chống ùn tắc giao thông tại các vùng ngoại ô sử dụng stm8

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA ĐIỆN  THIẾT LẬP DỰ ÁN CƠ SỞ ĐỀ TÀI: CHỐNG ÙN TẮC GIAO THÔNG TẠI CÁC VÙNG NGOẠI Ô SỬ DỤNG STM8 GVHD: Nguyễn Đức Toàn SVTH: Trần Anh Quang 15078131 Nguyễn Hoàng Minh Thống 15076471 Võ Linh Trúc 15080471 Phạm Bá Tường 15067871 TP.HỒ CHÍ MINH – NĂM 2018 LỜI CẢM ƠN Sau gần tháng thực thiết lập dự án kỹ thuật “CHỐNG ÙN TẮC GIAO THÔNG TẠI CÁC VÙNG NGOẠI Ô SỬ DỤNG STM8” hoàn thành số phần Lời em muốn nói em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy Ths Nguyễn Đức Tồn, khoa Điện chuyên ngành Điều khiển Tự động trường Đại học công nghiệp TP.HCM Dù bận rộn với công việc thầy dành thời gian để giúp đỡ động viên cung cấp kinh nghiệm thực tế, tài liệu liên quan cho chúng em suốt trình thực đề tài nghiên cứu khoa học Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Điện trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM tận tình giảng dạy suốt trình học nhận ý kiến góp ý Chính thầy xây dựng cho chúng em kiến thức tảng kiến thức chuyên mơn để hồn thiện đồ án cơng việc sau Em xin chân thành cảm ơn! Lời mở đầu Ngày nay, với phát triển kinh tế, thị hóa gia tăng cách nhanh chóng dẫn đến lượng giao thông phương tiện đô thị tăng theo Vì vậy, việc giải đảm bảo giao thông đô thị vô quan trọng Song song với phát triển đó, ngành kĩ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng để đưa người bước sang kỷ nguyên Trong số đó, ta khơng thể khơng nói đến kỹ thuật vi điều khiển Kỹ thuật vi điều khiển ứng dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật, đời sống xã hội Chúng ta biết đến số thiết bị kỹ thuật thiết bị tự động, thiết bị văn phòng thiết bị dùng hộ gia đình dùng vi điều khiển Muốn vận hành thiết bị cách tự động này, người hoàn thiện chuẩn giao tiếp để kết nối chúng lại với thực việc trao đổi thông tin, điều khiển cấu chấp hành cách thuận lợi Với kiến thức học kiến thức cập nhật, với nghiên cứu, hướng dẫn thầy giáo Đề tài chọn là: CHỐNG ÙN TẮC GIAO THÔNG TẠI CÁC VÙNG NGOẠI Ô SỬ DỤNG STM8 Mục Lục DẪN NHẬP 1.1 Giới thiệu, vấn đề bất cập .7 1.1.1 Tổng quan đề tài 1.1.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống đèn giao thông 1.2 Nguyên lý hoạt động đèn giao thông ngã tư 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động đèn giao thông 1.2.2 Phương pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thông TỔNG QUAN URDUINO R3 2.1 Thông số Mạch Arduino UNO R3 10 2.2 Nguồn sử dụng 10 2.3 Các chân lượng cổng vào/ra Arduino Board 10 2.3.1 Các chân lượng 10 2.3.2 Các cổng I/O 11 2.4 Bộ nhớ sử dụng 12 TỔNG QUAN STM8 12 3.1.1 GIỚI THIỆU VỀ STM8 12 3.1.2 Core 14 3.1.3 Memories .14 3.1.4 Interrupt management 14 3.1.5 Timers 14 3.1.6 Communication interfaces 15 3.1.7 Analog to digital converter (ADC) 15 3.1.8 Ưu điểm/hạn chế/ứng dụng 15 TỔNG QUAN VỀ MODULE LORA SX1278 E32-TTL-100 .15 4.1 Giới thiệu Module Lora SX1278 E32-TTL-100 15 4.1.1 Các đặc trưng module 15 4.1.2 Các công dụng module .16 4.1.3 Các thông số điện 16 4.2 Chức 18 4.2.1 Chi tiết chân module .18 4.2.2 Kết nối với vi điều khiển 19 4.2.3 Reset .19 4.2.4 Chi tiết chức chân AUX .19 4.3 Các chế độ hoạt động 20 TẬP LỆNH 22 5.1 Analog 22 5.1.1 uint8_t analogRead(uint8_t pin); 22 5.2 Eeprom .23 5.2.1 uint8_t read(uint16_t address); 23 5.2.2 void write(uint16_t address, uint8_t