Sáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITS

Sáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITSSáng chế mô hình Hệ thống Giao thông thông minh ITS

CHƯƠNG TRÌNH "TRI THỨC TRẺ VÌ GIÁO DỤC" Hạng mục: Sáng chế dụng cụ Sáng chế: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống giao thông thông minh (ITS) đường cao tốc phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học Nhóm tác giả: ThS Nguyễn Văn Tuấn ThS Hoàng Thế Phương Phạm Ngọc Linh Trần Hồng Cường Nguyễn Văn Thanh Nguyễn Xuân Ánh Đơn vị: Trường Đại học Công nghệ GTVT Địa chỉ: Số 54 Triều Khúc – Thanh Xuân – Hà Nội Hà nội 10/2016 TOÀN VĂN GIẢI PHÁP I Tên sáng chế Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống giao thông thông minh (ITS) đường cao tốc phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học II Sự cần thiết Với tốc độ phát triển kinh tế nước ta năm gần đây, nhu cầu lại vận chuyển hàng hóa, giao lưu quốc tế ngày tăng, mật độ phương tiện tham gia giao thông ngày nhiều Điều đặt áp lực lớn lên sở hạ tầng giao thông Để đáp ứng nhu cầu lại ngày tăng, đòi hỏi cần phải củng cố hệ thống giao thông có đặc biệt cần xây dựng thêm tuyến đường cao tốc tiêu chuẩn quốc tế Theo kế hoạch phát triển đường cao tốc nước ta đến năm 2020 xây dựng mạng lưới đường cao tốc hoàn chỉnh với tổng chiều dài 5.800 km Để hệ thống đường cao tốc vận hành cách hiệu quả, đòi hỏi cần phải có hệ thống điều khiển đại, thông minh Hệ thống giao thông thông minh (Intelligent Transport System - ITS) giải pháp tổng thể, ứng dụng nhiều công nghệ đại, đồng phát triển ứng dụng để hỗ trợ điều hành, quản lý giao thông Việc áp dụng hệ thống giao thông thông minh vào tuyến đường cao tốc mang lại hiệu lớn, giúp cho việc thu thập liệu tốc độ, lưu lượng xe tham gia giao thông đầy đủ xác, giúp cảnh báo xử lý nguy hiểm đường lái xe không làm chủ tốc độ chạy lệch đường, hay việc thu phí đường cách tự động mà không cần phải dừng lại Hệ thống giao thông thông minh áp dụng nhiều quốc gia tiên tiến Mỹ, Singapore, Nhật, Việt Nam trình nghiên cứu, thử nghiệm, áp dụng vào thực tế Để áp dụng hệ thống giao thông thông minh vào thực tế cần đội ngũ kỹ sư có trình độ chuyên môn cao, nắm rõ tính cách thức vận hành hệ thống, trình học tập cần phải có mô hình làm giáo cụ trực quan để việc đào tạo đem lại kết cao Vì nhóm nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế chế tạo mô hình hệ thống giao thông thông minh ITS phục vụ công tác giảng dạy nghiên cứu khoa học III Mục tiêu sáng chế - Xây dựng sa bàn mô hình mô số tính hệ thống giao thông thông minh đường cao tốc phục vụ công tác đào tạo - Xây dựng học mô trực quan số tính hệ thống giao thông thông minh phục vụ công tác giảng dạy nghiên cứu khoa học IV Nội dung nghiên cứu sáng chế 4.1 Giới thiệu chung hệ thống giao thông thông minh ITS ITS (Intelligent Transport System) khái niệm xuất phát từ Nhật Bản, năm 1980 ITS xúc tiến dự án quốc gia Nhật Bản Từ năm 1993, Hội nghị ITS quốc tế tổ chức hàng năm với tham gia chuyên gia lĩnh vực giao thông vận tải đại diện cho quốc gia hãng danh tiếng giới sản xuất vật liệu mới, thiết bị thông tin đại, ô tô, tầu hỏa loại phương tiện giao thông khác Hệ thống ITS số nước nghiên cứu ứng dụng đa dạng, hiệu với mức độ khác Tùy theo đặc điểm quốc gia mà tập trung vào lĩnh vực sau đây: Hoàn thiện kết cấu hạ tầng đường bộ, xử lý khẩn cấp cố giao thông; Hiện đại hóa trạm thu phí tự động, trạm cân điện tử; Quản lý đường trục giao thông chính; Hệ thống thông tin cho người tham gia giao thông; Phổ cập giao thông tiếp cận; Khai thác, điều hành hệ thống giao thông công cộng tiên tiến (xe buýt, đường sắt đô thị, trung tâm đèn đường tín hiệu); Cải thiện vấn đề thể chế, nguyên tắc giao thông nút giao cắt; Nghiên cứu sản xuất phương tiện giao thông thông minh; ứng dụng công nghệ tin học, điện tử đào tạo, sát hạch quản lý lái xe Ở Việt Nam bước tiếp cận, nghiên cứu, vận dụng ITS vào lĩnh vực: Thu phí đường bộ; Kiểm soát tải trọng ô tô tải nặng; Sát hạch lái xe Một loạt đề tài nghiên cứu khoa học triển khai thu kết khả quan Điển hình hệ thống thiết bị thu phí đường lắp đặt, thử nghiệm xa lộ An Sương- An Lạc; Thiết bị sát hạch lái xe tự động (chương trình KT-KT) thành công Phú Thọ, Bắc Ninh, Đà Nẵng nhiều tỉnh thành nước Việc phát triển hệ thống giao thông tốt nhu cầu thiết quốc gia nhằm tạo sở thuận lợi cho trình phát triển kinh tế xã hội Xây dựng hệ thống giao thông tốt toán khó với nhà quy hoạch giao thông Ngoài việc phân tích, đánh giá mang tính lý thuyết, họ cần có nhìn trực quan giải pháp mà họ lựa chọn Tuy nhiên, lúc áp dụng giải pháp phát triển hệ thống giao thông vào thực tế để kiểm tra tính hiệu nhiều nguyên nhân tốn kém, nhiều thời gian, gặp rủi ro không lường trước Chính vậy, họ cần công cụ giúp họ mô giải pháp phát triển hệ thống giao thông để đánh giá đưa lựa chọn hợp lý Do việc thiết kế mô hình hệ thống giao thông thông minh ITS đường cao tốc để làm giáo cụ trực quan công tác giảng dạy ITS trường đại học có giảng dạy lĩnh vực giao thông thông minh cần thiết phù hợp với xu chung giới nói chung, Việt Nam nói riêng 4.2 Nguyên lý hoạt động chung hệ thống ITS Hệ thống bao gồm thiết bị điện tử, công nghệ thông tin, điện tử… liên kết với thông qua hệ thống điều khiển trung tâm Từ tín hiệu mà thiết bị gắn đường (camera, loại cảm biến, ) đưa điều khiển trung tâm Tại tín hiệu xử lý tự động người tác động để điều khiển, giám sát giao thông thông qua thiết bị chấp hành đường (biển báo điện tử VMS, đèn tín hiệu…) nhằm giảm ùn tắc, giảm tai nạn giao thông, xử lý cố Dựa nguyên lý hệ thống giao thông thông minh thực tế, nhóm tác giả xây dựng mô hình mô số tính giao thông thông minh nhằm giúp sinh viên có nhìn trực quan hệ thống giao thông thông minh thực tế Mô hình phục vụ giảng dạy ngành Công nghệ thông tin, Điện tử, Cơ điện tử Giao thông Hình Mô hình hệ thống giao thông thông minh điển hình Sau nghiên cứu tính hệ thống giao thông thông minh thực tế, nhóm tác giả xây dựng sơ đồ khối nguyên lý mô hình giao thông thông minh xây dựng đề tài có thành phần như: Mạch điều khiển trung tâm, hình theo dõi giám sát, trạm soát vé tự động, bảng tín hiệu, loại cảm biến, ô tô mô hình,… Hình Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động mô hình hệ thống ITS Từ nhóm nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế mô hình hệ thống giao thông thông minh ITS với chức như: Thống kê chi tiết thông số lưu lượng xe đường, vận tốc trung bình xe, theo dõi giám sát hoạt động phương tiện qua camera; cảnh báo; điều chỉnh tốc độ cho phép; thu phí tự động; nhận biết thông tin phương tiện di chuyển tốc độ, kích thước, biển số xe,… 4.3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình ITS 4.3.1 Mô hình đường cao tốc Đường cao tốc đường dành cho xe giới, có dải phân cách chia đường cho xe chạy hai chiều riêng biệt; không giao mức với đường khác; bố trí đầy đủ trang thiết bị phục vụ, bảo đảm giao thông liên tục, an toàn, rút ngắn thời gian hành trình cho xe ra, vào điểm định Trong thực tế đường cao tốc thiết kế theo tiêu chuẩn theo quy định Bộ GTVT  Số xe cần thiết chiều đường cao tốc xác định tùy thuộc lưu lượng xe tính toán chiều xe chạy Nk cao điểm thứ k năm tính toán (xe/h) lực thông