Hình 3.15 Sơ đồ đèn tín hiệu giao thông
- Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau
• Chế độ ban ngày
Khi đèn xanh của tuyến A được bật thì cùng lúc đó đèn đỏ ở tuyến B bật, đồng thời đèn đỏ cho người đi bộ của tuyến A bật, đèn xanh cho người đi bộ ở tuyến B được bật. Sau một khoảng thời gian nhất định đèn xanh tuyến A tắt, đèn vàng tuyến A được bật lên. Khi đèn vàng tuyến A tắt thì đèn đỏ tuyến A bật, đèn xanh tuyến B bật, đèn xanh cho người đi bộ tuyến A được bật, đèn đỏ cho người đi bộ tuyến B bật. Sau khi đèn xanh tuyến B tắt cũng là lúc đèn vàng tuyến B bật, sau khi đèn vàng tuyến B tắt cùng lúc đó
A
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 29 Nguyễn Đình Tân Nguyên
đèn đỏ tuyến B bật, đèn xanh tuyến A bật, đèn đỏ đi bộ tuyến A bật, đèn xanh đi bộ tuyến B bật. Quá trình lặp đi lặp lại. “hình 3.15”
• Chế độ ban đêm:
Tất cả đèn tắt chỉ có đèn vàng bật 0.5s tắt 0.5s liên tục. Bật đèn đường vào lúc 18h và tắt lúc 4h59’ sáng hôm sau.
Camera thu thập hình ảnh ở hiện trường và đưa lên web server, cảm biến âm thanh thu thập dữ liệu và gửi cảnh báo lên web server khi phát hiện tiếng ồn vượt ngưỡng cho phép
3.4. Bảng phân ngõ vào, ra của Arduino mega
Danh sách địa chỉ ngõ vào, ra được sử dụng trong Arduino mege được thể hiện ở “bảng 3.4”
Bảng 3.4 bảng phân công ngõ vào, ra
STT Đia chỉ (chân) Thiết bị
1 A0 Cảm biến âm thanh
2 7
Led 7 đoạn (hiển thị thời gian)
3 8 4 9 5 10 6 11 7 2 Led 7 đoạn (hiển thị thời gian)
8 3 9 4 10 5 11 6 12 14 Camera 13 15 14 23 Đèn tín hiệu 15 25
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 30 Nguyễn Đình Tân Nguyên
16 27 17 29 Đèn tín hiệu 18 31 19 33 20 35 Đèn tín hiệu (người đi bộ) 21 37 22 39 Đèn tín hiệu (người đi bộ) 23 41 24 43 Đèn đường 25 SCL
Molude thời gian thực
26 SDA
3.5. Sơ đồ đấu nối dây của hệ thống
Sơ đố đấu dây của hệ thống “hình 3.16” bao gồm đèn tín hiệu giao thông, led hiển thị thời gian, đèn đương, cảm biến âm thanh, module thời gian thực, camera giám sát được thể hiện ở hình
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 31 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.16 Sơ đồ đấu nối dây của hệ thống
3.6. Giản đồ thời gian và đồ thị mức độ tiếng ồn
- Giản đồ thời gian
Đối với chế độ ban ngày thì thời gian hiển thị với led đỏ là 28s, thời gian hiển thị với led xanh là 25s, thời gian hiển thị với led vàng là 3s “hình 3.17”
Đối với chế độ ban đêm thì thời gian hiển thị led vàng là 0.5s bật và 0.5s tắt “hinh 3.18”
- Biểu đồ mức độ tiếng ồn
Biểu đồ mức độ tiếng ồn đo được, thể hiện ở (hình 3.219) như sau: Tiếng ồn trong mức độ cho phép đo được là từ 130 – 450
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 32 Nguyễn Đình Tân Nguyên
- Đèn đỏ hiển thị 28s
- Đèn xanh hiển thị 25s
- Đèn vàng hiển thị 3s
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 33 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.18 Giản đồ thời gian chế độ ban đêm
Hình 3.19 Biều đồ đo mức độ tiếng ồn
3.7. Thiết kế mạch
Để thiết kế được mạch điều khiển thì cần sử dụng phần mềm Altium. Phần mền cho phép thiết kế mạch ở dạng 2D thể hiện ở “hình 3.20” và 3D thể hiện ở “hình 3.21”
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 34 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.20 Mạch thiết kế ở dạng 2D
Hình 3.21 Mạch thiết kế ở dạng 3D
3.8. Lưu đồ thuật toán
Lưu đồ thuật toán bao gồm:
• Lưu đồ đèn tín hiệu giao thông, trong chương trình đèn tín hiệu giao
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 35 Nguyễn Đình Tân Nguyên
• Lưu đồ thuật toán ESP32-CAM trên web server, cảm biến âm thanh trên
web server
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 36 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 37 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 38 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 39 Nguyễn Đình Tân Nguyên
❖ Giải thích lưu đồ thuật toán
Giải thích lưu đồ thuật toán đèn giao thông thể hiện ở “hình 3.22”
Bắt đầu. Thực hiện khai báo thời gian hiển thị đèn tín hiệu, thời gian bật tắt chế độ, thời gian bật tắt đền đường. Sau khi khai báo xong ta thực hiện tạo ngắt timer 10ms.Tiếp tục thực hiện việc kiểm tra thời gian trên module thời gian thực để chuyển chế độ của đèn tín hiệu. Nếu đúng thì sẽ thực hiện chế độ ban ngày từ 5h sáng đến 23h đêm, nếu sai sẽ thực hiện chế độ ban đêm từ 23h đêm đến 4h59’ sáng hôm sau. Sau khi kiểm tra thời gian xong Arduino mega sẽ thực hiện gửi các bít đến IC 74HC595 để chạy thời gian hiển thị trên led 7 đoạn (đèn đỏ 28s, đèn xanh 25s, đèn vàng 3s). Tiếp tục thực hiện kiểm tra thời gian để bật đèn đường, nếu đúng thì bật đèn đường, nếu sai thì sẽ tắt đèn đường thời gian hoạt động của đèn đường là từ 18h đến 4h59’ sáng hôm sau. Chương trình lặp đi lặp lại
Chương trình con ngắt timer thể hiện ở “hình 3.23”
- Thời gian 1 giây tăng lên 1 đơn vị => Đang bật chế độ ban đêm + Nếu sai => 1
+ Nếu đúng => kiểm tra thời gian 1 giây bằng 100 lần 10ms
• Nếu sai => 2
• Nếu đúng => Thời gian 1s bằng 0, thời gian tuyến 1 giảm 1s, thời gian
tuyến 2 giảm 1s
- Thời gian bằng – 1
+ Nếu sai => 3
+ Nếu đúng => Chế độ 1 tăng lên 1 đơn vị
- Chế độ 1 bằng 1
+ Nếu đúng => Thời gian tuyến 1 bằng thời gian đèn xanh 1. Bật đèn xanh 1, bật đèn đỏ bộ 1, tắt đèn đỏ 1, tắt đèn vàng 1, tắt đèn xanh 1 => 3.
+ Nếu sai => kiểm tra kế tiếp.
- Chế độ 1 bằng 2
+ Nếu đúng => thời gian tuyến 1 bằng thời gian vàng 1, nhấp nháy bộ 1 bằng 0 => Tắt đèn đỏ 1, tắt đèn xanh 1, bật đèn vàng 1, bật đèn đỏ bộ 1 tắt đèn xanh bộ 1 => 3
+ Nếu sai => kiểm tra kế tiếp.
- Chế độ 1 bằng 3
+ Nếu đúng => chế độ 1 bằng 0, thời gian tuyến 1 bằng thời gian đỏ 1 => Bật đèn đỏ 1, bật đèn xanh bộ 1, tắt đèn xanh 1, tắt đèn vàng 1 tắt đèn đỏ bộ 1 => 3
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 40 Nguyễn Đình Tân Nguyên
+ Nếu sai => 3
- 3 => Thời gian 2 bằng -1
+ Nếu sai => Kiểm tra chế độ 1 bằng 0 và thời gian 1 nhỏ hơn 5. + Nếu đúng => chế độ 2 tăng 1 đơn vị. Kiểm tra điều kiện tiếp theo.
- Chế độ 2 bằng 1
+ Nếu đúng => Thời gian tuyến 2 bằng thời gian vàng 2, nhấp nháy bộ 2 bằng 0 => Đỏ 2 tắt, xanh 2 tắt, vàng 2 bật, đỏ bộ 2 bật, xanh bộ 2 tắt => Kiểm tra chế độ 1 bằng 0 và thời gian 1 nhỏ hơn 5.
+ Nếu sai => kiểm tra kế tiếp.
- Chế độ 2 bằng 2
+ Nếu đúng =>Thời gian tuyến 2 bằng thời gian đỏ 2 => Đỏ 2 bật, xanh 2 tắt vàng 2 tắt, đỏ bộ 2 tắt, xanh bộ 2 bật => Kiểm tra chế độ 1 bằng 0 và thời gian 1 nhỏ hơn 5.
+ Nếu sai => Kiểm tra chế độ kế tiếp.
- Chế độ 2 bằng 3
+ Nếu đúng => thời gian tuyến 2 bằng thời gian vàng 2, nhấp nháy bộ 2 bằng 0 => Đỏ 2 tắt, xanh 2 bật vàng 2 tắt, đỏ bộ 2 bật xanh bộ 2 tắt => Kiểm tra chế độ 1 bằng 0 và thời gian 1 nhỏ hơn 5.
+ Nếu sai => Kiểm tra chế độ 1 bằng 0 và thời gian 1 nhỏ hơn 5.
- 2 => Kiểm tra chế độ 1 bằng 0 và thời gian 1 nhỏ hơn 5
+ Nếu đúng => Nhấp nháy bộ 1 tăng 1 đơn vị => Kiểm tra nhấp nháy bộ 1 lớn hơn hoặc bằng 30 lần 10ms
• Nếu đúng => Nhấp nháy bộ 1 bằng 0, đảo trạng thái led xanh bộ 1 =>
Chế độ 2 bằng 2 và thời gian tuyến 2 nhỏ hơn 5
• Nếu sai => quay lại kiểm tra nhấp nháy bộ 1 lớn hơn hoặc bằng 30 lần
10ms
+ Nếu sai => Kiểm tra chế độ 2 bằng 2 và thời gian tuyến 2 nhỏ hơn 5
- Chế độ 2 bằng 2 và thời gian tuyến 2 nhỏ hơn 5
+ Nếu đúng => nhấp nháy bộ 2 tăng 1 đơn vị => kiểm tra nhấp nháy bộ 2 lớn hơn hoặc bằng 30 lần 10 ms
• Nếu đúng => Nhấp nháy bộ 2 bằng 0, đảo trạng thái led xanh bộ 2 =>
Chương tình chính.
• Nếu sai => quay lại kiểm tra nhấp nháy bộ 2 lớn hơn hoặc bằng 30 lần
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 41 Nguyễn Đình Tân Nguyên
- 1 => Kiểm tra thời gian sáng lớn hơn hoặc bằng 50
+ Nếu đúng => thời gian 1 bằng 0, đảo trạng thái led vàng 1, đảo trạng thái led vàng 2 => chương trình chính.
+ Nếu sai => chương trình chính.
Giải thích lưu đồ thuật toán cảm biến âm thanh và tiếng ồn thể hiện ở “hình 3.24” Bắt đầu. thực hiện khai báo thư viên cho chương trình bao gồm khai báo wifi, arduino, esp-camare, esp-timer, esp-htttp-sever.h, …Sau khi thực hiện xong việc khai báo thư viện ta tiếp tục thực hiện thiết lập dao diện web server như bố cục, màu sắc, …Trong giao diện web server gồm có hình ảnh camera giám sát được chiếu trực tiếp thông qua internet, cảm biến âm thanh sẽ thu thập dữ liệu và gửi về arduino sau đó arduino thực hiện việc gửi cảnh báo lên web server. Đối với cảm biến âm thanh, nếu cảm biến ở mức cao (=1) thì sẽ hiển thị cảnh báo lên web server với dòng chữ “tiếng ồn vượt ngưỡng cho phép, nếu cảm biến ở mức thấp (=0) thì sẽ hiển thị cảnh báo lên web server với dòng chữ tiếng ồn trong ngưỡng cho phép. Chương trình sẽ lặp đi lặp lại
3.9. Thiết kế giao diện web server
Giao diện web server “hình 3.25” được thiết kế bao gồm tên đề tài được thể hiện với chữ màu xanh phía trên hình ảnh của camera, tên giáo viên hướng dẫn và tên sinh viên thực hiện được để ở góc dưới bên trái màng hình, hình ảnh camera được thể hiện ở giữa màng hình, cảnh báo tiếng ồn thể hiện ở bên dưới hình ảnh camera
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 42 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.25 Giao diện web server
- Cảnh báo tiếng ồn trên web server
Khi cảm biến âm thanh có tín hiệu tiếng ồn trong mức độ cho phép sẽ truyền dữ liệu về cho Arduino sau đó gửi cảnh báo lên web server thông qua ESP-CAM. Lúc này màng hình web server sẽ hiển thị cảnh báo với dòng chữ “tiếng ồn trong mức độ cho phép” “hình 3.26”
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 43 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.26 Cảnh báo tiếng ồn trong mức độ cho phép trên web server
Khi cảm biến âm thanh có tín hiệu tiếng ồn vượt ngưỡng cho phép sẽ truyền dữ liệu về cho Arduino sau đó gửi cảnh báo lên web server thông qua ESP-CAM. Lúc này màng hình web server sẽ hiển thị cảnh báo với dòng chữ “tiếng ồn vượt ngưỡng cho phép” “hình 3.27”
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 44 Nguyễn Đình Tân Nguyên
3.10. Thiết kế mô hình
- Bộ phận trụ đèn tín hiệu giao thông “hình 3.28” sẽ bao gồm led 7 đoạn hiển thị thời gian, đèn tín hiệu dành cho các phương tiện, đèn tín hiệu dành cho người đi bộ.
Hinh 3.28 trụ đèn tín hiệu giao thông
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 45 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.29 Trụ đèn chiếu sáng
- Bộ phận trụ camera giám sát “hình 3.30” được điều chỉnh góc quan sát phù hợp
với yêu cầu của hệ thống.
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 46 Nguyễn Đình Tân Nguyên
- Hình ảnh hệ thống sau khi hoàn thiện được thể hiện ở “hình 3.31”
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 47 Nguyễn Đình Tân Nguyên
3.11. Cách nạp chương trình cho Arduino bằng phầm mền Arduino IDE
❖ Nạp chương trình đèn tín hiệu giao thông
- Sau khi viết xong chương trình điều khiển ta chọn Tool sau đó chọn Board chọn
Arduino mega hoặc Mega 2560 như “hình 3.32”
Hình 3.32 Chọn Arduino để nạp chương trình
- Sau khi chọn Arduino xong ta tiến hành chọn cổng com trên máy tính như “hình
3.33”
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 48 Nguyễn Đình Tân Nguyên
- Sau khi chọn cổng nạp xong ta thực hiện tiến hành nạp chương trình bằng cách chọn
vào mũi tên hướng ra như “hình 3.34”
Hình 3.34 Mũi tên để nạp chương trình
❖ Nạp chương trình cho ESP32- CAM
- Tương tự như nạp chương trình đèn tín hiệu giao thông. Sau khi viết chương trình
xong ta chọn Tool sau đó chọn Board => ESP32 arduino => ESP Dev Module như “hình 3.35”
Hình 3.35 Chọn ESP32 để nạp chương trình
- Sau khi chọn xong ESP 32 để nap, ta tiếp tục vào tool chọn Partition Scheme rồi
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 49 Nguyễn Đình Tân Nguyên
Hình 3.36 Chọn Partition Scheme để nạp chương trình
- Sau khi chọn xong Partition Scheme tiếp tục chọn cổng nạp như “hình 3.33” và chọn
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà 50 Nguyễn Đình Tân Nguyên
KẾT LUẬN
- Kết quả đạt được
Sau quá trình nghiên cứu và thực hiện hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông sử dụng camera giám sát thông qua web server đã được hoàn thành. Nhìn chung hệ thống đáp ứng được các yêu cầu đề tài đặt ra, tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm cần được khắc phục.
Nắm được cách lập trình cho Arduino Nắm được cách đấu nối các linh kiện Sử dụng được các phần mềm hỗ trợ
- Ưu – nhược điểm
Ưu điểm
• Hệ thống hoạt động tương đối ổn định
• Sử dụng các thiết bị nhỏ gọn, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi cao về yêu
cầu nhỏ gọn và tiết kiệm không gian lắp đặt
• Được lập trình dễ dàng, dễ chỉnh sữa
Nhược điểm
• Hệ thống còn khá đơn giản, chưa tích hợp được nhiều chức năng vào hệ thống