Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Những năm gần đây vấn đề ách tắc giao thông ở các tuyến đường huyết mạch của các thành phố lớn là điều không thể tránh khỏi. Vì hầu hết các hệ thống đèn tín hiệu giao thông ở nước ta hiện nay hoạt động dựa trên nguyên tắc định thời, với chu kỳ tắt mở đèn xanh và đỏ được thiết lập cố định cho cả tất cả các tuyến đường. Điều này tỏ ra kém hiệu quả khi các phương tiện lưu thông trên các tuyến đường có sự chênh lệch. Giải pháp kiểm soát lưu lượng giao thông bằng công nghệ phân tích xử lý hình ảnh của Siemens có thể giải quyết tình trạng này.
Tình hình giao thông liên tục được cập nhật và thời gian đèn giao thông liên tục được điều chỉnh một cách phù hợp trên phạm vi toàn thành phố nhằm đảm bảo lưu lượng giao thông thông suốt. Ngoài hệ thống đèn tín hiệu giao thông mới, một tủ điều khiển tương thích của Siemens mang tên cũng được lắp đặt. Tủ này là thiết bị quan trọng để điều khiển đèn tín hiệu giao thông. Nó đảm bảo các đèn tín hiệu luôn hoạt động chính xác, quyết định thời gian của đèn xanh và đèn đỏ, đồng thời giám sát hoạt động an toàn của nút giao thông, tuy nhiên giá thành lắp đặt lại rất cao.
Nhận thấy những bất cập trên kết hợp với những kiến thức đã được học ở nhà trường, nhóm quyết định thực hiện đề tài: “HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH”. Mô hình sử dụng vi điều khiển PIC16F887 để làm bộ xử lý trung tâm cho hệ thống đèn giao thông, module NodeMCU ESP8266 để truyền dữ liệu từ mô hình về điện thoại thông minh qua một ứng dụng Android. Người dùng có thể giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống và điều khiển được đèn giao thông thông qua ứng dụng này. Mô hình sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời làm nguồn cung cấp chính cho hệ thống và có khả năng tự chuyển sang nguồn điện 220V khi chưa được nạp đầy.2 Mục đích và giới hạn đề tài Mục đích Thiết kế và xây dựng hệ thống đèn giao thông thông minh sử dụng pin năng lượng mặt trời, có khả năng tự chuyển đổi sang nguồn điện 220VAC khi pin gặp sự cố hoặc không đủ năng lượng.
Giám sát các thông số của hệ thống và điều khiển hoạt động của hệ thống qua ứng dụng android thông qua điện thoại thông minh. Có thể trực tiếp điều khiển thông qua ứng dụng android trên điện thoại thông minh để điều khiển đèn. Giới hạn của đề tài 1 do an + Mô hình thiết kế chưa đẹp. + Bộ nút nhấn điều khiển hoạt động chưa ổn định.3 Nội dung thực hiện + Thiết kế sơ đồ khối cho toàn hệ thống.
+ Nghiên cứu và xây dựng mô hình hệ thống đèn giao thông cho ngã tư. + Sử dụng phần mềm PIC C Complier lập trình cho vi điều khiển PIC16F887 và phần mềm Arduino lập trình cho MCU ESP8266. + Thiết kế các chế độ điều khiển đèn giao thông: bằng tay, ứng dụng android, gậy chỉ huy. + Thiết kế hệ thống sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời và nguồn điện 220VAC.
Có khả năng tự động chuyển nguồn theo yêu cầu. + Đảm bảo tính ổn định và có kết nối đến ứng dụng Android. + Hoạt động của hệ thống sẽ được giám sát và điều khiển qua wifi thông qua ứng dụng Android và gậy chỉ huy giao thông. + Tiến hành tổng hợp kết nối các khối lại vào trong mô hình.
+ Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình của các thiết bị. + Thi công mô hình và cân chỉnh. + Chạy thử và hiệu chỉnh. 2 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các mô hình điều khiển thông minh 2.1 Hệ thống điều khiển các thiết bị trong phòng học Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào việc quản lý nhằm góp phần phục vụ và nâng cao chất lượng cuộc sống con người ngày càng được chú trọng nhiều hơn.
Từ đó việc điều khiển các thiết bị từ xa đang trở nên rất phổ biến. Chẳng hạn như mô hình sử dụng điện thoại thông minh, website có kết nối internet để điều khiển những thiết bị như đèn, quạt vào mọi thời điểm. Mô hình điều khiển được các thiết bị điện trong phòng học như đèn, quạt,. qua ứng dụng android được thiết kế trên điện thoại thông minh, ngoài ra còn điều khiển được trên web.
Các tín hiệu được gửi lên Firebase làm nơi lưu trữ dữ liệu và giao tiếp với Arduino Mega2560 thông qua NodeMCU ESP8266 để điều khiển và có hiển thị thời gian trên LCD cũng như tùy chỉnh bật, tắt thiết bị thông qua thẻ từ. Ưu điểm + Hệ thống có hồi tiếp trạng thái của thiết bị. + Hệ thống có thể được điều khiển bất kì nơi đâu có internet. + Ứng dụng RFID để đóng mở thiết bị.
+ Giao diện thiết kế dễ sử dụng và đẹp mắt. Hạn chế + Hệ thống phụ thuộc vào tốc độ của wifi hoặc 3G. + Hệ thống phải điều khiển qua thiết bị thông minh thông qua phần mềm và chưa có thể điều khiển từng thiết bị thông qua công tắc. + Hệ thống chưa giám sát được tình trạng hoạt động thực tế của thiết bị cũng như thu thập được dữ liệu về lịch sử hoạt động cũng nhức mức tiêu thụ điện năng các thiết bị.2 Hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng pin năng lượng mặt trời Môt ứng dụng khác về việc điều khiển từ xa trong lĩnh vực nông nghiệp là mô hình chăm sóc vườn lan.
Hệ thống tưới lan sẽ hoạt động thông qua các giá trị cài đặt nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và độ ẩm đất sao cho phù hợp với chỉ số sinh trưởng của cây lan. Sau đó, các giá trị cảm biến sẽ được gửi lên web để giám sát quá trình trồng lan, nguồn cung cấp chính cho hệ thống là pin năng lượng mặt trời cho công suất ổn định và có tuổi thọ cao (từ 30 đến 50 năm) và có thể điều khiển được các thiết bị như máy bơm nước từ xa khi độ ẩm đất quá thấp. Khi cấp điện vào, hệ thống sẽ khởi động Arduino, module wifi ESP 8266 V1, cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11, LCD,. Sau khi khởi động xong mặc định sẽ hiển thị giá trị cảm biến trên LCD và hệ thống chạy chế độ tự động.
Muốn đổi chế độ thì ta nhấn phím chế độ tay tương ứng với chức năng điều khiển bằng tay, sau đó chỉ nhấn nút bơm hoặc hơi sương thì có thể điều khiển trực tiếp. Ưu điểm : + Toàn bộ hệ thống chạy tương đối ổn định. + Module Wifi ESP 8266 V1 hoạt động tốt nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu. + Các cảm biến hoạt động khá ổn định, sai số tương đối không quá 2%.
+ Hệ thống website quản lý giá trị nhiệt độ, độ ẩm dễ sử dụng, đáp ứng nhu cầu thực tiễn. Nhược điểm : + Phần cứng đáp ứng chưa tốt ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống.3 Hệ thống điều khiển các thiết bị giám sát nhà Cuộc “Cách mạng Công nghiệp 4.0” đang dần diễn ra tại nhiều nước phát triển và đang phát triển trên toàn thế giới. Công nghệ về điều khiển thông minh cũng phát triển theo, chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống. Đặc biệt, các hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà được phát triển mạnh mẽ và ngày càng trở nên phổ biến (Trích dẫn TLTK : Nguyễn Ngọc Lực “ Đồ án - THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ GIÁM SÁT NHÀ”, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam[3].
Người dùng có thể điều khiển thiết bị điện (đèn) ở bất cứ nơi nào có Internet, Wifi, 3G, 4G trên Website và ứng dụng Android được thiết kế. Các giá trị nhiệt độ, độ ẩm của căn nhà cũng được cập nhật lên giao diện này. Hệ thống tích hợp một hệ thống báo động bằng tin nhắn và chuông báo động trong các sự cố như: nhiệt độ phòng quá cao khi cháy, có khí gas rò rỉ, có trộm đột nhập. Đặc biệt các tính năng này của hệ thống vẫn hoạt động được ngay cả khi mất điện nhờ mạch chuyển sang Acqui dự trữ.
Hệ thống sử dụng vi điều khiển trung tâm là board Arduino kết hợp mô đun WiFi ESP8266 Node MCU, mô đun SIM900A và các cảm biến nhiệt độ, cảm biến khí gas, cảm biến chuyển động. Người dùng có thể điều khiển thiết bị điện bằng smartphone chạy hệ điều hành Android hay truy cập vào trang web điều khiển, bất cứ nơi đâu có Internet hoặc WiFi. Đặc biệt, hệ thống có khả năng giám sát căn nhà từ xa như giá trị nhiệt độ, độ ẩm; có khả năng báo động khi có khí gas rò rỉ, nhiệt 4 do an độ cao hoặc trộm đột nhập qua tin nhắn và chuông báo. Hệ thống có pin dự phòng trong trường hợp mất điện và gửi tin nhắn cảnh báo mất điện.
Ưu điểm của hệ thống: điều khiển được các đèn qua mạng Wifi và Android, tích hợp theo dõi nhiệt độ, độ ẩm căn nhà; có báo động và gửi tin nhắn trong trường hợp có sự cố: rò rỉ gas, đột nhập, nhiệt độ cao. Có òi buzzer báo động kêu to, rõ. Lập trình cho hệ thống hoạt động ổn định qua nhiều lần kiểm tra, xử lý triệt để các tình huống mạch hoạt động sai so với yêu cầu. Hệ thống điều khiển từ xa trên giao diện ứng dụng điện thoại và trang web dễ dàng sử dụng.
Cảm biến hoạt động chính xác, đáp ứng trong các trường hợp sự cố nhanh, hiệu quả.2 Hệ thống đèn giao thông ở nước ta hiện nay Hiện nay hệ thống xử lí trên nhiều cột đèn giao thông ở nước ta đang sử dụng bộ xử lí PLC có giá khoảng 10 triệu đồng. PLC là viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình.1: Hệ thống đèn giao thông ở nước ta hiện nay Ưu điểm : + Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao. + Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa. + Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác + Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp.
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác. Nhược điểm : + Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình.