CHO HỆ THỐNG 1.1 Mô tả hoạt động hệ thống: A B D C Hình 1.1: Sơ đồ phân luồng giao thông 1.1.1 Nguyên lý hoạt động: Tại thời điểm ban đầu đèn xanh vị trí A C sáng cho phép phương tiện người đi theo chiều từ A sang C ngược lại đồng thời lúc đèn đỏ vị trí B D sáng không cho phương tiện lưu theo chiều từ B sang D ngược lại Sau khoảng thời gian đèn xanh vị trí A C tắt đèn vàng sáng.Sau thời gian đèn vàng tắt đèn đỏ B D tắt đồng thời đèn đỏ A C sáng đèn xanh vị trí A C sáng Và lập lại 1.2.Phân tích lựa chọn phƣơng án điều khiển: Với phát triển khoa học kỹ thuật để điều khiển hệ thống giao thông có nhiều cách khác là: Dùng IC số, vi xử lý, vi điều khiển, điều khiển PLC 1.2.1 Mạch dùng IC số : Với mạch dùng IC số có ưu điểm sau:  Giá thành rẻ  Mạch đơn giản dễ thực  Tổn hao công suất bé, mạch dùng pin acquy Tuy nhiên sử dụng kỹ thuật số khó khăn việc thay đổi chương trình Muốn thay đổi chương trình buộc ta phải thay đổi phần cứng Do lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kinh tế mà nhiều yêu cầu không thực nhờ phương pháp Với phát triển mạnh mẽ ngành kỹ thuật số đặc biệt cho đời họ vi xử lý, vi điều khiển hay PLC giải bế tắc kinh tế mà phương pháp dùng IC số kết nối lại không thực 1.2.2.Điều khiển vi điều khiển: Ngoài ưu điểm phương pháp trên, phương pháp có ưu điểm sau: Do vi điều khiển có sử dụng timer, hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mô nhỏ tiện lợi mà vi xử lý không thực Nó giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý giao tiếp giao tiếp song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính 1.2.3.Với vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lý: Với phương pháp có ưu điểm sau: Ta thay đổi cách linh hoạt việc thay đổi phần mềm phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số thực mà thực cứng nhắc mà người công nhân khó tiếp cận, đễ nhầm Số linh kiện sử dụng mạch Mạch đơn giản mạch dùng IC số Song phần cứng vi xử lý sử dụng CPU đơn chíp mà nhớ RAM, ROM, timer, hệ thống ngắt Do việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn Do để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng vi điều khiển 1.2.4.Điều khiển PLC: Với phương pháp sử dụng PLC có ưu diểm sau: Lập trình đơn giản, độ tin cậy cao Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà không cần thay đổi phần cứng yêu cầu thêm bớt thiết bị nhập xuất Thời gian hoàn thành chu trình điều khiển nhanh Nên nhóm chúng em chọn phương án dung PLC để điều khiển 1.3 Hệ thống điều khiển lập trình PLC: Trên thực tế có nhiều lập trình PLC nhiều hãng khác như: PLC siemen, PLC Mitsubishi…, sau chúng e xin giới thiệu đến thầy cô bạn lập trình PLC hãng Allen-Bradley Hình 1.2: PCL Allen-Bradley Micrologix 1500 1.3.1 Ưu nhược điểm:  Ƣu điểm: - Bộ điều khiển lập trình với kích thước siêu gọn, thích hợp cho ứng dụng đòi hỏi cao yêu cầu tiết kiệm không gian lắp đặt - Được thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn - Có sẵn giao diện cho thiết bị nhập xuất - Được lập trình dể dàng với ngôn ngữ lập trình dể hiểu, chủ yếu giải phép toán logic chuyển mạch  Nhựơc điểm: - Chi phí cho việc mua sắm sử dụng thiết bị tốn 1.3.2 Phạm vi sử dụng: PLC ngày sử dụng rộng rãi, sử dụng hầu hết hệ thống điều khiển tự động Ví dụ như: Điều khiển băng tải, điều khiển dây chuyền đóng gói, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển cửa tự động, xây dựng… 1.3.3 Xác định thiết bị cho hệ thống điều khiển: Micrologix 1500 lập trình sở bao gồm đơn vị có nguồn cung cấp lượng,đầu vào đầu mạch,và xử lý.Bộ điều khiển có sẵn 24 28 điểm gồm I/O.thêm nhiều I/O thêm vào mođun mở rộng I/O Giao diện mở rộng I/O; Đầu vào đèn LED; Đầu đèn LED; Cổng Giao tiếp; Trạng thái đèn LED; Bộ nhớ/dồng hồ thời gian thực Pin thay thế; Pin; Cửa vào thiết bị đầu cuối giá trị Công cụ truy cập liệu; Chế độ chuyển mạch Micrologix 1500 kết nối với máy tính cá nhân,nó kết nối với mạng DH-485 cách sử dụng chuyển đổi giao diện nâng cao(1761-NET-AIC), mạng Ethernet dử dụng giao diện Ethernet(1761-NETENI) mạng DeviceNet sử dụng giao diện DeviceNet(1761-NET-DNI) thông qua DeviceNet Modbus SCADA mạng RTU 1.3.4 Vẽ sơ đồ đấu dây cho PLC: Hình 1.3: Ngõ vào PCL Hình 1.4: Nhóm số thứ tự cổng Input: Output: Hình 1.5: Sơ đồ đấu dây PLC 1.3.5 Viết chương trình PLC điều khiển hoạt động hệ thống: Network 1: Nhấn I:0 sau chọn chế độ netowork 13 14 kệ thống hoạt động xanh sáng đỏ sáng đồng thời Set tiếp điểm trung gian B3:0,2 Network 2: Khi B3:0,2 Set Role thời gian T4:0 bắt đầu dếm tự Reset đếm đến giá trị ta đặt Network 3: Sau thời gian đếm tùy thuộc ta chọn chế độ sau 20 55s đèn xanh chuyển sang vàng Network 4: Và role thời gian đếm đến 25s hoăc 60s từ vàng chuyển sang đỏ đèn đỏ chuyển sang xanh Network 5: Đến 45s 115s từ đèn xanh sang vàng Network 6: Đến 50s 120s vàng tắt đỏ tắt lặp lại từ đầu nhấn nút I:0,5 Network 7: Ấn nút I:0,1 nút ưu tiên 1, đèn xanh sáng đỏ sáng đồng thời ngắt Rolo thời gian 10 2.2.Led đoạn [3] 2.2.1.Các khái niệm Trong thiết bị, để báo trạng thái hoạt động thiết bị cho người sử dụng với thông số dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led đoạn" Led đoạn sử dụng dãy số không đòi hỏi phức tạp, cần thị số đủ, chẳng hạn led đoạn dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, đồng hồ treo tường điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm kiểm tra sau công đoạn Led đoạn có cấu tạo bao gồm led đơn có dạng xếp theo hình có thêm led đơn hình tròn nhỏ thể dấu chấm tròn góc dưới, bên phải led đoạn led đơn led đoạn có Anode(cực +) Cathode(cực -) nối chung với vào điểm, đưa chân để kết nối với mạch điện cực lại led đơn đưa thành chân riêng, đưa để kết nối với mạch điện Led đoạn có loại:  Anode (cực +) chung: đầu (+) chung nối với +Vcc, chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức  Cathode (cực -) chung: đầu( -) chung nối xuống Ground (hay Mass), chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Hình 2.10: Sơ đồ chân tín hiệu loại LED Đoạn 21 Hiển thị LED phần tử hiển thị thông dụng, để hiển thị phần tử số từ đến số hệ thập phân Nó gồm xếp thành hình số 8, diode ( LED ) phát quang hiển thị tinh thể lỏng Điode thưòng cấu tạo từ chất Ga, As, P …nó có tính chất chỉnh lưu diode thường Nhưng điện áp thuận đạt nên diode vượt mức ngưỡng Ung diode sáng Điện áp ngưỡng thay đổi từ 1,5 đến v tuỳ theo loại có màu sắc khác  LED màu đỏ có điện áp ngưỡng Ung = 1,6 đến v  LED màu cam có điện áp ngưỡng Ung = 2,2 đến v  LED màu xanh có điện áp ngưỡng Ung = 2,8 đến 3,2 v  LED màu vàng có điện áp ngưỡng Ung = 2,4 đến3, v  LED màu xanh trời có điện áp ngưỡng Ung = đến v Thiết kế giải mã hiển thị cho LED với tín hiệu đầu vào mã BCD 2.2.2.Dạng thị led đoạn: Hình 2.11: Sơ đồ chân LED Đoạn Vì led đoạn chứa bên led đơn, kết nối cần đảm bảo dòng qua led đơn khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V hạn dòng điện trở 330Ω trước chân nhận tín hiệu điều hiển Các điện trở 330Ω điện trở bên kết nối để giới hạn dòng điện qua led led đoạn nối với nguồn 5V 22 Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b Tương tự với chân led lại 2.2.3.Kết nối với vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển led đoạn có đường, dùng Port Vi điều khiển để điều khiển led đoạn Như led đoạn nhận liệu bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt led led đơn nó, liệu xuất điều khiển led đoạn thường gọi "mã hiển thị led đoạn" Có hai kiểu mã hiển thị led đoạn: mã dành cho led đoạn có Anode(cực +) chung mã dành cho led đoạn có Cathode(cực -) chung Chẳng hạn, để thị số cần làm cho led vị trí b c sáng, sử dụng led đoạn có Anode chung phải đặt vào hai chân b c điện áp 0V(mức 0) chân lại đặt điện áp 5V(mức 1), sử dụng led đoạn có Cathode chung điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức phải đặt vào chân b c điện áp 5V(mức 1) Số hiển thị led Mã hiển thị led đoạn Mã hiển thị led đoạn đoạn dạng nhị phân dạng thập lục phân hgfedcba 11000000 C0 11111001 F9 10100100 A4 10110000 B0 10011001 99 10010010 92 11000010 82 11111000 F8 10000000 80 23 10010000 90 A 10001000 88 B 10000011 83 C 11000110 C6 D 10100001 A1 E 10000110 86 F 10111111 8E Hình 2.12: Bảng mã hiển thị led đoạn( led đoạn anot chung: led đơn sáng mức 0) Số hiển thị led Mã hiển thị led đoạn Mã hiển thị led đoạn đoạn dạng nhị phân dạng thập lục phân hgfedcba 00111111 3F 00000110 06 01011011 5B 01001111 4F 01100110 66 01101101 6D 01111101 7D 00000111 07 24 01111111 7F 01101111 6F A 01110111 77 B 01111100 7C C 00111001 39 D 01011110 5E E 01111001 79 F 01110001 71 Hình 2.13: Bảng mã hiển thị led đoạn dành cho led đoạn canot chung(các led đơn sang mức 1) Phần cứng kết nối với Port Vi điều khiển, để thuận tiện cho việc xử lí sau phần cứng nên kết nối sau: Px.0 nối với chân a, Px.1 nối với chân b, theo thứ tự Px.7 nối với chân h Dữ liệu xuất có dạng nhị phân sau : hgfedcba Từ bảng chức lập bảng karnaught cho hàm rat a có kết quả: a = AB C D + A BCD b = A B C D + A BC D c = A BC D d = A B C D + A B C D + ABC D e = A B C D + AB C D + A B C D + A B C D + ABC D f = A B C D + A B C D + AB C D + ABC D g = A B C D + ABC D + A B C D 25 2.3.Giao Tiếp Vi Điều Khiển Với Led Đoạn Nếu kết nối Port củaVi điều khiển với led đoạn tối đa kết nối led đoạn Mặt khác kết nối hạn chế khả thực công việc khác Vi điều khiển Cho nên cần phải kết nối, điều khiển nhiều led đoạn với số lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển tốt Có hai giải pháp: sử dụng IC chuyên dụng cho việc thị led đoạn, hai kết nối nhiều led đoạn vào đường xuất tín hiệu hiển thị Nội phần đề cập đến cách kết nối nhiều led đoạn theo giải pháp thứ Để kết nối nhiều led đoạn vào vi điều khiển thực sau: nối tất chân nhận tín hiệu tất led đoạn (chân abcdefgh) cần sử dụng vào Port, ví dụ, led đoạn có chân nhận tín hiệu được nối với P0 Dùng ngõ lại Vi điều khiển điều khiển on/off cho led đoạn, ngõ điều khiển ON/OFF cho led đoạn,(ON: led đoạn cấp nguồn để hiển thị, OFF: led đoạn bị ngắt nguồn nên không hiển thị được) Tại thời điểm, nên cho Vi điều khiển điều khiển cho led đoạn hoạt động, thời điểm nên có ngõ nối với transitor mức Tại thời điểm có led đoạn ON nên không xảy tình trạng tải cho tải tải cho vi điều khiển điều khiển nhiều led đoạn 2.4.Xe mô hình; Mạch nguyên lý: 26 Hình 2.14: Sơ đồ mạch nguyên lý xe mô hình Bình thường quang trở không nhận ánh