value); 23 5.2.3 void update(uint16_t address, uint8_t value); 23 5.3 Exti 23 5.3.1 EXTI_Port_TypeDef digitalPinToInterrupt(uint8_t pin); 23 5.3.2 void attachInterrupt(EXTI_Port_TypeDef port, void (*ISR)(), uint8_t in_mode); 24 5.4 Generic .24 5.4.1 delay_us(unsigned int x); //co the thay the delay_us delayMicroseconds 24 5.4.2 void delay_ms(unsigned int x); //co the thay the delay_ms delay 24 5.5 Gpio 25 5.5.1 void pinMode(uint8_t pin, GPIO_Mode_TypeDef mode); 25 5.5.2 void digitalWrite(uint8_t pin, bool val); 25 5.5.3 bool digitalRead(uint8_t pin); .25 5.6 PWM 26 5.6.1 void analogWrite(uint8_t pin, uint8_t val); 26 5.7 Serial 26 5.7.1 void begin(unsigned long baud); 26 5.7.2 uint8_t available(); .26 5.7.3 uint8_t read(); 26 5.7.4 void write(char c); 27 5.8 Spi .27 5.9 Wire 27 GIAO TIẾP I2C .27 6.1 Khái quát i2c 27 6.2 Đặc điểm giao tiếp I2C .27 6.3 Chế độ hoạt động ( Tốc độ truyền) 29 6.3.1 Chế độ tiêu chuẩn: .29 6.3.2 Chế độ cao tốc (High-Speed): 29 6.3.3 Trình tự truyền bit đường truyền: .30 6.4 Điều kiện START STOP (START and STOP conditions) 30 6.5 Một số ví dụ 31 Class 33 CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG 34 8.1 Phần mềm arduino IDE 34 8.1.1 Cài đặt arduino IDE 34 8.1.2 Cài đặt Driver .35 8.1.3 Giao diện khởi động Arduino IDE 37 8.1.4 Vùng lệnh .37 8.1.5 Vùng viết chương trình 38 8.1.6 Vùng thông báo (debug) 39 8.1.7 Một số lưu ý 39 8.2 Phần mềm sử dụng RF_Setting_v3.45 41 8.2.1 Cấu hình thơng số cho Module .41 8.2.2 Định dạng gói tin 46 8.2.3 Truyền cố định (Fixed mode) .47 8.2.4 Truyền lan rộng (Broadcast mode) 47 8.3 Phần mềm IAR Embedded Workbench .48 THI CÔNG .57 9.1 Lên ý tưởng sóng xanh 57 9.1.1 Cấu tạo 57 9.1.2 Giản đồ thời gian cho đèn 57 9.1.3 Phương pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thơng 58 9.2 Sơ đồ kết nối 58 9.3 Lưu đồ giải thuật 58 9.4 Triển khai ý tưởng, lập trình, chạy mơ hình 58 9.5 Kết 59 9.6 Đánh giá giáo viên hướng dẫn 60 9.7 Tổng kết 61 DẪN NHẬP 1.1 Giới thiệu, vấn đề bất cập 1.1.1 Tổng quan đề tài Trong xu hội nhập kinh tế quốc tế, việc phát triển cơng nghiệp hóa – đại hóa ln Đảng Nhà nước ta đặt ưu tiên hàng đầu lĩnh vực phát triển kinh tế, phương châm đắn xuyên suốt trình xây dựng đất nước ta ngày phát triển lĩnh vực công nghệ khoa học kỹ thuật nhiều ngành lĩnh vực khác tắt đón đầu tiếp thu thành tựu khoa học đại giới để cải tiến kỹ thuật nước nhà, để nước ta khơng lạc hậu khoa học cơng nghệ Nhờ sách đắn mà Việt Nam tiến dần, tiếp cận công nghệ đại giới bước cải thiện hồn thiện tình trạng sản xuất lạc hậu, thủ công, suất nhiều lĩnh vực nguy hiểm có tính chất độc hại đến đời sống người lao động, nâng cao dần mức sống cho người dân Việc tiếp thu thành tựu khoa học kỹ thuật giới đôi với việc phát triển tầng lớp kế thừa có tri thức cơng nghệ đại đồng thời có trách nhiệm phát huy, sáng tạo kỹ thuật góp phần phát triển khoa học kỹ thuật nước nhà góp phần vào việc thúc đẩy công nghệ đại phát giới Ngày giới với bùng nổ ngành công nghệ thông tin , điện tử v.v Đã làm cho đời sống người ngày hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa ngày xâm lấn vào sản xuất chí vào sống sinh hoạt ngày người Là sinh viên khoa Điện chuyên ngành Điều khiển Tự động trường Đại học công nghiệp TP.HCM, với kiến thức học với mong muốn ứng dụng kiến thức tự động hóa để đáp ứng nhu cầu ngày, chúng em chọn đề tài 1.1.