Giới thiệu dự án

Sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông cá nhân tại các đô thị lớn ở Việt Nam (như TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội) đã tạo áp lực khổng lồ lên hạ tầng đường bộ. Thống kê từ Cục Cảnh sát Giao thông cho thấy tình trạng ùn tắc giao thông cục bộ tại các nút giao trọng điểm gây thiệt hại hàng ngàn tỷ đồng mỗi năm về nhiên liệu và thời gian của xã hội.

Vấn đề thực tiễn và các điểm nghẽn (Pain Points)

Hầu hết các hệ thống đèn tín hiệu giao thông hiện nay vận hành theo nguyên lý định thời cứng (Fixed-time Control) với chu kỳ đèn xanh - vàng - đỏ cố định cho mọi khung giờ. Mô hình này bộc lộ ba điểm nghẽn nghiêm trọng:

  1. Thiếu tính linh hoạt: Không thể tự động thay đổi thời lượng phân luồng theo mật độ phương tiện thực tế giữa trục đường chính và trục đường phụ.
  2. Bất cập trong điều khiển can thiệp: Khi xảy ra sự cố ùn tắc hoặc cần ưu tiên đoàn xe khẩn cấp (cứu hỏa, cứu thương), lực lượng chức năng phải trực tiếp đến tận tủ điều khiển vật lý tại ngã tư để thao tác bằng tay.
  3. Tiêu thụ điện năng và phụ thuộc lưới điện: Hệ thống phụ thuộc 100% vào nguồn lưới 220VAC; khi mất điện hoặc sụt áp, hệ thống tê liệt hoàn toàn gây hỗn loạn giao thông.

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế và thi công mô hình phần cứng hệ thống đèn tín hiệu giao thông ngã tư hoàn chỉnh gồm đèn đi thẳng, đèn rẽ trái, đèn cho người đi bộ và cụm LED 7 đoạn đếm lùi thời gian.
  2. Xây dựng khối xử lý trung tâm thời gian thực kết hợp module truyền thông không dây để điều khiển và giám sát trạng thái từ xa qua mạng Internet.
  3. Tích hợp giải pháp năng lượng tái tạo (Pin năng lượng mặt trời 10W) kết hợp mạch chuyển nguồn tự động giữa ắc quy 12V và nguồn lưới 220VAC.
  4. Phát triển ứng dụng di động Android tương tác hai chiều thông qua cơ sở dữ liệu đám mây Google Firebase Realtime Database.
  5. Cung cấp hai chế độ vận hành: Tự động (AUTO) theo thời gian thực và Thủ công (MANUAL) qua nút nhấn tại tủ hoặc qua ứng dụng Smartphone/gậy chỉ huy.
+-------------------------------------------------------------------------+
|                           HỆ THỐNG GIÁM SÁT & ĐIỀU KHIỂN                |
|                                                                         |
|  [Android Smartphone] <=====(WiFi/Internet)=====> [Firebase Database]  |
|                                                           ^             |
|                                                           | (WiFi)      |
|                                                           v             |
|                                                  [NodeMCU ESP8266]      |
|                                                           ^             |
|                                                           | (UART)      |
|                                                           v             |
|  [Solar Panel 10W] -> [Solar Charger] -> [Battery 12V]    |             |
|         |                                    |            |             |
|         v                                    v            v             |
|  [220VAC Grid] ----> [XH-M350 Relay] -> [LM2596 (5V)] -> [PIC16F887]    |
|                                                           |   |   |     |
|   +-------------------------------------------------------+   |   |     |
|   | (I2C)                                (74HC595 Shift) |   | (I2C)   |
|   v                                                           v   v     |
| [DS1307 RTC]                                        [LED 7-Seg] [LCD]   |
+-------------------------------------------------------------------------+

Phương tiếp cận và Phạm vi đề tài

  • Giải pháp tiếp cận: Sử dụng kiến trúc xử lý phân tán: Vi điều khiển PIC16F887 chịu trách nhiệm xử lý các tác vụ thời gian thực nghiêm ngặt (quét LED, đếm giây, kích hoạt trạng thái đèn), trong khi vi điều khiển SoC ESP8266 đảm nhận toàn bộ giao thức mạng IP và giao tiếp Cloud.
  • Phạm vi & Giới hạn: Đề tài tập trung xây dựng mô hình ngã tư thực nghiệm với 2 trụ đèn hoạt động đầy đủ chức năng (đèn báo hướng, đếm giây) và cắt giảm 2 trụ đối xứng nhằm tối ưu chi phí và thời gian thi công phần cứng.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí Hệ thống Định thời Cố định Hệ thống PLC Công nghiệp (Siemens) Giải pháp Đề tài (PIC + ESP + Cloud)
Chi phí phần cứng Thấp (1 - 3 triệu VNĐ) Rất cao (> 10 - 50 triệu VNĐ) Tối ưu (~ 2.5 triệu VNĐ cho mô hình)
Khả năng điều khiển từ xa Không có Có (qua SCADA/Mạng chuyên dụng) Có (App Android qua Internet/Cloud)
Nguồn cấp năng lượng 100% Lưới điện 220VAC Lưới điện + UPS dự phòng ngắn Năng lượng mặt trời + Tự động chuyển nguồn 220VAC
Độ trễ phản hồi điều khiển Không áp dụng < 100 ms < 250 ms (qua Firebase)
Mức độ phức tạp bảo trì Đơn giản Đòi hỏi kỹ sư chuyên môn cao Dễ bảo trì, module hóa linh kiện

Phân loại yêu cầu người dùng theo mô hình MoSCoW

  • Must Have (Bắt buộc): Chuyển đổi chính xác chu kỳ Xanh - Vàng - Đỏ; LED 7 đoạn hiển thị đúng thời gian đếm lùi; Nguồn tự động chuyển từ pin năng lượng mặt trời sang 220VAC khi điện áp sụt giảm dưới ngưỡng.
  • Should Have (Nên có): Điều khiển khẩn cấp bật luồng ưu tiên từ App Android; Giám sát trạng thái nguồn điện (Solar/Grid) theo thời gian thực trên điện thoại.
  • Could Have (Có thể có): Đồng bộ thời gian thực chuẩn công nghiệp qua IC DS1307; Điều khiển thủ công qua phím bấm vật lý tại tủ điều khiển.
  • Won't Have (Chưa thực hiện đợt này): Xử lý hình ảnh nhận diện mật độ phương tiện từ Camera; Tích hợp mạng truyền thông diện rộng LoRaWAN.

Thiết kế hệ thống

Danh mục công nghệ và linh kiện phần cứng

  1. Khối xử lý trung tâm: Vi điều khiển Microchip PIC16F887 (8-bit, 35 chân I/O, bộ nhớ Flash 14KB, RAM 368 Bytes, thạch anh ngoài 20MHz).
  2. Khối kết nối không dây: Module NodeMCU v1.0 (Chip SoC ESP8266EX, Flash 32MB, chuẩn Wi-Fi 802.11 b/g/n 2.4GHz).
  3. Khối thời gian thực: IC Real-Time Clock DS1307 giao tiếp bus I2C, xung clock thạch anh 32.768kHz, nguồn pin nuôi CR2032 3V.
  4. Khối mở rộng hiển thị: 08 IC ghi dịch 74HC595 (8-bit Serial-In Parallel-Out Shift Register) ghép nối tầng điều khiển 8 cụm LED 7 đoạn Anode chung.
  5. Khối driver công suất: Transistor BJT NPN C1815 ($\beta = 100$) khuếch đại dòng điều khiển các cụm 7 LED đơn mắc hỗn hợp (tạo thành chùm đèn tín hiệu tròn).
  6. Khối nguồn và quản lý năng lượng: Tấm pin Solar Monocrystalline 10W; Bộ điều khiển sạc thông minh PWM 12V/24V 10A; Module Relay chuyển nguồn tự động XH-M350 (12V - 12A); Module hạ áp Step-Down DC-DC LM2596 (12V xuống 5V/3A).
  7. Môi trường phát triển & Nền tảng: PIC C Compiler (CCS C v5.x), Arduino IDE v1.8.x, Android Studio v3.4+, Google Firebase Realtime Database.
                    +-----------------------------+
                    |    Firebase Realtime DB     |
                    +-----------------------------+
                                   ^
                                   | JSON payload (HTTP/REST / WebSocket)
                                   v
+-------------------+  UART (9600)  +-------------------+  I2C (Addr: 0x68)  +-------------------+
|  PIC16F887 MCU    |<============>| NodeMCU ESP8266   |-------------------->|    DS1307 RTC     |
+-------------------+              +-------------------+                     +-------------------+
   |        |
   |        +--- 3-Wire Bus (SER, SCK, RCK) ---> 8x Cascaded 74HC595 ---> 8x 7-Segment Displays
   |
   +------------ Port A, C, D, E (GPIO) -------> Transistor C1815 Arrays ---> LED Traffic Clusters

Thiết kế cấu trúc dữ liệu JSON trên Firebase Realtime Database

{
  "TrafficSystem": {
    "ControlMode": "MANUAL",
    "CurrentStatus": {
      "Lane1_State": "GREEN",
      "Lane2_State": "RED",
      "PowerSource": "SOLAR_BATTERY",
      "SystemVoltage": 12.4
    },
    "Settings": {
      "GreenTime_Lane1": 30,
      "YellowTime_Lane1": 3,
      "RedTime_Lane1": 33,
      "YellowBlink": false
    },
    "ManualOverride": {
      "ActiveLane": 1,
      "EmergencyClear": false
    }
  }
}

Tính toán điện toán và tham số phần cứng

  • Tính toán điện trở hạn dòng LED 7 đoạn: Điện áp nguồn $V_{CC} = 5\text{V}$, điện áp rơi trên LED đỏ $V_{LED} = 3\text{V}$, dòng định mức mong muốn $I_{LED} = 15\text{mA} = 0.015\text{A}$: $$R_{min} = \frac{V_{CC} - V_{LED}}{I_{LED}} = \frac{5\text{V} - 3\text{V}}{0.015\text{A}} = 133.33,\Omega$$ Chọn điện trở chuẩn thương mại $R = 220,\Omega$ nhằm đảm bảo an toàn nhiệt cho IC 74HC595.

  • Tính toán tầng khuếch đại BJT C1815 điều khiển cụm 7 LED đơn: Tổng dòng qua cụm 7 LED: $I_C = 40\text{mA}$. Với hệ số khuếch đại dòng $\beta = 100$, dòng cực nền tối thiểu để transistor dẫn bão hòa: $$I_{B(sat)} \ge \frac{I_C}{\beta} = \frac{40\text{mA}}{100} = 0.4\text{mA}$$ Thiết kế chọn $I_B = 1\text{mA}$. Điện trở chân Base $R_B$ nối với chân vi điều khiển ($V_{OH} = 4.3\text{V}$, $V_{BE} = 0.7\text{V}$): $$R_B = \frac{V_{OH} - V_{BE}}{I_B} = \frac{4.3\text{V} - 0.7\text{V}}{0.001\text{A}} = 3600,\Omega = 3.6\text{k}\Omega$$ Chọn giá trị chuẩn $R_B = 3.3\text{k}\Omega$ hoặc $2.2\text{k}\Omega$.

Methodology

Dự án áp dụng mô hình phát triển phần cứng - phần mềm lặp (Iterative Embedded V-Model) với 5 giai đoạn:

[Phân tích yêu cầu & Thiết kế khối] 
         |
         v
[Thiết kế mạch nguyên lý (Schematic) & Layout PCB Proteus] 
         |
         v
[Lập trình Firmware (PIC C + ESP8266) & App Android]
         |
         v
[Tích hợp phần cứng, Kiểm thử tải & Cân chỉnh sạc Solar]
         |
         v
[Đánh giá độ trễ đường truyền & Nghiệm thu toàn hệ thống]

Quản trị rủi ro kỹ thuật (Risk Assessment)

  • Rủi ro 1 - Treo truyền thông UART/I2C: Xử lý bằng cơ chế ngắt phần cứng (Interrupt-driven UART) và thiết lập vòng quét Time-out chống blocking.
  • Rủi ro 2 - Quá dòng khi toàn bộ LED bật đồng thời: Bổ sung tụ hóa lọc nguồn $1000\mu\text{F}/16\text{V}$ và tản nhiệt cho IC nguồn hạ áp LM2596.
  • Rủi ro 3 - Mất kết nối Wi-Fi tại nút giao: PIC16F887 tự động chuyển về chế độ "Safe Default" chạy AUTO theo đồng hồ RTC nội nếu sau 5 giây không nhận được gói tin keep-alive từ ESP8266.

Implementation và kết quả

Development Process

Thuật toán truyền dữ liệu nối tiếp dịch 8 IC 74HC595 (PIC16F887 - CCS C)

#include <16F887.h>
#use delay(crystal=20000000)
#use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7, enable_active=PIN_C5)

#define SH_CP PIN_C0  // Xung Clock
#define DS    PIN_C1  // Data Serial
#define ST_CP PIN_C2  // Xung Latch chot du lieu

// Bang ma LED 7 doan Anode chung (0-9)
const unsigned char LED7SEG_CODE[10] = {
    0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90
};

void Output74HC595(unsigned char *data_array, unsigned int8 num_bytes) {
    int8 i, j;
    unsigned char temp;
    
    output_low(ST_CP);
    for (i = num_bytes - 1; i >= 0; i--) {
        temp = data_array[i];
        for (j = 0; j < 8; j++) {
            output_low(SH_CP);
            if (temp & 0x80) {
                output_high(DS);
            } else {
                output_low(DS);
            }
            output_high(SH_CP); // Dich 1 bit
            temp <<= 1;
        }
    }
    output_high(ST_CP); // Xuat du lieu ra ngoai cac chan song song
}

Đồng bộ dữ liệu Firebase Realtime Database trên NodeMCU ESP8266

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <FirebaseArduino.h>

#define FIREBASE_HOST "traffic-system-hcmute.firebaseio.com"
#define FIREBASE_AUTH "AIzaSyD-SecrEtAutHCodeToken12345"
#define WIFI_SSID     "SMART_TRAFFIC_AP"
#define WIFI_PASSWORD "Traffic@2019"

void setup() {
    Serial.begin(9600); // Giao tiep UART voi PIC16F887
    WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500);
    }
    Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH);
}

void loop() {
    // Kiem tra trang thai che do tu Firebase
    if (Firebase.failed()) {
        Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH);
        return;
    }
    
    String mode = Firebase.getString("TrafficSystem/ControlMode");
    if (mode == "MANUAL") {
        int activeLane = Firebase.getInt("TrafficSystem/ManualOverride/ActiveLane");
        // Gui ma lenh sang PIC16F887 qua UART
        Serial.write(0xAA); // Byte Header
        Serial.write((byte)activeLane);
        Serial.write(0x55); // Byte End
    }
    
    // Đọc trạng thái nguồn điện từ chân ADC/GPIO gửi lên Cloud
    int pwrSolar = digitalRead(D0); // Nguon Solar
    int pwrGrid  = digitalRead(D1); // Nguon 220VAC
    Firebase.setString("TrafficSystem/CurrentStatus/PowerSource", 
                       (pwrSolar == HIGH) ? "SOLAR" : "GRID_220V");
    
    delay(200); // Chu ky cap nhat 200ms
}

Testing và validation

Hệ thống đã trải qua các đợt kiểm thử hiệu năng và độ tin cậy nghiêm ngặt:

  1. Kiểm thử chuyển mạch nguồn (Failover Test):

    • Kịch bản: Ngắt kết nối tấm pin năng lượng mặt trời khi ắc quy tụt áp dưới 10.5V.
    • Kết quả: Module XH-M350 tác động cuộn hút Relay chuyển hoàn toàn sang lưới 220VAC trong thời gian $8.5\text{ms}$. Vi điều khiển PIC16F887 và ESP8266 không bị sụt áp, không bị reset (Zero System Downtime).

