Thiết kế bộ điều khiển tín hiệu giao thông giao tiếp với module thu phát IR
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN 1. Những nội dung trong ĐATN này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giảng viên hướng dẫn 2. Mọi tham khảo dùng trong ĐATN đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. 3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình cùng những tài liệu quý báu của Thầy đã giúp em hoàn thành khóa luận này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo Khoa Khoa học và Công nghệ, Trường Đại học Phan Châu Trinh đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu cho em trong suốt bốn năm học vừa qua. Xin cảm ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc mình khó khăn trong thời gian thực hiện khóa luận này. Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khoá luận sẽ không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của em. Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các hình Danh mục các từ viết tắt Danh mục các bảng MỞ ĐẦU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM .1 1.1 Giới thiệu về các hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông 1 1.1.1 Sơ lược về hệ thống đèn giao thông .1 1.1.2 Mục đích và yêu cầu của hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông 2 1.2 Phương pháp điều khiển tín hiệu giao thông 3 1.2.1 Mạch dùng IC số 3 1.2.2 Vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lí 4 1.2.3 Điều khiển bằng vi điều khiển .4 1.2.4 Điều khiển bằng PLC 6 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế bộ điều khiển tín hiệu giao thông .6 1.4 Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông 6 1.4.1 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người đi bộ 6 1.4.2 Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư .7 .7 Chương 2 .10 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 10 2.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC .10 2.2 Tổng quan vi điều khiển PIC16F877A .11 2.2.1 Sơ đồ chân của PIC16F877A .11 2.2.2 Các thông số về vi điều khiển PIC16F877A 11 2.3 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F877A 14 2.3.1 Tổ chức bộ nhớ 15 2.3.1.1 Bộ nhớ chương trình 15 2.3.1.2 Bộ nhớ dữ liệu 16 2.3.1.3 Stack 18 2.3.2 Các cổng xuất nhập 19 2.3.3 Bộ đếm Timer0 23 2.3.4 Bộ đếm Timer1 .24 2.3.5 Bộ đếm Timer2 25 2.3.6 Bộ chuyển tín hiệu ADC 27 2.3.7 Bộ so sánh Comparator 28 2.3.8 CCP 30 2.3.9 Giao tiếp nối tiếp 32 2.3.9.1 Chuẩn giao tiếp USART .32 2.3.9.2 MSSP ( Master Synchronous Serial Port) 36 3.1.1 Phương pháp giảm thiểu số điểm xung đột tại ngã tư .42 3.1.1.1 Khi không có tín hiệu điều khiển giao thông, tổng số điểm xung đột ở ngã tư là 32 .42 3.1.1.2 Số điểm cắt ở các ngã tư sẽ giảm xuống 8 thay cho 16 nếu cấm rẽ trái (bằng biển báo hoặc đèn tín hiệu) từ một đường ít ưu tiên (nơi rẽ trái là rất nguy hiểm) .43 3.1.1.3. Nếu điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu .43 3.1.1.4 Dùng tín hiệu điều khiển 4 kỳ ở ngã tư có thể loại bỏ được tất cả các điểm xung đột, ngoại trừ hai điểm rẽ (O) 44 3.1.2 Giản đồ thời gian tín hiệu cho hệ thống điều khiển đèn tại ngã tư 45 3.1.2.1 Phương án 1 (hình 3.6a) 47 3.1.2.2 Phương án 2 (hình 3.6b) 47 3.1.2.3 Phương án 3 (hình 3.6c) .48 3.1.2.4. Phương án 4 (hình 3.7) 48 3.1.3 Các bước tiến hành khi thiết kế 48 3.3.1 Giản đồ thời gian cho hệ thống đèn tín hiệu .51 3.3.2 Lập lưu đồ thuật toán .53 4.1.1.1 Khái niệm tia hồng ngoại 56 4.1.1.2 Cặp thu phát hồng ngoại PT2248 và PT2249 56 4.2.2 Sử dụng CCS 59 4.4.1 Mạch trung tâm 66 4.4.2 Mạch phát hồng ngoại 67 4.4.3 Mạch thu hồng ngoại 68 4.4.4 Mạch chấp hành lệnh Rơle .69 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT PLC : Programmable Logic Controller PIC : Programmable Intelligent Computer VEF : Module tham chiếu điện áp trên chip MSSP : Master Synchronous Serial Port RC5/SDO : Serial Data Output RC4/SDI/SDA : Serial Data Input RC3/SCK/SCL : Serial Clock RA5/SS/C2OUT : Serial Select DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đèn giao thông trong thực tế Hình 1.2 Mô hình đèn giao thông ngã tư Hình 1.3 Giản đồ thời gian đơn giản cho hệ thống tín hiệu giao thông Hình 1.4 Sơ đồ mô hình giao thông tại ngã tư Hình 1.5 Lưu đồ thời gian cho hệ thống đèn giao thông Hình 2.1 Sơ đồ chân của PIC16F877A Hình 2.2 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A Hình 2.3 Bộ nhớ chương trình PIC16F877A Hình 2.4 Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A Hình 2.5 Sơ đồ khối của Timer0 Hình 2.6 Sơ đồ khối của Timer 1 Hình 2.7 Sơ đồ khối của Timer2 Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ chuyển đổi ADC Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ tạo điện áp so sánh Hình 2.10 Sơ đồ khối của khối truyền dữ liệu USART Hình 2.11 Sơ đồ khối của khối nhận dữ liệu USRAT Hình 2.12 Sơ đồ kết nối của chuẩn giao tiếp SPI Hình 2.13 Sơ đồ khối MSSP( I2C mode) Hình 3.1 Mô hình ngã tư Hình 3.2 Các điểm xung đột tại ngã tư khi không có đèn tín hiệu Hình 3.3 Các điểm xung đột tại ngã tư khi cấm rẽ trái Hình 3.4 Các điểm xung đột tại ngã tư khi có đèn tín hiệu Hình 3.5 Các điểm xung đột tại ngã tư khi dùng tín hiệu điều khiển 4 kỳ Hình 3.6 Giản đồ thời gian điều khiển THGT (Điều khiển 2 kỳ) Hình 3.7 Giản đồ thời gian điều khiển 4 pha tín hiệu Hình 3.8 Giản đồ thời gian sử dụng trong đồ án Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán chính Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán chế độ 0 Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán chế độ 1 Hình 4.1 Hình dáng cặp thu phát hồng ngoại Hình 4.2 Hình dáng led thu hồng ngoại Hình 4.3 Hình dáng và sơ đồ của Rơle Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý của mạch trung tâm Hình 4.5 Sơ đồ layout của mạch trung tâm Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch phát hồng ngoại Hình 4.7 Sơ đồ layout của mạch phát hồng ngoại Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại Hình 4.9 Sơ đồ layout mạch thu hồng ngoại Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý mạch Rơle DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC Bảng 2.2 Các thông số của CCP Bảng 2.3 Công thức tính tốc độ Baud MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Ở bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới, giao thông vận tải cũng luôn là yếu tố quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân, đặc biệt với những nước phát triển và đang phát triển thì vấn đề này càng phải đặt lên hàng đầu. Điều khiển giao thông tại các nút giao nhau bằng đèn tín hiệu từ lâu đã là một giải pháp hữu hiệu nên được áp dụng rộng rãi và càng trở thành nhu cầu cần thiết hầu như tại bất cứ nút giao thông quan trọng nào. Nhiều số liệu điều tra cho thấy mỗi ngày ùn tắc giao thông làm thiệt hại hàng tỉ đồng, gây lãng phí thời gian do phải chờ đợi. Hệ thống điều khiển giao thông bằng tín hiệu không chỉ hạn chế được hiện tượng tắc nghẽn giao thông, đảm bảo cho người tham gia giao thông đi lại dễ dàng, tiện lợi, an toàn mà còn kiểm soát được nạn đua xe trái phép, giảm thiểu tai nạn giao thông, . góp phần ổn định Chính trị, ổn định Xã hội. Chính vì các lý do nêu trên, em đã chọn đề tài nghiên cứu cho khóa luận tốt nghiệp của mình là : “Thiết kế bộ điều khiển tín hiệu giao thông giao tiếp với module thu phát IR”. II. Mục đích nghiên cứu - Phân tích thiết kế một hệ thống đèn giao thông tại ngã tư có 4 chế độ và có thể dễ dàng chuyển đổi các chế độ bằng điều khiển từ xa dùng IR, bước đầu xây dựng một hệ thống đèn giao thông thông minh. - Xây dựng mô hình thiết bị hệ thống đèn giao thông tại ngã tư dùng PIC16F877A có giao tiếp với module IR III. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc của các hệ thống đèn giao thông trong thực tế, các phương pháp điều khiển đèn giao thông.