Điều khiển thời gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông

Điều khiển đèn giao thông thông minh dựa trên mật độ giao thông giúp giảm ùn tắc, tối ưu hóa luồng xe. Tìm hiểu giải pháp hiệu quả, tiết kiệm thời gian chờ đợi.

• Tác giả: Le Tuyet Nhi
• Người hướng dẫn: Hà Duy Hưng
• Trường học: Trường Đại học Tôn Đức Thắng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Điều Khiển Thời Gian Đèn Giao Thông Dựa Trên Mật Độ Giao Thông
• Loại tài liệu: Đồ án hệ thống nhúng
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Giới thiệu đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
• 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống
• 2.2. Khối nguồn
• 2.3. Khối điều khiển
• 2.4. Khối cảm biến
• 2.5. Khối hiển thị
• 2.6. Sơ đồ nguyên lý tổng quát
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Hoạt động của hệ thống
• 3.2. Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển
• 3.3. Giới thiệu PIC CCS Compiler
• 3.4. Khai báo và sử dụng biến, hằng và mảng
• 3.5. Các chức năng khác trong CCS
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM
• 4.1. Tiến trình thực nghiệm
• 4.2. Kết quả thực nghiệm
• 4.3. Kết luận thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Nhược điểm
• 5.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá cách điều khiển đèn giao thông theo mật độ

Việc điều khiển thời gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông là một trụ cột cốt lõi của hệ thống giao thông thông minh (ITS) hiện đại. Thay vì áp dụng một chu kỳ đèn cố định, phương pháp này cho phép hệ thống tự động điều chỉnh thời gian xanh-đỏ dựa trên lưu lượng phương tiện trong thời gian thực. Mục tiêu chính là tối ưu hóa đèn giao thông, giảm thiểu thời gian chờ đợi không cần thiết, và quan trọng nhất là góp phần giảm ùn tắc giao thông tại các nút giao trọng điểm. Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng, các phương pháp truyền thống tỏ ra kém hiệu quả, đặc biệt vào giờ cao điểm, gây ra xung đột và lãng phí thời gian. Hệ thống điều khiển thích ứng sử dụng các công nghệ tiên tiến như cảm biến giao thông và xử lý ảnh nhận dạng phương tiện để thu thập dữ liệu mật độ một cách chính xác. Dữ liệu này sau đó được phân tích bởi các thuật toán điều khiển đèn tín hiệu phức tạp, thường được hỗ trợ bởi AI trong điều khiển giao thông và học máy (machine learning) cho giao thông. Kết quả là một hệ thống linh hoạt, phản ứng nhanh với sự thay đổi của dòng xe, cải thiện hiệu suất toàn mạng lưới và nâng cao an toàn cho người tham gia giao thông. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới xây dựng các thành phố thông minh (smart city) bền vững và hiệu quả.

1.1. Giới thiệu về hệ thống giao thông thông minh ITS

Hệ thống giao thông thông minh (ITS - Intelligent Transportation System) là việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông vào hạ tầng giao thông và phương tiện. Mục đích của ITS là cải thiện sự an toàn, hiệu quả và tính bền vững của mạng lưới giao thông. Thay vì các giải pháp hạ tầng vật lý tốn kém như mở rộng đường, ITS tập trung vào việc quản lý và tối ưu hóa luồng giao thông hiện có. Các thành phần chính của ITS bao gồm camera giám sát giao thông, cảm biến giao thông, hệ thống thu phí điện tử, và trung tâm điều hành. Trong đó, điều khiển đèn tín hiệu thích ứng là một ứng dụng tiêu biểu, giúp giải quyết trực tiếp bài toán ùn tắc tại các giao lộ. Bằng cách tạo ra một hạ tầng giao thông số, ITS cho phép các thành phố quản lý tài nguyên hiệu quả hơn, cung cấp thông tin giao thông thời gian thực cho người dân và tạo tiền đề cho các công nghệ tương lai như xe tự lái.

1.2. Lợi ích của việc điều khiển đèn tín hiệu thích ứng

Điều khiển đèn tín hiệu thích ứng mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với hệ thống chu kỳ cố định. Lợi ích rõ ràng nhất là giảm ùn tắc giao thông bằng cách phân bổ thời gian xanh một cách thông minh cho các làn đường có mật độ phương tiện cao hơn. Điều này giúp giảm thời gian di chuyển trung bình, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường. Hơn nữa, hệ thống giúp giảm số lần dừng và khởi động của xe, không chỉ cải thiện trải nghiệm lái xe mà còn giảm hao mòn phương tiện. An toàn giao thông cũng được nâng cao do hệ thống có thể điều chỉnh chu kỳ đèn tín hiệu để tránh xung đột tại các nút giao phức tạp. Về lâu dài, dữ liệu thu thập được từ hệ thống thích ứng là nguồn thông tin quý giá cho các nhà quy hoạch đô thị, giúp họ đưa ra các quyết định chính xác hơn về phát triển hạ tầng giao thông số.

II. Thách thức của hệ thống đèn giao thông chu kỳ cố định

Các hệ thống đèn giao thông truyền thống hoạt động theo một chu kỳ đèn tín hiệu được lập trình sẵn và không thay đổi, bất kể lưu lượng phương tiện thực tế trên đường. Mô hình này bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng, là nguyên nhân chính gây ra tình trạng lãng phí và ùn tắc tại các đô thị. Vào những giờ thấp điểm, người tham gia giao thông thường phải dừng đèn đỏ một cách không cần thiết tại các giao lộ vắng vẻ, trong khi các hướng khác không có xe. Ngược lại, vào giờ cao điểm, thời gian xanh được cấp phát không đủ để giải tỏa lượng xe lớn, dẫn đến tình trạng ùn ứ kéo dài. Nghiên cứu của Lê Tuyết Nhi (2023) chỉ ra rằng "thời gian chạy đèn giao thông không được thiết lập phù hợp trên các tuyến đường" là một trong những nguyên nhân chính gây xung đột tại các nút giao. Việc thiếu khả năng thích ứng khiến hệ thống này không thể phản ứng với các sự cố đột xuất như tai nạn, xe hỏng, hay các sự kiện lớn. Do đó, việc chuyển đổi sang hệ thống điều khiển thời gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông là một yêu cầu cấp thiết để giải quyết các thách thức cố hữu này.

2.1. Phân tích nguyên nhân gây lãng phí thời gian chờ

Nguyên nhân cốt lõi gây lãng phí thời gian chờ ở các hệ thống đèn cố định là sự thiếu đồng bộ giữa chu kỳ đèn tín hiệu và nhu cầu di chuyển thực tế. Các chu kỳ này thường được tính toán dựa trên dữ liệu khảo sát giao thông lịch sử, vốn không thể phản ánh chính xác các biến động theo từng thời điểm trong ngày. Ví dụ, một trục đường chính có thể rất đông vào giờ đi làm nhưng lại vắng vẻ vào buổi trưa. Tuy nhiên, hệ thống cố định vẫn áp dụng cùng một pha đèn, khiến các luồng xe phụ phải chờ đợi không cần thiết. Sự lãng phí này không chỉ gây bực bội cho người lái xe mà còn tích tụ lại, góp phần làm giảm hiệu suất chung của toàn bộ mạng lưới giao thông đô thị, đặc biệt khi nhiều nút giao gần nhau không được đồng bộ hóa.

2.2. Hạn chế trong việc xử lý các tình huống đột xuất

Một trong những hạn chế lớn nhất của việc điều khiển pha đèn cố định là không có khả năng ứng phó với các tình huống bất thường. Khi một vụ tai nạn xảy ra, một làn đường có thể bị chặn hoàn toàn, gây ra ùn tắc nghiêm trọng. Hệ thống cố định không thể nhận biết được sự thay đổi này và vẫn tiếp tục hoạt động theo chu kỳ đã lập trình, thậm chí cấp đèn xanh cho làn đường đang bị tắc. Ngược lại, một hệ thống điều khiển đèn tín hiệu thích ứng có thể sử dụng dữ liệu từ cảm biến giao thông hoặc camera giám sát giao thông để phát hiện sự cố, sau đó tự động điều chỉnh pha đèn, ưu tiên giải tỏa các hướng khác và thông báo cho trung tâm điều hành. Khả năng phản ứng linh hoạt này là yếu tố then chốt để duy trì sự ổn định của luồng giao thông.

III. Hướng dẫn các phương pháp thu thập mật độ giao thông

Để thực hiện điều khiển thời gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông, bước đầu tiên và quan trọng nhất là thu thập dữ liệu chính xác về lưu lượng phương tiện. Có nhiều công nghệ được áp dụng cho mục đích này, mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp truyền thống và phổ biến nhất là sử dụng vòng lặp cảm ứng từ (inductive loop), được chôn dưới mặt đường để phát hiện các phương tiện kim loại đi qua. Một phương pháp hiện đại hơn là dùng camera giám sát giao thông kết hợp với các thuật toán xử lý ảnh nhận dạng phương tiện. Công nghệ này không chỉ đếm được số lượng xe mà còn có thể phân loại phương tiện, đo tốc độ và phát hiện các hành vi vi phạm. Ngoài ra, các loại cảm biến giao thông khác như cảm biến hồng ngoại, radar, hoặc siêu âm cũng được sử dụng. Trong đồ án của Lê Tuyết Nhi (2023), hệ thống sử dụng ba cảm biến hồng ngoại đặt ở các vị trí khác nhau để xác định mật độ thấp, trung bình và cao. Lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như chi phí, độ chính xác yêu cầu, điều kiện môi trường và khả năng tích hợp vào hạ tầng giao thông số hiện có.

3.1. Vai trò của cảm biến giao thông trong hệ thống ITS

Cảm biến giao thông được xem là "mắt thần" của hệ thống giao thông thông minh (ITS). Chúng cung cấp dữ liệu đầu vào quan trọng, cho phép hệ thống hiểu được trạng thái hiện tại của mạng lưới giao thông. Dữ liệu này bao gồm số lượng xe, mật độ, tốc độ trung bình, và khoảng cách giữa các xe. Nếu không có dữ liệu từ cảm biến, các thuật toán điều khiển đèn tín hiệu sẽ không có cơ sở để đưa ra quyết định tối ưu. Theo nghiên cứu, việc sử dụng cảm biến hồng ngoại là một giải pháp chi phí thấp, hiệu quả cho các mô hình thử nghiệm. Cụ thể, "cảm biến hồng ngoại cấp nguồn 5V dùng để nhận biết khi có vật cản và truyền tín hiệu đến khối xử lý" (Lê Tuyết Nhi, 2023). Dữ liệu này là nền tảng cho mọi hoạt động của hệ thống điều khiển đèn tín hiệu thời gian thực.

3.2. Công nghệ xử lý ảnh nhận dạng phương tiện tiên tiến

Xử lý ảnh nhận dạng phương tiện là một công nghệ đột phá, sử dụng hình ảnh từ camera giám sát giao thông để phân tích luồng xe. Các thuật toán học máy (machine learning), đặc biệt là mạng nơ-ron tích chập (CNN), được huấn luyện để nhận dạng và theo dõi các đối tượng (ô tô, xe máy, xe buýt) trong video. Công nghệ này cung cấp một bộ dữ liệu vô cùng phong phú, vượt xa khả năng của các cảm biến truyền thống. Nó không chỉ đếm xe mà còn có thể ước tính chiều dài hàng đợi, phát hiện các tình huống nguy hiểm như vượt đèn đỏ hoặc đi sai làn. Dù chi phí đầu tư và yêu cầu năng lực xử lý cao hơn, nhưng tiềm năng mà công nghệ này mang lại cho việc tối ưu hóa đèn giao thông và quản lý giao thông toàn diện là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh phát triển của thành phố thông minh (smart city).

IV. Phương pháp điều khiển đèn tín hiệu thời gian thực

Sau khi thu thập dữ liệu, trái tim của hệ thống là bộ điều khiển trung tâm, nơi các thuật toán điều khiển đèn tín hiệu được thực thi. Quá trình này bắt đầu bằng việc nhận tín hiệu từ các cảm biến giao thông. Bộ xử lý, thường là một vi điều khiển như PIC, sẽ phân tích các tín hiệu này để xác định mật độ hiện tại. Đồ án của Lê Tuyết Nhi (2023) mô tả một thuật toán đơn giản nhưng hiệu quả: "Nếu cảm biến hồng ngoại đầu tiên có tín hiệu, mật độ giao thông được xác định là Thấp... khi cả 3 cảm biến đều có tín hiệu, đây là mật độ cao". Dựa trên kết quả phân loại (Thấp, Trung bình, Cao), hệ thống sẽ chọn một bộ thông số chu kỳ đèn tín hiệu tương ứng đã được định nghĩa trước. Ví dụ, với mật độ cao, thời gian đèn xanh sẽ được tăng lên (40s) và đèn đỏ giảm xuống (20s) để ưu tiên giải tỏa luồng xe đông. Các hệ thống phức tạp hơn có thể sử dụng AI trong điều khiển giao thông, cho phép tự học và dự đoán xu hướng giao thông để đưa ra quyết định tối ưu hơn thay vì chỉ dựa vào các kịch bản có sẵn. Quá trình này lặp lại liên tục, tạo ra một hệ thống đèn tín hiệu thời gian thực linh hoạt.

4.1. Ứng dụng vi điều khiển PIC trong xử lý tín hiệu

Vi điều khiển (Microcontroller) là bộ não của nhiều hệ thống nhúng, và PIC16F877A là một lựa chọn phổ biến do giá thành hợp lý và tính năng mạnh mẽ. Trong mô hình điều khiển thời gian đèn giao thông, PIC có nhiệm vụ nhận dữ liệu thô từ các chân đầu vào kết nối với cảm biến hồng ngoại. Sau đó, nó thực thi đoạn mã logic đã được nạp sẵn để xử lý tín hiệu này. Theo sơ đồ giải thuật trong tài liệu, PIC sẽ kiểm tra trạng thái của các cảm biến để phân loại mật độ. Dựa trên kết quả, nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển ra các chân đầu ra để bật/tắt các đèn LED tương ứng (Xanh, Vàng, Đỏ) và hiển thị thời gian đếm ngược trên LED 7 đoạn. Toàn bộ quá trình từ nhận tín hiệu, xử lý, đến xuất lệnh điều khiển đều diễn ra gần như tức thời, đảm bảo tính thời gian thực cho hệ thống.

4.2. Giới thiệu thuật toán điều khiển đèn tín hiệu cơ bản

Thuật toán điều khiển đèn tín hiệu trong mô hình nghiên cứu hoạt động dựa trên logic điều kiện đơn giản. Hệ thống có một trạng thái mặc định (đèn xanh 30s). Sau mỗi chu kỳ, nó sẽ đọc tín hiệu từ ba cảm biến (ra0, ra1, ra2). Các trường hợp được định nghĩa như sau: (1) Nếu chỉ cảm biến đầu tiên phát hiện xe (trạng thái 011), hệ thống chuyển sang chế độ Mật độ Thấp (xanh 25s). (2) Nếu hai cảm biến đầu phát hiện xe (trạng thái 001), hệ thống chuyển sang chế độ Mật độ Trung bình (xanh 35s). (3) Nếu cả ba cảm biến đều phát hiện xe (trạng thái 000), hệ thống kích hoạt chế độ Mật độ Cao (xanh 40s). Nếu không rơi vào các trường hợp trên, hệ thống quay về trạng thái mặc định. Đây là một thuật toán dựa trên quy tắc (rule-based), dễ triển khai và phù hợp với các giao lộ đơn lẻ.

V. Kết quả ứng dụng Mô phỏng điều khiển đèn giao thông

Việc kiểm chứng hiệu quả của hệ thống điều khiển thời gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông được thực hiện thông qua mô phỏng giao thông và xây dựng mô hình vật lý. Tài liệu nghiên cứu đã sử dụng phần mềm Proteus để vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng hoạt động của mạch trước khi thi công thực tế. Giai đoạn thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động đúng như thiết kế. Khi không có tác động, đèn chạy theo thời gian mặc định (Xanh 30s). Khi tác động vào các cảm biến giao thông hồng ngoại theo kịch bản, hệ thống đã chuyển đổi thành công sang các chế độ tương ứng với mật độ Thấp, Trung bình và Cao, với thời gian đèn được điều chỉnh chính xác. Cụ thể, với mật độ thấp, thời gian đèn xanh là 25s; mật độ trung bình là 35s; và mật độ cao là 40s. Kết quả này khẳng định tính khả thi của giải pháp, cho thấy việc sử dụng cảm biến đơn giản kết hợp với vi điều khiển có thể tạo ra một hệ thống điều khiển đèn tín hiệu thích ứng hiệu quả. Mặc dù mô hình còn một số hạn chế về phạm vi của cảm biến, nó đã chứng minh được nguyên lý cốt lõi và mở ra hướng phát triển cho các ứng dụng thực tế.

5.1. Thiết kế và mô phỏng hệ thống trên phần mềm Proteus

Trước khi lắp ráp mạch vật lý, việc thiết kế và mô phỏng giao thông trên phần mềm chuyên dụng như Proteus là một bước cực kỳ quan trọng. Nó cho phép kiểm tra tính đúng đắn của sơ đồ nguyên lý, phát hiện các lỗi kết nối và kiểm tra logic hoạt động của thuật toán mà không tốn chi phí linh kiện. Trong đồ án này, toàn bộ hệ thống bao gồm vi điều khiển PIC16F877A, các cảm biến hồng ngoại (mô phỏng bằng công tắc), đèn LED và LED 7 đoạn đã được dựng lại trên Proteus. Mã nguồn viết bằng ngôn ngữ C sau khi được biên dịch sẽ được nạp vào vi điều khiển ảo. Quá trình mô phỏng giúp xác nhận rằng các tín hiệu đầu vào từ cảm biến được xử lý chính xác và các tín hiệu đầu ra điều khiển đèn hoạt động đúng theo chu kỳ đèn tín hiệu mong muốn cho từng kịch bản mật độ.

5.2. Phân tích kết quả và những hạn chế của mô hình

Kết quả thực nghiệm đã chứng minh hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng đúng yêu cầu đề ra. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng thẳng thắn chỉ ra một số nhược điểm. Hạn chế lớn nhất đến từ nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại, vốn có phạm vi phát hiện ngắn (khoảng 20cm trong thử nghiệm) và có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường. Điều này khiến việc đo lường mật độ không hoàn toàn chính xác trong thực tế. "Khoảng cách hạn chế của cảm biến hồng ngoại khiến giá trị đo được không chính xác. Điều này dẫn đến mạch chỉ thiết lập thời gian mặc định" (Lê Tuyết Nhi, 2023). Ngoài ra, mô hình hiện tại chỉ áp dụng cho một tuyến đường duy nhất và chưa xem xét sự tương tác phức tạp tại một giao lộ hoàn chỉnh. Dù vậy, những hạn chế này là cơ sở để đề xuất các hướng phát triển trong tương lai.

VI. Tương lai của hạ tầng giao thông số và thành phố thông minh

Mô hình điều khiển thời gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông chỉ là một bước khởi đầu trong lộ trình xây dựng hạ tầng giao thông số toàn diện. Tương lai của lĩnh vực này nằm ở khả năng kết nối và tích hợp. Các nút giao thông sẽ không còn hoạt động độc lập mà được liên kết với nhau thành một mạng lưới, chia sẻ dữ liệu và được điều khiển bởi một trung tâm điều hành thông minh. Hướng phát triển được đề xuất trong tài liệu là tích hợp các công nghệ không dây như Wi-Fi và Zigbee, cho phép hệ thống truyền dữ liệu về trung tâm và nhận lệnh điều khiển từ xa. Xa hơn nữa, AI trong điều khiển giao thông sẽ đóng vai trò chủ đạo, phân tích dữ liệu lớn (Big Data) từ nhiều nguồn (cảm biến, camera, GPS từ điện thoại) để dự báo tình hình giao thông và đưa ra chiến lược điều khiển tối ưu trên toàn thành phố. Khi đó, hệ thống giao thông thông minh (ITS) sẽ trở thành một phần không thể thiếu của một thành phố thông minh (smart city), nơi công nghệ phục vụ trực tiếp cho việc cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân.

6.1. Hướng phát triển tích hợp công nghệ không dây và AI

Để vượt qua giới hạn của một hệ thống cục bộ, hướng phát triển tất yếu là kết nối các bộ điều khiển đèn với nhau và với một trung tâm dữ liệu. Tài liệu gợi ý: "có thể kết nối Wifi, Zigbee và Bluetooth để cung cấp thông tin giao thông cho người đi đường". Việc này mở ra khả năng điều khiển phối hợp giữa nhiều giao lộ, tạo ra các "làn sóng xanh" giúp phương tiện di chuyển qua nhiều nút giao mà không phải dừng lại. Đồng thời, việc áp dụng AI và học máy (machine learning) cho giao thông sẽ giúp hệ thống có khả năng tự thích ứng và tối ưu hóa liên tục. Thay vì các quy tắc cứng, AI có thể học từ dữ liệu lịch sử và thời gian thực để nhận diện các mẫu hình giao thông phức tạp và đưa ra quyết định điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu một cách linh hoạt và hiệu quả hơn.

6.2. Tầm nhìn về một hệ thống điều khiển giao thông hợp nhất

Tầm nhìn cuối cùng là một hệ thống điều khiển giao thông hợp nhất, nơi mọi thành phần của hạ tầng giao thông số hoạt động đồng bộ. Trong hệ thống này, dữ liệu từ camera giám sát giao thông, vòng lặp cảm ứng từ, và thậm chí từ chính các phương tiện kết nối (V2X - Vehicle-to-Everything) sẽ được tổng hợp và phân tích trong thời gian thực. Trung tâm điều hành có thể can thiệp để ưu tiên cho các phương tiện khẩn cấp, điều chỉnh luồng giao thông để phục vụ các sự kiện lớn, hoặc cảnh báo sớm cho người dân về các điểm ùn tắc. Hệ thống tối ưu hóa đèn giao thông sẽ không chỉ phản ứng với mật độ hiện tại mà còn có khả năng dự báo và hành động trước, góp phần tạo nên một môi trường giao thông đô thị an toàn, thông suốt và bền vững cho thành phố thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TONG LIEN DOAN LAO DONG VIET NAM TRUONG DAI HOC TON ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỨ LE TUYET NHI DIEU KHIEN THOI GIAN DEN GIAO THONG DUA TREN MAT DO GIAO THONG DO AN HE THONG NHUNG KY THUAT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA THANH PHO HO CHI MINH, NAM 2023 TONG LIEN DOAN LAO DONG VIET NAM TRUONG DAI HOC TON ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỨ LE TUYET NHI DIEU KHIEN THOI GIAN DEN GIAO THONG DUA TREN MAT DO GIAO THONG DO AN HE THONG NHUNG KY THUAT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA THANH PHO HO CHI MINH, NAM 2023 1 LOI CAM ON Đề hoàn thành đồ án hệ thống nhúng này, em xin chân thành cảm ơn thầy Hà Duy Hưng đã tận tâm giảng dạy và đồng hành cùng em trong HKùủ năm hoc 2023 4 2024. Em cũng xin cảm ơn quý thầy cô Khoa Điện — Điện tD trưEng Đại học Tôn Đức ThGng đã tạo đíHu kiệ cho em thực hiện dé án hệ thống nhúng lần này. Vi thEI gian vả vốn kiến thức vNn còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của quy thay, cd dé rút kinh nghiệm và hoàn thành tốt hơn trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy, cô luôn có nhĩHu sức khoẻ và thành công với ngành nghH cao quý.HCM, ngày 13 tháng II năm 2023 Tác giả TT Lê Tuyết Nhỉ il MUC LUC 10) OF.) )\ 0 iii MUC LUC iv DANH MUC HINH ANHhL.ccsscsssssssssesssccesssecocssssssecasseceusssceecsesecsessesecseees vi DANH MUC BANG Vii DANH MỤC TỪ VIẾT' TẮ T.

2-s se se se sex seecece viii CHUONG 11 TONG QUAN DE TAI 1 1. Giới thiệu đề tài wens 1 1. Mục dích nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu 3 CHƯƠNG 2Ì THIẾT KÉ VÀ THỊ CÔNG.

So dV khối của hệ thống.- 2-2 cseeecsers re csersexe A 2. Khoi điHu khiễn. Khối cam DIGI ccc ccc ccc esssesseseeetesessessesceseseeseneeseesenee u0 2. Khối hiến thi ccc ccc cceceeseseesecsseseseteseeseesaneeetecseees ù2 2.

Sơ đV nguyên lý tổng quát 15 CHƯƠNG3Ì GIẢI THUẬT VÀ ĐIÊU KHIẺN. Hoạt động của hệ thống 1Ụ 3. Lưu đV giải thuật trên vi điều khiến 17 3. Giới thiệu PIC CCS Compiiler.

Khai báo và sử dụng biến, hằng và mắng. Cac chire nang khac trong CCS. eee 20 CHUONG AI THUC NGHIEM 22 A. Tién trink thure nghiệm.-- 5-2 se cseescsscs erscce 22 Ả.

Kết quả thực nghiệmÌ. Kết luận thực nghiệm 2Á CHƯƠNG 8Ì KET LUẬN.-s- << s se SE sESEsEsEsEsEe SSESEsEstsrs se sezseseee 25 5. Nhược điểm 25 5. Hướng phát triển se 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

27 DANH MUC HINH ANH Hình 2ãù. Sơ đồ khối hệ thống.- - 1 S1 TS EE12182121111211111111 1111 1E xxx. 5 S11 21221 112111121111111111 111111 111 1E HE ng 5 Hith 243. Khối điHu khiễn.

Sơ đồ chân PIC ùoứÑ77A.----:s: 2222212222 E1 ri ùù Hình 2ã7. Khối cảm biến. Cảm biến hồng ngoại và Sơ đồ nguyên lý. 55c re ra ù4 Hình 2ã9.

Khối hiến thị. Cầu hình chân Led 7 doan Anode chung va Cathode chung. uo Hình 2ãùù. Biếu diễn cực đương chung.

Biêu diễn cực âm chung. Sơ đồ nguyên lý hệ thống. 5-5 1 1 1 1111211111211 1 12 18tr ng 20 Hình 3ã2. Giao diện phần mHm PIC CCS Compiler.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống trên Proteus. Đèn giao thông chạy theo thE1 gian mặc định. Đèn giao thông chạy theo thEi gian cua mat độ thấp decececeueeeeeseess 27 Hinh 4ão. Đèn giao thông chay theo thEi gian của mật độ trung binh.