  2. Kiểm thử độ trễ điều khiển qua mạng (Network Latency Test):

    • Kịch bản: Gửi lệnh chuyển làn khẩn cấp từ App Android qua sóng 4G LTE tới Firebase và truyền qua ESP8266 tới PIC16F887.
    • Kết quả: 100 lần thử nghiệm ghi nhận độ trễ trung bình đạt $185\text{ms}$ (thấp nhất $120\text{ms}$, cao nhất $340\text{ms}$).
+------------------------------------+--------------------------+-------------------+
| Kịch bản kiểm thử                  | Tiêu chuẩn chấp nhận     | Kết quả thực tế   |
+------------------------------------+--------------------------+-------------------+
| Độ trễ hiển thị LED 7 đoạn        | Sai số < 10ms            | 0.2ms (Real-time) |
| Thời gian giữ nguồn khi đổi mạch   | < 20ms (tránh reset MCU) | 8.5ms             |
| Khả năng chịu tải khối hạ áp LM2596| Dòng ra >= 1.5A liên tục | 1.85A @ 5.02VDC   |
| Tỷ lệ nhận đúng gói tin UART       | >= 99.0%                 | 99.8% @ 9600 bps  |
+------------------------------------+--------------------------+-------------------+

Kết quả đạt được

  • Chức năng hoàn chỉnh: Vận hành trơn tru cả hai chế độ AUTO và MANUAL. Module RTC DS1307 duy trì giờ chính xác kể cả khi ngắt toàn bộ nguồn chính.
  • Giao diện Android chuyên nghiệp: Ứng dụng điều khiển viết trên Android Studio cung cấp giao diện trực quan cho phép giám sát trạng thái từng bóng LED, thời gian đếm giây và chuyển nguồn điện.
  • Tiết kiệm năng lượng: Trong điều kiện nắng tiêu chuẩn tại TP.HCM, tấm pin 10W cung cấp đủ năng lượng vận hành hệ thống mô hình và nạp đầy bình ắc quy 12V trong 6.5 giờ.

Đổi mới và đóng góp

Các cải tiến kỹ thuật nổi bật

  1. Kiến trúc phần cứng Decoupled Dual-MCU: Việc tách biệt hoàn toàn khối điều khiển logic tín hiệu giao thông (PIC16F887) và khối giao tiếp truyền thông Cloud (ESP8266) đảm bảo đèn giao thông không bao giờ gặp lỗi "bắt đứng đèn" ngay cả khi mạng Wi-Fi bị ngắt quãng hoặc treo kết nối TCP/IP.
  2. Tối ưu hóa tài nguyên phần cứng bằng Cascaded Shift Registers: Điều khiển 8 cụm LED 7 đoạn 2 chữ số (tương đương 64 đoạn LED) chỉ bằng 3 chân GPIO duy nhất của PIC16F887 thông qua mạng nối tiếp 8 IC 74HC595, giải phóng 90% chân vi điều khiển cho các tác vụ khác.
  3. Cơ chế Năng lượng Xanh lai ghép (Hybrid Renewable Power): Tiết kiệm năng lượng điện lưới quốc gia bằng việc khai thác tối đa nguồn quang năng, đồng thời đảm bảo độ tin cậy $100%$ nhờ mạch chuyển mạch tự động XH-M350.
Hệ thống PLC truyền thống:  [Lưới 220V] ------------------------> [Tủ PLC 10tr] --> [Đèn] (Không Remote App)
Hệ thống Đề tài nghiên cứu: [Solar 10W] -> [Ắc quy] \ (Auto)
                            [Lưới 220V] -----------> [XH-M350] -> [PIC + ESP] ---> [Đèn + Cloud Firebase]

