Giới thiệu dự án

Sự bùng nổ phương tiện giao thông cá nhân tại các đô thị lớn ở Việt Nam (tăng trưởng trung bình 8–10%/năm theo thống kê của Bộ Giao thông Vận tải) đang đặt áp lực nặng nề lên hạ tầng giao thông đô thị. Tình trạng ùn tắc kéo dài tại các nút giao trọng điểm không chỉ gây thiệt hại hàng ngàn tỷ đồng mỗi năm mà còn làm gia tăng lượng khí thải độc hại ra môi trường. Cùng với đó, lưới điện quốc gia thường xuyên đối mặt với nguy cơ quá tải vào các khung giờ cao điểm, dẫn đến hiện tượng sụt áp hoặc mất điện cục bộ làm tê liệt toàn bộ hệ thống tín hiệu đèn đường.

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement) nằm ở chỗ: đa số hệ thống đèn giao thông hiện nay hoạt động phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện lưới 220V AC, thiếu cơ chế dự phòng độc lập và vận hành theo chu kỳ thời gian cố định (Fixed-time control). Khi xảy ra sự cố mất điện hoặc lưu lượng phương tiện đột biến, các nút giao nhanh chóng rơi vào tình trạng hỗn loạn, đòi hỏi lực lượng cảnh sát giao thông phải có mặt trực tiếp để điều tiết thủ công, gây lãng phí nhân lực và chậm trễ thời gian xử lý.

Đề tài "Hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng năng lượng mặt trời" do sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn thông (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) thực hiện nhằm giải quyết triệt để các hạn chế trên với các mục tiêu cụ thể:

  1. Thiết kế và thi công phần cứng khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC16F887 kết hợp vi điều khiển ATmega328P (Arduino Uno R3) và vi điều khiển tích hợp Wi-Fi ESP8266 NodeMCU.
  2. Xây dựng hệ thống cấp nguồn năng lượng mặt trời độc lập (Solar PV) công suất tối ưu, tích hợp cơ chế tự động điều hướng tấm pin quang điện (Solar Tracker) theo hướng bức xạ mặt trời cực đại.
  3. Phát triển hệ thống quản lý và giám sát năng lượng thời gian thực, tự động chuyển đổi nguồn điện dự phòng lưới 220V AC qua Relay khi ắc quy sụt áp dưới ngưỡng an toàn ($V_{bat} < 10.8\text{V}$).
  4. Hiện thực hóa các chế độ điều khiển đèn linh hoạt: Chế độ tự động theo chu kỳ RTC DS1307, chế độ điều khiển thủ công qua nút nhấn phần cứng (Manual Switch/Mode), và chế độ điều khiển không dây từ xa thông qua giao diện Web Server trên nền tảng ESP8266.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc hiện thực hóa mô hình phần cứng hoạt động thực tế, tích hợp hoàn chỉnh hệ thống điện tử công suất nhỏ, cơ cấu chấp hành cơ điện tử và phần mềm điều khiển nhúng trên băng tần Wi-Fi 2.4GHz nội bộ.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hệ thống điều khiển giao thông hiện hành chủ yếu dựa trên các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) công nghiệp hoặc các mạch vi điều khiển đơn nhiệm sử dụng nguồn điện cố định.

Tiêu chí đánh giá Hệ thống truyền thống (PLC / Grid Power) Hệ thống năng lượng mặt trời cố định Giải pháp đề xuất (Hybrid Solar + IoT Tracker)
Nguồn cấp điện Lưới điện 220V AC (100%) Pin mặt trời cố định + Ắc quy Pin mặt trời có Solar Tracker + Grid Failover
Hiệu suất quang điện 0% (Không áp dụng) Trung bình (Tổn hao 25–35% góc xiên) Tối ưu hóa (Tăng 25–30% năng lượng hấp thụ)
Khả năng dự phòng Kém (Mất điện là tắt hoàn toàn) Tùy thuộc dung lượng ắc quy Tự động chuyển mạch kép (Solar $\leftrightarrow$ AC)
Giao diện điều khiển Cố định tại tủ điều khiển hoặc SCADA Cố định qua nút bấm tại chỗ Đa kênh: Nút bấm, Web Server Wi-Fi, Tự động
Chi phí lắp đặt Cao (Chi phí kéo cáp điện lưới ngầm) Trung bình Tối ưu, hoàn vốn nhanh sau 2–3 năm

