Phân tích thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh thời gian thực tại ngã tư

MỤC LỤC MỤC LỤC .i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN vi LỜI MỞ ĐẦU .vii Đặt vấn đề .vii Mục đích nội dung nghiên cứu .viii Phương pháp đối tượng, phạm vi nghiên cứu viii 3.1 Phương pháp nghiên cứu viii 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu viii Kết cấu chung đề tài .ix Chương 1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC .1 1.1 Các khái niệm sở hệ thống thời gian thực 1.2 Yêu cầu hệ thống thời gian thực .4 1.2.1 Xử lý thời gian thực .4 1.2.2 Yêu cầu thời gian hệ thống thời gian thực 1.2.3 Đặc tính hệ thống thời gian thực 10 1.3 Thời gian hệ thống thời gian thực 11 1.3.1 Quan niệm thời gian hệ thống thời gian thực 11 1.3.2 Các hệ thống thời gian thực 13 2.1 Giới thiệu UML 15 2.1.1 Mục đích UML .17 2.1.2 Các thành phần UML 18 2.1.3 Kiến trúc hệ thống .26 2.2 Các giai đoạn phát triển phần mềm với UML .27 2.2.1 Xác lập yêu cầu (Dự kiến kế hoạch) .28 2.2.2 Giai đoạn phân tích 28 2.2.3 Giai đoạn thiết kế 28 2.2.4 Giai đoạn triển khai .29 2.3 Ứng dụng UML để phân tích thiết kế hệ thống thời gian thực .29 2.3.1 Mô hình đối tượng UML .30 2.3.2 Mô hình động UML 31 i 2.3.3 Những thuận lợi UML hệ thống thời gian thực 36 Chương XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 39 3.1 Phân tích thiết kế ứng dụng thời gian thực 39 3.1.1 Mô tả toán 39 3.1.2 Tác Nhân Use Case .40 3.1.3 Biểu đồ UC 42 3.1.4 Biểu đồ trình tự 44 3.1.5 Biểu đồ cộng tác .50 3.1.6 Thiết kế chi tiết 52 3.1.7 Biểu đồ lớp 55 3.1.8 Biểu đồ thành phần 57 3.2 Ngôn ngữ lập trình cho hệ thống thời gian thực 57 3.3 Triển khai ứng dụng 58 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 ii DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1 SƠ Đồ TUầN Tự CủA CÁC Sự KIệN RÀNG BUộC Về THứ Tự HÌNH 1.2 SƠ Đồ TUầN Tự CủA CÁC Sự KIệN QUAN Hệ RÀNG BUộC Về THờI GIAN HÌNH 1.3 SƠ Đồ TUầN Tự CủA CÁC Sự KIệN RÀNG BUộC THờI GIAN CHÍNH XÁC HÌNH 1.4 SƠ Đồ TUầN Tự HÌNH 1.5 SƠ Đồ TUầN Tự HÌNH 2.1 XÂY DựNG HợP NHấT CÁC KÍ HIệU VÀO TRONG MÔ HÌNH UML HÌNH 2.2 SƠ Đồ TUầN Tự MÔ Tả CA Sử DụNG “GọI ĐIệN THOạI” HÌNH 2.3 BIểU Đồ CộNG TÁC MÔ Tả HOạT ĐộNG “GọI ĐIệN THOạI” HÌNH 2.4 SƠ Đồ TRạNG THÁI CủA LớP “HETHONG” HÌNH 2.5 KIếN TRÚC CủA Hệ THốNG2.1.3.1 KIểU XEM UC 26 HÌNH 2.6 BIểU Đồ LớP HÌNH 2.7 SƠ Đồ CA Sử DụNG DIễN Tả THIếT Bị GIÁM SÁT THờI GIAN HÌNH 2.8 BIểU Đồ TUầN Tự CHO GIÁM SÁT THờI GIAN HÀNH VI ĐÚNG HÌNH 2.9 BIểU Đồ TUầN Tự CHO GIÁM SÁT THờI GIAN HÀNH VI LỗI HÌNH 2.10 SƠ Đồ TRạNG THÁI PROCESSOR HÌNH 2.11 SƠ Đồ TRạNG THÁI WATCHDOG HÌNH 2.12 SƠ Đồ TUầN Tự ĐÁNH DấU THờI GIAN BắT ĐầU THI HÀNH HÌNH 3.1 ĐÈN GIAO THÔNG TạI NGÃ TƯ ĐƯờNG HÌNH 3.2 SƠ Đồ CA Sử DụNG CủA Hệ THốNG ĐÈN GIAO THÔNG 42 HÌNH 3.3 SƠ Đồ TUầN Tự CA Sử DụNG “DIEU KHIEN DEN GT TU DONG” 46 HINH 3.4 SƠ Đồ TUầN Tự HOạT Vụ “DIEU KHIEN CHUYEN DOI DEN GT” 48 HÌNH 3.5 SƠ Đồ TUầN Tự HOạT Vụ “NHAN TIN HIEU QUA TAI” 49 HÌNH 3.6 BIểU Đồ CộNG TÁC HOạT Vụ “DIEU KHIEN DEN GT TU DONG” 50 HÌNH 3.7 BIểU Đồ CộNG TÁC CủA HOạT Vụ “DIEU KHIEN CHUYEN DOI DEN GT” HÌNH 3.8 SƠ Đồ CộNG TÁC HOạT Vụ “NHAN TIN HIEU QUA TAI” HÌNH 3.9 SƠ Đồ BIểU Đồ TRạNG THÁI DENGIAOTHONG HÌNH 3.10 SƠ Đồ BIểU Đồ TRạNG THÁI CHU Kỳ SốNG DENBAC-DENNAM 52 iii HÌNH 3.11 SƠ Đồ BIểU Đồ TRạNG THÁI CHU Kỳ SốNG DENDONG-DENTAY HÌNH 3.12 SƠ Đồ TRạNG THÁI MộT CHU Kỳ CủA DENGIAOTHONG HÌNH 3.13 SƠ Đồ BIểU Đồ TRạNG THÁI HOạT ĐộNG ĐốI TƯợNG DIEUKHIEN HÌNH 3.14 SƠ Đồ BIểU Đồ TRạNG THÁI CHUKYDK HÌNH 3.15 BIểU Đồ HOạT ĐộNG KHởI TạO VÀ TÍNH GIÁ TRị PHADEN HÌNH 3.16 BIểU Đồ HOạT ĐộNG XÁC ĐịNH GIÁ TRị DẫN XUấT DO,XANH,VANG HÌNH 3.17 SƠ Đồ LớP CủA Hệ THốNG GIAO THÔNG HÌNH 3.18 BIểU Đồ THÀNH PHầN CủA Hệ THốNG ĐÈN GIAO THÔNG iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung đồ án tốt nghiệp thực hướng dẫn trực tiếp thầy giáo ThS Hà Mạnh Hùng Mọi tham khảo dùng đồ án tốt nghiệp trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên Nguyễn Thị Hồng v LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập, nghiên cứu rèn luyện Trường Đại Học Công nghệ thông tin truyền thông, đến em kết thúc khóa học hoàn thành đồ án tốt nghiệp Để có kết ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn: Các thầy cô giáo công tác Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông – Đại Học Thái Nguyên nói chung, thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Thông Tin nói riêng truyền đạt kiến thức tạo điều kiện tốt cho em học tập, nghiên cứu, rèn luyện suốt thời gian theo học trường Em xin cảm ơn thầy giáo ThS Hà Mạnh Hùng, người trực tiếp giảng dạy hướng dẫn em tận tình, cho em định hướng ý kiến quý báu trình học tập đặc biệt suốt thời gian hoàn thành đồ án Cuối cùng, cho em gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, người tạo cho em niềm tin tảng vững để em hoàn thành đề tài Thái Nguyên, tháng 06 năm 2016 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hồng vi LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, giới hệ thống thời gian thực phát triển mạnh mẽ Do khả hỗ trợ thiết thực hệ thống thời gian thực việc nghiên cứu khoa học đời sống thường nhật nên hệ thống thời gian thực ứng dụng phát triển từ lâu ứng dụng phát triển nhiều nghành công nghiệp hệ thống điều khiển Trong vô số ứng dụng đa phần hệ thống thời gian thực mang tính chất chuyên dụng Nghĩa chúng phát triển cho riêng mục đích đó, cho riêng hệ thống thiết bị, việc phát triển thực không sử dụng đến hệ điều hành có hay ngôn ngữ cấp cao Tuy nhiên, hệ thống thời gian thực phát triển nhanh hiệu nhờ công cụ trung gian, hệ thống thời gian thực, hệ điều hành thời gian thực, ngôn ngữ lập trình thời gian thực Tại Việt Nam, ứng dụng hệ thống thời gian thực sử dụng hệ thống điều khiển máy bay, hệ thống điều khiển Rada quân sự, hệ thống mổ nội soi y tế, đa số hệ thống thời gian thực cứng nhập từ nước mà chưa có đơn vị xây dựng phát triển chúng Tuy nhiên năm gần đây, bước tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng hệ thống thời gian thực mang tính chất mô hệ thống thời gian thực cứng, bước chuẩn bị xây dựng làm chủ công nghệ hệ thống thời gian thực cứng ví dụ hệ thống giả lập Radar, hay hệ thống điều khiển giám sát hệ thống tín hiệu nhà ga, hệ thống đường ngang liên hoàn… Với kinh tế thấp, thu nhập người dân chưa cao phương tiện giao thông với giá thành thấp sử dụng phổ biến, ý thức chấp hành luật an toàn giao thông người tham gia giao thông tạo dòng xe lưu thông tuyến dòng hỗn tạp gây nhiều khó khăn cho việc tổ chức điều khiển giao thông Trong thời gian gần số thành phố lớn nước ta đẵ ứng dụng tiến khoa học kĩ thuật điều khiển giao thông tín hiệu đèn Chính hệ thống điều khiển tín hiệu đẵ góp phần giải nạn ùn tắc giao thông tuyến đô thị Tuy nhiên chủ yếu nút điều khiển đèn giao thông sử dụng hệ thống đèn ”không thông minh” với thời gian lưu thông định sẵn Khi xe gặp đèn đỏ chu kì đèn dài 60s lượng tiêu hao nhiên liệu cho 1000 xe vii : xe 3,06 lit/1000xe; xe tải 4,75 lit/1000xe; xe buýt 6,0 lit/1000xe, gây ùn tắc giao thông, gia tăng mức độ ô nhiễm khói khí thải động chờ đèn xanh tiếng ồn tạo tâm lý căng thẳng, khó chịu thời tiết không tốt cho người lái xe Tình trạng phức tạp tương lai lưu lượng xe tăng nhanh nhiều Xuất phát từ hiểu biết để hiểu sâu lĩnh vực ứng dụng hệ thống thời gian thực, dùng công nghệ để phân tích, thiết kế ứng dụng hệ thống thời gian thực Đề tài “Phân tích thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh thời gian thực ngã tư ” hình thành Mục đích nội dung nghiên cứu Mục đích đồ án lựa chọn công cụ thích hợp để phân tích thiết kế mô hệ thời gian thực cho nút đèn giao thông nhằm hạn chế tắc nghẽn thời gian chờ người tham gia giao thông * Nội dung nghiên cứu đồ án: Tìm hiểu tổng quan hệ thống thời gian thực Nghiên cứu phần mềm hướng đối tượng UML việc mô hình hóa hệ thời gian thực ứng dụng.Vận dụng trình phân tích thiết kế mô hệ thời gian thực để xây dựng chương trình mô cho nút đèn giao thông ngã tư Phương pháp đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1 Phương pháp nghiên cứu Với mục đích nêu phương pháp nghiên cứu đề tài : + Nghiên cứu lý thuyết hệ thời gian thực cho việc phân tích thiết kế ngôn ngữ mô hình hóa UML + Xây dựng mô điều khiển đèn giao thông sử dụng ngông ngữ C#.Net winForm 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Với mục đích đề tài nghiên cứu hệ thời gian thực sử dụng UML để phân tích thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông nên đối tượng nghiên cứu nút đèn giao thông có điều khiển tín hiệu đèn * Phạm vi nghiên cứu đồ án: +Tổng quan hệ thống thời gian thực +Ứng dụng UML phân tích thiết kế phần mềm thời gian thực viii + Nút đèn giao thông ngã tư đường có điều khiển tín hiệu đèn +Thời gian cho chu kì đèn thay đổi theo thời gian tải + Tỉ lệ lưu lượng xe tham gia trục giao thông Kết cấu chung đề tài Với mục đích nội dung nghiên cứu trên, kết cấu đề tài gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thời gian thực Chương 2: Ứng dụng UML để phân tích thiết kế hệ thống thời gian thực Chương 3: Xây dựng ứng dụng ix Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC Chương giới thiệu khái niệm hệ thống thời gian thực (RTS – Real Time System), yêu cầu ràng buộc thời gian thiết kế phần mềm thời gian thực tương tác với môi trường bên Hệ điều hành thời gian thực trình bày, với ví dụ giới thiệu cho ta thấy hệ thống thời gian thực ứng dụng rộng rãi yêu cầu hệ thống khắt khe, nhằm để đáp ứng kích thích từ môi trường bên tác động Một vấn đề nảy sinh nghiên cứu hệ thống thời gian thực hệ điều hành sử dụng phổ biến Việt Nam có phải hệ điều hành thời gian thực không? Chúng sử dụng để xây dựng phát triển hệ thống thời gian thực không? 1.1 Các khái niệm sở hệ thống thời gian thực Hệ thời gian thực hệ thống mà hoạt động tin cậy không phụ thuộc vào xác kết quả, mà phụ thuộc vào thời điểm đưa kết quả, hệ thống có lỗi yêu cầu thời gian không thoả mãn Ví dụ: Hệ thống thông tin điều khiển hình hiển thị xác tàu điện ngầm đến ga định Theo từ điển Oxford máy tính cung cấp định nghĩa: Một hệ thống thời điểm cung cấp tín hiệu đầu quan trọng Điều dĩ nhiên tín hiệu đầu vào tương ứng đưa vào không gian thiết bị tín hiệu đầu có liên quan đến di chuyển tương ứng Thời gian trễ (delay) thời điểm tín hiệu đầu vào đưa vào đến thời điểm nhận tín hiệu đầu phải đủ nhỏ để chấp nhận kịp thời Đây định nghĩa khác “Journal of Systems and Control Engineering” (Chuyên đề Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển): RTS hệ thống cung cấp phản ứng trả lời xác giới hạn thời gian rõ ràng Do việc tính toán phản ứng trả lời vượt ranh giới thời gian cho phép hiệu thực thi bị biến đổi gây kết sai lệch Hệ thống thời gian thực khác với hệ thống khác chỗ gò bó mặt thời gian :DenGT(Nam) :DenGT(Dong) 4: 4:KhoiTaoDen() 11: 11:ChuyenDoiDen() 14: 14:ChuyenDoiDen() 17: 17:ChuyenDoiDen() 27: 27:ChuyenDoiDen() 5: 5:KhoiTaoDen() 8: 8:ChuyenDoiDieuKhien() 18: 18:ChuyenDoiDen() 21: 21:ChuyenDoiDen() 24: 24:ChuyenDoiDen() :DenGT(Tay) 3: 3:KhoiTaoDen() 10: 10:ChuyenDoiDen() 13: 13:ChuyenDoiDen() 16: 16:ChuyenDoiDen() 26: 26:ChuyenDoiDen() :DenGT(Bac) :DieuKhien 6: 6:KhoiTaoDen() 9: 9:ChuyenDoiDieuKhien() 19: 19:ChuyenDoiDen() 22: 22.ChuyenDoiDen() 25: 25:ChuyenDoiDen() 12: 15: 20: 23: 1: 1:KhoiTaoDK() 2: 2:KhoiTaoDen() 12:ChuyenDoiDieuKhien() 15:ChuyenDoiDieuKhien() 20:ChuyenDoiDieuKhien() 23:ChuyenDoiDieuKhien() : QuanLyHTGT Hình 3.7 Biểu đồ cộng tác hoạt vụ “Dieu khien chuyen doi den GT” 13: 13:TinHieuQuaTai() : PhuongTienGT 11: 11:TinHieuQuaTai() :ThietBiDong :ThietBiTay 16: 16:ChuyenDoiTB() 1: 1:KhoiTaoTB() 12: 12:TinHieuQuaTai() 2: 2:KhoiTaoTB() 15: 15:ChuyenDoiTB() :DieuKhien 5: 5:TinHieuQuaTai() 17: 17:TinHieuQuaTai() 6: 6:TinHieuQuaTai() 18: 18:TinHieuQuaTai() 14: 14:TinHieuQuaTai() 7: 7:TinHieuQuaTai() 19: 19:TinHieuQuaTai() 3: 3:KhoiTaoTB() 9: 9:ChuyenDoiTB() 21: 21:ChuyenDoiTB() 4: 4:KhoiTaoTB() 10: 10:ChuyenDoiTB() 22: 22:ChuyenDoiTB() 8: 8:TinHieuQuaTai() 20: 20:TinHieuQuaTai() :ThietBiBac :ThietBiNam Hình 3.8 Sơ đồ cộng tác hoạt vụ “Nhan tin hieu qua tai” 51 3.1.6 Thiết kế chi tiết Để mô tả rõ chi tiết hoạt động đối tượng UC, sử dụng biểu đồ trạng thái định danh cho hành vi đối tượng Biểu đồ trạng thái biểu đồ hoạt động giúp cho hệ thống trình bày rõ ràng (a) Sơ đồ trạng thái  Biểu đồ sơ đồ trạng thái đối tượng DenGiaothong ChuyenDoiDen KhoiTaoDen() KhoiTaoDen ChuKiDK( ) Hình 3.9 Sơ đồ biểu đồ trạng thái DenGiaothong PhaDenDO ChuyenDoiDen PhaDenXanh ChuyenDoiDen PhaDenVang ChuyenDoiDen Hình 3.10 Sơ đồ biểu đồ trạng thái chu kỳ sống DenBAC-DenNAM PhaDenDO ChuyenDoiDen PhaDenXanh ChuyenDoiDen PhaDenVang ChuyenDoiDen Hình 3.11 Sơ đồ biểu đồ trạng thái chu kỳ sống DenDONG-DenTAY 52 KhoiTaoPhaDen=1 PhaDenDO ChuyenDoiDen KhoiTaoPhaDen=3 PhaDenXanh ChuyenDoiDen PhaDenVang ChuyenDoiDen Hình 3.12 Sơ đồ trạng thái Chu kỳ DenGiaothong Hình 3.9 3.12 mô tả trạng thái kiện xảy đối tượng DenGiaothong Hình 3.9 đưa giai đoạn nhau, bắt đầu với kiện KhoitaoDEN, sau khởi tạo kiện ChuyendoiDEN dẫn đối tượng DenGiaothong vào vòng lặp không dừng Hình 3.12 mô tả chu kỳ đối tượng DenGiaothong, tinh lọc trạng thái chu kỳ đèn đưa rõ ràng có trạng thái, Do/PhaDEN=1, Xanh/PhaDEN=2, Vang/PhaDEN=3 Tên trạng thái phản ánh màu sắc đèn giao thông thể xác định giá trị thuộc tính PhaDEN, giá trị thay đổi nhờ kiện ChuyendoiDEN đặc tả DenGiaothong Sau trạng thái khởi tạo biểu thị vòng tròn bôi đen đặc, trạng thái xác định việc định xem đối tượng sơ đồ trạng thái sử dụng.Đối với DenBAC, DenNAM trạng thái khởi tạo phù hợp Do/PhaDEN=1, với DenDONG, DenTAy trạng thái phù hợp Vang/PhaDEN=3 Hình 3.12 xem trừu tượng hai biểu đồ trạng thái hình 3.10 3.11 phân biệt cho đèn giao thông BAC-NAM DONG-TAY  Biểu đồ sơ đồ trạng thái đối tượng Dieukhien ChuKiDK DieuKhien KhoiTaoDK KhoiTaoDen() KhoiTaoDen ChuKiDK() Hình 3.13 Sơ đồ biểu đồ trạng thái hoạt động đối tượng Dieukhien 53 PhaDK=1:PhaDenNam(Xanh), PhaDenDong(Do), ThietBiNam(false) ChuyenDoiDK PhaDK=2: PhaDenNam(Vang), PhaDenDong(Do) ChuyenDoiDK PhaDK=3: PhaDenNam(Do), PhaDenDong(Xanh),ThietBiDong(false) ChuyenDoiDK PhaDK=4 : PhaDenNam(Do), PhaDenDong(Vang) Hình 3.14 Sơ đồ biểu đồ trạng thái ChukyDK Sơ đồ biểu đồ hình 3.14 thể cấu trúc bên đối tượng Dieukhien (b) Sơ đồ hoạt động Sơ đồ hoạt động đặc trưng cho việc mô tả trạng thái hoạt động, nghĩa trạng thái miêu tả trình thực thi hành động cấu thành Hầu hết việc chuyển đổi kích phát hoạt động hoàn thành trạng thái trước Mục đích sơ đồ tập trung vào luồng chuyển động theo qui trình bên Hình 3.15 đưa giá trị khởi tạo DenGiaothong Trạng thái hoạt động mô tả hình chữ nhật tròn góc, hành động mô tả hành động cần thiết để thay đổi giá trị thuộc tính PhaDEN Nhóm biểu đồ vào bơi (Swimlane) để nhấn mạnh đối tượng tham gia Trong hình 3.16 biểu đồ mô tả riêng dẫn xuất phụ thuộc vào pha DenGiaothong 54 KhoiTaoDen KhoiTaoPhaDen Pha BieuThucTinh GiaTriDuocTinh GhiRaThuocTinh PhaDen Hình 3.15 Biểu đồ hoạt động khởi tạo tính giá trị PhaDEN PhaDen PhaDen=1 DenDo PhaDen=2 DenXanh PhaDen=3 DenVang Hình 3.16 Biểu đồ hoạt động xác định giá trị dẫn xuất Do,Xanh,Vang 3.1.7 Biểu đồ lớp 3.1.7.1 Xác định lớp đối tượng Qua mô tả UC phân tích hoạt động hệ thống điều khiển nút đèn giao thông, xác định ba lớp lớp DenGiaothong, lớp Dieukhien lớp Thietbi  Lớp DenGiaothong xây dựng cho bốn thể đèn giao thông DenDONG, DenTAY, DenNAM, DenBAC  Lớp Dieukhien đối tượng quản lý, điều khiển trình thay đổi đèn, chứa đèn giao thông phận 55  Lớp Thietbi xây dựng cho bốn thể thiết bị nhận tín hiệu bốn hướng đường xác định 3.1.7.2 Các mối quan hệ lớp Các lớp hệ thống có mối quan hệ Hình 3.3: + Mối quan hệ kết tập (Association) + Mối quan hệ kết tập theo giá trị (Aggregate By Value) 3.1.7.3 Biểu đồ lớp DenGiaoThong SuKien TrangThai LichTrinh Mauden KhoiTaoDen() ChoPhepKichHoat() DongKichHoat() KichHoatDenDo() KichHoatDenVang() KichHoatDenxanh() HuyDieuKhien() DatTGSuKien() 1 DenTay DieuKhien PhaDieuKhien DenGiaoThong ThoiGianDieuKhien DenDong DenNam DenBac KhoiTaoDieuKhien() DinhTGChuKiDK() ChuyenDoiChuKi() KhoiTaoThietBi() Xuly() TB Dong TB Tay 1 ThietBi PhaTrangThai KhoiTao() ChuyenDoi() DongTB() TB Nam TB Bac Hình 3.17 Sơ đồ lớp hệ thống giao thông Hình 3.17 biểu đồ mô tả mối quan hệ ba lớp hệ thống với Đó mối quan hệ kết tập theo giá trị, gợi ý toàn phần phận tạo hủy lúc Khi hệ thống khởi tạo, đối tượng Dieukhien khởi tạo đối tượng DenGiaothong (DenDONG, DenTAY, DenNAM, DenBAC) đối tượng Thietbi (tbDONG, tbTAY, tbNAM, tbBAC) Khi hệ thống tắt, đối tượng Dieukhien hủy đối tượng với 56 Đối tượng Dieukhien đóng vai trò đối tượng hệ thống, điều khiển đối tượng DenGiaothong đối tượng Thietbi qua pha khởi tạo chuyển đổi điều khiển 3.1.8 Biểu đồ thành phần Sơ đồ thực thi thiết kế để mô tả khía cạnh thực thi chia thành biểu đồ thành phần biểu đồ triển khai Biểu đồ thành phần cho nhìn thấy cấu trúc mã Biểu đồ triển khai hình dung cấu trúc hệ thống thời gian chạy Hình 3.18 phản ánh toàn cấu trúc hệ thống đèn giao thông, mũi tên đứt nét xác định phụ thuộc, mối phụ thuộc cho thấy thành phần DenGiaothong Thietbi phải biên dịch trước thành phần Dieukhien Khi triển khai hệ thống biết thư viện mã tồn tập tin thi hành tạo mã biên dịch GiaoDienChuongTrinh GiaoDienChuongTrinh ChuongTrinh.exe DenGiao Thong DieuKhien ThietBi Hình 3.18 Biểu đồ thành phần hệ thống đèn giao thông 3.2 Ngôn ngữ lập trình cho hệ thống thời gian thực Phần lớn ứng dụng thời gian thực viết ngôn ngữ lập trình truyền thống hệ điều hành truyền thống bời ngôn ngữ lập trình không hỗ trợ xử lý có buộc khắt khe thời gian thực thi Cũng có số ngôn ngữ lập trình loại có phần mở rộng hỗ trợ cho phép viết chương trình xử lý thời gian thực cách can thiệp trực tiếp vào phần cứng mà không thông qua ngôn ngữ lập trình chạy 57 Một số hệ thống thời gian thực viết từ ngôn ngữ lập trình kinh điển C cung cấp thêm thư viện hàm hỗ trợ xử lý thời gian thực, yếu tố thời gian thực lúc chia sẻ ngôn ngữ lập trình hệ thông thời gian thực chạy Ngày có nhiều ngôn ngữ lập trình hỗ trợ viết chương trình xử lý thời gian thực, ví dụ Ada chuyên lĩnh vực quân sự, Java vốn thiết kế để dùng hệ thống nhúng thiết bị dân dụng, truyền thông Java có chế hỗ chợ đa nhiệm riêng không phụ thuộc vào hệ điều hành C,C+ hỗ chợ thư viện hàm chế sử lý thời gian thực theo nhiều hệ điều hành hỗ chợ thời gian thực khác Trong báo cáo ngôn ngữ lập trình quan tâm đến ngôn ngữ C#.NET dùng để phát triển hệ điều khiển đèn giao thông thời gian thực môi trường hệ điều hành Windows (32 bit) Microsoft cung cấp 3.3 Triển khai ứng dụng Những chức chương trình: Giao diện 1: Giao diện mở đầu chương trình: 58 Giao diện 2: Giao diện chức lựa chọn chương trình: Giao diện 3: Giao diện chức chương trình: 59 Giao diện 4: Giao diện chức khởi tạo thời gian chuyển đổi đèn : Giao diện 5: Chuyển đổi pha đèn giao thông tình bình thường (không xảy tải – không vượt mức số lượng xe lưu thông quy định), đèn DONGTAY bật màu Đỏ, đèn NAM-BAC bật màu Xanh, thời gian chuyển đổi 8s 60 Giao diện 6: Chuyển đổi pha đèn giao thông tình bình thường (không xảy tải – không vượt mức số lượng xe lưu thông quy định), đèn DONGTAY bật màu Xanh, đèn NAM-BAC bật màu Đỏ, thời gian chuyển đổi 5s Giao diện 7: Chuyển đổi pha đèn giao thông tình bình thường (không xảy tải – không vượt mức số lượng xe lưu thông quy định), đèn DONG-TAY bật màu Vàng, đèn NAM-BAC bật màu Đỏ, thời gian chuyển đổi 2s 61 Giao diện 8: Chuyển đổi pha đèn tình nhận tín hiệu tải đường NAM-BẮC (lúc đèn NAM-BẮC pha đỏ liền trước), đèn NAMBẮC chuyển màu xanh, đèn ĐÔNG-TÂY chuyển màu đỏ, thời gian chờ pha đèn tăng theo số lượng xe tải Giả sử đặt mốc 50 xe mức bình thường (không xảy tải), tải 10 xe thời gian chờ pha tăng thêm 5s 62 63 KẾT LUẬN Kết đạt Để tài “Phân tích thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh thời gian thực ngã tư” đạt yêu cầu đề ban đầu cụ thể là:  Nghiên cứu tổng quan hệ thời gian thực  Nghiên cứu tập trung vào yêu cầu ràng buộc thời gian hệ thống thời gian thực  Nghiên cứu bước để mô hình hóa hệ thống, trọng tâm ý đến mô hình hóa hệ thống mang tính thời gian thực  Nghiên cứu quy trình phân tích