Thiết Kế và Thực Hiện Mạch Điều Khiển Đèn Giao Thông

Hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông là một thành phần không thể thiếu trong hạ tầng giao thông hiện đại. 88 trang.

• Đề tài: Thiết Kế Mạch Điều Khiển Đèn Giao Thông: Nghiên Cứu và Ứng Dụng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
• 1.1. Giới hạn đề tài
• 2. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG
• 2.1. Mạch 2
• 3. CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ CÁC IC LIÊN QUAN
• 3.1. Khảo sát vi điều khiển 8951
• 3.1.1. Cấu trúc phần cứng. Cấu trúc bên trong 8951
• 3.1.2. Hoạt động timer
• 3.1.3. Hoạt động Port
• 3.1.4. Tóm tắt tập lệnh 8951
• 3.2. IC đệm 74LS3
• 4. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
• 4.1. Thiết kế các khối
• 4.2. Thi công mạch
• 4.3. Phần mềm
• 4.4. Nguyên lý hoạt động của mạch
• 5. CHƯƠNG V: TỔNG KẾT
• 5.1. Những ưu khuyết điểm của mạch
• 5.2. Hướng phát triển đề tài
• 5.3. Kết luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông

Hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông là một thành phần không thể thiếu trong hạ tầng giao thông hiện đại. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử, đã mang lại những tiến bộ vượt bậc, đóng góp to lớn vào việc điều tiết và đảm bảo an toàn giao thông. Nhu cầu đi lại ngày càng tăng trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc xây dựng các hệ thống đèn tín hiệu giao thông hiệu quả và thông minh. Bài viết này sẽ đi sâu vào việc nghiên cứu và phân tích quy trình thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông, từ các nguyên lý cơ bản đến các phương pháp thi công và ứng dụng thực tiễn. Mục tiêu chính là cung cấp một cái nhìn tổng quan, chi tiết về cách xây dựng một mô hình điều khiển hoàn chỉnh, đáp ứng các yêu cầu vận hành tại các giao lộ. Nội dung sẽ bao gồm việc khảo sát các linh kiện điện tử then chốt, lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu giữa mạch logic số và vi điều khiển, và cuối cùng là trình bày một giải pháp cụ thể dựa trên vi điều khiển 8051. Nghiên cứu này không chỉ là một đồ án môn học tiêu biểu mà còn mở ra những hướng phát triển tiềm năng cho các hệ thống giao thông thông minh trong tương lai, góp phần giảm thiểu ùn tắc và tai nạn giao thông.

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống đèn tín hiệu giao thông

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng, mật độ phương tiện lưu thông trên đường ngày càng đông đúc. Tình trạng kẹt xe tại các tuyến đường trọng điểm, đặc biệt tại các ngã ba, ngã tư, đã trở thành một vấn đề nhức nhối. Nguyên nhân chính bắt nguồn từ việc thiếu hụt hoặc hư hỏng thường xuyên của các hệ thống điều khiển tín hiệu. Việc không chấp hành luật lệ an toàn giao thông khi thiếu vắng tín hiệu đèn dẫn đến tai nạn và các vấn đề an ninh trật tự khác. Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông và triển khai các chốt đèn tại những nơi đông đúc là giải pháp bắt buộc. Một hệ thống hiệu quả không chỉ giúp điều phối luồng xe cộ một cách khoa học mà còn nâng cao ý thức chấp hành luật lệ của người dân, từ đó giảm thiểu các rủi ro đáng tiếc về người và tài sản.