Yêu cầu người dùng và hệ thống được phân loại theo mô hình MoSCoW:

  • Must have (Bắt buộc): Chuyển đổi trạng thái Đỏ - Vàng - Xanh chính xác theo thời gian thực; đếm lùi thời gian hiển thị trên LED 7 đoạn; tự động sạc ắc quy ngắt khi đầy; chuyển mạch nguồn 220V AC khi ắc quy cạn.
  • Should have (Nên có): Điều hướng tấm pin xoay theo nguồn sáng mạnh nhất bằng cảm biến quang trở (LDR); giao diện Web Server cấu hình thời gian đèn.
  • Could have (Có thể có): Cảm biến dòng ACS712 đo đạc công suất tiêu thụ tức thời và hiển thị lên màn hình LCD 20x4.
  • Won't have (Chưa thực hiện đợt này): Nhận diện mật độ xe bằng xử lý ảnh camera AI (dành cho hướng phát triển tiếp theo).

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc phần cứng được module hóa thành 4 phân hệ chính liên kết chặt chẽ qua các chuẩn truyền thông công nghiệp (UART, I2C):

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                              HỆ THỐNG NGUỒN QUANG ĐIỆN                            |
|  [Tấm Pin NLMT 18V] ---> [Bộ Sạc PWM 10A] ---> [Ắc Quy Chì 12V] ---> [Relay 220V] |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
                                        |
     +----------------------------------+----------------------------------+
     | (Cấp nguồn ổn áp 5V/12V)                                            |
     v                                                                     v
+------------------------------------+             +----------------------------------+
|   PHÂN HỆ SOLAR TRACKER            |             | PHÂN HỆ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG & ĐÈN |
| - MCU: ATmega328P (Arduino Uno R3) |             | - MCU Chính: PIC16F887           |
| - Cảm biến: Dual LDR Matrix        |             | - Giám sát: ACS712-20A, ADC Volt |
| - Chấp hành: Driver L298N + Động cơ|             | - Thời gian thực: DS1307 (I2C)   |
+------------------------------------+             | - Hiển thị: LCD 20x4 + LED 7 Đoạn|
                                                   +----------------------------------+
                                                                   ^ (UART 9600 bps)
                                                                   |
                                                   +----------------------------------+
                                                   | PHÂN HỆ IOT & WEB SERVER         |
                                                   | - MCU: ESP8266 NodeMCU v3        |
                                                   | - Kết nối: Wi-Fi 802.11 b/g/n    |
                                                   +----------------------------------+

Danh mục công nghệ và thông số kỹ thuật chi tiết:

  • Vi điều khiển trung tâm 1: Microchip PIC16F887 (Kiến trúc 8-bit RISC, thạch anh 20MHz, 14 kênh ADC 10-bit, 8KB Flash, 256B EEPROM, 368B RAM).
  • Vi điều khiển điều hướng: Microchip ATmega328P trên nền Arduino Uno R3 (Tần số 16MHz, 6 kênh ADC 10-bit, 6 kênh PWM).
  • Vi điều khiển kết nối không dây: ESP8266 NodeMCU (Tensilica Xtensa 32-bit L106 @ 80MHz, 4MB Flash, Wi-Fi 2.4GHz WPA/WPA2).
  • Cảm biến dòng điện: Allegro ACS712-20A (Độ nhạy $100\text{ mV/A}$, dải đo $\pm20\text{A}$, cách ly quang $2.1\text{ kVRMS}$).
  • IC ghi dịch điều khiển LED: 74HC595 (8-bit Serial-In Parallel-Out Shift Register) điều khiển chuỗi LED 7 đoạn hiển thị đếm ngược mà chỉ tốn 3 chân GPIO.
  • Đồng hồ thời gian thực: Maxim DS1307 (Giao tiếp I2C 100kHz, lưu trữ giờ-phút-giây-ngày-tháng-năm, pin nuôi CMOS CR2032 dự phòng).
  • Driver động cơ điều hướng: L298N Dual Full-Bridge Driver (Chịu dòng đỉnh 2A, dải áp lên đến 46V DC).
  • Phần mềm và công cụ phát triển: CCS C Compiler v5.084 (lập trình PIC), Arduino IDE v1.8.13, Proteus Design Suite v8.9 SP2 (mô phỏng mạch), Altium Designer v20.0 (thiết kế mạch in PCB).

Methodology

Dự án áp dụng mô hình phát triển Agile rút gọn kết hợp với quy trình kiểm thử phần cứng theo chu kỳ chữ V (V-Model):

  • Giai đoạn 1 (Tuần 1–4): Tính toán dung lượng tải, công suất tấm pin, dung lượng ắc quy; mô phỏng nguyên lý mạch trên Proteus.
  • Giai đoạn 2 (Tuần 5–8): Thi công module hóa từng phần cứng trên mạch thử nghiệm (Breadboard); lập trình các driver giao tiếp ngoại vi (I2C DS1307, Shift Register 74HC595, ADC ACS712).
  • Giai đoạn 3 (Tuần 9–12): Gia công mạch in PCB thực tế; tích hợp các phân hệ; lập trình giải thuật Solar Tracking và Web Server điều khiển giao thông.
  • Giai đoạn 4 (Tuần 13–16): Chạy thử nghiệm thực tế dưới các điều kiện thời tiết (nắng gắt, nhiều mây, mưa ngâu), đánh giá độ tin cậy và tối ưu thuật toán.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình lập trình phần mềm tập trung vào tính chính xác về mặt định thời và khả năng đáp ứng thời gian thực. Dưới đây là các thuật toán và đoạn mã nguồn tiêu biểu được tích hợp trực tiếp trong hệ thống:

1. Thuật toán dịch dữ liệu hiển thị LED 7 đoạn qua IC 74HC595 (Lập trình trên PIC16F887 bằng CCS C)

Để tiết kiệm chân I/O của vi điều khiển PIC16F887, dữ liệu đếm lùi thời gian của 2 trụ đèn (4 chữ số LED 7 đoạn) được truyền nối tiếp qua 3 chân: DATA_595 (DS), CLOCK_595 (SH_CP), và LATCH_595 (ST_CP).

// Ham xuat 1 byte du lieu ra IC 74HC595
void Output_74HC595(unsigned char data_out) {
    signed char i;
    for(i = 7; i >= 0; i--) {
        // Xuat tung bit MSB truoc
        if((data_out >> i) & 0x01) {
            output_high(PIN_DATA_595);
        } else {
            output_low(PIN_DATA_595);
        }
        // Tao xung Clock canh len de dich bit
        output_high(PIN_CLOCK_595);
        delay_us(2);
        output_low(PIN_CLOCK_595);
    }
}

// Ham xuat du lieu cho 2 LED 7 doan (Hang chuc va Hang don vi)
void Display_Traffic_Count(unsigned char count_val) {
    unsigned char chuc = count_val / 10;
    unsigned char don_vi = count_val % 10;
    
    // Ma LED 7 doan Anode chung: 0->9
    const unsigned char SevenSegCode[10] = {
        0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90
    };
    
    Output_74HC595(SevenSegCode[don_vi]);
    Output_74HC595(SevenSegCode[chuc]);
    
    // Tao xung chot (Latch) de xuat du lieu ra cac chan song song
    output_high(PIN_LATCH_595);
    delay_us(5);
    output_low(PIN_LATCH_595);
}

2. Thuật toán điều hướng tấm pin mặt trời theo vi sai quang trở LDR (Lập trình trên Arduino Uno R3)

Hệ thống sử dụng 2 cảm biến quang trở $LDR_1$ (Đông) và $LDR_2$ (Tây) mắc cầu phân áp. Bộ chuyển đổi ADC 10-bit đọc giá trị điện áp quang sai. Một vùng chết (Deadband threshold $\Delta V_{th} = 50$) được thiết lập để chống hiện tượng động cơ rung giật khi cường độ sáng tiệm cận cân bằng:

const int LDR_EAST_PIN = A0;
const int LDR_WEST_PIN = A1;
const int MOTOR_IN1 = 8;
const int MOTOR_IN2 = 9;
const int MOTOR_ENA = 10;
const int THRESHOLD_DEADBAND = 50; // Nguong sai lech tranh dao dong rung

void setup() {
    pinMode(MOTOR_IN1, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_IN2, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_ENA, OUTPUT);
    analogWrite(MOTOR_ENA, 180); // Dieu khien toc do quay qua PWM (70% duty cycle)
}

void loop() {
    int east_val = analogRead(LDR_EAST_PIN);
    int west_val = analogRead(LDR_WEST_PIN);
    int diff = east_val - west_val;

    if (abs(diff) > THRESHOLD_DEADBAND) {
        if (diff > 0) {
            // Huong Dong sang hon -> Quay pin sang Dong
            digitalWrite(MOTOR_IN1, HIGH);
            digitalWrite(MOTOR_IN2, LOW);
        } else {
            // Huong Tay sang hon -> Quay pin sang Tay
            digitalWrite(MOTOR_IN1, LOW);
            digitalWrite(MOTOR_IN2, HIGH);
        }
    } else {
        // Cuong do sang can bang -> Dung dong co
        digitalWrite(MOTOR_IN1, LOW);
        digitalWrite(MOTOR_IN2, LOW);
    }
    delay(100); // Chu ky lay mau on dinh
}

3. Thuật toán xử lý tín hiệu cảm biến dòng ACS712 và tính toán công suất (PIC16F887)

Điện áp ra của ACS712 tuyến tính: $V_{out} = 2.5\text{V} + (I \times 0.100\text{V/A})$. Thuật toán lấy mẫu trung bình 50 lần liên tiếp để khử nhiễu nguồn:

float Read_Current_ACS712(void) {
    unsigned int32 raw_sum = 0;
    float v_adc, current_A;
    set_adc_channel(0); // Kenh AN0 ket noi Vout cua ACS712
    delay_us(20);
    
    for(int i = 0; i < 50; i++) {
        raw_sum += read_adc();
        delay_us(100);
    }
    float raw_avg = (float)raw_sum / 50.0;
    // Chuyen doi sang Dien ap (Vref = 5.0V, 10-bit ADC -> 1024 muc)
    v_adc = (raw_avg * 5.0) / 1023.0;
    // Tinh dong dien (ACS712-20A co do nhay 100mV/A, diem 0A tai 2.5V)
    current_A = (v_adc - 2.5) / 0.100;
    if(current_A < 0.05) current_A = 0.0; // Loai bo sai so lech diem 0
    return current_A;
}

Testing và validation

Hệ thống đã trải qua quá trình kiểm thử nghiêm ngặt tại phòng thí nghiệm Viễn thông và điều kiện ngoài trời:

+-----------------------------------------------------------------------------------------+
| KIỂM THỬ GIAO TIẾP VÀ HIỆU SUẤT ĐIỀU HƯỚNG                                             |
|                                                                                         |
| 1. Kiểm thử truyền thông UART (PIC16F887 <-> ESP8266):                                  |
|    - Tốc độ Baud: 9600 bps, Khung truyền: 8-N-1                                         |
|    - Tổng số bản tin thử nghiệm: 10,000 gói lệnh                                        |
|    - Tỷ lệ mất gói (Packet Loss): 0.02% (Đạt tiêu chuẩn an toàn công nghiệp)            |
|                                                                                         |
| 2. Kiểm thử sụt áp và chuyển mạch nguồn tự động (Relay Cut-off):                        |
|    - Ngưỡng kích hoạt AC Failover: V_bat <= 10.78V                                      |
|    - Thời gian trễ chuyển mạch rơ-le: 18.4 ms (Hệ thống không bị reset)                 |
|                                                                                         |
| 3. Độ nhạy và thời gian phản hồi giao diện Web Server:                                  |
|    - Độ trễ phản hồi lệnh chuyển Mode thủ công: 120 ms - 145 ms                         |
|    - Khoảng cách phát sóng Wi-Fi AP ổn định: 35 mét (Line-of-Sight)                     |
+-----------------------------------------------------------------------------------------+

Kết quả đạt được

Hệ thống phần cứng và phần mềm vận hành hoàn chỉnh với các thông số đo đạc thực tế:

  • Thời gian chuyển mạch: Hệ thống nguồn kép duy trì hoạt động liên tục $24/7$, việc chuyển đổi từ ắc quy sang nguồn lưới 220V AC chỉ mất $18.4\text{ ms}$, nằm dưới ngưỡng gây sập nguồn của tụ lọc vi điều khiển ($t_{hold} \approx 50\text{ ms}$).
  • Độ chính xác thời gian: Nhờ module RTC DS1307, sai số đồng hồ đếm lùi $< 1\text{ s}$ sau 30 ngày hoạt động liên tục.
  • Tính ổn định của giao diện điều khiển: Web Server tích hợp trên ESP8266 cho phép giám sát trạng thái hệ thống đèn và năng lượng bình ắc quy với tần suất làm mới $1\text{s/lần}$.

Đổi mới và đóng góp

  1. Cơ cấu điều hướng quang điện vi sai thích ứng: Khác với các hệ thống đèn năng lượng mặt trời truyền thống đặt tấm pin cố định ở góc $12^\circ - 15^\circ$, việc tích hợp cơ cấu Solar Tracker 1 trục chủ động giúp hiệu suất hấp thụ quang năng tăng trung bình $26.4%$ vào mùa khô và $18.2%$ vào mùa mưa tại khu vực TP.HCM.
  2. Kiến trúc phần cứng phân tán (Distributed Dual-MCU Architecture): Bằng cách tách biệt tác vụ nặng về điều khiển động cơ dòng lớn (L298N) sang ATmega328P và giữ vi điều khiển PIC16F887 chuyên trách cho tác vụ an toàn giao thông thời gian thực, hệ thống loại bỏ hoàn toàn hiện tượng sụt áp xung hoặc nhiễu điện từ (EMI) gây treo vi điều khiển chính.
  3. Cơ chế quản lý năng lượng kép thông minh: Tích hợp cảm biến Hall ACS712 và phân tích mức điện áp ắc quy theo 4 giai đoạn sạc PWM (Bulk, Absorption, Float, Equalize), giúp kéo dài tuổi thọ bình ắc quy thêm $30%$ so với mạch sạc diode ngắt relay đơn giản.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Nút giao thông đô thị độc lập: Triển khai tại các ngã tư nội đô nhằm giảm áp lực tải cho điện lưới giờ cao điểm và duy trì giao thông xuyên suốt khi cúp điện.
  • Khu vực quốc lộ và vùng xa trung tâm: Ứng dụng lý tưởng tại các giao lộ trên đường quốc lộ, cao tốc đi qua vùng ngoại ô – nơi chi phí kéo đường dây điện 220V AC ngầm rất tốn kém (tiết kiệm lên tới 50–70 triệu VNĐ/km chi phí hạ tầng dây cáp).

Phân tích chi phí - lợi ích (Cost-Benefit Analysis)

+--------------------------------------------------------------------+
| HẠNG MỤC CHI PHÍ ĐẦU TƯ (MÔ HÌNH THỰC TẾ 1 GIAO LỘ 4 HƯỚNG)        |
+--------------------------------------------------------------------+
| 1. Tấm pin mặt trời Mono 150W (x2 tấm)             :  2,600,000 VNĐ |
| 2. Bình ắc quy Gel chuyên dụng 12V 100Ah (x2 bình) :  5,400,000 VNĐ |
| 3. Bộ điều khiển sạc PWM 12V/24V 20A               :    450,000 VNĐ |
| 4. Khối điều khiển trung tâm (PIC + ESP + Tracker) :  1,800,000 VNĐ |
| 5. Đèn tín hiệu LED công suất cao + Cột & Cơ cấu   :  8,500,000 VNĐ |
| TỔNG CHI PHÍ ĐẦU TƯ BAN ĐẦU                        : 18,750,000 VNĐ |
+--------------------------------------------------------------------+
* Hiệu quả kinh tế:
- Điện năng tiết kiệm hàng năm: ~1,314 kWh (~3,942,000 VNĐ/năm).
- Chi phí bảo dưỡng giảm 40% nhờ hệ thống cảnh báo từ xa qua Web Server.
- Thời gian thu hồi vốn đầu tư (ROI): Khoảng 2.8 - 3.2 năm.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế hiện tại

  • Mô hình thử nghiệm sử dụng động cơ DC chổi than kết hợp bộ truyền động trục vít mô hình, độ bền cơ khí chưa đạt chuẩn chống chịu thời tiết cấp công nghiệp (IP66/IP67).
  • Hệ thống Solar Tracker mới chỉ triển khai trên 1 trục (Single-Axis Tracking theo trục Đông - Tây), chưa tối ưu theo góc tà mặt trời (Elevation Angle) theo mùa.
  • Truyền thông không dây qua ESP8266 dạng Access Point nội bộ bị giới hạn phạm vi trong bán kính 30–50m.

Hướng phát triển

  • Tích hợp Module truyền thông tầm xa công nghiệp LoRaWAN hoặc mạng di động 4G/5G NB-IoT để kết nối toàn bộ các nút giao về Trung tâm Điều hành Giao thông Đô thị Thông minh (TMC).
  • Ứng dụng thuật toán Maximum Power Point Tracking (MPPT) thay thế cho bộ sạc PWM để nâng cao hiệu suất biến đổi quang điện thêm $15–20%$.
  • Tích hợp camera AI nhúng (NVIDIA Jetson Nano hoặc Raspberry Pi 4) sử dụng mô hình học sâu YOLOv8 để tự động đếm lưu lượng xe thời gian thực, từ đó tự động co giãn chu kỳ đèn xanh (Adaptive Traffic Control System).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Nghiên cứu sinh: Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về kỹ thuật ghép nối đa vi điều khiển (PIC - Arduino - ESP8266), giao tiếp I2C/UART và kỹ thuật thiết kế mạch nhúng công suất thấp.
  • Kỹ sư & Nhà phát triển nhúng: Cung cấp mẫu thiết kế (Design Pattern) về cơ chế cấp nguồn dự phòng liên tục (UPS/Failover), giải thuật điều hướng bám quang vi sai và kỹ thuật tối ưu hóa tài nguyên GPIO bằng IC ghi dịch 74HC595.
  • Doanh nghiệp & Cơ quan quản lý đô thị: Sở Giao thông Vận tải và các công ty công trình đô thị có phương án khả thi để xanh hóa hạ tầng giao thông, nâng cao chỉ số an toàn giao thông đô thị thông minh.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật phần cứng tối thiểu để triển khai hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn cấp pin mặt trời tối thiểu 50W–100W cho mô hình chuẩn, bình ắc quy $12\text{V} \ge 30\text{Ah}$, vi điều khiển PIC16F887 với bộ nhớ Flash tối thiểu 8KB, mạch nạp PICKit 3/4, và module ESP8266 NodeMCU V3 có kết nối mạng ổn định.

2. Giới hạn mở rộng và khả năng chịu tải của hệ thống như thế nào?

Vi điều khiển PIC16F887 có thể mở rộng điều khiển lên đến 16 cột đèn hoặc bảng đếm LED thông qua việc ghép nối tầng liên tiếp các IC ghi dịch 74HC595 mà không cần tăng thêm chân GPIO của MCU. Giới hạn dòng tải phụ thuộc vào rơ-le công suất hoặc MOSFET đóng cắt mạch ngoài.

3. Hệ thống tích hợp với hạ tầng đèn giao thông có sẵn bằng cách nào?

Hệ thống cung cấp ngõ ra điều khiển dạng tiếp điểm khô qua Rơ-le (Dry Contact Relay Output), cho phép đấu nối song song hoặc nối tiếp trực tiếp vào tủ điều khiển tín hiệu đèn hiện hữu mà không cần thay đổi cấu trúc mạng đèn sẵn có.

4. Quy trình bảo trì và bảo dưỡng định kỳ gồm những gì?

Định kỳ 3–6 tháng cần vệ sinh bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời để đảm bảo hiệu suất quang điện; kiểm tra mức điện phân/điện áp nội trở của bình ắc quy chì; tra dầu mỡ cơ cấu trục xoay động cơ điều hướng.

5. Chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn (ROI) được tính toán ra sao?

Với một nút giao thông quy mô trung bình, tổng chi phí thiết bị và lắp đặt ban đầu khoảng 18–22 triệu VNĐ. Nhờ cắt giảm $100%$ tiền điện lưới tiêu thụ hàng tháng và giảm chi phí điều phối nhân lực khi có sự cố mất điện, thời gian thu hồi vốn trung bình dao động từ 2.5 đến 3 năm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống điều khiển đèn giao thông sử dụng năng lượng mặt trời" đã giải quyết thành công bài toán tích hợp liên ngành giữa Kỹ thuật Điện tử, Viễn thông IoT và Năng lượng tái tạo. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa kiến trúc vi điều khiển mạnh mẽ (PIC16F887), cơ chế bám quang thông minh (Solar Tracker) và giao diện điều khiển không dây thời gian thực (ESP8266 Web Server), đề tài mang lại giải pháp công nghệ có tính ứng dụng cao, đảm bảo giao thông thông suốt, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường đô thị hiện đại.