hành thiết kế Ntk xe (xe/h.làn), theo công thức sau:  Ntt max khả thông hành thực tế lớn xe điều kiện chuẩn (đường đoạn thẳng, đường bằng, xcqđ/h/làn); đường cao tốc, áp dụng Ntt max = 2000 xcqđ Cả Nk, Ntk tính số xe quy đổi Số xe cần thiết cho chiều xe chạy đường cao tốc số nguyên không nhỏ  Xác định trị số Nk: Nk có ý nghĩa năm tính toán (xem Điểm 4.4) có K lưu lượng xe lớn Nk; k quy định 30 h 50 h (thường lấy cao điểm thứ 30 năm) Trường hợp chưa có sở dự báo Nk cho phép người thiết kế áp dụng mối tương quan sau để xác định Nk: Nk = K Ntb năm Trong đó: K = 0,13 ÷ 0,15; Ntb năm lưu lượng xe ngày đêm trung bình năm chiều xe chạy năm tính toán (xcqđ/ngày đêm) Đối với chiều xe chạy tuyến đường cao tốc có trị số Ntb năm khác  Xác định trị số Ntk: Năng lực thông hành thiết kế xe Ntk xác định theo công thức sau: Ntk = Z Ntt max Trong đó: Z hệ số mức độ phục vụ xác định sau: Đường cao tốc vùng đồng vùng đồi áp dụng Z = 0,55; vùng núi áp dụng đến Z = 0,77 Dựa vào tiêu chuẩn nhóm nghiên cứu thiết kế mô hình đường giao thông thông minh ITS với tỷ lệ 1:80 Hình Mô hình đường cao tốc 4.3.2 Mô hình trạm thu phí tự động sử dụng công nghệ RFID Mạng lưới thu phí giao thông Việt Nam bao gồm 54 trạm 26 tuyến quốc lộ Phần lớn số trạm áp dụng phương pháp thu phí thủ công, nhiều trạm sử dụng thiết bị barie điện, đèn tín hiệu giao thông số trạm có camera giám sát thông thường Chỉ có 9/54 trạm sử dụng phương pháp thu phí bán tự động, chủ yếu khâu kiểm soát với quy trình thu hai dừng: dừng mua vé dừng soát vé Nhóm tác giả xây dựng mô hình trạm thu phí dừng, việc đọc liệu thông qua công nghệ RFID để đọc mã xe lưu thông Hình Mô hình trạm thu phí tự động Hệ thống camera đặt trạm thu phí dùng để giám sát, ghi nhận toàn hoạt động trạm thu phí, hình ảnh biển số đưa trung tâm hỗ trợ công tác quản lý xử phạt Một hệ thống camera khác lắp đặt đường, nhằm ghi nhận hình ảnh phương tiện vi phạm giao thông 4.3.3 Mô hình ô tô có gắn cảm biến thẻ RFID Ô tô mô hình lập trình tự động chạy đường Và gắn cảm biến siêu âm nhận dạng RFID - Sóng siêu âm truyền không khí với vận tốc khoảng 343m/s Nếu cảm biến phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, đo khoảng thời gian từ lúc tới lúc thu về, máy tính xác định quãng đường mà sóng di chuyển không gian Quãng đường di chuyển sóng lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật tính theo nguyên lý TOF: d = v* t/2 Cảm biến siêu âm mô hình hóa thành hình quạt, điểm dường chướng ngại vật, điểm biên dường có chướng ngại vật nằm Cảm biến siêu âm gắn xe ô tô mô hình để nhận biết vật cản, va trạm Khi gặp xe phía trước tự động giảm tốc độ Hình Mô hình ô tô thông minh 4.3.4 Mô hình biển báo điện tử VMS Mô hình biển báo điện tử VMS dử dụng Led ma trận 8x32 16x32 dùng để thị tốc độ cho phép, thông tin đường có cố xẩy thông tin mà đơn vị quản lý muốn cung cấp cho người tham gia giao thông biết Hình Mô hình bảng điện tử VMS 4.3.5 Camera giám sát Đối với hệ thống mô hình ITS cần chọn camera mini để phù hợp với kích thước mô hình hệ thống Nhóm tác giả chọn loại camera mini có độ nét cao hình sau Hình Camera quan sát trạm thu phí 10 - Khối so sánh đầu - 08 kênh ADC 10 bit - Hai khối giao tiếp USART lập trình - Giao tiếp nối tiếp SPI master/slave - Watchdog Timer lập trình nhờ xung nhịp chip Tự động reset treo máy - Khối so sánh tương tự chip  Các đặc trưng đặc biệt vi điều khiển : - Có nguồn ngắt bên mở rộng - Có khả lựa chọn xung clock phần mềm - Có sáu chế độ nghỉ : Idle, ADC noise Reduction, Power–save, Power– down, Standby, Standby mở rộng - Có khả định cỡ xung dao động thời gian thực bên  Các cổng vào : - Gồm 53 chân lập trình - Chip có 64 chân - Giải điện áp làm việc từ 4.5 V – 5.5 V Dải tốc độ từ – 16 MHz  Chức năng, nhiệm vụ khối  Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng vi điều khiển Atmega128, có nhiệm vụ giao tiếp với khối khác điều khiển toàn hoạt động hệ thống  Khối cảm biến: Bao gồm loại cảm biến cần thiết trang bị đường Cảm biến mưa dùng để phát trời mưa từ tính toán giá trị vận tốc tối đa đường để thông báo lên biển báo điện tử Cảm biến khoảng cách dùng để phát hiện, đo chiều dài xe vận tốc xe di chuyển đường Cảm biến ánh sáng dùng để phát trời sáng hay tối, từ điều khiển việc bật hay tắt điện chiếu sáng cách tự động, có điều tiết cường độ sang phù hợp  Khối hiển thị: Sử dụng mạch LED ma trận 16x32 8x32, dùng để hiển thị thông số tốc độ tối đa cho phép, cảnh báo xe trời mưa, cảnh báo đường gặp cố 14  Khối giao tiếp RFID: dùng để hỗ trợ việc thu phí tự động đường cao tốc Mỗi xe trang bị thẻ RFID, đến trạm thu phí xe quẹt thẻ vào đầu đọc trạm, đầu đọc giao tiếp với vi điều khiển để đưa lệnh thu phí tương ứng  Khối camera giám sát: Mô hình tích hợp hệ thống gồm camera theo dõi giám sát hoạt động đường, trạm thu phí Từ giúp nhà quản lý nắm bắt tình hình, diễn biến hệ thống  Khối giao tiếp máy tính: Một phần mềm máy tính tương tác với vi điều khiển, có nhiệm vụ giám sát hoạt động đường: số lượng xe qua trạm, tình trạng thời tiết tình trạng xe vi phạm tốc độ b Thiết kế mạch điện tử  Mạch nguồn cung cấp cho hệ thống Đây mạch dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V, sử dụng IC ổn áp LM7805 LM2576 Đầu vào điện áp chiều 12V, sau qua IC ổn áp tạo nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch Trong IC LM7805 dùng để tạo nguồn 5V cung cấp cho vi điều khiển cảm biến, LM2576 dùng để tạo nguồn 5V cung cấp cho động RC servo U1 12V OUT C1 1000UF/35V LM7805C/TO C11 1000UF/35V DIODE R2 IN VCC GND D4 12V C9 104 330 C10 104 D5 LED G_PIN GND J6 U2 VCCS L1 OUT FB ON/OFF 3 VIN GND 12V CONN JACK PWR LM2576/5V J11 R1 VCCS 330uH 330 D1 C2 1000uF C3 C4 C5 104 104 104 D2 LED 1N5819 G_PIN GND GND Khoi nguon Hình 10 Khối nguồn  Mạch điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển Atmega128, qua chương trình lập trình nạp cho chip, vi điều khiển điều khiển nhận tín hiệu hiển thị thông số lên khối hiển thị LED ma trận gửi liệu lên máy tính 15 Bộ dao động dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 16MHz cho vi điều khiển hoạt động Hai đầu thạch anh nối vào chân XTAL1 XTAL2 vi điều khiển J1 MOSI SS RST SCK MISO VCC C2 R3 10K XTAL1 10 VCC GND C11 C12 104 104 ISP RESET RESET 16MHZ XTAL2 SW1 C4 10uF GND VCC C3 Y1 VCC GND VCC PF0 PF1 PF2 PF3 PF4 PF5 PF6 PF7 PA0 PA1 PA2 22pF A B C SS SCK SELECT1 C1 C2 PEN PE0(RXD0/PDI) PE1(TXD0/(PDO)) PE2(XCK0/AIN0) PE3(OC3A/AIN1) PE4(OC3B/INT4) PE5(OC3C/INT5) PE6(T3/INT6) PE7(IC3/INT7) PB0(SS) PB1(SCK) PB2(MOSI) PB3(MISO) PB4(OC0) PB5(OC1A) PB6(OC1B) GND VCC VCC GND (AD3)PA3 (AD4)PA4 (AD5)PA5 (AD6)PA6 (AD7)PA7 (ALE)PG2 (A15)PC7 (A14)PC6 (A13)PC5 (A12)PC4 (A11)PC3 (A10)PC2 (A9)PC1 (A8)PC0 (RD)PG1 (WR)PG0 GND VCC ATMEGA 128L 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 VCC GND SELECT2 PA4 PA5 PA6 PA7 DIR1 PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 DIR2 DIR3 GND VCC GND VCC PD4 PD5 PD6 PD7 PD0 PD1 PD2 PD3 PWM4 DIR5 DIR4 RST VCC GND CT1 CT2 CT3 CT4 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 PW M3 PW M2 PW M1 GND VCC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 C3 C4 PB7(OC2/OC1C) PG3(TOSC2) PG4(TOSC1) RESET VCC GND XTAL2 XTAL1 PD0(SCL/INT0) PD1(SDA/INT1) PD2(RXD1/INT2) PD3(TXD1/INT3) PD4(IC1) PD5(XCK1) PD6(T1) PD7(T2) GND