Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn về thiết kế và lắp ráp hệ thống đèn giao thông phục vụ đào tạo tại PFIEV
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 77 THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG PHỤC VỤ ĐÀO TẠO TẠI PFIEV DESIGNING AND ASSEMBLING LIGHT TRAFFIC SYSTEM FOR TRAINING SERVICE IN PFIEV SVTH: Phạm Xuân Ngọc, Lê Thị Thanh Nga , Trường Đại học Bách Khoa GVHD: ThS. Nguyễn Quang Tân, TS. Nguyễn Văn Minh Trí Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa TÓM TẮT Thiết kế và lắp ráp mô hình cảnh báo và điều khiển đèn giao thông bằng vi điều khiển nhằm phục vụ công tác giảng dạy và học tập cho giáo viên và sinh viên ở các nội dung như vận dụng ngôn ngữ C lập trình cho Pic16F877A, lập trình giao tiếp máy tính bằng C#, xây dựng cơ sở dữ liệu SQL. Ngoài ra còn giúp sinh viên nắm bắt được quá trình hoạt động cảnh báo và điều khiển giao thông. ABSTRACT Designing and assembling the model to warn and control traffic light system by microcontroller is aimed to support the teaching and learning for teachers and students in the content as application for the programming language C Pic16F877A, programming in C# language for communication between computer and microcontrollers, build SQL database. Furthermore, it is also aimed to help students grasp the process of controlling and warning. 1. Đặt vấn đề Với mục đích phục vụ thực hành thí nghiệm cho sinh viên tại PFIEV, đề tài “Thiết kế và lắp ráp hệ thống đèn giao thông nhằm phục vụ đào tạo” đã xây dựng một mô hình giao thông tại ngã tư. Mô hình này được xây dựng bằng cách tích hợp tất cả các mạch khác nhau, hình thành một mạng giám sát theo chuẩn RS485 với 1 Master và 4 Slave. Slave là các PIC được lập trình bằng ngôn ngữ chuyên dụng C. Từ đó sinh viên có thể tự đưa ra bài tập để nâng cao kĩ năng lập trình. Ngoài việc phục vụ đào tạo, đề tài xe ở thành phố để có những lựa chọn thích hợp, tìm đường đi thích hợp cho mình. Do đó trong đề tài này chúng tôi áp dụng một hệ thống đèn giao thông bằng led ma trận kiêm chức năng cảnh báo giao thông. Hệ thống quang báo này sẽ giúp người tham gia giao thông biết sớm tình trạng kẹt xe và hướng dẫn những lộ trình lưu thông tránh khỏi điểm ùn tắc, góp phần giải quyết việc điều phối lưu lượng quá tải đối với hệ thống giao thông đường bộ. 2. Nội dung 2.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Xét một hệ thống đèn giao thông ở một ngã tư gồm: 4 mạch điều khiển kết nối với Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 78 nhau thông qua chuẩn RS485 và mỗi mạch sẽ điều khiển một bảng led ma trận. Mỗi bảng led ma trận gồm 3 modul ma trận: đỏ, vàng, xanh. Ngoài chức năng giao thông, các bảng led ma trận còn được dùng để hiển thị các thông tin từ trung tâm điều hành, nhằm thông báo cho người đi đường về tình trạng của các nút giao thông phía trước, đồng thời hướng dẫn cho họ rẽ trái hay rẽ phải khi cần thiết để tránh các điểm ùn tắc. Mạch điều khiển Mạch công suất Mạch giải mã cột Mạch đệm dòng Mạch led 7 đoạn a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 Vcc1 0 Mạch hiển thị Mạch điều khiển Mạch công suất Mạch giải mã cột Mạch đệm dòng Mạch led 7 đoạn a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 Vcc1 0 Mạch hiển thị Mạch điều khiển Mạch công suất Mạch giải mã cột Mạch đệm dòng Mạch led 7 đoạn a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 Vcc1 0 Mạch hiển thị Mạch điều khiển Mạch công suất Mạch giải mã cột Mạch đệm dòng Mạch led 7 đoạn a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 Vcc1 0 Mạch hiển thị RS485 Computer Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống Nguyên tắc hoạt động: - Ở chế độ 1: hoạt động bình thường như hệ thống giao thông hiện nay. - Ở chế độ 2: làm nhiệm vụ cảnh báo giao thông. Khi chế độ 2 được kích hoạt, đèn giao thông vẫn làm chức năng giao thông bình thường nhưng đèn đỏ và đèn xanh sẽ làm thêm một chức năng nữa là cảnh báo và điều khiển giao thông. Modul đỏ sẽ hiển thị các dòng chữ màu đỏ đưa ra các cảnh báo kẹt xe của các nút giao thông phía trước. Modul xanh sẽ hiện ra 3 hình mũi tên theo 3 hướng khác nhau để hướng dẫn người lái xe rẽ trái, đi thẳng hay rẽ phải khi cần thiết để tránh các điểm kẹt xe. Hướng rẽ trái cho phép phương tiện giao thông chỉ được rẽ trái, hướng rẽ phải cho phép phương tiện giao thông chỉ được rẽ phải, hướng đi thẳng cho phép phương tiện giao thông chỉ được đi thẳng. Tùy theo tình trạng của giao thông mà các mũi