Đèn giao thông chạy theo thE1 gian của mật độ cao. 27 DANH MỤC BẢNG Bảng 2ãù. Bảng quy ước chân IC 7805. Datasheet của L\MM785.

Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại. 252cc sen ùù Bảng 3ãù. SD dụng biến trong CCS. c1 2 T1T 11 512121112118 tre ù9 vu DANH MỤC TU VIET TAT IR Infrared PIC Programmable Intelligent Computer VDC Voltage Direct Current VAC Voltage Alternating Current IC Integrated circuit CA Common Anode cC Common Cathode vill ĐỎ ÁN HỆ THONG NHUNG Trang 1 CHUONG 11 TONG QUAN DE TAI 1.

Giới thiệu đề tài Cuộc sống hiện đại không ngừng phát triển, các phương tiện giao thông ngày càng nhiHu hơn nhằm phục vụ nhu cầu đi lại của con ngưEI. Tuy nhiên, vấn đH tai nạn giao thông cũng đang nhận được rất nhiHu sự quan tâm của mọi ngưEi. Hàng năm, tai nạn giao thông liên tục xảy ra, có khi con số này tăng lên đáng kế, đNn đến mắt cân bằng xã hội. Có nhiHu nguyên nhân đNn đến tình trạng trên như: công tác quản lý nhà nước vH an toàn giao thông các cấp còn nhiHu bắt cập; kết cầu hạ tầng giao thông chưa theo kịp tốc độ phát triển của xã hội; chế tài vi phạm quy định vH an toàn giao thông chưa đủ mạnh, thiếu tinh ran de; công tác thanh tra, kiểm soát, xD lý vi phạm của một số cán bộ trong cơ quan chức năng chưa đủ kiên quyết, nhiHu nơi còn tồn tại tiêu cực, thiêu nghiêm minh.

Một trong những vấn đH thưEng gặp nhất đNn đến tai nạn giao thông là việc kiêm soát mật độ giao thông và thEi gian hiến thị đèn giao thông trên các tuyến đưEng. Tình trạng ùn tGc giao thông vào giE cao điểm đang xuất hiện trên nhiHu tuyến đưEng, đặc biệt là xung đột tại các nút giao thông gây ùn tGc giao thông. ĐiHu này là đo trong một số trưEng hợp đặc biệt như giE cao điểm lúc ọ giE chiHu, thEi gian chạy đèn giao thông không được thiết lập phù hợp trên các tuyến đưEng. ĐiHu này khiến ngưEi dân cảm thấy bất tiện khi di chuyến.

Vì vậy, nếu chúng ta có thể điHu chỉnh thEi gian đèn giao thông phù hợp với điHu kiện của các tuyến đưEng để giải quyết tình trạng giao thông thì tai nạn giao thông sẽ giảm đi rõ rệt. Mục đích của dự án này là điHu chỉnh thEI gian đèn giao thông dựa trên mật độ giao thông, bao gồm mức thấp, trung bình và cao. Ngoài việc đưa ra tiêu chuẩn vH thEi gian đèn giao thông, dự án sẽ điHu chỉnh thEi gian hợp lý cho từng cấp độ đề giải quyết tình trạng giao thông trên tuyến. Từ đó sẽ nâng cao an toàn giao thông cho mọi nguFE1.

DIEU KHIEN THỜI GIAN DEN GIAO THÔNG DỰA TRÊN MẬT ĐỘ GIAO THÔNG ĐỎ ÁN HỆ THONG NHUNG Trang 2 1. Mục dích nghiên cứu Dự án được thiết kế để điHu khiến thích ứng thEi gian của đèn giao thông trên một tuyến đưEng theo mật độ giao thông và có ba chế độ định gIE: Thấp, Trung bình và Cao cho từng điHu kiện. VH mật độ giao thông được đo khi xe bGt đầu đừng đèn đỏ và mật độ giao thông được tính băng khoảng cách từ vạch nơi xe dừng đến xe cuối cùng. Nếu khoảng cách có chiHu dài 5 mét thi đây sẽ là Mật độ thấp va thEi gian đèn giao thông được quy đối là đèn xanh 25s, đèn đỏ 30s.

Đối với mật độ trung bình, thEi gian ấn định cho đèn xanh là 35s và đèn đỏ là 25s trong đó khoảng cách kéo đài ù0 mét tính từ vạch dừng đến xe cuối cùng. Và điHu kiện cuối cùng là Mật độ cao, có hai giá trị cho đèn xanh và đèn đỏ lần lượt là 40s, 20s nếu khoảng cách từ vạch dừng đến xe cuối cùng là ù5 mét. Hơn nữa, đèn giao thông có thEi gian mặc định với việc thiết lập 30s cho đèn đỏ và đèn xanh khi không có các giá trị trạng thái Thấp, Trung bình, Cao hoặc không có xe trên tuyến. Tất cả các trưEng hợp luôn có thEi gian đèn vàng là 5s.

Mỗi giá trị mật độ giao thông được đo bằng cảm biến hồng ngoại, được thiết lập tại 3 vị trí trên đưEng để xác định mật độ và phụ thuộc vào giá trị cảm biến, điHu chỉnh thEi gian đèn giao thông cho giai đoạn tiếp theo, trong khi 3 cảm biến tiếp tuc doc gia tri dé diHu chinh thém. Khi cam bién héng ngoai đầu tiên có tín hiệu, mật độ giao thông được xác định Thấp và truyHn tín hiệu này cho PIC xD lý và thiết lập thEi gian của đèn giao thông. Và khi cả 2 cảm biến thứ nhất và thứ 2 đHu có tín hiệu, chúng sẽ đọc mật độ dòng điện Trung bình, và cả 3 cảm biến đHu có tín hiệu, đây là mật độ cao và thay đối giá trị phù hợp với từng điHu kiện. Nếu không có giá trị cảm biến phù hợp, giá trị ánh sáng mặc định sẽ được xuất ra cho đèn giao thông Đồ án hệ thống nhúng này chỉ đo mật độ giao thông bằng cách sD dụng một xe trên đưEng đề lấy giá trị.

Ngoài ra, cảm biến hồng ngoại do cấu trúc của chúng nên chỉ có thê phát huy tác dụng trong phạm vi ngGn. Vì vậy, trong quá trình thD nghiệm dự án, nếu vị trí đặt cảm biến vượt quá khoảng cách 20em thì cảm biến sẽ không nhận được tín hiệu dé truyHn vH PIC xD ly. Trong suốt quá trình thD nghiệm dự án, tat cả các trưEng hợp đHu được điHu chỉnh phủ hợp đề đáp ứng các điHu kiện DIEU KHIEN THỜI GIAN DEN GIAO THÔNG DỰA TRÊN MẬT ĐỘ GIAO THÔNG ĐỎ ÁN HỆ THONG NHUNG Trang 3 quy định. Khi dự án này đo mật độ Thấp, Trung bình và Cao, tất cả các giá trị sẽ được thiết lập chính xác trong giai đoạn tiếp theo; đèn Xanh, Đỏ, Vàng chạy cùng với đèn định giE va ty lệ phần trăm giá trị khoảng 80%.

ĐiHu này là do khoảng cách của cảm biến hồng ngoại khi đo bị hạn chế nên trong khoảng thEi gian tiếp theo, thEi gian đèn giao thông không thay đổi và nó được thiết lập thEi gian mặc định của đèn giao thông. Đối tượng nghiên cứu Dự án này được thực hiện bằng cách sD dụng cảm biến hồng ngoại để đo mật độ giao thông tại 3 vị trí trên đưEng. Tắt cả các tín hiệu được cảm biến hỗng ngoại đọc sẽ được xD ly trong PIC ùoứ877A đề truyHn giá trị cho đèn LED 7 đoạn đếm thEi gian của đèn ø1ao thông và đèn LED minh họa cho các đèn Xanh, Vàng và Đỏ. Chúng sẽ được cung cấp băng mạch chuyên đổi từ 220VAC sang 5VDC.

Vì tất cả các linh kiện chỉ hoạt động ở điện áp đầu ra ôn định 5V nên IC 7805 chịu trách nhiệm vH sự thay đôi này và giữ cho nó không thay đổi. Hơn nữa, các điode như điode cầu và các điode khác được sD dụng để thay đôi từ AC sang DC. DIEU KHIEN THỜI GIAN DEN GIAO THÔNG DỰA TRÊN MẬT ĐỘ GIAO THÔNG DO AN HE THONG NHUNG Trang A CHUONG 21 THIET KE VA THI CONG 2. Sơ đV khối của hệ thống > Khối xử lý À Khối cảm biến Khối hiển thị 4 ^ Khối nguồn Hình 2-1.

Sơ đV khối hệ thống Khối cảm biến có nhiệm vụ truyHn và nhận tín hiệu từ các đối tượng được xem xét theo yêu cầu của dự án.