1.2. Nguyên lý mạch đèn giao thông và sơ đồ khối cơ bản

Nguyên lý mạch đèn giao thông cơ bản dựa trên việc điều khiển tuần tự trạng thái của các đèn Xanh - Vàng - Đỏ theo một chu kỳ thời gian được lập trình sẵn. Một sơ đồ mạch đèn giao thông điển hình bao gồm các khối chức năng chính: Khối Nguồn (cung cấp điện áp ổn định cho toàn mạch), Khối Trung Tâm (thường là vi điều khiển hoặc mạch logic, chịu trách nhiệm xử lý logic điều khiển), Khối Điều Khiển (nhận lệnh từ người dùng hoặc cảm biến để thay đổi chế độ), và Khối Hiển Thị (bao gồm các đèn LED và mạch đếm lùi). Khối trung tâm sẽ gửi tín hiệu đến khối hiển thị để bật/tắt các đèn theo đúng trình tự và thời gian đã định. Các linh kiện điện tử như điện trở, tụ điện, và transistor đóng vai trò phụ trợ để đảm bảo mạch hoạt động ổn định và chính xác.

II. Thách thức trong các mạch điều khiển đèn giao thông cũ

Trước khi các giải pháp dựa trên vi điều khiển trở nên phổ biến, các mạch điều khiển đèn giao thông thường được xây dựng từ các linh kiện logic số rời rạc. Mặc dù các mạch này có khả năng hoàn thành nhiệm vụ cơ bản, chúng tồn tại nhiều nhược điểm cố hữu, gây khó khăn trong việc thi công, bảo trì và nâng cấp. Một trong những thách thức lớn nhất là sự thiếu linh hoạt. Bất kỳ sự thay đổi nào về chu kỳ thời gian đèn sáng đều đòi hỏi phải thiết kế lại toàn bộ hoặc một phần của mạch phần cứng, gây tốn kém và mất thời gian. Thêm vào đó, việc tích hợp các chức năng nâng cao như chế độ ưu tiên, điều khiển thích ứng theo mật độ giao thông, hay kết nối với các hệ thống giám sát trung tâm là cực kỳ phức tạp. Các mạch này thường có kích thước lớn do sử dụng nhiều IC, làm tăng giá thành và độ phức tạp khi thiết kế mạch in PCB. Sự ra đời của công nghệ lập trình nhúng và các dòng vi điều khiển mạnh mẽ đã cung cấp một giải pháp thay thế vượt trội, giải quyết triệt để những hạn chế của phương pháp truyền thống, mở đường cho sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh và hiệu quả hơn.

2.1. Hạn chế của phương pháp dùng IC số 555 và 4017

Một phương pháp thiết kế truyền thống là sử dụng kết hợp giữa IC 555 tạo xung và IC 4017 mạch đếm. Trong cấu trúc này, IC 555 được cấu hình như một mạch dao động đa hài để tạo ra xung clock với tần số ổn định, đóng vai trò là nhịp đếm thời gian cho hệ thống. Xung clock này sau đó được đưa vào chân đầu vào của IC 4017, một IC đếm thập phân. Các đầu ra của IC 4017 sẽ lần lượt được kích hoạt ở mức cao theo mỗi xung nhịp, và người thiết kế sẽ sử dụng các cổng logic (AND, OR) để tổ hợp các trạng thái đầu ra này nhằm điều khiển việc bật/tắt các đèn Xanh, Vàng, Đỏ. Nhược điểm chí mạng của phương pháp này là sự cứng nhắc. Thời gian sáng của mỗi đèn được quyết định hoàn toàn bởi cấu trúc kết nối phần cứng. Muốn thay đổi dù chỉ một giây, kỹ sư phải tính toán và thiết kế lại mạch logic, làm cho việc hiệu chỉnh và nâng cấp trở nên bất khả thi trong thực tế.

2.2. Sự phức tạp và thiếu tính năng mở rộng của mạch cũ

Các mạch điều khiển truyền thống thiếu hẳn các chức năng quan trọng cần có ở một hệ thống hiện đại. Chẳng hạn, chúng không có chế độ ưu tiên cho các phương tiện đặc biệt (cứu hỏa, cứu thương), không hiển thị thời gian đếm ngược, và không thể tự động chuyển đổi giữa chế độ điều khiển giao thông ban ngày và chế độ đèn báo (chớp vàng) vào ban đêm. Việc sử dụng quá nhiều IC rời rạc cũng làm cho mạch trở nên cồng kềnh, tiêu thụ nhiều năng lượng và dễ xảy ra lỗi do nhiều mối nối. Theo tài liệu nghiên cứu, các mạch này "có sử dụng nhiều IC nên khi thiết kế kích thước mạch sẽ lớn, giá thành thi công cao không phù hợp với điều kiện kinh tế của nước ta" và "mỗi khi muốn thay đổi thời gian sáng của đèn thì phải thiết kế lại mạch".

