Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông thông qua xử lý ảnh

116 89 0
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông thông qua xử lý ảnh

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Nghiên cứu này nhằm mục tiêu phát triển giải thuật điều khiển hệ thống đèn giao thông cho một giao lộ, với chu kỳ đèn tín hiệu tùy thuộc vào tình trạng xe lưu thông trên hai tuyến đường quan sát được bởi 2 camera. Giải thuật đếm số lưu lượng xe trên đường được xây dựng để quyết định thời gian của chu kỳ đèn xanh kế tiếp cho tuyến đường tương ứng. Hình ảnh thu được từ camera sẽ được phần mềm mô phỏng giả lập để kiểm chứng giải thuật điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy tuyến đường nào có lưu lương xe lớn hơn thì chu kỳ đèn xanh của tuyến đường đó dài hơn và ngược lại.

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 16 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Thái Dương Duy Kỹ thuật Điện Tử Truyền Thơng Đại học quy 2013 MSSV: 13141040 Mã ngành: 01 Mã hệ: 01 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THI CƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG THÔNG QUA XỬ LÝ ẢNH II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Video đầu vào: video, video đường xe, video nhiều xe - Matlab phiên 2017a - Kit điều khiển chính: Arduino Mega 2560, Module Led đoạn đôi, led đơn (2 đỏ, vàng, xanh) Nội dung thực hiện: Đề tài thực nội dung xây dựng hệ thống đếm đối tượng qua hình ảnh với đầu vào từ video ảnh chứa đối tượng (phương tiện giao thông) Kết đếm gửi xuống kit Arduino để điều khiển cặp module led đoạn led đơn Nhóm thực nội dung sau:  Tìm hiểu kit Arduino Mega 2560  Tìm hiểu phần mềm matlab  Cài đặt nguồn thư viện cho kit Arduino, cách kết nối Arduino với Matlab  Tìm hiểu thuật tốn phát phương tiện giao thơng  Xây dựng q trình xử lý ảnh đầu vào  Xây dựng hệ thống đếm phương tiện ảnh, lập trình giao diện sử dụng để mơ trình thu thập liệu gửi liệu xuống kit Arduino  Xây dựng chương trình điều khiển điều tín hiệu đèn giao thơng kit Arduino  Đánh giá kết thực ii III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/03/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Võ Đức Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thái Dương Duy Lớp: 13141DT3A MSSV: 13141040 Tên đề tài: THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG THƠNG QUA XỬ LÝ ẢNH Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD - Gặp giáo viên hướng dẫn để phổ biến quy (19-25/3) định: thực chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc - Duyệt đề tài - Viết đề cương cho đề tài (26/3-1/4) (2/4-8/4) (9/4-15/4) (16/4-22/4) (23/4-29/4) - Tìm hiểu hoạt động Arduino Matlab - Cài đặt Matlab, Arduino - Lập trình Arduino với chân I/O để nhúng liệu - Tìm hiểu thuật tốn xử lý ảnh đầu vào - Các hàm xử dụng cho việc sử lý ảnh đầu vào - Thiết kế sơ đồ khối giải thuật xử lý ảnh đêm đối tượng ảnh đầu vào - Tìm hiểu cách giao tiếp Arduino với module Led đoạn digit - Tính tốn thơng số dòng áp Để lựa iv chọn linh kiện phù hợp (30/4-6/5) - Viết lưu đồ chương trình đèn giao thơng - Tiến hành viết chương trình hiệu chỉnh chương trình - Tìm hiểu cách kết nối matlab adruino (7/5-13/5) - Tiến hành gửi liệu từ Matlab sang arduino - Xây dựng mơ hình (14/5-20/5) - Kiểm tra, hồn thiện mơ hình, chạy thử sửa lỗi Viết báo cáo 10 (21/5-27/5) 11 (28/5-3/6) 12 (4/6-10/6) - Kiểm tra, hoàn thiện mơ hình, chạy thử sửa lỗi - Viết báo cáo - Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo - Nộp báo cáo làm Slide báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn thạc sĩ Võ Đức Dũng Các kết công bố đồ án tốt nghiệp “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thơng thơng qua xử lý ảnh” trung thực không chép từ cơng trình khác Người thực đề tài Nguyễn Thái Dương Duy vi LỜI CẢM ƠN Trong trình làm đồ án tốt nghiệp, chúng em nhận nhiều ủng hộ, giúp đỡ đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Võ Đức Dũng - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM tận tình hướng dẫn bảo suốt thời gian làm luận án tốt nghiệp Thầy tạo nhiều điều kiện cho lời khuyên quý báu giúp chúng em hồn thành tốt khóa luận Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM nói chung, thầy Bộ mơn Điện tử Cơng Nghiệp – Y Sinh nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập năm học vừa qua, giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ, động viên chúng em suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Thái Dương Duy vii MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iv Cam đoan vi Lời cảm ơn vii Mục lục viii Liệt kê hình vẽ xi Liệt kê bảng vẽ xiv Tóm tắt xv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu xử lý ảnh 2.2 Tổng quan Matlab 2.3 Giới thiệu lịch xử hình thành Arduino 2.4 Giới thiệu phần cứng 10 2.4.1 Kit arduino mega 2560 10 2.4.2 Led quét đoạn loại digit 13 2.4.2.1 Led đoạn 13 2.4.2.2 Led quét đoạn loại digit 14 2.4.3 Led đơn 15 2.5 Quy trình xử lý ảnh 15 2.5.1 Xử lý ảnh gì? 15 2.5.2 Quá trình thu nhận ảnh 16 2.5.3 Quá trình tiền xử lý ảnh 16 2.5.4 Quá trình phân đoạn ảnh 16 2.5.5 Biểu diễn mô tả 17 viii 2.5.6 Nhận dạng nội suy ảnh 17 2.5.7 Cơ sở tri thức 18 2.6 Các phương pháp xử lý với đối tượng ảnh đầu vào 18 2.6.1 Chuyển đổi ảnh màu sang ảnh màu xám 18 2.6.2 Nhị phân hóa ảnh 20 2.6.3 Các phương pháp lọc nhiễu ảnh nhằm cải thiện ảnh 21 2.6.4 Làm trơn nhiễu lọc tuyến tính 21 2.6.5 Làm trơn nhiễu lọc phi tuyến 24 2.6.6 Phân vùng ảnh 24 2.7 Các hàm sử dụng trình phát đếm số lượng phương tiện đề tài 25 2.7.1 Hàm imread() 25 2.7.2 Hàm imshow() imagesc() 25 2.7.3 Hàm rgb2gray() 26 2.7.4 Hàm imadjust() 27 2.7.5 Hàm tự tính ngưỡng để chuyển sang ảnh nhị phân graythresh(), hàm chuyển đổi ảnh nhị phân imbinarize() 28 2.7.6 Hàm imdilate() 28 2.7.7 Hàm imerode() 29 2.7.8 Hàm bwareaopen() 30 2.7.9 Hàm bwlable 31 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 32 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 32 3.2.2 Thiết kế khối hệ thống 33 3.2.3 Thiết kế mơ hình đèn giao thơng 40 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 41 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 43 4.1 Giới thiệu 43 4.2 Thi công hệ thống 43 4.2.1 Thi công bo mạch 43 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 44 ix 4.2.3 Thiết kế giao diện cho người điều khiển 45 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình 45 4.4 Lập trình hệ thống 46 4.4.1 Lập trình phần mềm matlab 46 4.4.1.1 Lưu đồ tổng quát matlab 46 4.4.1.2 Chi tiết hệ thống 46 4.4.2 Lập trình kit arduino mega 2560 53 4.4.2.1 Lưu đồ tổng quát arduino 53 4.4.2.2 Chương trình điều khiển arduino 54 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, tháo tác 60 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 60 4.5.2 Quy trình thao tác giao diện 60 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 61 5.1 Kết 61 5.2 Nhận xét 72 5.3 Đánh giá 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 6.1 Kết luận 74 6.2 Hướng phát triển 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC x LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Máy in 3D Makerbot điều khiển Arduino Mega 2560 Hình 2.2: Xe tự hành 10 Hình 2.3: Ambilight dùng Arduino uno 10 Hình 2.4: Sơ đồ chức chân Arduino Mega 2560 11 Hình 2.5: Giao tiếp hệ thống dùng chuẩn UART 13 Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động chuẩn UART 13 Hình 2.7 Sơ đồ chân LED Anode 14 Hình 2.8: Cấu tạo led đoạn digit 14 Hình 2.9: Sơ đồ chân Led đoạn loại digit 15 Hình 2.10: Led đơn sắc 15 Hình 2.11: Sơ đồ chân led đơn sắc 15 Hình 2.12: Kết đầu trình xử lý ảnh 16 Hình 2.13: Sơ đồ trình xử lý ảnh 16 Hình 2.14: Chuyển ảnh màu thành ảnh xám 19 Hình 2.15: Lược đồ xám 20 Hình 2.16: Ảnh xám ảnh nhị phân 20 Hình 2.17: Ví dụ lọc trung bình 22 Hình 2.18: Hiển thị ảnh hàm imshow() 26 Hình 2.19: Hiển thị ảnh hàm imagesc() 26 Hình 2.20: Chuyển đổi ảnh màu thành ảnh xám 27 Hình 2.21: Tăng cường độ tương phản anh hàm imadjust() 27 Hình 2.22: Chuyển đổi ảnh xám sang ảnh nhị phân 28 Hình 2.23: Ảnh đầu vào 29 Hình 2.24: Ảnh sau giản nở 29 Hình 2.25: Ảnh đầu vào 30 Hình 2.26: Ảnh sau xói mòn 30 Hình 2.27: So sánh ảnh gốc ảnh sau xử lý hàm bwareaopen() 31 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 32 Hình 3.2: Sơ đồ nối dây vi điều khiển Broad Arduino Mega 34 Hình 3.3: Sơ đồ nối dây mạch nạp Arduino Mega 35 xi PHỤ LỤC axes(handles.axes1); MV2 = imresize(MV, [700 1200]); imshow(MV2,'Parent',handles.axes1);%hi?n th? ?nh axes(handles.axes11); imagesc(labeled,'Parent',handles.axes11);%hi?n th? k?t qu? sau x? lý set(handles.ed_slxe,'String',numberofcars);%hi?n th? s? l??ng ??i t??ng ??m ???c set(handles.ed_lanxe,'String','LÀN 1');%hi?n th? xe ?ang x? lý %quy ??i hi?n th? th?i gian ?èn xanh if (numberofcars

Ngày đăng: 25/06/2020, 22:02

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan