Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông
Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông MỞ ĐẦU Ở nước ta ứng dụng phát triển công nghệ thông tin nhằm góp phần giải phóng sức mạnh vật chất, trí tuệ tinh thần, thúc đẩy công đổi mới, phát triển nhanh đại hóa ngành kinh tế, tăng cường lực cạnh tranh doanh nghiệp, hỗ trợ có hiệu cho trình chủ động hội nhập kinh tế quốc tế, nâng cao chất lượng sống nhân dân, đảm bảo an ninh quốc phòng tạo khả tắt đón đầu để thực thắng lợi nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá Có thể nói, CNTT vào vào thực tế sản xuất thông qua đường chính: + Xây dựng phần mềm ứng dụng (kế toán, thiết kế, điều khiển…) + Chế tạo thiết bị phần cứng vi mạch, chip điện tử,… + Chế tạo thiết bị, máy móc sử dụng phần cứng phần mềm Hiện có nhiều suy nghĩ giản đơn thường đồng CNTT với sản phẩm phần mềm, tảng công nghệ phần cứng nước ta yếu Tuy nhiên tương lai, điều không loạt doanh nghiệp lớn nước đầu tư vào VN Intel, Compal… Điều làm tăng ý nghĩa phương thức ứng dụng CNTT thứ ba, tạo sản phẩm công nghiệp chứa đựng phần cứng phần mềm Chính sản phẩm trực tiếp góp phần quan cho nghiệp công nghiệp hóa - đại hóa, tạo hiệu sản xuất lực cạnh tranh điều kiện hội nhập Ngành GTVT có vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, vai trò trước bước, làm tảng cho phát triển ngành khác Trong điều kiện phát triển hội nhập nay, ứng dụng CNTT thành công GTVT điều kiện thiếu để ngành GTVT làm tròn trách nhiệm Là sinh viên ngành CNTT trường đại học GTVT, việc đảm bảo chương trình học tập em mong muốn tìm hiểu khả ứng dụng trực tiếp ngành học vào thực tế Các hiểu biết giúp em hiểu kiến thức học, thấy giá trị kiến thức mà thày cô trang bị cho, để tăng thêm niềm đam mê ngành nghề Chính em chọn đề tài NCKH “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông” Mục tiêu để tài tìm hiểu chức điều khiển máy tính, cụ thể : Nghiên cứu tìm hiểu chế, cách thức điều khiển thiết bị ngoại vi máy tính Nghiên cứu tìm hiểu sở khoa học toán thiết kế hệ thống đèn tín hiệu giao thông Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG Chức đèn tín hiệu giao thông Giao thông chuyển động dòng phương tiện Cùng với phát triển kinh tế-xã hội, chuyển động phức tạp với mật độ, cường độ cao Điều dẫn đến mức độ an toàn cao hệ thống giao thông Bản chất an toàn khả xung đột dòng giao thông Làm để tách dòng giao thông này, giảm thiểu khả xung đột nhiệm vụ điều khiển giao thông Về nguyên lý, có hai phương thức điều khiển dòng giao thông: theo không gian theo thời gian Ở phương thức điều khiển theo không gian, tách dòng giao thông thông qua biện pháp thiết kế hình học làm cầu vượt, đường hầm, hay đảo, v.v… Còn phương thức điều khiển theo thời gian, người ta chia thời gian thành khoảng dành riêng cho lưu thông dòng nhóm dòng định, cấm dòng khác Điều khiển đèn tín hiệu giao thông thuộc phương thức Đèn tín hiệu giao thông (ĐTHGT) thiết bị phát sáng để báo hiệu điều khiển giao thông, sử dụng tất loại hình giao thông: đường bộ, đường sắt, đường sông, đường biển đường hàng không Mỗi loại hình giao thông có quy định sử dụng ĐTHGT khác Trong giao thông đường bộ, ĐTHGT dùng chủ yếu để điều khiển giao thông Các loại đèn tín hiệu điều khiển giao thông đường gồm màu: xanh, vàng, đỏ Tín hiệu xanh: cho phép Tín hiệu vàng: ý, báo hiệu thay đổi tín hiệu đèn; tín hiệu vàng bật sáng, người điều khiển phương tiện phải cho xe dừng lại trước vạch dừng lại, phương tiện người vượt vạch dừng phải nhanh chóng khỏi nút giao thông; tín hiệu vàng nhấp nháy phải ý thận trọng Tín hiệu đỏ: cấm Sơ lược lịch sử đèn tín hiệu giao thông Ban đầu, đèn xanh đèn đỏ dành cho tàu hỏa Lúc đầu, thắp sáng khí gas Sau 43 năm, chúng chạy điện cần người điều khiển hoàn toàn tự động năm 1950 Ban đầu, tín hiệu giao thông chưa có đèn vàng thay còi hú vang cần Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Lịch sử đèn tín hiệu có từ tháng 10/1868, người ta đặt hệ thống đèn bên tòa nhà Quốc hội Anh Luân Đôn Chúng lắp để báo hiệu cho đoàn tàu hỏa ngang qua Trên cột kiểu hình khuỷu tay gắn hai đèn khí gas, màu xanh màu đỏ để dùng cho ban đêm Đèn đỏ có nghĩa "dừng lại", đèn xanh "chú ý" Đèn dùng khí gas để thắp sáng năm cuối kỷ XIX Khí gas đưa vào đèn theo hệ thống van cần thắp sáng đèn nào, cảnh sát vặn to đèn vặn nhỏ đèn Sử dụng đèn tín hiệu nguy hiểm ngày 2/1/1869, tức vài tháng sau vận hành, hệ thống đèn phát nổ khiến cảnh sát bị thương điều chỉnh Dù vậy, sử dụng người Mỹ (Lester Wire) phát minh đèn tín hiệu dùng điện vào năm 1912 Sau ngành công nghiệp ôtô phát triển vượt bậc, cảnh sát có tên Lester Wire, làm việc thành phố Salt Lake thuộc bang Utah Mỹ, nảy ý tưởng đưa đèn tín hiệu đường sắt vào đường năm 1912 Khi đó, đèn tín hiệu đường sắt tự động hóa tàu chạy đường thẳng nên lúc đưa sang đường bộ, vốn nhiều đường ngang ngõ tắt, chúng hoàn toàn không thích hợp lại trở hình thức điều chỉnh thủ công Tháng 8/1914, Công ty tín hiệu giao thông đời Mỹ chịu trách nhiệm lắp đặt đèn giao thông ngã tư bang Ohio Điều đặc biệt đó, đèn tín hiệu chưa có đèn vàng nên chuẩn bị chuyển trạng thái, cảnh sát giao thông bấm còi hú vang để báo cho lái xe biết Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Đến năm 1920, hệ thống đèn tín hiệu có đủ màu: xanh, vàng, đỏ sĩ quan cảnh sát Williams Potts, sống thành phố Detroit, sáng chế Năm 1923, Gerrette Morgan nhận phát minh thiết bị điều khiển tín hiệu giao thông Nguyên nhân dẫn tới phát minh Morgan tình trạng tai nạn xảy nhiều đường phố Mỹ năm Ông thấy cần phải có tiêu chuẩn thống để hệ thống tín hiệu sẵn có hoạt động thật hiệu Sau nghiên cứu, Morgan thiết kế cột tín hiệu hình chữ T, có tín hiệu "dừng lại", "đi" "dừng lại tất hướng" Khi đèn báo "dừng lại tất hướng", người phép qua đường Sau năm 1923, hệ thống đèn tín hiệu phải có người vận hành Tính riêng thành phố New York, 100 cảnh sát phải làm việc 16 ngày tổng tiền lương mức 250.000 USD năm Do khó khăn nói trên, kỹ sư lệnh thiết lập phát triển hệ thống đèn tín hiệu điều khiển tự động Năm 1950, đèn tín hiệu xanh - đỏ tự động sử dụng rộng rãi Canada phát triển nhanh chóng giới Ngày nay, hệ thống đèn tín hiệu đại nhiều, tích hợp nhiều tính tự động chụp hình xe vượt đèn đỏ Bên cạnh đó, nhiều nước có phát minh thú vị đèn chế độ Anh, New Zealand, Phần Lan Đèn chuyển từ "đỏ" sang "đỏ vàng" đến "xanh" lại "vàng" Trạng thái đỏ vàng nhằm báo cho tài xế biết đèn xanh sáng thời gian ngắn Tại nước giới, kể Việt Nam, có đèn tín hiệu giao thông ba màu đơn giản, ý nghĩa màu quy định sau: Tín hiệu xanh đi; Tín hiệu đỏ cấm đi; Tín hiệu vàng báo hiệu thay đổi tín hiệu Khi đèn vàng bật sáng, người điều khiển phương tiện phải cho xe dừng lại trước vạch dừng, trừ trường hợp vạch dừng tiếp Tín hiệu vàng nhấp nháy cần ý Các phương pháp điều khiển đèn tín hiệu giao thông Thông thường có góc độ phân loại hệ thống điều khiển đèn tín hiệu: theo nguyên lý hoạt động theo loại điều khiển 3.1 Theo nguyên lý điều khiển: Dựa theo cách thức đưa giá trị tham số thời gian đèn chu kỳ ta có phương pháp sau a) Điều khiển định thời (chu kỳ cưỡng bức) Đây phương pháp kinh điển thông dụng nước ta Theo phương pháp này, chu kỳ đèn tính toán từ trước (offPage Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông line) dựa số liệu thống kê lưu lượng, tốc độ dòng xe vào nút Sau thời gian cố định đưa vào điều khiển đèn, không phụ thuộc vào lưu lượng dòng xe Ưu điểm: đơn giản Nhược điểm: không hiệu dòng xe có biến động lớn theo thời gian b) Điều khiển động (chu kỳ thích nghi) Để khắc phục nhược điểm phương pháp điều khiển định thời trên, cần phải phát kịp thời lưư lượng tức thời dòng xe, từ tính toán chu kỳ đèn hợp lý Điều quan trọng đo lưu lượng xe tới nút Phương pháp đo lưu lượng (số lượng xe, tốc độ xe) thông dụng sử dụng vòng từ chôn đất Tuy nhiên phương pháp có hiệu nước phát triển dòng xe đồng nhất, xe chạy theo có dãn cách hợp lý Ở Việt nam, điều kiện dòng xe đa phương tiện, không theo dãn cách quy định, thiết bị không phát huy tác dụng Ưu điểm: hiệu cao Nhược điểm: phức tạp, đòi hỏi có điều kiện cần thiết sở hạ tầng c) Điều khiển phối hợp: Mục đích phương pháp điều khiển đưa chu kỳ đèn hợp lý cho chuỗi nút liên tiếp tạo nên hiệu “làn sóng xanh”, để xe chuyển động chuỗi nút dừng nút (luôn gặp đèn xanh) Ưu điểm: mạng lại hiệu cho xe di chuyển theo hướng Nhược điểm: xe chuyển động dòng phụ phải chịu tác động chu kỳ đèn bất hợp lý d) Điều khiển tích cực: Ở phương pháp trên, người tham gia giao thông không tác động trực tiếp vào thay đổi chu kỳ đèn Nhưng thực tế, có trường hợp cần đến thay đổi kịp thời phục vụ nhu cầu đặc biệt, chẳng hạn cho người qua đường, xe cứu thương, xe buýt, … Để đạt mục đích này, người ta bố trí nút bấm cho người qua đường nút lắp đặt thiết bị cảm ứng điện tử xe đặc biệt Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông 3.2 Theo nguyên lý điều khiển: Với điều khiển sử dụng loại thiết bị sau: vi điều khiển, điều khiển logic lập trình PLC (programmable logic controller), máy tính (công nghiệp), … Hình 1.1 sau hình ảnh minh họa tủ điều khiển đèn tín hiệu giao thông sử dụng máy tính H.1.1 Tủ điều khiển đèn tín hiệu giao thông sử dụng máy tính Trong khuôn khổ đề tài, em xem xét phương pháp điều khiển đèn tín hiệu máy tính tính toán chu kỳ đèn cưỡng Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG II CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU [1] Một số khái niệm bản: • Chu kì: Một chu ki tín hiệu vòng biểu diễn tất hiển thị Nói chung, dòng xe nhận tín hiệu xanh lần chu kì (mặc dù xảy ngoại lệ số trường hợp đặc biệt) • Độ dài chu kì: thời gian (tính theo giây) để tín hiệu biểu diễn hết hiển thị chu kì • Khoảng: quãng thời gian mà không xảy thay đổi tín hiệu ánh sáng nút Trong chu kì tín hiệu có nhiều loại khoảng thời gian đặc biệt: Thời gian chuyển (thời gian vàng): hiển thị tín hiệu “vàng” Đây khoảng thời gian sau đèn xanh có tác dụng cảnh báo người tham gia giao thông vào nút việc chuyển quyền sử dụng đường diễn Thời gian vàng thông thường có giá trị từ đến giây Nói chung, tốc độ xe vào nút lớn thời gian lớn Thời gian làm sạch: thời gian đèn vàng xe vào nút nên cần có khoảng thời gian cấm tất xe vào nút từ hướng để giải phóng hết số xe có nút Thời gian gọi thời gian làm hay đỏ tất Thời gian xanh: thời gian đèn xanh hướng cho trước Thời gian đỏ: thời gian đỏ hướng cho trước • Pha: tập khoảng thời gian cho phép dòng giao thông tập dòng giao thông qua nút kết thúc an toàn trước cho phép tập dòng khác Nó tổng thời gian xanh, thời gian làm thời gian chuyển dòng xét Tín hiệu giao thông hoạt động chế độ khác miêu tả đây: • Chế độ định thời (Pretimed Operation): chế độ độ dài chu kì, pha, tất khoảng thời gian nói xác định trước • Chế độ nửa tích cực (Semi-Actuated Operation): thiết bị phát xe bố trí lối vào nút đường phụ Tín hiệu giao Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông thông đường xanh phát có xe chờ qua nút lối vào đường phụ • Chế độ tích cực (Full-Actuated Operation): thiết bị phát xe đặt tất lối vào nút Trong chế độ tích cực chu kì đèn khác nhau, thứ tự độ dài khoảng thời gian pha thay đổi tùy theo yêu cầu phát • Chế độ điều khiển máy tính (Computer Controlled): thuật ngữ sử dụng để miêu tả việc điều khiển tín hiệu đèn không tính toán thực cho nút mà cho mạng nút, liên lạc, phối hợp nút máy tính đảm nhiệm Mô hình trễ Webster: 2.1 Khái niệm trễ: Các nút giao thông có tầm quan trọng lớn mạng lưới đường giao thông Vì cần có tiêu đánh giá lực hiệu nút Chỉ tiêu thông dụng thời gian chậm trễ (Delay) qua nút Thời gian có nhiều dạng định nghĩa đây: a Trễ dừng (Stopped Time Delay): thời gian xe dừng để đợi qua nút b Thời gian tới nút (Approach Delay): bao gồm thời gian giảm tốc độ từ chạy vào nút tới dừng, thời gian dừng, thời gian tăng tốc từ dừng tới tốc độ qua nút bình thường c Thời gian trễ qua nút (Travel Time Delay): hiệu tổng thời gian qua nút lý tưởng với tổng thời gian qua nút thực tế d Thời gian trễ hàng (Time-in-Queue Delay): tổng thời gian từ xe bắt đầu tham gia vào hàng chờ xe vượt qua vạch dừng 2.2 Mô hình trễ Webster: Trong nghiên cứu kĩ thuật giao thông mô hình trễ nút có điều khiển xuất phát từ mô hình trễ Webster Mô hình trễ liên quan đến thời gian trễ qua nút Khi độ dài chu kì ngắn so với yêu cầu, chu kì tải thời gian trễ tăng nhanh Ngược lại độ dài chu kì lớn quá, có nhiều thời gian xanh không sử dụng, xe phải chờ không cần thiết làm tăng thời gian trễ Webster đưa công thức tính độ dài chu kì tối ưu để tối thiểu hóa thời gian trễ với dạng đơn giản sau: Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Co = 1.5L + − ∑ (v / s )c (1) Trong đó: C0 – chu kì tối ưu đển tối thiểu hóa trễ (s) L – thời gian mát chu kì (s) Σ(v/s)c – tổng tỉ lệ lưu lượng lưu lượng bão hòa 2.3 Phương pháp tính toán chu kì tối ưu đèn tín hiệu giao thông: Mục tiêu phương pháp tìm thời gian xanh, vàng, đỏ đèn nhằm tối thiểu hóa thời gian trễ theo công thức Webster Giả sử sử dụng phương án điều khiển pha hình vẽ: Pha (H.2.1) Pha Kí hiệu pha thứ i: − Thời gian vàng: tvi (s) − Thời gian xanh: txi (s) − Thời gian đỏ: tdi (s) − Vận tốc trung bình xe: vi (km/h) − Lưu lượng xe lớn làn: mi (xe/h) − Thời gian làm sạch: tzi (s) Thời gian làm tính theo công thức sau: Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông tz = 3.6 tr + tk + te + te' + tv v (2) Trong đó: tk te tr te’ (H.2.2) Page 10 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông tr - chiều rộng mặt đường (m) tk - chiều dài xe (m) te - chiều rộng lề đường (m) Theo công thức (1) ta thấy L tổng thời gian làm (đỏ tất cả) pha: L = tz1 + tz2 Như chu kì đèn tối ưu: Co = 1.5(tz1 + tz 2) + m1 + m2 1− 1800 (3) Vì lưu lượng xe qua nút tỉ lệ với thời gian xanh (số lượng xe qua nút lớn thời gian xanh lớn) nên: tx1 tx = m1 m2 (4) Lại có tx1 + tx2 = C0 – (tz1 + tz2) (5) Ta hệ phương trình xác định thời gian xanh: tx1 tx = m1 m2 tx1 + tx = Co − (tz1 + tz 2) (6) Vậy thời gian đỏ pha là: tdi = C0 – tvi – txi (7) Ví dụ: Ngã tư Đê La Thành – Nguyễn Chí Thanh Qua khảo sát thực tế ngã tư Đê La Thành – Nguyễn Chí Thanh ta giả thiết ngã tư lắp đèn có phương án sau: − Mỗi đầu vào có xe − Một cho xe rẽ trái − Một cho xe thẳng, rẽ phải Page 11 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Xét cho pha: − Pha 1: Xe hướng Nam Bắc (thẳng + rẽ phải): (446+134) xe/h Xe