sang đường nên dòng điện qua transistor kích cho RL1 hoạt động đóng điện để M hoạt động xe chạy Xe mô hình chạy đến đường xe chạy có tín hiệu đèn đỏ lúc đường có tín hiệu đèn đỏ có đèn led trắng sáng lên xe chay đến vạch sáng quang trở nhận dòng điện không qua transistor mà se nguồn âm xe dừng.cho đến tín hiệu xanh bật lên đèn led trắng đường tắt lúc xe chạy lại bình thường đường bên xe hoạt động theo nguyên lí tương tự 27 Hình 2.15: Xe mô hình 28 2.5.Mạch nguồn Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 24v sang 5v Nguyên lý hoạt động Hình 2.17: Sơ đồ Layout mạch nguồn 29 2.6 Quang trở [4] Thông thường, điện trở quang trở khoảng 1000 000 ohms Khi chiếu ánh sáng vào, điện trở giảm xuống thấp Người ta ứng dụng đặc tính quang trở để làm mạch phát sáng/tối Hình 2.18: Quang trở Flash bên mô trình cho dòng điện qua Quang trở Hình 2.19: Mô trình cho dòng điện qua Quang trở Mạch phát sáng tối dùng quang trở Khi ánh sáng yếu, trở kháng quang trở cao Dòng cực B transistor bé, đèn tắt Tuy nhiên, ánh sáng mạnh, dòng chạy qua quang trở đến cực B transistor thứ transistor thứ làm đèn sáng Biến trở bên tạo thành cầu chia áp để chỉnh độ nhạy quang trở 30 Hình 2.20: Mạch phát sáng tối dùng quang trở Hình 2.21: Ứng dụng mạch phát sáng tối Mở/tắt đèn đường tự động 31 2.7 Hệ thống bảng đèn điều khiển Hình 2.22: Mô hình 32 PHẦN II: HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - Hiện mô hình đơn giản hệ thống đèn giao thông ngã tư nhỏ,để giúp phần người hiểu cấu hoạt động hệ thống - Với mô hình hệ thống Phần quan trọng hệ thống phối hợp điều khiển dồng đèn phận hiển thị thời gian.Về phần đèn tín hiệu hệ thống thể đơn giản tín hiệu xanh đỏ vàng,ta thêm vào đèn tín hiệu cho phép rẽ trái đèn dành cho người hành.Và ta lắp đặt thêm camera quan sat để ghi nhận hành vi vi phạm luật giao thông vượt đèn đỏ,để xử phạt đảm bảo an toàn giao thông cho người đường - Với mô hình sau ta mở rộng thêm camera để tự quan sát tình trạng giao thông đưa phương pháp giải giao thông tín hiệu đèn phù hợp 33 PHẦN III: KẾT LUẬN Sau thời gian thực đồ án môn họcnày với hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy LÊTHANH VŨ đến chúng em hoàn thành đồ án cách tốt Qua đồ án giúp chúng em nhận thiếu sót bổ sung kiến thức lập trình điều khiển PLC, biết cách kết nối phần cứng điều khiển, hiểu cách điều khiển, ứng dụng thực tế Đồ án giúp chúng em bắt đầu tiếp cận với thực tế, điều có ý nghĩa lớn cho công việc chúng em sau tốt nghiệp Tuy nhiên kiến thức chúng em hạn chế thời gian có hạn nên trình thực đồ án không tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy cô đóng góp ý kiến để kiến thức chúng em ngày hoàn thiện Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Huỳnh Anh Duy Võ Hồng Huy PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu tham khảo mạng Tailieu.vn [1]Giáo trình vi điều khiển.( http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/do-an-thiet-ke-va-che-taohe-thong-dieu-khien-tin-hieu-giao-thong-cho-nga-tu-lap-trinh-bang-vi-di.573692.html) [2]Giáo trình đèn LED.( http://vi.wikipedia.org/wiki/LED) [3]Tài liệu Led đoạn(http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/led-7-doan.859395.html) 34 [4]Tài liệu quang trở.( http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/quang-tro.371848.html) Tài liệu datasheet PLC micrologix 1500(http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/176 4-um001_-en-p.pdf) 35