tên của đèn xanh sẽ hoạt động để điều khiển lượng xe lưu thông trên mỗi làn đường theo một hướng nhất định. 2.2. Mạng RS485 Trong hệ thống tự động hóa ngày nay, việc kết nối theo chuẩn RS485 là một điều rất cần thiết. Nó giúp hệ thống gọn nhẹ, linh hoạt, dễ dàng điều khiển, gần như toàn bộ Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 79 công việc điều khiển giao tiếp đều tập trung tại trạm chủ. RS485 là một giao diện đa điểm, có thể cung cấp cho việc kết nối có nhiều bộ truyền và nhận. RS485 có thể truyền xa 1200m, tốc độ lên đến 10mbs. Mạng RS485 gồm có 1 Master và 4 Slave. Master là máy tính PC. Mỗi Slave là một Pic16F877A để điều khiển mạch hiển thị. Master sẽ thực hiện công việc quản lý hoạt động của toàn bộ phần mạng này. Master sẽ truyền địa chỉ và các yêu cầu cho Slave thứ nhất và chờ slave đó đưa thông tin trả về,sau đó tiếp tục thực hiên truyền địa chỉ cho các Slave tiếp theo. Như vậy, điều cần thiết là các Slave phải biết khi nào là dữ liệu được dành cho nó. MASTER RS232 sang RS485 RS485 sang TTL SLAVE1 RS485 sang TTL SLAVE2 RS485 sang TTL SLAVE3 RS485 sang TTL SLAVE4 TXD RXD TXD TXD TXD TXD RXD RXD RXD RXD A B A A A A BB B B Hình 2. Sơ đồ khối mạng RS485 3. Giao diện cảnh báo và điều khiển đèn giao thông Giao diện cảnh báo và điều khiển đèn giao thông được thực hiện trên phần mềm Visual C#. Qua đó, ta có thể điều khiển các chế độ hoạt động cho đèn giao thông bằng các nút bấm trên giao diện. Ở chế độ 1, đèn giao thông hoạt động bình thường. Ở chế độ 2, đèn giao thông thực hiện thêm chức năng cảnh báo. Từ giao diện trên máy tính, ta sẽ truyền nội dung cần hiển thị ra led ma trận. Hình 3. Giao diện chính của hệ thống Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 80 4. Lưu trữ thông tin bằng cơ sở dữ liệu SQL Trong hệ thống tự động hóa, việc lưu trữ tất cả các dữ liệu là một phần rất quan trọng. Nó không những phổ biến trong lĩnh vực đèn giao thông mà còn rất nhiều lĩnh vực khác. Hệ thống theo dõi sự hoạt động của các chế độ qua sự thu thập dữ liệu từ SQL, mọi thông tin được lấy từ các thiết bị như cảm biến, hệ thống camera, nó bao gồm ngày, giờ và có thể bao gồm các hình ảnh . Qua đó biết được mật độ tham gia giao thông tại những thời điểm khác nhau và cơ sở dữ liệu SQL trong hệ thống giao thông có thể được mở rộng trong việc lưu trữ hình ảnh xe vi phạm để có thể dễ dàng xử lý hơn. Với đề tài này, việc kết nối SQL và Visual C# chỉ hạn chế ở mức để lưu trữ các thông tin điều khiển như việc thay đổi chế độ để có thể biết được tình hình giao thông trong ngày. Nhưng qua đó, giúp sinh viên nắm bắt được lưu trữ thông tin bằng cơ sở dữ liệu SQL, việc kết nối giữa SQL và Visual C#. Hình 4. Cơ sở dữ liệu SQL 5. Kết luận và hướng phát triển 5.1. Kết luận Với những kết quả đạt được như trên, hệ thống thật sự rất hữu ích cho các bạn sinh viên trong việc thực hành trên mô hình thực tế đã triển khai bằng ngôn ngữ C và C#, SQL cũng như qua đó nắm bắt được hê thống cảnh báo và điều khiển giao thông. 5.2. Hướng phát triển Mỗi chốt giao thông được lắp thêm cảm biến tốc độ, cảm biến cơ để tính được mật độ giao thông và tốc độ của các phương tiện giao thông, camera để quan sát tình trạng giao thông rồi qua đó sẽ có sự điều khiển giao thông thích hợp. Tất cả các chốt giao thông được kết nối về một trạm trung tâm thông qua mạng Internet, WiFi hoặc Wimax. Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu trung tâm từ máy chủ và máy tớ để có thể kết nối với nhau cập nhật dữ liệu. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 81 Xây dựng hệ thống thành một sản phẩm hoàn thiện có thể áp dụng được cho tất cả các chốt giao thông của Đà Nẵng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Kim Ánh, Mạng truyền thông công nghiệp, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng . [2] Đoàn Quang Vinh, Giáo trình điện tử công suất, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. [3] Phạm Hữu Khang, Lập Trình Cơ Sở Dữ Liệu, Nxb. Lao Động Xã Hội. [4] Dương Quang Thiện, Lập trình T-SQL, Nxb. Văn Hóa Sài Gòn. [5] Ngô Diên Tập, Vi điều khiển với lập trình C, Nxb. Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội 2002. . Với mục đích phục vụ thực hành thí nghiệm cho sinh viên tại PFIEV, đề tài Thiết kế và lắp ráp hệ thống đèn giao thông nhằm phục vụ đào tạo đã xây dựng. 77 THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG PHỤC VỤ ĐÀO TẠO TẠI PFIEV DESIGNING AND ASSEMBLING LIGHT TRAFFIC SYSTEM FOR TRAINING SERVICE IN PFIEV