hướng Nam Bắc (rẽ trái): 168 xe/h − Pha 2: Xe hướng Đông Tây (thẳng + rẽ phải): (286+194) xe/h Xe hướng Đông Tây (rẽ trái): 220 xe/h Các tham số khác: − Thời gian đèn vàng tv = 3s − Vận tốc xe trung bình (nam – bắc): 30 km/h − Vận tốc xe trung bình (đông – tây): 25 km/h − Chiều dài trung bình xe: 4.5m Ta tính toán chu kì thời gian tối ưu tham số điều khiển khác theo phương pháp Webster Số liệu: − Chiều dài xe tk = 4.5m − Thời gian đèn vàng tv = 3s − Chiều rộng mặt đường hướng (nam - bắc) tr1 = 20.4m − Chiều rộng mặt đường hướng (đông – tây) tr2 = 10m − Chiều rộng lề đường hướng (nam – bắc) te1 = 7m − Chiều rộng lề đường hướng (đông – tây) te2 = 5m − Lưu lượng xe lớn pha (hướng NB thẳng, rẽ phải) = 580 xe/h − Lưu lượng xe lớn pha (hướng ĐT thẳng, rẽ phải) = 480 xe/h − Vận tốc xe hướng v1 = 30 km/h − Vận tốc xe hướng v2 = 25 km/h Tính toán theo công thức (2) – (7) ta được: − Thời gian xanh pha 1: 22s − Thời gian xanh pha 2: 27s − Thời gian đỏ pha 1: 39s − Thời gian đỏ pha 2: 34s Page 12 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG III CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NGOẠI VI BẰNG MÁY TÍNH [2] Thiết bị ngoại vi: a Định nghĩa: Thiết bị ngoại vi tên chung nói đến số loại thiết bị bên thùng máy gắn kết với máy tính với tính nhập xuất (IO) mở rộng khả lưu trữ (như nhớ phụ) Thiết bị ngoại vi máy tính là: • Thiết bị cấu thành lên máy tính thiếu số loại máy tính • Thiết bị có mục đích mở rộng tính khả máy tính b Các cổng vào thông dụng: • PS/2: nối ghép bàn phím chuột • VGA: cổng nối ghép hình • USB: cổng nối tiếp đa cho phép nối ghép nối tiếp tối đa 17 thiết bị thông qua Hub • COM: cổng nối tiếp, nối ghép với modem, chuột thiết bị khác • LPT: cổng song song, nối ghép với máy in Cổng song song: a Định nghĩa: Page 13 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Cổng song song (Parallel Port) tập hợp đường tín hiệu mà vi xử lí CPU dùng để trao đổi liệu với thiết bị, thành phần khác Điển hình loại giao diện dùng để giao tiếp với máy in, modems, keyboards hình… Cổng song song truyền nhiều bít lần, cổng nối tiếp truyền bít thời điểm (nhưng truyền chiều thời điểm) b Cấu trúc cổng song song: Cổng song song (hay gọi cổng máy in) gồm có đường điều khiển, đường trạng thái đường liệu bao gồm chế độ hoạt động: Chế độ tương thích (compatibility) Chế độ nibble Chế độ byte Chế độ EPP (Enhanced Parallel Port) Chế độ ECP (Extended Capabilities Port) chế độ sử dụng port song song chuẩn (SPP – Standard Parallel Port) chế độ 4, cần thêm phần cứng phép hoạt động tốc độ cao Sơ đồ chân cổng máy in sau: Pin SPP Signal EPP Signal In/Out Strobe 2-9 10 Data 0-7 Ack 11 Busy 12 13 Paper Out/End Select Function Đường mức thấp ghi, Write Out mức cao đọc Data 0-7 In - Out Bus liệu hai chiều Interupt In Đường ngắt, ngắt xảy cạnh lên Dùng cho tín hiệu bắt tay, EPP chu trình bắt đầu tín Wait In hiệu mức thấp, kết thúc mức cao Đường dư không sử dụng Spare In tín hiệu bắt tay theo chuẩn EPP Spare In Đường dư không sử dụng Page 14 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông 14 Auto Linefeed Data Strobe Out Spare In Initialize Select Printer Reset Address Strobe Out Ground Ground GND 15 Error/Fault 16 17 1825 Out tín hiệu bắt tay theo chuẩn EPP Đường mức thấp cho biết liệu đường truyền Đường dư không sử dụng tín hiệu bắt tay theo chuẩn EPP Khởi tạo lại, hoạt động mức thấp Khi mức thấp truyền địa Ground c Giao tiếp với thiết bị ngoại vi: Quá trình giao tiếp với thiết bị ngoại vi thực thông qua chế độ chuẩn Để đọc liệu, dùng IC ghép kênh 2→1 74LS257 dùng bit trạng thái