Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giao thông
BÀI BÁO CÁO Môn: Thực hành điều khiển và vi xử lý ĐỀ TÀI: “Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giao thông” Lớp : CNVTK9A Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Dũng 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, sự phát triển của ngành kỹ thuật số đã và đang có tầm ảnh hưởng lớn đến ngành kinh tế toàn cầu. Nhờ có ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng cho nên số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau. Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và trong tin học, ngày nay kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, phát thanh truyền hình, y tế…và ngay cả trong các đồ dùng sinh hoạt gia đình. Ngay từ những ngày đầu của sự phát triển, kỹ thuật số nói riêng và ngành điện tử nói chung đã tạo ra nhiều bước đột phá mới cho các ngành kinh tế và đảm bảo được yêu cầu của người dùng cả về chất lượng và dịch vụ. Với sự phát triển mạnh mẽ đó, là những sinh viên điện tử thì kiến thức về kỹ thuật số là không thể thiếu đối với mỗi sinh viên. Vì thế việc học hỏi, nghiên cứu kiến thức về chuyên môn là việc làm rất cần thiết với sinh viên đặc biệt là tăng cường nghiên cứu, tạo ra các sản phẩm thực tế ứng dụng trong đời sống thường ngày. Ngày nay, hệ thống giao thông nước ta rất phức tạp và rối ren.Vì vậy việc sử dụng đèn giao thông tại các giao lộ là rất cần thiết. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động chúng em tiến hành thực hiện đề tài : Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giao thông. Nội dung của bài báo cáo gồm các nội dung chính sau: Lời nói đầu Chương 1: Phân tích yêu cầu của thiết kế và các giải pháp đưa ra để thực hiện Chương 2: Thiết kế hệ thống 2 Chương 3: Xây dựng hệ thống Kết luận và hướng phát triển hoàn thiện đề tài 3 CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1.GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG. 1.1.1. Ý tưởng thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông. Hệ thống đèn giao thông hoạt động theo các chế độ trong ngày: giờ cao điểm, bình thường và thấp điểm. Tuy nhiên, trong hệ thống thiết kế của chúng em chỉ thiết kế ở chế độ bình thường và hiển thị thời gian trên LED 7 đoạn. -Bình thường: Đèn xanh 30s, đèn đỏ 27s, đèn vàng 3s. -Có 4 LED 7 đoạn đơn: 2 LED hiển thị đếm ngược cho 1 làn đường. -Hệ thống LED đơn hiển thị cho các đèn xanh, đèn đỏ, đèn vàng. -Hệ thống nút nhấn để reset mạch. 1.1.2. Yêu cầu của mạch điều khiển giao thông - Mạch phải đơn giản, dễ thiết kế, dễ lắp đặt, dễ dàng sửa chữa. - Mạch phải chạy ổn định, chính xác và dễ vận hành. -Chi phí để thiết kế phải rẻ. 1.2.CÁC GIẢI PHÁP VÀ XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN a. Xác định bài toán Mô hình đèn giao thông gồm có: Khối vi xử lý: Mạch xử lý với vi điều khiển pic 16F877A làm nhiệm vụ xử lí chính, bộ nguồn cung cấp điện áp 5VDC. Khối hiển thị: Khối này gồm -LED đơn: hiện thị tín hiệu đèn giao thông. -LED 7 đoạn: Hiển thị thời gian sáng của đèn. Khối nguồn: Cung cấp điện áp 5V DC Khối giải mã: b. Giới hạn của đề tài Mạch thực hiện chỉ chạy được một chế độ, chưa mở rộng được các chế độ theo yêu cầu của người sử dụng. 4 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG Hình: Sơ đồ khối hệ thống đèn giao thông • Khối hiển thị: Hiển thị chính xác thời gian trên LED 7 đoạn và tín hiệu đèn giao thông trên led đơn. • Khối điều khiển trung tâm: Điều khiển mọi sự hoạt động theo giờ của hệ thống đèn tín hiệu giao thông. • Khối nguồn: 2.2. SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG 5 KHỐI HIỂN THỊ KHỐI MÃ HÓA KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI NGUỒN Đèn đỏ 1 sáng Đèn xanh 2 sáng Các đèn vàng 1, đỏ 1, đỏ 2, vàng 2 đều tắt Đèn vàng 1 sáng Đèn đỏ 2 sáng Các đèn vàng 2, đỏ 1, xanh1, vàng 2 đều tắt Đèn đỏ1 sáng Đèn vàng 2 sáng Các đèn vàng 1, đỏ 2, xanh2, vàng 2 đều tắt Đèn xanh 1 sáng Đèn đỏ 2 sáng Các đèn vàng 1, đỏ 1, xanh2, vàng 2 đều tắt 2.3. CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG 2.3.1. Module điều khiển trung tâm Sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A 6 2.3.2 Module khối hiển thị Khối hiển thị có chức năng đưa ra thông tin hiển thị tương ứng với trạng thái hiện thời của hệ thống. Khối này gồm 2 phần: đèn hiển thị tín hiệu giao thông và đồng hồ. Đèn hiển thị tín hiệu đèn giao thông bao gồm: Đèn dành cho các phương tiện tham gia giao thông: xanh, đỏ, vàng. Đồng hồ dùng các LED 7 thanh để tạo thành các bộ hiển thị từ 00-99.Ở đây ta dùng loại cathode chung (phù hợp với IC 74LS274). 7 2.3.3 Module khối dao động. Trong khối này sử dụng thạch anh để tạo xung nhịp dao động ổn định dao động của PIC 16F877A. Khối tạo dao động có nhiệm vụ đồng bộ hóa hoạt động của tất cả các mạch bên trong vi điều khiển. Mỗi loại vi điều khiển cần có số chu kì khác nhau để thực hiện lệnh. Đầu vào của bộ dao động thạch anh được nối với chân 13 của vi điều khiển, đầu ra được nối với chân 14. 8 2.4. LỰA CHỌN LINH KIỆN 2.4.1 Vi điều khiển PIC 16F877A a. Sơ đồ PIC 16F877A Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 16F877A: 40 pins, 5 cổng vào ra số RA, RB, RC, RD, RE. Hình: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau : + Có 5 port xuất/nhập + Có 8 kênh chuyển đổi A/D 10-bit + Có 2 bộ PWM + Có 3 bộ định thời: Timer0, timer1 và timer2 + Có giao tiếp truyền nối tiếp: chuẩn RS 232, I2C… + Có giao tiếp LCD 9 Chức năng các chân: Chân Tên Chức năng 1 /V PP - : Hoạt động Reset ở mức thấp - V PP : ngõ vào áp lập trình 2 RA0/AN0 - RA0 : xuất/nhập số - AN0 : ngõ vào tương tự 3 RA1/AN1 - RA1 : xuất/nhập số - AN1 : ngõ vào tương tự 4 RA2/AN2/V REF- /CV REF - RA2 : xuất/nhập số - AN2 : ngõ vào tương tự - V REF -: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D 5 RA3/AN3/V REF+ - RA3 : xuất/nhập số - AN3 : ngõ vào tương tự - V REF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D 6 RA4/TOCKI/C1OUT - RA4 : xuất/nhập số - TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0 - C1 OUT : Ngõ ra bộ so sánh 1 7 RA5/AN4/ /C2OUT - RA5 : xuất/nhập số - AN4 : ngõ vào tương tự 4 - SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ - C2 OUT : ngõ ra bộ so sánh 2 8 RE0/ /AN5 - RE0 : xuất nhập số - RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song - AN5 : ngõ vào tương tự 9 RE1/ /AN6 - RE1 : xuất/nhập số - WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song - AN6 : ngõ vào tương tự 10 RE2/ /AN7 - RE2 : xuất/nhập số - CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song - AN7 : ngõ vào tương tự 11 V DD Chân nguồn của PIC. 12 V SS Chân nối đất 13 OSC1/CLKI Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài. - OSC1 : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài. Ngõ vào Schmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC ; một cách khác của CMOS. 10 [...]... displayh(dem); } } } 27 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 28 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giao thông ” nhằm cải thiện tình hình giao thông tại các ngã tư trọng điểm, giải quyết tốt nhất nhiệm vụ của đèn giao thông giúp cho giao thông được thông suốt và hợp lý Trong đề tài này chủ yếu tìm hiểu đưa ra giải pháp “ Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giao thông ” Tối ưu hóa nhất nhằm... điều khiển PIC Khi vi điều khiển xuất giá trị “1” ra cổng đó thì đèn tương ứng sáng, ngược lại nếu xuất giá trị “0” đèn sẽ tắt Các đèn led nối với vi điều khiển PIC theo như bảng sau: 24 LED Tên cổng Đỏ 1 A0 Vàng 1 A1 Xanh 1 A2 Xanh 2 A3 Vàng 2 A4 Đỏ 2 A5 Bảng : Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển đèn giao thông 25 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG 3.1 MÃ NGUỒN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG... tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó chức năng của vi điều khiển được thể hiện một các rõ ràng Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân, tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau Bên cạnh đó, do vi điều khiển được... TRISD: điều khiển xuất nhập Thanh ghi TRISE: điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP PORTE PORTE gồm 3 chân I/O thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE Các chân của PORTE có các ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điểu khiển của chuẩn giao tiếp PSP 17 f Timer 0 Đây là một trong ba bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khiển PIC16F877A timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối... đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP PORTB 16 PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau... MẠCH Mạch đèn giao thông hoạt động dựa trên nội dung đã lập trình cho pic 16F877A PIC 16F877A đưa dữ liệu đến các LED xanh, đỏ, vàng để điều khiển các LED này đóng, mở LED 7 đoạn nhận dữ liệu từ vi điều khiển trung tâm để thực hiện việc đếm lùi thời gian Như vậy khi mạch bắt đầu đếm lùi, nếu đường bên này đèn xanh hoặc vàng sáng thì đường bên kia đèn đỏ sáng và ngược lại Cụ thể đèn giao thông hoạt động... gia giao thông thuận tiện nhất, ước lượng và tính toán thời gian di chuyển, khả năng xung đột của các phương tiện trong các ngã tư Từ những thông số chung tốc độ xe di chuyển, số lượng xung đột giao thông, độ rộng của các ngã tư từ đó đặt các thông số cho các nút giao thông một cách hợp lý nhất Sau khi thực hiện đề tài em đã hoàn thành các nội dung như sau: Tìm hiểu về PIC16F877A Ứng dụng PIC xây dựng. .. ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện liên tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước 15 Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứ được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị vất vào stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớ stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào stack lần thứ 2... led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b Tương... quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm: PORTB (địa chỉ 06h, 106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB TRISB (địa chỉ 86h, 186h): điều khiển xuất nhập OPTION_REG (địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTC PORTC gồm 8 pin I/O thanh ghi điều khiển xuất nhập tương . THIỆU HỆ THỐNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG. 1.1.1. Ý tưởng thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông. Hệ thống đèn giao thông hoạt động theo các chế độ trong ngày: giờ cao điểm, bình thường và. hành điều khiển và vi xử lý ĐỀ TÀI: Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giao thông Lớp : CNVTK9A Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Dũng 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG KHOA. của thiết kế và các giải pháp đưa ra để thực hiện Chương 2: Thiết kế hệ thống 2 Chương 3: Xây dựng hệ thống Kết luận và hướng phát triển hoàn thiện đề tài 3 CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1.GIỚI