Đóng góp thực tiễn

  • Đề tài cung cấp giải pháp chuyển đổi số và nâng cấp thông minh (Smart Retrofitting) cho các cột đèn giao thông hiện hữu với mức chi phí chỉ bằng $20 - 25%$ so với việc thay mới toàn bộ bằng các hệ thống PLC đắt đỏ.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống ứng dụng thực tiễn (Use Cases)

  • Phân luồng xe ưu tiên theo thời gian thực: Khi có xe cứu hỏa hoặc đoàn xe hộ tống, cảnh sát giao thông tại trung tâm điều khiển chỉ cần nhấn nút kích hoạt trên ứng dụng Android để tạo "làn sóng xanh" (Green Wave) ngay lập tức mà không cần di chuyển tới hiện trường.
  • Điều tiết giao thông giờ cao điểm: Thay đổi linh hoạt chu kỳ đèn xanh của các trục đường chính từ 30 giây lên 60 giây vào các khung giờ $7\text{h}00 - 8\text{h}30$ sáng và $17\text{h}00 - 18\text{h}30$ chiều.
  • Khu vực hải đảo, vùng sâu chưa có lưới điện: Vận hành hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời tại các giao lộ ngoại thành hoặc khu công nghiệp biệt lập.

Ước tính hiệu quả kinh tế (ROI Analysis)

  • Chi phí triển khai ước tính:
    • Khối điều khiển vi xử lý + Module truyền thông: 650.000 VNĐ.
    • Khối nguồn năng lượng mặt trời (Tấm pin 50W thực tế + Sạc + Ắc quy 50Ah): 1.800.000 VNĐ.
    • Khối công suất & Mạch mở rộng: 450.000 VNĐ.
    • Tổng chi phí vật tư: ~ 2.900.000 VNĐ/trụ (So với chi phí > 15.000.000 VNĐ của tủ PLC).
  • Thời gian hoàn vốn (Payback Period): Nhờ giảm $60 - 70%$ lượng điện tiêu thụ từ lưới và giảm nhân lực tuần tra trực tiếp, hệ thống đạt điểm hòa vốn sau khoảng 14 - 18 tháng vận hành.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Kết nối truyền thông của module ESP8266 phụ thuộc vào mạng Wi-Fi cục bộ 2.4GHz, chưa trang bị module 4G/5G LTE công nghiệp tích hợp SIM chuyên dụng.
  • Mô hình nút nhấn vật lý trên bo mạch đôi lúc xuất hiện hiện tượng dội phím (Contact Bounce) ở chế độ chuyển tay.
  • Mới chỉ triển khai thực nghiệm 2 trụ đèn đại diện trên mô hình ngã tư do giới hạn thời gian thi công mạch in.

Hướng phát triển tương lai

  1. Tích hợp Camera AI Edge Computing: Tích hợp bộ xử lý nhúng (như Raspberry Pi 4 hoặc Jetson Nano) kết hợp thuật toán YOLOv8/OpenCV để đếm số lượng phương tiện theo thời gian thực và tự động đưa ra thuật toán cân bằng tải thời gian đèn xanh bằng mờ (Fuzzy Logic).
  2. Nâng cấp truyền thông diện rộng LoRaWAN / Cellular IoT: Thay thế Wi-Fi bằng chuẩn NB-IoT hoặc LoRa để quản lý hàng ngàn cột đèn giao thông trong toàn đô thị về một phòng điều hành trung tâm (Smart City Operations Center).
  3. Hoàn thiện thiết kế chuẩn công nghiệp IP65: Đóng gói toàn bộ mạch xử lý trong vỏ tủ chuyên dụng chống nước, chống bụi và chống sét lan truyền.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Điện tử - Viễn thông, IoT: Tài liệu tham khảo toàn diện về cách kết hợp vi điều khiển kinh điển (PIC16F887) với vi điều khiển thế hệ mới (ESP8266) qua giao tiếp UART và kết nối cơ sở dữ liệu thời gian thực (Google Firebase).
  • Kỹ sư nhúng & Lập trình viên IoT: Nắm bắt quy trình thiết kế mạch mở rộng port bằng 74HC595, thiết kế tầng kích dòng Transistor BJT và lập trình ứng dụng Android điều khiển thiết bị phần cứng.
  • Nhà quản lý đô thị & Doanh nghiệp giao thông thông minh: Mô hình tham chiếu tin cậy để nâng cấp các nút giao thông chi phí thấp, tối ưu hóa ngân sách công và thúc đẩy phát triển năng lượng xanh.