thiết kế hướng đối tượng hệ thống thời gian thực với công cụ thiết kế ngôn ngữ mô hình hóa thống UML  Triển khai toán “Áp dụng bước xây dựng mô hệ thống thời gian thực điều khiển đèn giao thông ngã tư với C#.Net ” với đặc điểm sau:  Thu thập thông tin, phân tích thông tin, xác định đối tượng, xây dựng mô hình động cho thấy thuận lợi hướng khả thi ứng dụng UML để phân tích thiết kế hệ thống thời gian thực  Hệ thống mô đèn giao thông an toàn, áp dụng vào việc mô điều khiển đèn giao thông thực tế Hướng nghiên cứu  Tiếp tục nghiên cứu phát triển hệ thống để khai thác cách sâu sắc vấn đề lý thuyết, công nghệ phân tích thiết kế hướng đối tượng hệ thống phần mềm  Cài đặt hoàn thiện hệ thống ngôn ngữ C#.net đưa hệ thống vào sử dụng thực tế  Kết hợp với thiết bị phần cứng thiết kế hệ thống nhúng thời gian thực  Thời gian chuyển đổi hệ thống thiết kế theo sở liệu thời gian thực  Cải tiến thuật toán để giảm độ phức tạp tối ưu hóa hệ thống  Từng bước xây dựng phát triển điều hành thời gian thực 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đoàn Thiện Ngân, Huỳnh Văn Đức, Hoàng Đức Hải, Giáo trình nhập môn UML, NXB Lao động - Xã hội, 2003 [2] Nguyễn Trung Kiên, Hệ điều hành thời gian thực hướng nghiên cứu ứng dụng viễn thông Hội nghị khoa học lần thứ VI, Học viện công nghệ bưu viễn thông [3] Quỳnh Nguyễn, Ngôn ngữ mô hình hoá UML - Theo NET Việt Nam, http://net.chungta.com [4] Trần Duy Hòa, Hệ thống thời gian thực khái niệm sở http://www.ebooks.vdcmedia.com [5] Phạm Hưu Khang - C#.NET 2005 – Tập 1,2,3,4 - Nhà Xuất Lao động xã hội -2007 [6] Đoàn Văn Ban - Phân tích thiết kế hướng đối tượng UML - Nhà Xuất Bản Khoa học kỹ thuật - 2005 [7] Phạm Hữu Khang, Phương Lan - Kỹ thuật lập trình ứng dụng C#.Net Toàn tập-Tập 1, 2, - Nhà Xuất Bản Lao động xã hội – 2003 [8] Nguyễn Mạnh Đức – Nghiên cứu ngôn ngữ mô hình hóa thống UML để mô hình hóa hệ thống thông tin – Đại Học Sư Phạm, Đại Học Thái Nguyên 65 [...]... các hệ thống điều khiển là hệ thời gian thực Ngược lại, một số lớn các hệ thống thời gian thực là các hệ thống điều khiển Không có hệ thống điều khiển nào có thể hoạt động bình thường nếu như nó không đáp ứng được các yêu cầu về thời gian, bất kể là hệ thống điều khiển nhiệt độ, điều khiển áp suất, điều khiển lưu lượng hay điều khiển chuyển động Một bộ điều khiển phải đưa ra được tín hiệu điều khiển. .. lịch trình Hệ thời gian thực /hệ nhúng được thiết kế sao cho các dáp ứng về mặt thời gian là thực đối với các sự kiện xả ra trên thế giới thật Các sự kiện này xảy ra trên thế giới thực có thể có thời điểm kết thúc trước ngay cả hệ nhúng /hệ thời gian thực phải đáp ứng và cơ chế lập lịch của hệ RTOS phải xác định được thời điểm kết thúc mà nó phải gặp Mỗi hệ thống điều khiển là một hệ thời gian thực Có thể... khiển kịp thời sau một thời gian nhận được tín hiệu đo để đưa quá trình kỹ thuật về trạng thái mong muốn Một mạng truyền thông trong một hệ thống điều khiển có tính năng thời gian thực phải có khả năng truyền tin một cách tin cậy và kịp thời đối với các yêu cầu của các bộ điều khiển, các thiết bị vào/ra, các thiết bị đo và thiết bị chấp hành Tính năng thời gian thực của một hệ thống điều khiển phân tán... tán không chỉ phụ thuộc vào tính năng thời gian thực của từng thành phần trong hệ thống, mà còn phụ thuộc vào sự phối hợp hoạt động giữa các thành phần đó 1.2 Yêu cầu của các hệ thống thời gian thực 1.2.1 Xử lý thời gian thực Xử lý thời gian thực là hình thức xử lý thông tin trong một hệ thống để đảm bảo tính năng thời gian thực của nó Như vậy, xử lý thời gian thực cũng có các đặc điểm tiêu biểu nêu... đến thời gian thực hiện công việc đó sẽ lớn hơn thời gian thực thụ thực hiện tiểu trình Câu hỏi đặt ra là làm thế nào những công việc có thể thực thi một cách hoàn chỉnh trong thời gian bị hạn chế Câu trả lời đó là cơ chế điều phối quá trình được xem xét ở phần sau 1.3.2 Các hệ thống thời gian thực Các RTS thường được phân thành hai loại chính tùy thuộc vào ràng buộc thời gian: Hệ thống thời gian thực. .. việc thực hiện các đặc điểm đó  Hệ thống lớn và phức tạp Lượng thông tin đầu vào của các hệ thống thời gian thực thường lớn Tốc độ của các thông tin này không ổn định, thất thường, trong khi đó hệ thống lại đòi hỏi chúng được xử lý trong một khoảng thời gian xác định trước Và bởi thông tin đầu vào đa dạng với mục đích mô phỏng các thực thể của thế giới thực Vì vậy, cấu trúc của hệ thống thời gian thực. .. thực mềm và Hệ thống thời gian thực cứng Hệ thống thời gian thực mềm: đó là hệ thống mà thời gian trả lời cho các yếu tố kích thích là quan trọng, tuy nhiên trong trường hợp ràng buộc bị vi phạm, tức là thời gian trả lời của hệ thống vượt quá giới hạn trễ cho phép (deadlines) hoặc nói cách khác đó là giới hạn thời gian không thỏa mãn tính đúng đắn của chương trình, trong trường hợp đó hệ thống vẫn cho... HĐH hỗ trợ xử lý thời gian thực 14 Chương 2 ỨNG DỤNG UML ĐỂ PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC Chương này sẽ giới thiệu khái quát về các cấu trúc của mô hình tĩnh và mô hình động của ngôn ngữ mô hình hợp nhất UML, áp dụng những sơ đồ để thiết kế mô hình doanh nghiệp, cũng như đáp ứng được những ràng buộc khắt khe về thời gian, tuần tự thông điệp để thiết kế mô hình thời gian thực Đưa ra các... đại, tinh vi, thời gian xử lý nhanh, phải cho kết quả chính xác trong thời gian bị thúc ép nhanh nhất RTOS thường sử dụng một đồng hồ hệ thống có cho kỳ ngắt nhỏ vào khoảng vài micro giây để thực hiện điều phối các tiến trình Hệ điều hành thời gian thực thực hiện đa nhiệm cũng với nguyên lý trên nhưng các đối tư ng của nó thì rất khác so với các đối tư ng của hệ không phải thời gian thực Sự khác biệt... hồ thời gian thực: Cung cấp thông tin thời gian thực + Bộ điều khiển ngắt: Quản lý các biến cố không theo chu kỳ + Bộ định biểu: Quản lý các quá trình thực hiện + Bộ quản lý tài nguyên: Cung cấp các tài nguyên máy tính + Bộ điều khiển thực hiện: Khởi động các tiến trình  Đặc điểm tiêu biểu của một hệ thống thời gian thực: * Tính bị động: Hệ thống phải phản ứng với các sự kiện xuất hiện vào các thời ... dụng hệ thống thời gian thực, dùng công nghệ để phân tích, thiết kế ứng dụng hệ thống thời gian thực Đề tài Phân tích thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh thời gian thực ngã tư. .. định thời điểm kết thúc mà phải gặp Mỗi hệ thống điều khiển hệ thời gian thực Có thể nói, tất các hệ thống điều khiển hệ thời gian thực Ngược lại, số lớn hệ thống thời gian thực hệ thống điều khiển. .. trình thời gian thực Tại Việt Nam, ứng dụng hệ thống thời gian thực sử dụng hệ thống điều khiển máy bay, hệ thống điều khiển Rada quân sự, hệ thống mổ nội soi y tế, đa số hệ thống thời gian thực