Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu full sourse code PIC18f4520 và mô hình; Sử dụng trình dịch MCC18 và MPLAB IDE full sourse code; Có mô hình và layout mạch :D Chúc các bạn có giây phút vui vẻ đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển” để làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp. Đồ án được bố cục thành 4 chương: Chương 1: Khảo sát các nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy. Chương 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển đèn giao thông. Chương 3: Giới thiệu về vi điều khiển và PIC18F4520. Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông thông minh. Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, cùng với điều kiện làm việc còn nhiều thiếu thốn, thị trường linh kiện hạn hẹp cũng như kinh nghiệm làm việc, kiến thức còn hạn chế nên sản phẩm của em còn rất nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè để sản phẩm của Em ngày càng hoàn thiện hơn.
LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, xã hội ngày văn minh đại, đô thị ngày lên Nhu cầu giao thông ngày trở nên cấp thiết, khu vực thành thị Do nhu cầu đời sống người, đặc biệt nhu cầu lại, loại phương tiện giao thơng tăng cách chóng mặt Riêng Việt Nam số lượng xe máy năm qua tăng cách đột biến, mật độ xe lưu thông đường ngày nhiều, hệ thống đường xá Việt Nam nhiều hạn chế nên thường gây tượng kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt tai nạn giao thông ngày phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều người Vì lý luật giao thơng đời đưa vào sử dụng Trong hệ thống đèn giao thơng cơng cụ điều khiển giao thơng cơng cộng thực tế có hiệu quả, vai trò lớn việc đảm bảo an tồn giảm thiểu tai nạn giao thơng Xuất phát từ thực tế này, khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, hướng dẫn tận tình ThS Đặng Cẩm Thạch Em định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển” để làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp Đồ án bố cục thành chương: Chương 1: Khảo sát nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển đèn giao thông Chương 3: Giới thiệu vi điều khiển PIC18F4520 Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông thông minh Do thời gian thực đề tài có hạn, với điều kiện làm việc nhiều thiếu thốn, thị trường linh kiện hạn hẹp kinh nghiệm làm việc, kiến thức hạn chế nên sản phẩm em nhiều thiếu sót Em mong nhận quan tâm, đóng góp ý kiến thầy cô, bạn bè để sản phẩm Em ngày hồn thiện Để hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo trường Đại Công Nghiệp Hà Nội nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Điện tử , đặc biệt ThS Đặng Cẩm Thạch – người tận tình bảo giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn đến tất bạn bè, gia đình động viên giúp đỡ em nhiều để em hồn thành cơng việc Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC NÚT GIAO THÔNG TỪ NGÃ TƯ SỞ TỚI CẦU GIẤY 1.1 Thực trạng nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy 1.2 Các phương án điều khiển đèn giao thông ý nghĩa điều khiển đèn giao thơng theo “Làn sóng xanh” 1.3 Xác định toán 11 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 14 ĐÈN GIAO THÔNG 14 2.1 Nguyên tắc hoạt động đèn giao thông 14 2.2 Một số linh kiện mạch .16 2.3 Phương pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thơng 25 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ PIC18F4520 27 3.