Tóm tắt đồ án Thiết kế mạch đèn giao thông thông minh dùng Arduino Uno R3

Nội dung text: Tóm tắt đồ án Thiết kế mạch đèn giao thông thông minh dùng Arduino Uno R3

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG THÔNG MINH DÙNG ARDUINO UNO R3 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Sinh viên thực hiện : Hồ Văn Trí Mã sinh viên : K12C08332 Giảng viên hướng dẫn : TS. Vương Công Đạt Khóa đào tạo : 2018 – 2021 Đà Nẵng - 12/2020
2. PHẦN MỞ ĐẦU A-Sự cần thiết của đề tài Hiện nay, khi xã hội ngày càng phát triển, dân cư ngày càng đông đúc đặc biệt là ở các thành phố lớn, lượng ngời tham gia giao thông ngày càng nhiều. Do đó, quản lý giao thông là một trong những vấn đề rất được quan tâm .Vấn đề chính là phải quản lý giao thông qua lại như thế nào để không bị un tắc giao thông,phân luồng giao thông để giảm thiểu vấn đề thì những cột đèn giao sẽ một phần góp ích giải quyết một phần vấn đề trên.Từ những vấn đề trên mà em đã có ý tưởng thiết kế một cái mạch đèn giao thông thông minh và tìm hiểu thêm đèn giao thông được làm như thế nào,nguyên lý làm việc,cách lập trình cho các đèn B-Mục đích Nhằm ứng dụng chức năng của arduino và những kiến thức đã học hằng ngày vào thực tiễn để tạo ra 1 sản phẩm ứng dụng trong cuộc sống. Góp phần giảm thiệu những vấn đề về giao thông. Hoàn thành được mạch đèn giao thông đúng thời hạn. C-Phƣơng pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài. - Tìm hiểu về bo Arduino và các linh kiện liên quan như cảm biến hồng ngoại, trên cơ sở lý thuyết. - Sử dụng phần mềm chuyên dụng (Orcad, Adruino IDE) để thực hiện vẽ layout và viết code cho mạch. - Hiểu được cách lập trình cho arduino uno r3 điều khiển đèn giao thông như thế nào. - Đánh giá kết quả thực hiện dựa trên sản phẩm thực tế. D-Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu cấu tạo, chức năng, ứng dụng của bo Arduino và các tính năng điều khiển đèn giao thông. 1
3. - Tìm hiểu được nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông. E-Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu về mạch đèn giao thông thông minh. 2
4. CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG GIỚI THIỆU CHUNG CỦA HỆ THỐNG. 1.1. Mục đích sử dụng của hệ thống đèn giao thông. Cải thiện điều kiện làm việc: Đảm bảo trong quá trình hoạt động một cách chính xác và liên tục. Độ tin cậy cao. Đảm bảo làm việc ổn định, lâu dài 1.2. Xây dựng sơ đồ cho hệ thống. Hình1.1 Sơ đồ phân luồng giao thông. 1.2.1 Điều khiển của chƣơng trình. Đèn giao thông ở ngã tư có 4 cột đèn ,mỗi tuyến 2 cột.Moiox cột có 3 đèn,như vậy có tất cả là 12 đèn .Tùy nhiên hai cột đèn trền cùng một tuyến sẽ đồng bộ với nhau nên chương trình sẽ điều khiển 6 đèn,mỗi tuyến 3 đèn. 1.2.2 Nguyên lý hoạt động. Tại thời điểm bàn đầu ở hai cột đèn tuyến 1 đèn xanh sáng cho phép phương tiệm và người đi bộ lưu thông và đồng thời đèn đỏ sẽ bật ở hai cột đèn tuyến 2 và ngược lại.Sau một thời gian đèn xanh ở tuyến 1tắt và đèn vàng sáng.Sau một thời gian thì đèn vàng tắt.Đồng thời 3
5. đèn đỏ ở tuyến 2 sẽ tắt và đèn đỏ ở tuyến 1 sáng và đèn xanh ở tuyến 2 sáng. 1.2.3 Giản đồ thời gian hoat động của 3 đèn . Hình 1.2 Bản đồ thời gian sáng của các đèn Nhìn vào bản đồ thời gian ta có thể nhận thấy thời gian hoạt động của các đèn trên mỗi tuyến,mối liên hệ giữa các đèn của 2 tuyến. o Khí tuyến 1 đèn xanh hoặc vàng thì tuyến 2 đỏ,ngược lại khi tuyến 1 đèn đỏ tuyến 2 sẽ xanh hoặc vàng tùy thời gian. o Thời gian đèn đỏ =Thời gian đèn xanh +Thời gian đèn vàng. 1.3.Phân tích lựa chọn phƣơng án điều khiển: Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật để điều khiển được hệ thống giao thông chúng ta có nhiều cách khác nhau như là: Dùng IC số, các bộ vi xử lý, vi điều khiển, các bộ điều khiển PLC. 1.3.1. Mạch dùng IC số : Với mạch dùng IC số có những ưu điểm sau: o Giá thành rẻ . o Mạch đơn giản dễ thực hiện o Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy. Tuy nhiên khi sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chươngtrình. 1.3.2.Điều khiển bằng vi điều khiển: Ngoài ưu điểm của phương pháp trên, phương pháp này còn có những ưu điểm sau: o Do trong vi điều khiển có sử dụng các bộ timer, các hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản hơn. 4