VCC PEN DIR7 MOSI DIR8 MISO PW M8 PW M5 PW M6 PW M7 DIR6 AVCC GND AREF (ADC0)PF0 (ADC1)PF1 (ADC2)PF2 (ADC3)PF3 (TCK/ADC4)PF4 (TMS/ADC5)PF5 (TDO/ADC6)PF6 (TDI/ADC7)PF7 (AD0)PA0 (AD1)PA1 (AD2)PA2 C8 C7 C6 C5 GND VCC U1 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 22pF Vi dieu khien Hình 11 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega 128  Mạch hiển thị LED ma trận 8x32 Led ma trận 16x32 Mạch sử dụng IC ghi dịch 74HC595 IC mở rộng 74LS138 giúp tiết kiệm số chân cho vi điều khiển cần điều khiển hiển thị nhiều LED ma trận 16 Hình 12 Khối LED ma trận  Cảm biến siêu âm dùng để thu thập thông xe đường a Cảm biến siêu âm để tránh vật cản, xe phía trước Sử dụng cảm biến siêu âm lắp nằm ngang, cố định dải phân cách cố định, khoảng cách cảm biến D = 1(m) Cảm biến siêu âm liên tục đo khoảng cách với chướng ngại vật phía trước, nhận thấy khoảng cách nhỏ khoảng cách đặt trước tức có xe vào vùng cảm ứng, cảm biến nhận tín hiệu vi điều khiển xử lý tính toán Hình 13 Sơ đồ cảm biến siêu âm tránh vật cản, xe phía trước 17 Khi cảm biến có tín hiệu, tức đầu xe vừa di chuyển vào vùng cảm ứng cảm biến Ngay vi điều khiển ghi nhớ thời điểm t1 Sau vi điều khiển chờ cảm biến nhận tín hiệu Hình 14 Sơ đồ cảm biến siêu âm để xác định vận tốc xe đường Khi cảm biến nhận tín hiệu, tức đầu xe vừa di chuyển vào vùng cảm ứng cảm biến 2, vi điều khiển ghi nhớ thời điểm t2 Vậy thời gian để xe di chuyển khoảng cách D Δt = t2 – t1 Vận tốc xe tính theo công thức: V = D / Δt Trong đó, D giá trị cố định biết trước, Δt thời gian đo vi điều khiển b Cảm biến siêu âm dùng để đo chiều dài chiều cao phương tiện Sử dụng cảm biến siêu âm mục để đo vận tốc xe Sử dụng thêm cảm biến siêu âm thứ lắp nằm ngang, đặt cảm biến Cảm biến siêu âm liên tục đo khoảng cách với chướng ngại vật phía trước, nhận thấy khoảng cách nhỏ khoảng cách đặt trước tức có xe vào vùng cảm ứng, cảm biến nhận tín hiệu vi điều khiển xử lý tính toán Hình 15a Sơ đồ cảm biến siêu âm để xác định kích thước phương tiện 18 Khi cảm biến nhậận tín hiệu, tức đầu xe vừa di chuyển n vào vùng ccảm ứng cảm biến 3, vi điều u khiển ghi nhớ thời điểm t3 Hình 15b Sơ đ đồ cảm biến siêu âm để xác định kích thướcc phương ti tiện Khi cảm biến n không tín hi hiệu, tức đuôi xe vừaa thoát khỏi kh vùng cảm ứng cảm biến 3, vi điều khiển ghi nhớ thời điểm t4 Khi chiều u dài xe đư tính theo công thức: d = v * (t4 – t3) Trong đó: v v vận tốc xe, xác định hai cảm biến n siêu âm mục  Module nhận dạng ng b sóng vô tuyến -RFID - Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) hiểu u nhận nh dạng tần số sóng vô tuyến n Công nghệ ngh sử dụng ngày phổ biến với nhiều ứng dụng cuộcc sống s hàng ngày từ kiểm m soát hàng hóa, quản qu lý chấm công nhân siêu thị, th nhận dạng kiểm soát ng bãi gửi g xe thông minh, công ty bảo o mật m hàng đầu sử dụng Hình 16 Module hệ thống RFID 19 Công nghệ cho phép nhận biết đối tượng thông qua hệ thống thu phát tần số sóng vô tuyến, từ người giám sát, quản lý lưu vết đối tượng Đây phương pháp nhận dạng tự động dựa việc lưu trữ liệu từ xa, sử dụng thiết bị thẻ RFID đầu đọc RFID Khoảng cách “không tiếp xúc” để tần số sóng vô tuyến tiếp nhận liệu lên tới 10m Ngoài ưu việt công nghệ thể khả đọc thông tin xuyên qua môi trường, vật liệu như: bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, sơn điều kiện môi trường thách thức khác mà mã vạch công nghệ khác phát huy hiệu Hình 17 Chíp thẻ chíp hệ thống RFID Một module RFID bao gồm: đầu đọc RFID, thẻ từ Mỗi thẻ từ có mã số ID khác trang bị xe Khi xe đến trạm thu phí cần quẹt thẻ vào đầu đọc, từ hệ thống tự động xử lý tính toán, trừ số tiền phí cầu đường vào tài khoản xe tương ứng với mã ID Thẻ từ có hình dạng hình chữ nhật hình dạng móc chìa khóa Hình 18 Chân kết nối đầu đọc RFID với Vi điều khiển 20 Với việc sử dụng module RFID kết hợp với vi điều khiển Atmega128 xử lý việc thu phí cách hoàn toàn tự động với tốc độ cao, ứng dụng thuận lợi cho giao thông, giúp giảm thời gian thu phí cầu đường, từ đảm bảo giao thông vận hành cách liên tục Đồng thời ứng dụng RFID an toàn, bảo mật cao thẻ có mã ID khác nhau, thẻ nhận dạng toàn 12 ký tự theo chuẩn công nghiệp cho phép xác định xác loại xe, chủ sở hữu, số xe  Cảm biến phát trời mưa Dùng để nhận biết trời mưa, hệ thống tự động điều chỉnh giảm tốc độ tối đa cho phép phương tiện tham gia lưu thông đường Trong mô hình này, nhóm nghiên cứu sử dụng module cảm biến mưa để đo cường độ mưa Hình 19 Module cảm biến mưa Cảm biến mưa hoạt động dựa nguyên lý: nước rơi vào board tạo môi trường dẫn điện, từ thay đổi giá trị điện trở, điện trở mắc vào mạch phân áp làm thay đổi giá trị điện áp đầu Điện áp đầu sử dụng trực tiếp làm đầu giao tiếp với vi điều khiển (đầu analog – AO), đưa qua mạch so sánh để đưa tín hiệu số (đầu digital – DO) Để kết nối cảm biến vào mạch cần dây: Dây Vcc nối với +5V, dây GND nối với 0V, dây tín hiệu sử dụng loại tín hiệu AO DO Trong mô hình này, nhóm tác giả sử dụng trực tiếp đầu AO, đưa qua chân ADC vi điều khiển để giao tiếp với ưu điểm so với sử dụng đầu DO lập trình giúp người sử dụng biết được cường độ nước mưa lớn hay nhỏ 21 Cảm biến mưa sử dụng mô hình với mục đích nhận biết tình hình thời tiết, từ lập trình giới hạn tốc độ tối đa đường khác Ví dụ trời nắng tốc độ tối đa cho phép 90km/h, trời mưa vừa tốc độ tối đa cho phép 70km/h, giúp đảm bảo an toàn lưu thông đường Việc thay đổi giá trị tốc độ giới hạn thực tự động vi điều khiển mà không cần can thiệp người  Module cảm biến ánh sáng Hình 20 Quang trở Tác giả sử dụng cảm biến ánh sáng mô hình với mục đích nhận biết trời sáng tối, từ tự động bật/tắt hệ thống điện chiếu sáng Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở, có giá trị điện trở thay đổi phạm vi từ 10Ω trời sáng đến 100kΩ trời tối Hình 21 Sơ đồ kết nối module chiếu sáng tự động Quang trở lắp nối tiếp với điện trở để tạo thành mạch phân áp Khi cường độ ánh sáng môi trường thay đổi giá trị điện trở quang trở thay đổi, từ điện áp đầu Vout thay đổi Tín hiệu điện áp đưa vào chân ADC vi điều khiển để xử lý Vi điều khiển đo giá trị điện áp, từ nhận biết trời sáng hay tối đưa lệnh điều khiển đèn điện chiếu sáng 22 V Lập trình điều khiển hệ thống Nhóm nghiên cứu sử dụng ngôn ngữ lập trình C để điều khiển hệ thống Sử dụng Visuabasic để lập trình giao diện điều khiển hệ thống máy tính Đây phần mềm phục vụ cho việc lập trình giao diện điều khiển giao tiếp máy tính với vi điều khiển Phần “Visual” đề cập đến phương pháp sử dụng để tạo giao diện đồ họa người dùng (Graphical User Interface, hay viết tắt GUI), có sẵn phận hình ảnh, gọi controls, cho phép người lập trình đặt vị trí định đặc tính chúng khung hình, gọi form Phần “Basic” đề cập đến ngôn ngữ BASIC (Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code), ngôn ngữ lập trình đơn giản, dễ học, chế cho nhà khoa học sử dụng Hình 22 Giao diện thống kê máy tính Hình 23 Thông tin trạm thu phí 23 VI Hoàn thiện mô hình hệ thống giao thông thông minh ITS 24 25 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, nhóm tác giả hoàn thiện mô hình giao thông thông minh ITS với kích thước 2000mmx3000mm Mô hình bao gồm chức hệ thống giao thông thông minh thực tế bao gồm: Mô hình đường cao tốc, mô hình trạm thu phí vào ra, mô hình ô tô thông minh, mô hình biển báo điện tử VMS, mô hình trạm thu lượng mặt trời, mô hình hệ thống giám sát camera, mô hình hệ thống nhận biết thông tin phương tiện, mô hình hệ thống nhận dạng công nghệ RFID,… Sau trình thử nghiệm mô hình ITS hoạt động tốt góp phần vào công tác đào tạo Trường Đại học Công nghệ GTVT Qua sinh viên hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống, thiết bị hệ thống từ giúp sinh viên có nhìn trực quan, sinh động giúp học trở nên hiệu Vì việc nghiên cứu chế tạo mô hình giao thông thông minh ITS góp phần nâng cao chất lượng đào tạo khả thực hành cho sinh viên 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Hùng Điều khiển tự động Trường ĐH SPKT TP.HCM, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy 2006 [2] HP Info Tech Code VisionAVR 1.24.6 - User Manual [3] Ngô Diên Tập Vi Điều Khiển với Lập Trình C Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật 2006 [4] Atmel Application Note AVR221: Discrete PID controller [5] Phan Quốc Phô - Nguyễn Đức Chiến Giáo trình cảm biến Nhà xuất khoa học kỹ thật Hà Nội 2005 [6] Aaron Millerand Jerry Lee Ford, Jr Microsoft Visual C++ 2005 Express Edition Programming for the Absolute Beginner [7] Giáo trình hệ thống giao thông thông minh module 4e(bản tiếng Việt), Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH [8] STUDY FOR SUPPORTING ITS STANDARDS & OPERATION PLAN DEVELOPMENT IN VIETNAM, MINISTRY OF TRANSPORT, VIETNAM [9] Nguyễn Tuấn Anh, Hệ thống giao thông thông minh (ITS) khả ứng dụng Việt Nam [10] Lê Hùng Lân, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa điều hành quản lý hệ thống giao thông đô thị [11] Đỗ Bá Chương, Dương Ngọc Hải, Nguyễn Xuân Trục Thiết kế đường ô tô Nhà xuất Giáo Dục 27 MỤC LỤC I Tên sáng chế……………………………………………… …….…2 II Sự cần thiết…………………………………………………………2 III Mục tiêu sáng chế……………………………………… …3 IV Nội dung sáng chế………………………………….………3 4.1 Giới thiệu chung hệ thống giao thông thông minh ITS …….4 4.2 Nguyên lý hoạt động chung hệ thống ITS…………….……6 4.3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình ITS……………….………6 4.3.1 Mô hình đường cao tốc……………….………………… ….………6 4.3.2 Mô hình trạm thu phí tự động sử dụng công nghệ RFID… ……8 4.3.3 Mô hình ô tô có gắn cảm biến thẻ RFID……………………… 4.3.4 Mô hình biển báo điện tử VMS………………………….… …… 10 4.3.5 Camera giám sát………………………………………….….….… 10 4.3.6 Mô hình trạm thu lượng mặt trời để cung cấp cho biển báo điện tử VMS…………………………………………….……….11 4.3.7 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống mô hình ITS…………………11 V Lập trình điều khiển hệ thống……………………………………23 VI Hoàn thiện mô hình hệ thống giao thông thông minh ITS….24 KẾT LUẬN……………………………………………………….… 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………….…….27 MỤC LỤC ……………………………………………………… … 28 28 [...]... thiện mô hình hệ thống giao thông thông minh ITS 24 25 KẾT LUẬN Sau quá trình nghiên cứu, nhóm tác giả đã hoàn thiện một mô hình giao thông thông minh ITS với kích thước là 2000mmx3000mm Mô hình bao gồm các chức năng chính của một hệ thống giao thông thông minh ngoài thực tế bao gồm: Mô hình đường cao tốc, mô hình trạm thu phí vào ra, mô hình ô tô thông minh, mô hình biển báo điện tử VMS, mô hình trạm... Tên sáng chế …………………………………………… …….…2 II Sự cần thiết…………………………………………………………2 III Mục tiêu của sáng chế …………………………………… …3 IV Nội dung của sáng chế ……………………………….………3 4.1 Giới thiệu chung về hệ thống giao thông thông minh ITS …….4 4.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống ITS ………….