III. Giải pháp thiết kế mạch đèn giao thông bằng vi điều khiển

Để khắc phục những nhược điểm của mạch logic số, giải pháp sử dụng vi điều khiển (Microcontroller - MCU) đã được lựa chọn và chứng minh hiệu quả vượt trội. Vi điều khiển là một máy tính nhỏ được tích hợp trên một vi mạch duy nhất, chứa CPU, bộ nhớ (RAM, ROM/Flash), và các ngoại vi xuất/nhập (I/O ports). Bằng cách sử dụng vi điều khiển, toàn bộ logic điều khiển phức tạp được chuyển từ phần cứng sang phần mềm. Điều này mang lại sự linh hoạt tối đa: việc thay đổi thời gian, thêm chế độ hoạt động mới, hay tích hợp các tính năng nâng cao chỉ đơn giản là cập nhật lại chương trình nạp cho MCU mà không cần thay đổi phần cứng. Lựa chọn này giúp giảm đáng kể số lượng linh kiện điện tử, làm cho mạch nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy hơn. Các dòng vi điều khiển phổ biến như vi điều khiển 8051, PIC 16F877A, hay các bo mạch phát triển như Arduino điều khiển đèn giao thông đều là những lựa chọn khả thi cho các dự án từ đơn giản đến phức tạp, giúp việc thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn bao giờ hết.

3.1. Giới thiệu vi điều khiển 8051 và lý do lựa chọn

Trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu, vi điều khiển 8051 (cụ thể là IC 8951) được lựa chọn làm khối xử lý trung tâm. Đây là một họ vi điều khiển 8-bit do Intel sản xuất, rất phổ biến trong giáo dục và các ứng dụng công nghiệp nhờ cấu trúc đơn giản, tập lệnh dễ học và giá thành hợp lý. IC 8951 tích hợp sẵn 8KB EPROM, 128 byte RAM nội, 4 cổng xuất/nhập 8-bit, hai bộ định thời/đếm 16-bit và một cổng nối tiếp. Những đặc điểm này hoàn toàn đủ để xây dựng một mạch điều khiển đèn giao thông ngã tư với đầy đủ các chức năng cơ bản và nâng cao. Việc sử dụng 8051 cho phép "kích thước của mạch thi công không lớn, có bộ phận hiển thị thời gian đèn sáng, có thể thay đổi trạng thái hoạt động của đèn, khi muốn thay đổi thời gian sáng của đèn thì ta chỉ cần viết lại chương trình cho vi điều khiển".

3.2. Cấu trúc các khối chức năng chính trong mạch

Một sơ đồ mạch đèn giao thông dựa trên 8051 được thiết kế với các khối chức năng rõ ràng. Khối Nguồn sử dụng biến áp, cầu chỉnh lưu và IC ổn áp 7805 để tạo ra điện áp 5V DC ổn định. Khối Trung Tâm là IC 8951, nhận tín hiệu từ các công tắc ở Khối Điều Khiển và thực thi chương trình điều khiển. Khối Hiển Thị Đèn Giao Thông sử dụng các đèn LED Đỏ, Vàng, Xanh, được điều khiển thông qua các cổng của 8051 (ví dụ Port 0) và có thể được đệm bằng IC 74LS244 để tăng khả năngขับ dòng. Khối Báo Thời Gian Đèn Sáng (mạch đếm lùi) sử dụng LED 7 đoạn được điều khiển bởi một cổng khác (ví dụ Port 1) để hiển thị số giây còn lại. Sự phân chia rõ ràng này giúp việc thiết kế, thi công và sửa chữa mạch trở nên dễ dàng và có hệ thống.

IV. Hướng dẫn thi công và lập trình cho mạch điều khiển

Quá trình hiện thực hóa mạch điều khiển đèn giao thông bao gồm hai phần chính: thi công phần cứng và phát triển phần mềm. Thi công phần cứng bắt đầu từ việc vẽ sơ đồ nguyên lý, lựa chọn linh kiện, và sau đó là thiết kế mạch in PCB để đảm bảo tính ổn định và thẩm mỹ. Phần mềm, hay chương trình điều khiển, là linh hồn của hệ thống. Nó quyết định mọi hoạt động của mạch, từ chu kỳ đèn cơ bản đến các chế độ ưu tiên phức tạp. Việc lập trình cho vi điều khiển thường được thực hiện bằng hợp ngữ (Assembly) hoặc các ngôn ngữ bậc cao hơn như C. Sau khi viết code, chương trình sẽ được biên dịch thành file mã máy (dạng .HEX) và nạp vào bộ nhớ của vi điều khiển 8051 thông qua một mạch nạp chuyên dụng. Một công cụ hữu ích trong giai đoạn này là các phần mềm mô phỏng, cho phép kiểm tra và gỡ lỗi cả phần cứng và phần mềm trước khi tiến hành thi công thực tế, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa kiến thức điện tử và kỹ năng lập trình.

4.1. Thiết kế phần cứng và sơ đồ nguyên lý chi tiết

Phần cứng của mạch được xây dựng dựa trên sơ đồ nguyên lý đã được thiết kế. Các chân của vi điều khiển 8051 được kết nối tới các khối chức năng. Cụ thể, Port 0 được nối với IC đệm 74LS244 để điều khiển 6 đèn LED (2 Đỏ, 2 Vàng, 2 Xanh). Port 1 được nối trực tiếp với các chân của hai LED 7 đoạn Anode chung để hiển thị mạch đếm lùi. Port 2 được sử dụng làm cổng đầu vào, kết nối với 3 công tắc để lựa chọn các chế độ hoạt động: chế độ giao thông bình thường, chế độ đèn báo, và hai chế độ ưu tiên. Bộ dao động cho vi điều khiển được tạo bởi một thạch anh 12MHz và hai tụ gốm. Sơ đồ này đảm bảo sự rõ ràng trong kết nối và tối ưu hóa việc sử dụng các chân I/O của vi điều khiển. Việc thi công có thể được thực hiện trên breadboard để thử nghiệm hoặc trên một mạch in PCB được thiết kế bằng các phần mềm chuyên dụng như Altium hoặc Eagle.

4.2. Lập trình C cho vi điều khiển và mô phỏng Proteus

Chương trình điều khiển là tập hợp các lệnh chỉ dẫn cho vi điều khiển thực hiện các tác vụ. Mặc dù tài liệu gốc sử dụng hợp ngữ, lập trình C cho vi điều khiển là một lựa chọn phổ biến hơn hiện nay do tính dễ đọc, dễ bảo trì và cấu trúc rõ ràng. Lưu đồ thuật toán được xây dựng để mô tả logic hoạt động: chương trình chính sẽ liên tục lặp lại chu kỳ đèn giao thông, đồng thời kiểm tra trạng thái của các công tắc ở Port 2. Nếu một công tắc được nhấn, chương trình sẽ rẽ nhánh để thực hiện chức năng tương ứng (chuyển sang chế độ đèn báo hoặc ưu tiên). Các hàm con được viết để xử lý việc tạo trễ (delay), giải mã cho LED 7 đoạn, và điều khiển các trạng thái đèn cụ thể. Trước khi nạp chương trình vào IC, việc sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch đèn giao thông là một bước cực kỳ quan trọng. Proteus cho phép vẽ sơ đồ nguyên lý, nạp file .HEX vào mô hình vi điều khiển và quan sát hoạt động của toàn bộ mạch trên máy tính, giúp phát hiện lỗi logic và tiết kiệm tài nguyên.

V. Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển cho đề tài

Mô hình thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng vi điều khiển 8051 đã chứng minh được tính hiệu quả, độ tin cậy và khả năng đáp ứng các yêu cầu cơ bản tại một giao lộ. Mạch có ưu điểm là tiêu thụ công suất thấp, thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và chi phí thi công không cao, phù hợp để áp dụng rộng rãi. Kết quả thực nghiệm cho thấy mạch hoạt động ổn định, chuyển đổi chính xác giữa các trạng thái đèn và các chế độ ưu tiên theo đúng lập trình. Tuy nhiên, đây chỉ là nền tảng ban đầu. Hướng phát triển của đề tài này là rất lớn, tập trung vào việc xây dựng một hệ thống giao thông thông minh thực thụ. Các cải tiến có thể bao gồm việc tích hợp cảm biến để đo lường mật độ phương tiện và tự động điều chỉnh thời gian đèn xanh, kết nối không dây giữa các nút giao thông để tạo ra "làn sóng xanh", hoặc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích và dự báo tình hình giao thông. Những nghiên cứu và ứng dụng này sẽ góp phần quan trọng vào việc giải quyết các vấn đề giao thông phức tạp trong các đô thị lớn, hướng tới một hệ thống giao thông an toàn, hiệu quả và bền vững.

5.1. Kết quả ưu và nhược điểm của mạch thi công

Sản phẩm cuối cùng là một mạch điều khiển đèn giao thông hoàn chỉnh, có khả năng vận hành ở nhiều chế độ. Theo đánh giá trong tài liệu gốc, ưu điểm của mạch bao gồm: tiêu thụ công suất không lớn, thiết kế đơn giản, chi phí thấp và độ bền cao. Tuy nhiên, mạch vẫn còn một số nhược điểm. Thứ nhất, việc chuyển đổi giữa chế độ giao thông và đèn báo vẫn phải thực hiện thủ công qua công tắc, chưa tự động theo thời gian thực. Thứ hai, chu kỳ thời gian của đèn được cố định trong code và không thể thay đổi nhanh chóng bằng tay. Đây là những điểm cần được cải tiến trong các phiên bản phát triển sau này để tăng tính tiện dụng và thông minh cho hệ thống.

5.2. Hướng tới hệ thống giao thông thông minh tương lai

Để khắc phục nhược điểm hiện tại và phát triển đề tài, hướng đi tất yếu là tích hợp thêm các công nghệ tiên tiến. Một giải pháp được đề xuất là sử dụng EPROM để nạp chương trình đồng hồ báo giờ, kết nối với vi điều khiển. Khi đó, mạch có thể tự động chuyển sang chế độ đèn báo vào ban đêm (ví dụ từ 23h00 đến 5h00) và hoạt động bình thường vào ban ngày. Xa hơn nữa, có thể tích hợp các cảm biến từ, cảm biến hồng ngoại hoặc camera để nhận diện mật độ phương tiện. Dữ liệu này sẽ được vi điều khiển (hoặc một bộ xử lý mạnh hơn như Raspberry Pi, Jetson Nano) phân tích để điều chỉnh linh hoạt thời gian đèn xanh, ưu tiên cho các làn đường đông đúc. Đây chính là nền tảng của một hệ thống giao thông thông minh, có khả năng thích ứng và tối ưu hóa luồng giao thông theo thời gian thực.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của nền kinh tế và quá trình đô thị hóa tại các thành phố lớn ở Việt Nam vào cuối thập niên 1990 và đầu những năm 2000 đã làm gia tăng nhanh chóng mật độ phương tiện tham gia giao thông. Thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn này ghi nhận tình trạng ùn tắc giao thông thường xuyên xảy ra trên các tuyến đường trọng điểm như Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Cách Mạng Tháng Tám, Xô Viết Nghệ Tĩnh, Nguyễn Thị Minh Khai. Nguyên nhân chính bắt nguồn từ việc số lượng chốt đèn tín hiệu trên các tuyến đường còn quá ít, các hệ thống điều khiển tín hiệu cũ thường xuyên hư hỏng, dẫn đến việc người tham gia giao thông không chấp hành đúng luật lệ, gia tăng tai nạn và gây mất trật tự an toàn xã hội.