6. o Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với chương trình có quy mô nhỏ rất tiện lợi mà vi xử lý không thực hiện được. o Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý cũng giao tiếp được nhưng là giao tiếp song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính. 1.3.3.Với vi mạch dùng kỹ thuật vi xử lý: Với phương pháp này có những ưu điểm sau: o Ta có thể thay đổi một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm trong khi đó phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số không thể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân khó tiếp cận, đễ nhầm. o Mạch đơn giản hơn mạch dùng IC số o Song do phần cứng của vi xử lý chỉ sử dụng CPU đơn chíp mà không có các bộ nhớ RAM, ROM, các bộ timer, hệ thống ngắt.Viết chương trình gặp nhiều khó khăn. o Tín hiệu đỏ: Phải dừng lại trước vạch dừng xe. Nếu không có vạch sơn “Vạch dừng xe” thì phải dừng trước đèn tín hiệu theo chiều đi. 5
7. CHƢƠNG II: TÌM HIỂU ĐÈN GIAO THÔNG. 2.1 Khái niệm. Đèn giao thông (còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). 2.2 Lịch sử phát triển của đèn giao thông. Hệ thống đèn giao thông đầu tiên trên thế giới xuất hiện tại Luân-đôn (Anh) năm 1868, được sử dụng để kiểm soát giao thông đường sắt tại ngã giao giữa phố George và Bridge 2.3 Đèn tín hiệu và ý nghĩa. - Tín hiệu xanh: Cho phép đi; - Tín hiệu vàng: Báo hiệu sự thay đổi tín hiệu của đèn từ xanh sang đỏ. Tín hiệu vàng bật sáng, người điều khiển phương tiện phải cho xe dừng trước vạch sơn “Vạch dừng xe”. Nếu không có vạch sơn “Vạch dừng xe”, thì phải dừng phía trước đèn tín hiệu theo chiều đi. Trường hợp đã tiến sát đến hoặc vượt quá vạch sơn “Vạch dừng xe”, nếu dừng lại sẽ nguy hiểm thì phải nhanh chóng đi tiếp ra khỏi nơi giao nhau. - Tín hiệu vàng nhấp nháy: Báo hiệu được đi nhưng phải chú ý và thận trọng quan sát, nhường đường cho người đi bộ sang đường hoặc các phương tiện theo quy định. - Tín hiệu đỏ: Phải dừng lại trước vạch dừng xe. Nếu không có vạch sơn “Vạch dừng xe” thì phải dừng trước đèn tín hiệu theo chiều đi. 6
8. CHƢƠNG 3: CÁC LINH KIỆN SỬ DUNG TRONG MẠCH. 3.1 Arduno Uno Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea Italy. Cái tên Arduino đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt. 3.1.1 Cấu trúc, thông số 3.1.2 Vi điều khiển và bộ nhớ 3.1.3 Cấu tạo. Hình 3.5: ArduinoUno 3.1.4 Vị trí và chức năng các chân Nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB, có thể cấp nguồn cho 3.2. Điện trở 3.2.1 Khái niệm: Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn. 3.2.2 Điện trở trong thiết bị điện tử. 3.2.3 Cách đọc trị số điện trở . 3.2 Led . 3.3.2 Giới thiệu . 3.3.3 Sự ra đời của LED: 3.4 Led 7 đoạn. 3.4.1. LED 7 thanh là gì? 7
9. 3.4.2Cấu tạo, phân loại LED 7 thanh và nguyên lý hoạt động. 3.4.3 Bảng chân lý của LED 7 thanh. 3.4.4Bảng chân lý của LED 7 thanh. 3.5 IC 74HC595D 3.6 Cảm biến quang(Cảm biến hồng ngoại). 3.6.1 Cảm biến quang là gì ? Hình 3.17:Cảm biến quang 3.6.2 Cấu tạo của cảm biến quang là gì ? Hình 3.18 Cấu tạo cảm biến quang. Bộ phận thu sáng: Thông thường đối với một cảm biến quang thì bộ thu sáng là một phototransistor hay còn gọi là tranzito quang. Bộ phận phát sáng: Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung. Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại. 8
10. 2.6.3 Ƣu nhƣợc điểm của cảm biến quang là gì ? *Ưu điểm: Phát hiện vật thể từ khoảng cách xa lên tới 100m mà không cần tiếp xúc với vật thể đó Ít bị hao mòn, tuổi thọ và độ chính xác cao, tính ổn định khá cao Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng. *Nhược điểm: Cảm biến sẽ hoạt động không tốt nếu như bề mặt của nó bị bẩn, nhất là sử dụng tong các môi trường có nhiều bụi. 9
11. CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH. 3.1 Sơ đồ nguyên lý. Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý. Hình 3.2 Mô phỏng hoạt động. 3.1.2 Mạch các cột đèn. Hình 3.3Mô phỏng protues. 10
12. i hình 3.4 Mạch in layout. 3.1.3 Mạch arduino với cảm biến Hình 3.5 Mô phỏng protues. Hình 3.6 Mạch in layout. 11
13. 3.2 Sơ đồ khối. Hình 1.7 Sơ đồ khối Khối nguồn: Cấp nguồn cho ba khối điều khiển ,khối hiện thị và khối cảm biến: Đếm số lượng người và đưa tín hiệu vào khối điều khiển. Khối điều khiển: Được nạp chương trình điều khiển và nhận tín hiệu từ khối cảm biến đi vào để xuất ra tín hiểu xung để điều khiển các con IC ghi dịch ở khối hiện. Khối hiện thị:hiện thị kết quả thông qua led. 3.3. Nguyên lý hoạt động. Trước tiên ta cấp nguồn cho mạch, mạch có 4 cột đèn 2 cột đèn giống nhau sẽ đặt đối diện nhau ở cùng một tuyến đường. Arduino được nạp chương trình và nhận tín hiểu từ cảm biến quang,xử lý ,đưa ra các tín hiệu xung vào các con IC ghi dich ở các mạch đèn để hiện thị ra các đèn led. 3.4. Sơ đồ thuật toán. 12