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 27 3.2 Vi điều khiển PIC18F4520 29 56 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG 57 4.1 Sơ đồ khối 57 4.2 Thiết kế mạch 58 4.3 Sơ đồ thuật toán 62 N 62 .62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67 Tài liệu tham khảo 68 Phụ lục 68 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh nút giao thơng ngã tư Lê Văn Lương - Láng Hình 1.2 Hình ảnh nút giao thơng ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí Thanh .7 Hình 1.3 Khảo sát sơ ngã tư 10 Hình 1.4 Sơ đồ mô hoạt động hệ thống đèn giao thông 12 Hình 2.1 Mơ hình đèn giao thơng ngã tư 14 Hình 2.2 Giản đồ thời gian hoạt động đèn .15 Hình 2.3 Hình ảnh cấu tạo tụ .16 Hình 2.4 Ký hiệu hình dạng thực tế tụ hóa 17 Hình 2.5 Ký hiệu hình dạng thực tế tụ gốm 17 Hình 2.6 Ký hiệu vào hình ảnh thực tế cuộn dây 17 Hình 2.7 Ký hiệu hình ảnh thực tế cuộn dây lõi sắt bụi .18 Hình 2.8 Ký hiệu điện trở 18 Hình 2.9 Các loại điện trở có giá trị cố định .18 Hình 2.10 Ký hiệu hình ảnh Điot 19 Hình 2.11 Ký hiệu hình ảnh thực tế LED 19 Hình 2.12 Ký hiệu loại anode cathode led .19 Hình 2.13 Chip đồng hồ thời gian thực DS 1307 20 Hình 2.14 cấu tạo DS 1307 21 Hình 3.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển pic18F4520 30 Hình 3.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic18F4520 31 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc nhớ liệu pic 18F4520 .34 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc ghi pic 18F4520 35 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc ngắt 36 Hình 3.6 Sơ đồ khối ADC pic 18F4520 .53 Hình 4.1 Sơ đồ khối mạch 57 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý 59 Hình 4.3 Sơ đồ mạch in .60 Hình 4.4 Hình ảnh mơ 3D .60 Hình 4.5 Hình ảnh thực tế 61 Hình 4.6 Sơ đồ giải thuật chương trình 62 Hình 4.7 Sơ đồ giải thuật chế độ thấp điểm .64 Hình 4.8 Sơ đồ giải thuật chế độ cao điểm 65 Hình 4.9 Sơ đồ giải thuật chế độ nghỉ 66 Từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tên tiếng anh Tên tiếng việt A ALU Arithmetic-Logic Unit Đơn vị logic số học E EA External Access Truy cập bên I IC IE IP Intergrated Circuit Interrupt Interrupt Priority Vi mạch tích hợp Cho phép ngắt Thanh ghi ngắt O OV Over Flag Cờ tràn P PSW Program Status Word PSEN Program Store Enable Thanh ghi từ trạng thái chương trình Tín hiệu ngõ RAM R Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ROM RST Read Only Memory Reset Bộ nhớ đọc Reset SFR S Special Function Register Thanh ghi có chức đặc biệt CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC NÚT GIAO THÔNG TỪ NGÃ TƯ SỞ TỚI CẦU GIẤY 1.1 Thực trạng nút giao thông từ Ngã Tư Sở tới Cầu Giấy 1.1.1 Nút giao thông ngã tư Lê Văn Lương – Láng Hạ giao với đường Láng Chiều rộng mặt đường phía Lê Văn Lương – Láng Hạ 30m, đường Láng 22m Khoảng cách vạch cho người theo trục đường Láng khoảng 33m theo trục đường Lê Văn Lương 30,7m Hình 1.1 Hình ảnh nút giao thông ngã tư Lê Văn Lương - Láng Đường Lê Văn Lương đường Láng lối thuận chiều cho loại phương tiện thô sơ, xe máy, tơ….(trừ xe có trọng tải > 15 tấn) Ngã tư có hai trục đường kích thước hình học đối xứng nút giao thơng quan trọng thành phố 1.1.2 Nút giao thông ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí Thanh giao với đường Láng Chiều rộng mặt đường phía Trần Duy Hưng – Nguyễn Chí Thanh 28m, đường Láng 25m Khoảng cách vạch cho người theo trục đường Láng khoảng 32m theo trục đường Trần Duy Hưng – Nguyễn Chí Thanh 33m Hình 1.2 Hình ảnh nút giao thơng ngã tư cầu vượt Nguyễn Chí Thanh Đường Trần Duy Hưng – Nguyễn Chí Thanh đường Láng lối thuận chiều cho loại phương tiện thô sơ, xe máy, ô tô….(trừ xe có trọng tải > 15 tấn) Ngã tư có hai trục đường kích thước hình học đối xứng Làn đường rộng với nhiều xe chạy nên cột đèn tín hiệu giao thơng cao 3,8m, tín hiệu đèn giao thơng đặt đối diện nơi thuận tiện cho người điều khiển phương tiện thấy dễ dàng Các cụm đèn tín hiệu gồm đèn cho phương tiện người qua chiều bố trí theo hướng Nút giao thơng nút giao thông quan trọng thành phố, hướng chủ yếu phương tiện từ hướng Đại lộ Thăng Long vào nội thành Lượng xe qua ngã tư khơng có xe tải qua cầu vượt lượng xe con, xe khách phương tiện cơng cộng nhiều Nên nút thường xuyên xảy ách tắc vào buổi sáng chiều tan tầm Vì nên thành phố quan đưa giải pháp nhằm giảm ách tắc 1.2 Các phương án điều khiển đèn giao thông ý nghĩa điều khiển đèn giao thơng theo “Làn sóng xanh” 1.2.1 Phương pháp điều khiển đèn giao thông IC số Với mạch dùng IC số có ưu điểm sau: - Tổn hao cơng suất bé, mạch dùng pin acquy - Giá thành rẻ - Mạch đơn giản dễ thực Tuy nhiên sử dụng kỹ thuật số khó khăn việc thay đổi chương trình Muốn thay đổi yêu cầu chương trình buộc lòng 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 Phương pháp điều khiển đèn giao thông vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lí Ngồi ưu điểm liệt kê phương pháp dùng IC số phương pháp dùng kỹ thuật vi xử lý có ưu điểm sau: - Ta thay đổi chương trình cách linh hoạt việc thay đổi phần mềm phần cứng khơng thay đổi mà mạch dùng IC số thực mà thực cứng nhắc mà người cơng nhân khó tiếp cận, dễ nhầm - Số linh kiện để sử dụng mạch - Mạch đơn giản so với mạch dùng IC số Song phần cứng vi xử lý sử dụng CPU đơn chíp mà khơng có nhớ Ram, Rom, timer, hệ thống ngắt Nên việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn Do để khắc phục nhược điểm người ta thường dùng vi điều khiển 1.2.3 Phương pháp điều khiển đèn giao thơng vi điều khiển Ngồi ưu điểm có hai phương pháp trên, phương pháp có ưu điểm sau: - Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mô nhỏ, tiện lợi mà vi xử lý khơng thực - Nó giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý giao tiếp giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính - Do vi điều khiển có sử dụng timer, hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản, dễ thực - Phù hợp với kiến thức sinh viên 1.2.4 Phương pháp điều khiển đèn giao thông PLC Với phương pháp điều khiển PLC có ưu điểm sau: - Làm việc chắn, liên tục có tuổi thọ cao - Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng khơng có u cầu thêm bớt thiết bị xuất nhập - Có thể làm việc nhiều điều kiện khác - Hướng dẫn người sử dụng đơn giản - Thời gian hồn thành chu trình điều khiển nhanh (vài ms) Tuy phương pháp có nhiều ưu điểm vi xử lý việc áp dụng hệ thống nhỏ khơng thích hợp giá thành cao Ví dụ hệ thống đèn giao thông Hà Nội (Đèn đỏ ngã tư đường Láng giao với cầu vượt Nguyễn Chí Thanh) Hình 1.3 Khảo sát sơ ngã tư Với phương pháp nêu trên, em lựa chọn giải pháp điều khiển vi điều khiển phương pháp phù hợp tối ưu với đề tài 1.2.5 Ý nghĩa điều khiển đèn giao thông theo “Làn xanh” Như biết trở ngại giao thông ảnh hưởng đến người tham gia giao thơng lãng phí thời gian tiền bạc Mà tăng thêm chi phí xã hội cho hoạt động giao thơng Vì có nhiều phương án đưa số phương án điều khiển đèn giao thơng theo “làn xanh” Khái niệm “làn xanh” đề cập đến làm để phương tiện tham gia giao thơng gặp hai đèn xanh liên tiếp hai ngã tư liền Muốn phải thiết kế điều khiển tín hiệu giao thơng tập trung 10 void caodiem(void) { if(giay==0)giay=89; if(giay>=50) { lan1=lan3=giay-50; lan2=lan4=giay-45; PORTA=0B00100001;//L24 do, L13 Xanh WB2=WR1=1; WB1=WR2=0; } if(giay=45) { lan1=lan3=giay-45; lan2=lan4=giay-45; PORTA=0B00100010;//L24 do, L13 Vang WB2=WR1=1; WB1=WR2=0; } if(giay=5) { lan1=lan3=giay; lan2=lan4=giay-5; PORTA=0B00001100;//L24 xanh,L13 WB2=WR1=0; 76 WB1=WR2=1; } if(giay