Nhằm giải quyết bài toán điều tiết giao thông tại các nút giao, đề tài tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình mạch điều khiển đèn tín hiệu giao thông ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Khảo sát nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của các dạng mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng IC số rời trên thực tế.
2. Nghiên cứu kiến trúc phần cứng, tập lệnh và phương thức lập trình trên vi điều khiển 8951 thuộc họ MCS-51.
3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý các khối chức năng: khối nguồn ổn áp 5V, khối xử lý trung tâm, khối hiển thị đèn màu tín hiệu, khối hiển thị thời gian đếm lùi và khối chuyển mạch điều khiển chế độ.
4. Thi công phần cứng hoàn chỉnh, lập trình phần mềm điều khiển bằng hợp ngữ (Assembly) và kiểm nghiệm hoạt động thực tế của mạch.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mạch điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại ngã tư giao lộ. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở mô hình điều khiển tín hiệu đèn ngã tư gồm 3 màu (xanh, vàng, đỏ), hiển thị thời gian đếm lùi bằng LED 7 đoạn, tích hợp chế độ đèn vàng cảnh báo ban đêm và các chế độ điều khiển ưu tiên cho từng tuyến đường. Đề tài được thực hiện bởi sinh viên Hoàng Văn Công (Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Thanh Đạo trong thời gian từ ngày 03/12/2001 đến ngày 02/03/2002.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên nền tảng kỹ thuật vi xử lý - vi điều khiển và lý thuyết mạch điện tử số:

• Kiến trúc vi điều khiển 8951 (họ MCS-51): Khảo sát cấu trúc phần cứng của vi điều khiển gồm 8KB EPROM/Flash, 128 byte RAM nội, 4 cổng xuất nhập 8-bit (Port 0 đến Port 3), hệ thống thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR), 2 bộ định thời 16-bit (Timer 0 và Timer 1), cổng truyền thông nối tiếp UART và hệ thống 5 nguồn ngắt. Cấu trúc bộ nhớ Harvard với không gian bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu độc lập có khả năng mở rộng lên đến 64KB.
• Lý thuyết mạch logic và hiển thị số: Nguyên lý đệm tín hiệu công suất nhỏ qua IC đệm 8-bit 74LS244; nguyên lý giải mã và điều khiển hiển thị LED 7 đoạn loại Anode chung (Common Anode); nguyên lý chuyển mạch trạng thái thông qua các ngõ vào logic logic mức cao/thấp.
• Kỹ thuật ổn áp nguồn tuyến tính: Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp nguồn DC một chiều dùng IC 7805 kết hợp tầng biến áp hạ áp và cầu nắn chỉnh lưu.

Phương pháp nghiên cứu được tác giả áp dụng bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp và so sánh: Khảo sát các sơ đồ mạch điều khiển đèn giao thông dùng linh kiện logic rời (mạch sử dụng NE555 kết hợp các IC họ CMOS/TTL như 4017, 74LS93, 4514B) để phân tích ưu - khuyết điểm, từ đó xác lập luận cứ cho việc chọn giải pháp vi điều khiển.
• Phương pháp thiết kế kỹ thuật: Phân tích yêu cầu chức năng, phân chia hệ thống thành các khối độc lập (nguồn, vi điều khiển, hiển thị LED đơn, hiển thị LED 7 đoạn, công tắc điều khiển), tính toán thông số linh kiện và vẽ sơ đồ mạch nguyên lý.
• Phương pháp lập trình hệ thống nhúng: Xây dựng lưu đồ giải thuật, viết mã nguồn bằng Hợp ngữ (MCS-51 Assembly), sử dụng trình biên dịch chuyên dụng để tạo mã máy dạng Hex.
• Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp linh kiện trên bo mạch, nạp chương trình vào EPROM của vi điều khiển 8951 và vận hành kiểm thử các chế độ hoạt động trong điều kiện thực tế.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông được thiết kế theo cấu trúc mô-đun gồm 5 khối chức năng chính:

