Đang tải... (xem toàn văn)
Như chúng ta đã biết an toàn giao thông là vấn đề mà toàn xã hội hết sức quan tâm hiện nay, đa số các vụ tai nạn giao thông xảy ra chủ yếu là do ý thức chấp hành luật lệ ATGT của người tham gia giao thông chưa tốt như phóng nhanh vượt ẩu, lấn làn đường, vượt đèn đỏ...Qua thực tế quan sát ở ngã tư giao thông gần trường học và một số ngã tư giao thông khác nhóm tác giả thấy rất nhiều người tham gia giao thông vượt đèn đỏ vi phạm luật lệ ATGT gây nguy hiểm tại các nút giao thông.Từ thực trạng trên nhóm tác giả nảy sinh ý tưởng làm như thế nào để có một hệ thống điều khiển tại các nút ngã tư giao thông ngoài các chức năng như hiện có nhưng có thể tăng cường việc cảnh báo, nhắc nhở cho người tham gia giao thông chấp hành luật ATGT tốt hơn đồng thời hệ thống có thể tự động ghi lại hình ảnh của những người vượt đèn đỏ vi phạm luật lệ ATGT để cơ quan quản lý có biện pháp xử lí. Với ý tưởng đó nhóm tác giả thực hiện dự án nghiên cứu Mô hình đèn giao thông thông minh.Từ khóa. Hệ thống đèn giao thông, Đèn tín hiệu giao thông, Cảnh báo an toàn giao thông…
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀ KỸ THUẬT SỐ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐÈN GIAO THƠNG THÔNG MINH SV Nguyễn Văn Tâm; Nguyễn Hữu Khang; Hà Văn Quang1 Th.S Trương Vĩnh Tuấn2 Sinh viên Lớp KT Điện-Điện tử K56&K57, Trường Đại học Quảng Bình Trưởng khoa Điện, Trường Cao đẳng Nghề Quảng Bình, Email: vinhtuan1977@gmail.com Tóm tắt Như biết an toàn giao thơng vấn đề mà tồn xã hội quan tâm nay, đa số vụ tai nạn giao thông xảy chủ yếu ý thức chấp hành luật lệ ATGT người tham gia giao thơng chưa tốt phóng nhanh vượt ẩu, lấn đường, vượt đèn đỏ Qua thực tế quan sát ngã tư giao thông gần trường học số ngã tư giao thơng khác nhóm tác giả thấy nhiều người tham gia giao thông vượt đèn đỏ vi phạm luật lệ ATGT gây nguy hiểm nút giao thơng Từ thực trạng nhóm tác giả nảy sinh ý tưởng làm để có hệ thống điều khiển nút ngã tư giao thơng ngồi chức có tăng cường việc cảnh báo, nhắc nhở cho người tham gia giao thông chấp hành luật ATGT tốt đồng thời hệ thống tự động ghi lại hình ảnh người vượt đèn đỏ vi phạm luật lệ ATGT để quan quản lý có biện pháp xử lí Với ý tưởng nhóm tác giả thực dự án nghiên cứu "Mơ hình đèn giao thông thông minh" Từ khóa Hệ thống đèn giao thơng, Đèn tín hiệu giao thơng, Cảnh báo an tồn giao thơng… I ĐẶT VẤN ĐÊ Mục tiêu nghiên cứu Tạo hệ thống điều khiển giao thơng hoạt động tự động đáp ứng yêu cầu: 1.1 Hệ thống đèn báo hiệu a Đèn báo hiệu giao thông: Xanh, đỏ, vàng ; đồng hồ đếm ngược hiển thị thời gian cho người tham gia giao thông biết thời gian đèn tín hiệu xanh đỏ; đèn tín hiệu dành cho người nút giao thơng bình thường b Hệ thống đèn dẫn người tham gia giao thông 1.2 Hệ thống phát người vi phạm giao thông Khi người tham gia giao thông chấp hành luật giao thơng hệ thống hoạt động bình thường, camera chưa hoạt động Nhưng có người vượt đèn đỏ vi phạm giao thơng camera ghi lại hình ảnh lưu trử vào nhớ 1.3 Các yêu cầu kĩ thuật - Mạch điều khiển phải hoạt động xác, tác động nhanh, nhỏ gọn, giá thành thấp - Mạch điện áp dụng rộng rải cho nút giao thông Đối tượng nghiên cứu Dùng vi xử lý loại AT89S52 điều khiển hệ thống đèn tín hiệu xanh, đỏ, vàng; đèn tín hiệu dành cho người bộ; dãy đèn dẫn người tham gia giao thông; đồng hồ đếm ngược thời gian điều khiển camera ghi lại hình ảnh vi phạm vượt đèn đỏ nút giao thông Nội dung nghiên cứu * Nghiên cứu lí thuyết: - Cơ chế điều khiển đèn tín hiệu nút ngã tư giao thơng - Bổ sung thêm vào hệ thống dãy đèn dẫn người camera tự động ghi lại hình ảnh người vượt đèn đỏ vi phạm ATGT - Tìm hiểu phần mềm ứng dụng : phần mềm lập trình ledimm pro, phần mềm mơ mạch điện, phần mềm thiết kế mạch in - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lí làm việc linh kiện điện tử * Nghiên cứu thực hành: Lắp ráp mạch điều khiển dùng vi xử lí từ linh kiện, thiết bị theo mạch nguyên lí Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Trên sở tổng quan tài liệu liên quan đến dự án, tơi tiến hành tìm hiểu, phân tích, đánh giá để đưa sở lí thuyết dự án cách xác - Nghiên cứu thực nghiệm: Từ lí thuyết nghiên cứu được, tơi tiến hành thực nghiệm đo đạc thông số kỹ thuật thiết bị, tìm hiểu ưu nhược điểm loại thiết bị hướng khắc phục Từ đó, tiến hành xây dựng, lắp ráp mạch điều khiển tốt II THIẾT KẾ NÚT ĐIÊU KHIỂN GIAO THÔNG THÔNG MINH * Quy trình thực để thiết kế mạch - Tìm hiểu cách thiết kế mạch điện tử gồm: Trung tâm điều khiển mạch vi xử lí khối chức khác nhận lệnh từ vi xử lí để tác động cấu chấp hành liên quan - Xây dựng sơ đồ khối mạch điều khiển, sở thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch - Tìm hiểu vi xử lí AT89S52 dùng phần mềm Ledmin lập trình cho vi xử lí - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động linh kiện, thiết bị điện, điện tử liên quan đến mạch điều khiển như: Các IC đếm IC giải mã, LED đoạn, cảm biến hồng ngoại, Tranzito, mạch tạo dao động thạch anh, Rơ le điện từ nguyên lí hoạt động mạch điều khiển * Thiết kế phần cứng - Vẽ phần cứng thiết kế phần mềm ISIS Professional để mô phần cứng chạy u cầu hay chưa - Khi mơ hồn thành, sử dụng phần mềm chuyên dụng Orcad để thiết kế mạch in dựa nguyên lý phần cứng mô - In phần cứng thiết kế giấy in chuyên dụng - Tiến hành rửa mạch in in - Với bo đồng rửa, tiến hành hàn gắn thiết bị lên bo mạch - Sau phần cứng hoàn thành, kiểm tra an toàn, gắn vi điều khiển, tiến hành cấp nguồn để chạy thử - Nâng cấp, cải tiến để áp dụng vào thực tiễn - Kiểm tra giải vấn đề nảy sinh III KẾT QUẢ THỰ HIỆN * Về cấu tạo, hoạt động thông số kỹ thuật linh kiện: 1.Vi xử lí AT89S52: Với ý tưởng hệ thống phải có trung tâm điều khiển kiểm sốt tồn hoạt động hệ thống Sau thời gian tìm hiểu mạng internet, sách báo giúp đỡ, hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn nhóm tác giả biết để có trung tâm điều khiển đáp ứng yêu cầu mà đặt phải dùng mạch vi xử lí sau phải nạp chương trình làm việc đặt cho vi xử lí Do chưa biết nhiều vi xử lí chưa làm quen nhiều ngơn ngữ lập trình, nhiên giúp đỡ thầy giáo nhóm tác giả dùng vi xử lí AT89S52 nạp chương trình làm việc cho vi xử lí phần mềm lập trình hình ảnh Ledimm pro với yêu cầu đặt sau: a Điều khiển hệ thống đèn báo hiệu - Phải đưa lệnh cho đèn báo hiệu giao thông: Xanh, đỏ, vàng hai tuyến đường, đèn luân phiên sáng theo thứ tự xanh, vàng, đỏ với thời gian đèn xanh 19 giây, đèn vàng giây, đèn đỏ 22 giây - Đưa lệnh cho đèn xanh dành cho người đèn 22 giây - Đưa lệnh để điều khiển đồng hồ hiển thị thời gian đếm ngược cho đèn xanh từ 19 giây 0, đèn vàng từ giây 0, đèn đỏ từ 22 giây - Hệ thống đèn dẫn người tham gia giao thơng + Khi đèn xanh đưa lệnh để điều khiển dãy đèn xanh chạy đuổi liên tục để báo hiệu cho người tham gia giao thông biết phép + Khi đèn vàng bật sáng đưa lệnh để điều khiển dãy đèn xanh chạy chậm lại lúc người tham gia giao thông biết hết quyền đi, chuẩn bị dừng lại + Khi đèn đỏ bật sáng đưa lệnh để điều khiển dãy đèn xanh chuyển sang màu đỏ đèn dừng lại, tiếp đèn thứ 2, thứ đèn cuối nhằm thông báo cho người tham gia giao thông dừng lại theo dẩn, + Khi đèn tín hiệu chuyển sang màu xanh đưa lệnh để điều khiển dãy đèn đỏ chuyển sang màu xanh chạy liên tục, thông báo cho người tham gia giao thông biết quyền b Điều khiển hệ thống phát người vi phạm giao thông - Khi người tham gia giao thông chấp hành luật giao thơng hệ thống hoạt động bình thường, camera chưa hoạt động - Khi có người vượt đèn đỏ vi phạm giao thông: Các cảm biến hồng ngoại phát đưa tín hiệu khối vi xử lí, khối vi xử lí đưa tín hiệu điều khiển tác động camera ghi lại hình ảnh lưu trử vào nhớ c Tạo xung nhịp cho mạch đếm thời gian d Ý nghĩa chân vi điều khiển: + Chân 1: Cổng P1.0: Clock_ Tạo xung nhịp cho đếm (bộ hiển thị) làm việc + Chân 2: Cổng P1.1: PL_ Lệnh set đếm kênh + Chân 3: Cổng P1.2: A_ Set bit cho mã BCD đếm hàng đơn vị kênh + Chân 4: Cổng P1.3: B_ Set bit cho mã BCD đếm hàng đơn vị kênh + Chân 5: Cổng P1.4: D_ Set bit cho mã BCD đếm hàng đơn vị kênh + Chân 6: Cổng P1.5: A_ Set bit cho mã BCD đếm hàng chục kênh + Chân 7: Cổng P1.6: B_ Set bit cho mã BCD đếm hàng chục kênh + Chân 8: Cổng P1.7: D_ Set bit cho mã BCD đếm hàng chục kênh + Chân 9: Chân RESET vi điều khiển + Chân 10: Cổng P3.0: PL_ Lệnh set đếm kênh + Chân 11: Cổng P3.1: A_ Set bit cho mã BCD đếm hàng đơn vị kênh + Chân 12: Cổng P3.2: B_ Set bit cho mã BCD đếm hàng đơn vị kênh + Chân 13: Cổng P3.3: D_ Set bit cho mã BCD đếm hàng đơn vị kênh + Chân 14: Cổng P3.4: A_ Set bit cho mã BCD đếm hàng chục kênh + Chân 15: Cổng P3.5: B_ Set bit cho mã BCD đếm hàng chục kênh + Chân 16: Cổng P3.6: D_ Set bit cho mã BCD đếm hàng chục kênh + Chân 17: Cổng P3.7: Led dẫn kênh + Chân 18: XTAL1: Chân dao động thạch anh + Chân 19: XTAL2: Chân dao động thạch anh + Chân 20: Chân nguồn âm vi điều khiển, nối mass + Chân 21: Cổng P2.0: Led dẫn kênh + Chân 22: Cổng P2.1: Led dẫn kênh + Chân 23: Cổng P2.2: Led dẫn kênh + Chân 24: Cổng P2.3: Led dẫn kênh + Chân 25: Cổng P2.4: Led dẫn kênh + Chân 26: Cổng P2.5: Led dẫn kênh + Chân 27: Cổng P2.6: Led dẫn kênh + Chân 28: Cổng P2.7: Led dẫn kênh + Chân 29: Chân PSENT vi điều khiển: Không dùng + Chân 30: Chân ALE vi điều khiển: Không dùng + Chân 31: Chân EA vi điều khiển: Không dùng + Chân 32: Cổng P0.7: Led dẫn kênh + Chân 33: Cổng P0.6: Led dẫn kênh + Chân 34: Cổng P0.5: Led dẫn kênh + Chân 35: Cổng P0.4: Led dẫn kênh + Chân 36: Cổng P0.3: Led dẫn kênh + Chân 37: Cổng P0.2: Điều khiển đèn kênh + Chân 38: Cổng P0.1: Điều khiển đèn kênh + Chân 39: Cổng P0.0: Không dùng + Chân 40: Chân nguồn dương vi điều khiển, nối VCC 5V Khối hiển thị: - Đồng hồ đếm ngược: dùng tuyến đường + Dùng IC 74192 : nhận lệnh từ vi xử lý để đếm đưa tín hiệu đến IC 4511 + Dùng IC 4511 : giải mã tín hiệu từ IC 74192 để hiển thị số LED đoạn VCC VCC +5V +5V 16 16 IC IC GND GND IC1 74192 15 10 +5V 11 14 7 12 C BO13 O +5V A B C D UP DN LD RS IC2 4511 A B C D LT BI LE 13 A 12 B 11 C D 10 E F 15 G 14 R 13 A 12 B 11 C D 10 E F 15 G 14 R GND VCC VCC +5V +5V 16 16 IC IC GND GND IC1 74192 15 10 +5V 11 14 A B C D UP DN LD RS 7 12 C BO13 O +5V GND IC2 4511 A B C D LT BI LE Sơ đồ đếm gồm hai số hàng đơn vị hàng chục - Xung cloock vi xử lí tạo đưa vào chân số (DN) - Chân LD (nhận tín hiệu từ vi xử lí) chân dùng để load số cần đặt Nó hoạt động mức ( Tức muốn load số đếm mà đặt đưa vào chân 11 0V) mạch hoạt động bình thường chân 11 5V Dao động thạch anh Để chạy câu lệnh vi điều khiển, ta cần tạo xung nhịp Tần số xung nhịp phụ thuộc vào thạch anh gắn chân 18, 19 Với thạch anh 12MHz, ta có xung nhịp 1MHz, chu kỳ lệnh 1us Để tăng độ ổn định tần số, người ta dùng thêm tụ nhỏ C6, C7 (33pF x2), tụ bù nhiệt ổn tần Cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại Led phát phát tia hồng ngoại Khi có vật cản tia hồng ngoại phản xạ trở lại Led thu nhận tín hiệu hồng ngoại Led phát đưa tín hiệu mạch khuếch điều khiển thiết bị rơ le, còi báo Mơ phỏng: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị Mạch in mạch điều khiển Mạch điều khiển hiển thị Mơ hình nút giao thơng thơng minh + Nguyên lí hoạt động: a Điều khiển hệ thống đèn báo hiệu - Đèn tín hiệu xanh, đỏ, vàng : Khi cấp nguồn mạch hoạt động vi xử lí đưa lệnh cho đèn báo hiệu giao thông: Xanh, đỏ, vàng đèn luân phiên sáng theo thứ tự xanh, vàng, đỏ với thời gian đèn xanh 19 giây, đèn vàng giây, đèn đỏ 22 giây - Đèn tín hiệu dành cho người bộ: Khi đèn tín hiệu chuyển sang màu đỏ, người tham gia giao thông dừng lại Lúc vi xử lý đưa lệnh cho đèn xanh dành cho người bật sáng thời gian 22 giây Khi đèn tín hiệu chuyển sang màu xanh, người tham gia giao thông phép Lúc vi xử lý đưa lệnh cho đèn đỏ dành cho người bật sáng thời gian 19 giây - Đưa lệnh để điều khiển đồng hồ hiển thị thời gian đếm ngược cho đèn xanh từ 19 giây 0, đèn vàng từ giây 0, đèn đỏ từ 22 giây - Hệ thống dãy đèn dẫn người tham gia giao thơng + Khi đèn xanh đưa lệnh để điều khiển dãy đèn xanh chạy đuổi liên tục để báo hiệu cho người tham gia giao thông biết phép + Khi đèn vàng bật sáng đưa lệnh để điều khiển dãy đèn xanh chạy chậm lại lúc người tham gia giao thông biết hết quyền đi, chuẩn bị dừng lại + Khi đèn đỏ bật sáng đưa lệnh để điều khiển dãy đèn chuyển sang màu đỏ đèn dừng lại, tiếp đèn thứ 2, thứ đèn cuối nhằm thông báo cho người tham gia giao thơng dừng lại theo dẩn, + Khi đèn tín hiệu chuyển sang màu xanh đưa lệnh để điều khiển dãy đèn đỏ chuyển sang màu xanh chạy liên tục, thông báo cho người tham gia giao thông biết quyền Thông qua trạng thái màu sắc dãy đèn dẫn, người tham gia giao thông biết quyền hay hết quyền phải dùng lại cách xa nút giao thông giúp người tham gia giao thông điều tiết vận tốc hợp lí, đồng thời thơng báo cho người tham gia giao thơng biết tình trạng nút giao thơng góp phần nâng cao ý thức chấp hành luật lệ giao thông cho người b Điều khiển hệ thống phát người vi phạm giao thông - Khi người tham gia giao thông chấp hành luật giao thơng hệ thống hoạt động bình thường, camera chưa hoạt động - Khi có người vượt đèn đỏ vi phạm giao thông: Các cảm biến hồng ngoại phát đưa tín hiệu khối vi xử lí, khối vi xử lí đưa tín hiệu điều khiển tác động camera ghi lại hình ảnh lưu trử vào nhớ IV KẾT LUẬN Qua thời gian tích cực nghiên cứu dự án hồn thành Nhóm tác giả tạo mạch điều khiển hệ thống giao thông đáp ứng yêu cầu đặt Đề tài hoàn thành nỗ lực lớn nhóm tác giả Tuy nhiên, nhóm tác giả sinh viên bắt đầu làm quen với công việc nghiên cứu khoa học kỹ thuật, sáng chế sản phẩm kỹ thuật công việc khó khăn tốn Vì nhóm tác giả mong nhận thông cảm, động viên đóng góp ý kiến từ Q Thầy giáo, hội đồng khoa học nhà trường ban ngành bạn bè, đọc giả để đề tài ngày hồn thiện Chúng tơi xin chân thành cảm ơn! ... thống phát người vi phạm giao thông - Khi người tham gia giao thông chấp hành luật giao thơng hệ thống hoạt động bình thường, camera chưa hoạt động - Khi có người vượt đèn đỏ vi phạm giao thông: Các... trạng nút giao thơng góp phần nâng cao ý thức chấp hành luật lệ giao thông cho người b Điều khiển hệ thống phát người vi phạm giao thông - Khi người tham gia giao thông chấp hành luật giao thơng... dẫn nhóm tác giả biết để có trung tâm điều khiển đáp ứng yêu cầu mà đặt phải dùng mạch vi xử lí sau phải nạp chương trình làm vi c đặt cho vi xử lí Do chưa biết nhiều vi xử lí chưa làm quen nhiều