cổng song song xuất liệu sử dụng đường liệu D0 – D7 H.3.1 Ví dụ mạch giao tiếp thông qua cổng máy in Page 15 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG IV MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN • Đầu vào: thông số nút giao thông: vận tốc, lưu lượng xe, chiều dài mặt đường, chiều rộng lề đường, chiều dài xe • Đầu ra: thời gian sáng đèn Thuật toán điều khiển đèn tín hiệu: Xét với pha (hướng nam bắc): V Đ X V Đ Page 16 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Dựa vào sơ đồ ta thấy đèn xanh sáng thời điểm t = 0, t = C0, t = 2C0… Như sau khoảng thời gian x = C đèn xanh Dựa vào sơ đồ ta thấy đèn xanh sáng thời điểm t = 0, t = C0, t = 2C0… Như sau khoảng thời gian x = C0 đèn xanh sáng, hay x chu kì sáng đèn xanh Tương tự chu kì sáng đèn đỏ d = C + tx, chu kì sáng đèn vàng v = C0 + tx + td Vậy sơ đồ khối thuật toán sau: Page 17 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông counttime = x=0 d=t v = tx + td counttime++ _ counttime >= x + Bật đèn xanh counttime = x + C0 counttime = x + C0 counttime >= d + Bật đèn đỏ Tắt đèn xanh _ Page 18 counttime = d + C0 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông counttime >= v + Bật đèn vàng Tắt đèn đỏ counttime = v + C0 (H.4.1) Các bước thực hiện: Tính toán chu kì đèn, thời gian xanh, đỏ, vàng theo phương pháp Webster Sử dụng hàm điểu khiển để bật tắt đèn: void OnTimer(UINT nIDEvent): dựa vào thời gian sáng đèn để điều khiển đèn bật tắt theo chu kỳ void set_pin (lp_pin pins): đưa tín hiệu chân cổng máy in lên mức cao (bật đèn) void clear_pin (lp_pin pins): đưa tín hiệu chân cổng máy in xuống mức thấp (tắt đèn) Page 19 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông hàm sử dụng hàm Inp32 Out32 thư viện liên kết động inpout32.dll để nhập xuất liệu qua cổng máy in Sơ đồ mạch điện: (H.4.2) KẾT LUẬN Sau thời gian không nhiều theo quy định em cố gắng thực đề tài NCKH đăng ký Thông qua thực đề tài em thấy nâng cao thêm nhiều kiến thức phương pháp lập trình, cách thức điều khiển thiết bị ngoại vi máy tính số kiến thức điều khiển giao thông Mặc dù kiến thức khoa học em – sinh viên năm thứ hiểu biết thú vị Ngoài ra, việc thực đề tài mang lại cho em nhận thức phương pháp nghiên cứu khoa học, từ việc phân tích toán thực tế đến tìm hiểu, chọn lựa tài liệu cần thiết, xây dựng thuật toán tính toán, kiểm tra, hiệu chỉnh mô hình v.v… Em nghĩ thu hoạch bổ ích cho em học tập, nghiên cứu lâu dài sau Page 20 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Tài liệu tham khảo: Bài giảng tự động hóa giao thông vận tải đường - Bộ môn Điều khiển học – Trường Đại học Giao thông vận tải Phạm Hùng Kim Khánh – Tài liệu Lập trình hệ thống Code Project: http://www.codeproject.com/KB/system/PaPiC.aspx Phụ lục: Các hàm điều khiển Một số số thư viện CPapiC.h: typedef int lp_pin; const lp_pin LP_PIN02 const lp_pin LP_PIN03 const lp_pin LP_PIN04 const lp_pin LP_PIN05 const lp_pin LP_PIN06 const lp_pin LP_PIN07 = = = = = = 0x1; 0x2; 0x4; 0x8; 0x10; 0x20; Các hàm điều khiển: a) Hàm điều khiển chân cổng máy in: #include "stdafx.h" #include "PaPiC.h" #include "CPaPiC.h" Page 21 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông #ifdef _DEBUG #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[]= FILE ; #define new DEBUG_NEW #endif short _stdcall Inp32(short portaddr); void _stdcall Out32(short portaddr, short datum); static const int data_reg = 0x0; static const int status_reg = 0x1; static const int control_reg = 0x2; // The state of some pins is inverted relative to the state of their // corresponding register bits These masks correct the bits that // need to be corrected static const lp_pin positive_mask_control = 0xB; // 1011 static const lp_pin positive_mask_status = 0x10; // 10000 void CPaPiC::set_pin(lp_pin pins){ int new_reg; // make sure the user is only trying to set an output pin pins &= lp_output_pins; new_reg = Inp32( port_data ); new_reg |= pins & 0xFF; Out32(port_data, new_reg ); new_reg = Inp32( port_control ); pins = (pins >> 8) & 0xF; new_reg |= pins; new_reg 0x1FFFF; } &= (pins & positive_mask_control) ^ Out32(port_control, new_reg); // set output pins low void CPaPiC::clear_pin(lp_pin pins){ int new_reg; // make sure the user is only trying to set an output pin pins &= lp_output_pins; new_reg = Inp32( port_data ); new_reg = new_reg & ( ( pins & 0xFF ) ^ 0xFF); Out32(port_data, new_reg ); Page 22 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông new_reg = Inp32( port_control ); pins = (pins >> 8) & 0xF; new_reg |= pins & positive_mask_control; new_reg 0x1FFFF; &= (pins & negative_mask_control) ^ Out32(port_control, new_reg); } static const lp_pin negative_mask_control = positive_mask_control ^ 0x1FFFF; // 11111111111110100 b) Hàm định thời gian bật tắt đèn: void CPaPiCDlg::OnTimer(UINT nIDEvent) { counttime++; //bat den xanh nam bac if (counttime >= nsg) { set_pin(LP_PIN04); set_pin(LP_PIN07); clear_pin(LP_PIN02|LP_PIN03|LP_PIN05| LP_PIN06); } nsg = counttime + cycle; //den vang if (counttime >= nsy) { set_pin(LP_PIN03); clear_pin(LP_PIN04); nsy = counttime + cycle; } //den if (counttime >= nsr) { set_pin(LP_PIN02); clear_pin(LP_PIN03); nsr = counttime + cycle; } //huong dong tay if (counttime >= weg) { set_pin(LP_PIN05); clear_pin(LP_PIN07|LP_PIN06); } weg = counttime + cycle; //den vang if (counttime >= wey) { Page 23 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông set_pin(LP_PIN06); clear_pin(LP_PIN05); wey = counttime + cycle; } //den if (counttime >= wer) { set_pin(LP_PIN07); clear_pin(LP_PIN06); } } wer = counttime + cycle; CDialog::OnTimer(nIDEvent); c) Hàm khởi động: void CPaPiCDlg::OnButton10() { UpdateData(true); // Tinh toan so lieu tz1=3.6*(m_tr2+m_tk1+m_ten+m_tes)/m_v1+m_Y_SN; tz2=3.6*(m_tr1+m_tk2+m_tew+m_tee)/m_v2+m_Y_WE; tz=tz1+tz2; cycle=(1.5*tz+5)/(1-(m_m1+m_m2)/1800); thoigianxanh (m_m1,m_m2,cycle,tz,&G_SN,&G_WE); phuong trinh tinh thoi gian xanh //ham giai he float l1,l2,x1,x2; l1=G_SN/cycle; l2=G_WE/cycle; x1=m_m1/(l1*3600); x2=m_m2/(l2*3600); R_SN=cycle-m_Y_SN-G_SN; R_WE=cycle-m_Y_WE-G_WE; nsr = G_SN+m_Y_SN; nsy = G_SN; nsg = 0; wer = 0; wey = R_WE + G_WE; weg = R_WE; SetTimer(1, 1000, NULL); counttime = 0; } Page 24 [...]... mạch giao tiếp thông qua cổng máy in Page 15 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG IV MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN • Đầu vào: các thông số của nút giao thông: vận tốc, lưu lượng xe, chiều dài mặt đường, chiều rộng lề đường, chiều dài xe • Đầu ra: thời gian sáng của các đèn Thuật toán điều khiển đèn tín hiệu: Xét với pha 1 (hướng nam bắc): V Đ X V Đ Page 16 Thiết kế mô hình hệ. .. của đèn vàng là v = C0 + tx + td Vậy sơ đồ khối của thuật toán như sau: Page 17 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông counttime = 0 x=0 d=t v = tx + td counttime++ _ counttime >= x + Bật đèn xanh counttime = x + C0 counttime = x + C0 counttime >= d + Bật đèn đỏ Tắt đèn xanh _ Page 18 counttime = d + C0 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông. .. các tài liệu cần thiết, xây dựng thuật toán tính toán, kiểm tra, hiệu chỉnh mô hình v.v… Em nghĩ rằng đây là những thu hoạch hết sức bổ ích cho em trong học tập, nghiên cứu lâu dài về sau Page 20 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Tài liệu tham khảo: 1 Bài giảng tự động hóa trong giao thông vận tải đường bộ - Bộ môn Điều khiển học – Trường Đại học Giao thông vận tải 2... 25 km/h Tính toán theo các công thức (2) – (7) ta được: − Thời gian xanh pha 1: 22s − Thời gian xanh pha 2: 27s − Thời gian đỏ pha 1: 39s − Thời gian đỏ pha 2: 34s Page 12 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG III CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NGOẠI VI BẰNG MÁY TÍNH [2] 1 Thiết bị ngoại vi: a Định nghĩa: Thiết bị ngoại vi là tên chung nói đến một số loại thiết bị... (lp_pin pins): đưa tín hiệu ở chân cổng máy in xuống mức thấp (tắt đèn) Page 19 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông 2 hàm trên đều sử dụng hàm Inp32 và Out32 trong thư viện liên kết động inpout32.dll để nhập xuất dữ liệu qua cổng máy in Sơ đồ mạch điện: (H.4.2) KẾT LUẬN Sau một thời gian không nhiều theo quy định em đã cố gắng thực hiện đề tài NCKH đã đăng ký Thông qua thực... đa 17 thiết bị thông qua Hub • COM: cổng nối tiếp, nối ghép với modem, chuột và các thiết bị khác • LPT: cổng song song, nối ghép với máy in 2 Cổng song song: a Định nghĩa: Page 13 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Cổng song song (Parallel Port) là tập hợp các đường tín hiệu mà vi xử lí hoặc là CPU dùng để trao đổi dữ liệu với các thiết bị, thành phần khác Điển hình. .. hiệu này ở mức thấp, và kết thúc khi ở mức cao Đường này dư không sử dụng trong Spare In tín hiệu bắt tay theo chuẩn EPP Spare In Đường này dư không sử dụng trong Page 14 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông 14 Auto Linefeed Data Strobe Out Spare In Initialize Select Printer Reset Address Strobe Out Ground Ground GND 15 Error/Fault 16 17 1825 Out tín hiệu bắt tay theo chuẩn... mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Dựa vào sơ đồ ta thấy đèn xanh sáng tại các thời điểm t = 0, t = C0, t = 2C0… Như vậy cứ sau một khoảng thời gian x = C 0 thì đèn xanh Dựa vào sơ đồ ta thấy đèn xanh sáng tại các thời điểm t = 0, t = C0, t = 2C0… Như vậy cứ sau một khoảng thời gian x = C0 thì đèn xanh sáng, hay x là chu kì sáng của đèn xanh Tương tự chu kì sáng của đèn đỏ là.. .Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông tr - chiều rộng mặt đường (m) tk - chiều dài xe (m) te - chiều rộng lề đường (m) Theo công thức (1) ta thấy L chính là tổng các thời gian làm sạch (đỏ tất cả) trên mỗi pha: L = tz1 + tz2 Như vậy chu kì đèn tối ưu: Co = 1.5(tz1 + tz 2) + 5 m1 + m2 1− 1800 (3) Vì lưu lượng... trái − Một làn cho xe đi thẳng, rẽ phải Page 11 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Xét cho 2 pha: − Pha 1: Xe hướng Nam Bắc (thẳng + rẽ phải): (446+134) xe/h Xe hướng Nam Bắc (rẽ trái): 168 xe/h − Pha 2: Xe hướng Đông Tây (thẳng + rẽ phải): (286+194) xe/h Xe hướng Đông Tây (rẽ trái): 220 xe/h Các tham số khác: − Thời gian đèn vàng tv = 3s − Vận tốc xe trung bình (nam .. .Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN... tín hiệu giao thông chưa có đèn vàng thay còi hú vang cần Page Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông Lịch sử đèn tín hiệu có từ tháng 10/1868, người ta đặt hệ thống. .. H.3.1 Ví dụ mạch giao tiếp thông qua cổng máy in Page 15 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động đèn tín hiệu giao thông CHƯƠNG IV MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN • Đầu vào: thông số nút giao thông: vận tốc,