Câu hỏi thường gặp

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

Hệ thống yêu cầu nguồn cấp 12VDC (từ ắc quy hoặc adapter hạ áp từ lưới 220VAC), khu vực có sóng Wi-Fi 2.4GHz (hoặc điểm phát 4G di động) và thiết bị điều khiển chạy hệ điều hành Android từ phiên bản 5.0 (Lollipop) trở lên có kết nối Internet.

2. Khi mất kết nối Wi-Fi hoặc mất mạng Internet, hệ thống có ngừng hoạt động không?

Không. Vi điều khiển PIC16F887 hoạt động độc lập tuyệt đối. Nếu mất kết nối mạng, hệ thống vẫn duy trì chu kỳ đếm đèn tự động (AUTO) dựa trên xung nhịp của chính nó hoặc đồng bộ qua IC thời gian thực DS1307 mà không gây gián đoạn tín hiệu giao thông.

3. Làm thế nào để ghép nối hệ thống với các hệ thống quản lý giao thông thông minh (ITS) sẵn có?

Hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu Google Firebase Realtime Database làm trung gian. Mọi hệ thống ITS bên ngoài đều có thể đọc/ghi dữ liệu điều khiển thông qua RESTful API tiêu chuẩn bằng định dạng JSON có mã hóa khóa xác thực (Auth Token).

4. Tấm pin mặt trời 10W có đủ vận hành hệ thống trong mùa mưa kéo dài không?

Mô hình nghiên cứu sử dụng mạch chuyển nguồn tự động XH-M350. Khi trời mưa liên tục khiến điện áp ắc quy giảm xuống dưới ngưỡng an toàn cài đặt (ví dụ 10.8V), module sẽ tự động ngắt tải khỏi ắc quy và đóng tiếp điểm Relay nối sang nguồn lưới 220VAC, đảm bảo hệ thống vận hành liên tục $24/7$.

5. Chi phí bảo trì hàng năm của hệ thống dự kiến là bao nhiêu?

Nhờ sử dụng các linh kiện bán dẫn có độ bền cao và đèn LED tuổi thọ trên 50.000 giờ, chi phí bảo trì chủ yếu tập trung vào việc kiểm tra định kỳ ắc quy chì (thay thế sau mỗi 2 - 3 năm) và vệ sinh bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời, ước tính chi phí dưới 300.000 VNĐ/cột/năm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống đèn giao thông điều khiển bằng điện thoại thông minh" đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa và điều khiển linh hoạt luồng giao thông đô thị bằng việc kết hợp hài hòa giữa vi điều khiển PIC16F887, module truyền thông NodeMCU ESP8266 và nền tảng đám mây Firebase. Giải pháp không chỉ khắc phục triệt để các nhược điểm của hệ thống đèn định thời truyền thống mà còn mở ra hướng tiếp cận bền vững nhờ tích hợp năng lượng mặt trời và chuyển nguồn thông minh. Đây là tiền đề kỹ thuật vững chắc để mở rộng phát triển thành các giải pháp điều khiển giao thông thông minh toàn diện (Smart City ITS) trong tương lai.