Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển
Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2 Đề tài: “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Trung Thành Sinh viên thực hiện : Trần Đông Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Huy Toàn Lớp : Đ-ĐTK5.1 Hưng yên ngày .tháng … năm 2010 1 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày . tháng . năm 2010 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Trung Thành 2 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trờng ĐHSPKT Hng Yên Đồ An chuyên ngành 2 Khoa Điện - Điện Tử MC LC NHN XẫT V NH GI CA GIO VIấN HNG DN .2 MC LC 3 LI NểI U .5 Phn I: GII THIU CHUNG 6 I.TNG QUAN V H THNG IU KHIN TN HIU GIAO THễNG .6 1.Yờu cu v mc ớch ca h thng iu khin tớn hiu giao thụng 6 2.Mt s h thng iu khin tớn hiu giao thụng 6 2.1.H thng iu khin tớn hiu giao thụng u tiờn cho ngi i b 6 2.2.H thng iu khin tớn hiu giao thụng cho ngó t .7 2.3.H thng iu khin giao thụng cho ngó ba. 10 II.PHN TCH LA CHN PHNG N IU KHIN 11 1.Mch dựng IC s 11 2.iu khin bng vi iu khin 12 3.Vi vi mch dựng k thut vi x lý 12 4.iu khin bng PLC. .13 III.CC TIấU CHUN LA CHN B VI IU KHIN .13 IV.LED 7 ON V LED N 15 1.Cỏc khỏi nim c bn 15 2.Kt ni vi vi iu khin .18 V.GIAO TIP VI IU KHIN VI LED 7 ON 20 VI.KHI GII M 21 1. IC gii mó 7447 21 VII.GII THIU CHUNG CU TRC B VI IU KHIN .23 Trong mục này chúng ta xem xét một số thành viên khác nhau của họ bộ vi điều khiển 8051 và các đặc điểm bên trong của chúng. Đồng thời ta điểm qua một số nhà sản xuất khác nhau và các sản phẩm của họ có trên thị trờng .23 1.Túm tt v lch s ca AT89C51 .23 RAM 24 2.S chõn tớn hiu ca 80C51/AT89C51 .25 3 Ging viờn hng dn: Nguyn Trung Thnh SVTH: Trn ụng- Nguyn Vn Hong - Nguyn Huy Ton Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö 3.Các thanh ghi chức năng đặc biệt .27 Phần II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 36 I.Sơ đồ nguyên lý theo từng khối .36 1.Khối hiển thị 36 2.Khối tín hiệu điều khiển 37 3.Khối điều khiển đèn 38 II.Sơ đồ mạch nguyên lý chung 39 Nguyên lý hoạt động: .40 III.Chương trình điều khiển 41 Phần III: PHẦN TỔNG KẾT 47 4 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö LỜI NÓI ĐẦU Với thời đại phát triển như ngày nay thì vấn đề giao thông ngày càng được trú trọng. Các phương tiện tham gia giao thông cũng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp. Vì vậy để đảm bảo được sự an toàn khi tham gia giao thông thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết. Qua thực tế chúng em nhận thấy vấn đề này là rất sát thực. Hơn nữa là chúng em đã được trang bị những kiến thức trong quá trình nghiên cứu và học tập tại trường chúng em đã chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển” Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy “ Nguyễn Trung Thành” và các thầy cô trong khoa điện- điện tử. Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đồ án do kiến thức hiểu biết còn hạn hẹp cũng như chúng em chưa có nhiều điều kiện khảo sát thực tế nhiều, thời gian làm đồ án không dài do vậy đồ án của chúng em cũng không thể tránh được những thiếu sót. Chúng em rất mong thầy cô và các các bạn đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ án của chúng em thêm hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cám ơn! 5 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG. 1. Yêu cầu và mục đích của hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông ngày càng phức tạp. Chính lý do này đã dẫn đến tình trạng ùn tắc và tai nạn giao thông ngày càng gia tăng. Vì vậy để đảm bảo giao thông được an toàn và thông suốt thì việc sử dụng các hệ thống tín hiệu để điều khiển và phân luồng tại các nút giao thông là rất cần thiết. Với tầm quan trọng như vậy hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cần đảm bảo những yêu cầu sau: - 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. 2. Một số hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. 2.1. Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho người đi bộ. Hệ thống hoạt động như sau: - Ở trạng thái bình thường đèn báo trên tuyến đường ô tô luôn ở trạng thái xanh. - Khi người đi bộ muốn qua đường, người đi bộ phải nhấn vào nút nhấn nằm trên cột đèn dành cho người đi bộ. 6 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö - Sau khi nhấn nút xin đường hệ thống đèn báo trên tuyến đường được mô tả bằng giản đồ thời gian sau. 2.2. Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư. 7 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö Hệ thống có hoạt động như sau: 8 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö Ta giả sử rằng xét ở chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị trí A và C sáng cho phép các phương tiện và người đi bộ đi theo chiều từ A sang C và ngược lại đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí B và D sáng không cho các phương tiện lưu đi theo chiều từ B sang D và ngược lại. Sau một khoảng thời gian 9 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn Trêng §HSPKT Hng Yªn §å An chuyªn ngµnh 2 Khoa §iÖn - §iÖn Tö đèn xanh tại vị trí A và C và đèn đỏ tại B và D tắt đồng thời đèn vàng tại các vị trí sáng và đèn đỏ tại vị trí dành cho người đi bộ nhấp nháy sau một khoảng thời gian đèn vàng tắt đèn vàng tại vị trí A và C sáng đèn xanh tại vị trí B và D sáng lúc này xanh cho người đi bộ tại A và C sang, đỏ cho người đi bộ tại B và D sáng. Sau khi đỏ tại B và D sáng. Sau khi đỏ tại A và D và xanh tại B và D tắt đèn vàng lại sáng. Ở chế độ ban đêm chỉ có đèn vàng. Giản đồ thời gian được mô tả như sau. 2.3. Hệ thống điều khiển giao thông cho ngã ba. Hệ thống hoạt động như sau: Giả sử xét chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị trí A và B đang sáng cho phép các phương tiện đi thẳng từ A và B theo C. Đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí C sáng không cho phép xe lưu thông theo chiều từ C sang đường A và B. Sau khoảng thời đèn đỏ tại A và B sáng, không cho phép phương tiện đi thẳng từ A và B, đồng thời đèn xanh tại vị trí C sáng cho phép phương tiện đi vào C và đi từ C sang đường A và B. Trong quá trình chuyển từ đèn xanh sang 10 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành SVTH: Trần Đông- Nguyễn Văn Hoàng - Nguyễn Huy Toàn [...]... nhng u im sau: Do trong vi iu khin cú s dng cỏc b timer, cỏc h thng ngt, cõu lnh n gin nờn vic lp trỡnh n gin hn Trong mch cú th s dng ngay b nh trong i vi chng trỡnh cú quy mụ nh rt tin li m vi x lý khụng thc hin c Nú cú th giao tip ni tip trc tip vi mỏy tớnh m vi x lý cng giao tip c nhng l giao tip song song sang ni tip giao tip vi mỏy tớnh 3 Vi vi mch dựng k thut vi x lý Vi phng phỏp ny cú nhng... VII GII THIU CHUNG CU TRC B VI IU KHIN Trong mục này chúng ta xem xét một số thành vi n khác nhau của họ bộ vi điều khiển 8051 và các đặc điểm bên trong của chúng Đồng thời ta điểm qua một số nhà sản xuất khác nhau và các sản phẩm của họ có trên thị trờng 1 Túm tt v lch s ca AT89C51 Vào năm 1981 Hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển đợc gọi là AT89C51 Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K... 3.1: Các đặc tính của AT89C51 đầu tiên Đặc tính ROM trên chíp RAM EXTERNAL INTERRUPT Bộ vi điều khiển 8051: CONTROL ETC TIMER 0 ON - CHIP COUNTER INPUTS Bộ định thời vào - ra Cổng nối tiếp Nguồn ngắt INTERRUPTS Các chân Số lợng 4K byte 128 byte 2 32 1 6 Bộ vi điều khiển 8051 là thành vi n đầu tiên của họ RAM TIMER 1 AT89C51 Hãng Intel ký hiệu nó nh là MCS51 Bảng 3.2 trình bày các đặc tính của AT89C51... chỉ Tín hiệu chốt đợc kích hoạt ở mức cao, tần số xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VĐK Nó có thể đợc dùng cho các bộ Timer ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp chơng trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp - /EA/Vpp: Cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chơng trình ngoài khi /EA=0, nếu /EA=1 thì On-chip sẽ làm vi c với bộ nhớ chơng trình. .. IP, IE, TMOD, TCON, SCON, và PCON bao gồm các bit trạng thái và điều khiển đối với hệ thống ngắt, các bộ Timer/Counter và cổng nối tiếp Chúng sẽ đợc mô tả ở phần sau 3.9 Thanh ghi PSW Từ trạng thái chơng trình dùng để chứa thông tin về trạng thái chơng trình PSW có độ dài 8 bit, mỗi bit đảm nhiệm một chức năng cụ thể Thanh ghi này cho phép truy cập ở dạng mức bit 29 Ging vi n hng dn: Nguyn Trung Thnh... tích cực để vận hành chế độ nguồn giảm trong AT89C51 Chỉ có thể ra khỏi chế độ bằng Reset IDL: bit chọn chế độ nghỉ Đặt bit này ở mức tích cực để vận hành kiểu Idle (Chế độ không làm vi c) trong AT89C51 Lu ý: Nếu PD và IDL cùng đợc kích hoạt cùng 1 lúc ở mức tích cực, thì PD đợc u tiên thực hiện trớc Chỉ ra khỏi chế độ bằng 1 ngắt hoặc Reset lại hệ thống 3.11 Thanh ghi IE: 31 Ging vi n hng dn: Nguyn... bit THx và TLx dài 16 bit đợc ghép tầng - M1=1, M0=0: 8 bit Auto reload Các thanh ghi tự động nạp lại mỗi khi bị tràn Khi bộ Timer bị tràn, THx dài 8 bit đợc giữ nguyên giá trị, còn giá trị nạp lại đợc đa vào TLx - M1=1, M0=1: Kiểu phân chia bộ Timer TL0 là 1 bộ Timer/Counter 8 bit, đợc điều khiển bằng các bit điều khiển bộ Timer 0, Còn TH0 chỉ là bộ Timer 8 bit, đợc điều khiển bằng các bit điều khiển. .. 1 - M1=1, M0=1: Timer/Counter 1 Stopped 3.15 Thanh ghi SCON: SCON là thanh ghi trạng thái và điều khiển cổng nối tiếp Nó không những chứa các bit chọn chế độ, mà còn chứa bit dữ liệu thứ 9 dành cho vi c truyền và nhận tin (TB8 và RB8) và chứa các bit ngắt cổng nối tiếp SM0, SM1: Là các bit cho phép chọn chế độ cho cổng truyền nối tiếp SM0 SM1 Mode Đặc điểm Tốc độ Baud 0 0 0 Thanh ghi dịch Fosc /12... ngắt đợc xử lý IT1: Bit điều khiển ngắt 1 để tạo ra ngắt ngoài Đợc đặt/xoá bởi phần mềm IE0: Cờ ngắt ngoài 0 Đợc đặt bởi phần cứng khi sờn xung của ngắt ngoài 0 đợc phát hiện Đợc xoá bởi phần cứng khi ngắt đợc xử lý IT0: Bit điều khiển ngắt 0 để tạo ra ngắt ngoài Đợc đặt/xoá bởi phần mềm 3.14 Thanh ghi TMOD Thanh ghi điều khiển kiểu Timer/Counter GATE: Khi TRx đợc thiết lập và GATE=1, bộ TIMER/COUTERx... hoặc không cho phép ngắt cổng nối tiếp (SPI và UART) ET1: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ Timer 1 EX1: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 1 ET0: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ Timer 0 EX0: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 0 3.12 Thanh ghi IP: Thanh ghi u tiên ngắt Không dùng, ngời sử dụng không nên ghi 1 vào các Bit này PT2: Xác định mức u tiên của . tài: “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng vi điều khiển Giảng vi n hướng. quá trình nghiên cứu và học tập tại trường chúng em đã chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cho ngã tư lập trình bằng