……6 4.3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình ITS …………….………6 4.3.1 Mô hình đường cao tốc……………….………………… ….………6 4.3.2 Mô hình. .. trạm thu năng lượng mặt trời, mô hình hệ thống giám sát bằng camera, mô hình hệ thống nhận biết các thông tin về phương tiện, mô hình hệ thống nhận dạng bằng công nghệ RFID,… Sau quá trình thử nghiệm mô hình ITS hoạt động tốt góp phần vào công tác đào tạo tại Trường Đại học Công nghệ GTVT Qua đó sinh viên có thể hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống, các thiết bị của hệ thống từ đó giúp sinh viên... trình hệ thống giao thông thông minh module 4e(bản tiếng Việt), Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH [8] STUDY FOR SUPPORTING ITS STANDARDS & OPERATION PLAN DEVELOPMENT IN VIETNAM, MINISTRY OF TRANSPORT, VIETNAM [9] Nguyễn Tuấn Anh, Hệ thống giao thông thông minh (ITS) và khả năng ứng dụng ở Việt Nam [10] Lê Hùng Lân, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trong điều hành và quản lý hệ thống giao thông. .. động sử dụng công nghệ RFID… ……8 4.3.3 Mô hình ô tô có gắn cảm biến và thẻ RFID……………………… 8 4.3.4 Mô hình biển báo điện tử VMS………………………….… …… 10 4.3.5 Camera giám sát………………………………………….….….… 10 4.3.6 Mô hình trạm thu năng lượng mặt trời để cung cấp cho các biển báo điện tử VMS…………………………………………….……….11 4.3.7 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống mô hình ITS ………………11 V Lập trình điều khiển hệ thống …………………………………23... tử,…Nhóm cũng chọn các panel pin năng lượng mặt trời loại 6V – 100mmA để làm mô hình Hình 8 Mô hình trạm thu năng lượng mặt trời 4.3.7 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống mô hình ITS a Sơ đồ khối 11 Hình 9 Mạch vi điều khiển Atmega 128 Atmega128 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa trên kiến trúc RISC Công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì nhịp xung, vì thế tốc... lệnh điều khiển đèn điện chiếu sáng 22 V Lập trình điều khiển hệ thống Nhóm nghiên cứu sử dụng ngôn ngữ lập trình C để điều khiển hệ thống Sử dụng Visuabasic để lập trình giao diện điều khiển hệ thống trên máy tính Đây là phần mềm phục vụ cho việc lập trình giao diện điều khiển và giao tiếp máy tính với vi điều khiển Phần “Visual” đề cập đến phương pháp được sử dụng để tạo giao diện đồ họa người dùng... 70km/h, giúp đảm bảo an toàn khi lưu thông trên đường Việc thay đổi các giá trị tốc độ giới hạn được thực hiện tự động bằng vi điều khiển mà không cần sự can thiệp của con người  Module cảm biến ánh sáng Hình 20 Quang trở Tác giả sử dụng cảm biến ánh sáng trong mô hình với mục đích nhận biết trời sáng hoặc tối, từ đó tự động bật/tắt hệ thống điện chiếu sáng Cảm biến ánh sáng được sử dụng là quang trở,... tạo dao động bên trong, giao tiếp SPI, bộ giao tiếp kiểm tra lỗi theo chuẩn IEEE 1149.1, chỉ dùng để debug hệ thống và chương trình trên chip và khả năng lựa chọn 6 chế độ tiết kiệm năng lượng chế độ Idle ngừng hoạt động của CPU trong khi cho phép SRAM, Timer/Counter, cổng SPI, hệ thống ngắt tiếp tục gọi hàm, chế độ power-down tiết kiệm lượng thanh ghi nhưng ổn định cho xung giao động, ko hoạt động... sinh viên có cái nhìn trực quan, sinh động giúp bài học trở nên hiệu quả Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo mô hình giao thông thông minh ITS góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và khả năng thực hành cho sinh viên 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Hùng Điều khiển tự động Trường ĐH SPKT TP.HCM, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy 2006 [2] HP Info Tech Code VisionAVR 1.24.6 - User Manual [3] Ngô Diên Tập Vi Điều