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống đèn giao thông Trong năm gần với phát triển kinh tế tốc độ gia tăng không ngừng loại phương tiện giao thơng Sự phát triển nhanh chóng phương tiện giao thơng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy thường xuyên.Vấn đề đặt để đảm bảo giao thông thông suốt sử dụng đèn điều khiển giao thông ngã tư, nơi giao đường giải pháp Để viết chương trình điều khiển đèn giao thơng ta viết nhiều hệ ngơn ngữ khác Nhưng với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp chế tạo linh kiện bán dẫn vi mạch tổng hợp, hướng phát triển vi xử lý hình thành vi điều khiển Với nhiều ưu điểm, vi điều khiển sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Bằng cách áp dụng vi điều khiển trình sản xuất xử lý, vi điều khiển thực thể ưu so với thiết bị điều khiển thơng thường Vì việc sử dụng vi điều khiển mang lại hiệu cao việc điều khiển tín hiệu giao thơng Mục đích đề tài hiểu biết vấn đề điều khiển giao thông qua họ vi xử lý STM8S quan trọng giải pháp giao thông ngã tư cụm ngã tư nhằm tiết kiệm thời gian ách tắc giao, giải pháp điều khiển đèn giao thông nút giao thông quan trọng 1.2 Nguyên lý hoạt động đèn giao thông ngã tư 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động đèn giao thơng Hình 2.3: Mơ tả nút giao thông Cơ chế hoạt động đèn giao thông thật đơn giản: Khi đèn đường 1(đx1) bật sáng lúc đèn đỏ đường (đđ2), đèn đỏ cho người đường 1(đđn1), đèn xanh người đường (đxn2) bật sáng Sau khoảng thời gian định đx1 tắt,đèn vàng 1(đv1) bật lên Khi đv1 tắt đđ2, đđn1, đxn2 tắt lúc đèn xanh 2(đx2), đèn 26 đỏ 1(đđ1), đèn đỏ cho người 2(đđn2), đèn xanh cho người 1(đxn1) bật sáng Lúc đèn vàng 2(đv2) bật lên lúc đx2 tắt, đv2 tắt chu kì lập lại với đđ2, đx1 Thường cụm ngã tư có hướng đường: hướng Việc hoạt động đèn có cách tính tốn đối xứng với Đèn xanh hướng với đèn đỏ hướng lại Và đèn đỏ với đèn vàng đèn xanh hướng lại Cứ nút giao thơng vận hành Ngồi hướng cho người đèn đỏ hướng chiều người tham gia theo chiều 1.2.2 Phương pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thông Gọi thoi_gian khoảng thời gian thời gian phương tiện từ ngã tư đến ngã tư ta có : quang_duong = van_toc x thoi_gian Trong đó: thoi_gian: thời gian chênh lệch hai nút (s) quang_duong: khoảng cách hai nút (m) van_toc: vận tốc xe (m/s) Dựa vào khoảng cách nút giao thơng ta tính thời gian trung bình phương tiện vận chuyển nút , hay gọi thoi_gian: thời gian chênh lệch hai nút (s) TỔNG QUAN URDUINO R3 Mạch Arduino Uno dòng mạch Arduino phổ biến, bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino mạch Arduino thường nói tới dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (Mạch Arduino Uno R3) Arduino Uno R3 dòng bản, linh hoạt, thường sử dụng cho người bắt đầu Có thể sử dụng dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với ứng dụng mạch Arduino Uno lựa chọn phù hợp Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR là: ATmega8 (Board Arduino Uno r2), ATmega168, ATmega328 (Board Arduino Uno r3) Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động bước, điều khiển động serve, làm trạm đo nhiệt độ – độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác 2.1 Thông số Mạch Arduino UNO R3 Vi điều khiển Điện áp hoạt động Điện áp khuyên dùng Điện áp vào giớ hạn Digital I/0 pin PWM Digital I/O Pin Analog Pin Input Cường độ dòng điện tối đa I/O pin Cường độ dòng điện nguồn 3.3V tối đa Flash Memory Atnega328P 5V – 12V – 20V 14 6 20mA 50mA 32KB (ATMEGA328P) Như ví dụ hình trên: Module gửi có kênh 02 gửi AA BB CC tới tất nút có kênh 04 8.3 Phần mềm IAR Embedded Workbench Truy cập link: http://netstorage.iar.com/SuppDB/Protected/PRODUPD/012818/EWST M8-3104-Autorun.exe Chọn sau chạy xong lên Chọn Install IAR Embedded Workbench For STMicroelectronics STM8, đợi vài giây chọn Next hình 53 54 55 Sau chọn Install , chờ chương trình chạy xong sau chọn Yes 56 Tiếp tục chọn Next, chọn Install 57 Chọn Finish, chọn hình bên 58 59 60 Như việc cài đặt chương trình IAR Embedded Workbench hồn thành 61 THI CƠNG 9.1 Lên ý tưởng sóng xanh quang_duong = van_toc*thoi_gian 9.1.1 Cấu tạo Hệ thống đèn giao thông đèn điều khiển giao thơng gồm hai cột đèn lắp đặt hai đầu hai đường khác ngã tư Mỗi cột đèn gồm đèn đèn gồm: đèn xanh, đèn đỏ đèn đỏ; đèn phụ đèn (hình 2.3) dùng điều khiển đường dành cho người bộ: đèn xanh người đèn đỏ người 9.1.2 Giản đồ thời gian cho đèn Với chu kỳ đèn ta có giản đồ thời gian hoạt động đèn sau: Đầu tiên xe đèn xanh hướng đèn đỏ hướng 2, tiếp đèn đỏ cho người đường 1(đđn1), đèn xanh người đường (đxn2) bật sáng Sau khoảng thời gian định đx1 tắt,đèn vàng 1(đv1) bật lên Khi đv1 tắt đđ2, đđn1, đxn2 tắt lúc đèn xanh 2(đx2), đèn đỏ 1(đđ1), đèn đỏ cho người 2(đđn2), đèn xanh cho người 1(đxn1) bật sáng Lúc đèn vàng 2(đv2) bật lên lúc đx2 tắt, đv2 tắt chu kì lập lại với đđ2, đx1… Thường cụm ngã tư có hướng đường: hướng Việc hoạt động đèn có cách tính tốn đối xứng với Đèn xanh hướng với đèn đỏ hướng lại Và đèn đỏ 62 với đèn vàng đèn xanh hướng lại Cứ nút giao thơng vận hành: Ngồi hướng cho người đèn đỏ hướng chiều người tham gia theo chiều 9.1.3 Phương pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thông Gọi thoi_gian khoảng thời gian thời gian phương tiện từ ngã tư đến ngã tư ta có : quang_duong = van_toc x thoi_gian Trong đó: thoi_gian: thời gian chênh lệch hai nút (s) quang_duong: khoảng cách hai nút (m) van_toc: vận tốc xe (m/s) Dựa vào khoảng cách nút giao thơng ta tính thời gian trung bình phương tiện vận chuyển nút , hay gọi thoi_gian: thời gian chênh lệch hai nút (s) 9.2 Sơ đồ kết nối 9.3 Lưu đồ giải thuật 63 BEGIN SET BUTTION PIN AS INPUT SET BUZZER PIN AS OUPUT INIT SERIAL BAUD 9600 SERIAL BUFFER NOT EMPTY TURN ON BUZZER DELAY 300MS TURN OFF BUZZER FLUSH SERIAL BEGIN IS BUTTON BE PRESSED DELAY 300MS SEND ADDRESS LORA VIA SERIAL SEND CHANNEl LORA VIA SEND ANY DATA LORA VIA SERUAL IS BUTTON BE PRESSED 64 SEND DELAY FLUSH INFORMATION 300MS SERRIAL TO DEBOUCE BUFFER TO LORA 9.4 Triển khai ý tưởng, lập trình, chạy mơ hình 9.5 Kết 65 9.6 Đánh giá giáo viên hướng dẫn 66 9.7 Tổng kết 67 ... đèn giao thông nút giao thông quan trọng 1.2 Nguyên lý hoạt động đèn giao thông ngã tư 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động đèn giao thơng Hình 2.3: Mơ tả nút giao thông Cơ chế hoạt động đèn giao thông. .. kiến thức cập nhật, với nghiên cứu, hướng dẫn thầy giáo Đề tài chọn là: CHỐNG ÙN TẮC GIAO THÔNG TẠI CÁC VÙNG NGOẠI Ô SỬ DỤNG STM8 Mục Lục DẪN NHẬP 1.1 Giới thiệu, vấn đề bất cập... MINH – NĂM 2018 LỜI CẢM ƠN Sau gần tháng thực thiết lập dự án kỹ thuật “CHỐNG ÙN TẮC GIAO THÔNG TẠI CÁC VÙNG NGOẠI Ô SỬ DỤNG STM8 hoàn thành số phần Lời em muốn nói em xin chân thành cảm ơn hướng