1. Khối nguồn nuôi DC: Chuyển đổi điện áp xoay chiều lưới điện 220VAC qua biến áp hạ áp xuống 6,3VAC, đưa qua mạch chỉnh lưu cầu diode 1A tạo ra điện áp một chiều. Tụ điện C1 (giá trị 220µF) được mắc song song để lọc phẳng và chống nhiễu. Điện áp sau đó đi qua IC ổn áp tuyến tính 7805 để cung cấp nguồn 5VDC ổn định cho vi điều khiển và toàn bộ các vi mạch trong hệ thống.
2. Khối xử lý trung tâm: Sử dụng vi điều khiển 8951 với mạch tạo dao động thạch anh ngoài có tần số 12MHz kết hợp hai tụ gốm 30pF. Mạch reset tự động khi cấp nguồn kết hợp nút bấm phục hồi trạng thái thủ công được nối vào chân số 9 (RST). Chân EA được nối lên mức logic 1 (+5V) để chỉ định vi điều khiển thực thi chương trình chứa trong ROM nội.
3. Khối hiển thị đèn giao thông: Gồm 6 đèn LED đơn đại diện cho 2 hướng ngã tư (Hướng 1: Đ1, V1, X1; Hướng 2: Đ2, V2, X2). Tín hiệu từ Port 0 của 8951 được đưa qua IC đệm 8 kênh 74LS244 nhằm tăng khả năng chịu tải dòng điện trước khi cấp đến các đèn LED (mắc theo kiểu cực Katot nối mass).
4. Khối báo thời gian đèn sáng: Sử dụng 1 LED 7 đoạn loại Anode chung kết nối trực tiếp với 8 đường tín hiệu của Port 1 (P1.0 nối đoạn a, P1.1 nối đoạn b, ..., P1.7 nối dấu chấm p). Vi điều khiển xuất các mã nhị phân tương ứng để hiển thị đếm lùi thời gian sáng của đèn tín hiệu (từ số 9 về 0).
5. Khối công tắc điều khiển chế độ: Sử dụng 3 công tắc gạt SW1, SW2, SW3 kết nối với các chân P2.0, P2.1, P2.2 của Port 2. Các mức logic tại Port 2 quyết định việc chuyển trạng thái làm việc của toàn bộ hệ thống.

Chế độ hoạt động	Trạng thái công tắc (SW1 - SW2 - SW3)	Dữ liệu tại Port 2	Quy luật hiển thị và điều khiển
Đèn giao thông tự động	Đều nối lên mức 1	0FFH	- Pha 1: Hướng 1 Đèn Đỏ (Đ1) + Hướng 2 Đèn Xanh (X2) sáng 9 giây; sau đó Hướng 1 Đèn Đỏ (Đ1) + Hướng 2 Đèn Vàng (V2) sáng 1 giây. - Pha 2: Hướng 1 Đèn Xanh (X1) + Hướng 2 Đèn Đỏ (Đ2) sáng 9 giây; sau đó Hướng 1 Đèn Vàng (V1) + Hướng 2 Đèn Đỏ (Đ2) sáng 1 giây.
Đèn cảnh báo ban đêm	SW1 = 0, SW2 = 1, SW3 = 1	0FEH	Tắt đèn xanh và đèn đỏ trên cả 2 hướng; 2 đèn vàng (V1 và V2) chớp tắt liên tục với chu kỳ 1 giây.
Ưu tiên tuyến 1	SW1 = 1, SW2 = 0, SW3 = 1	0FDH	Đèn Đỏ 1 (Đ1) và Đèn Xanh 2 (X2) sáng cố định liên tục, giải phóng lưu lượng xe trên tuyến 2.
Ưu tiên tuyến 2	SW1 = 1, SW2 = 1, SW3 = 0	0FBH	Đèn Đỏ 2 (Đ2) và Đèn Xanh 1 (X1) sáng cố định liên tục, giải phóng lưu lượng xe trên tuyến 1.

Phần mềm điều khiển hệ thống được viết bằng Hợp ngữ MCS-51, thực hiện theo quy trình:

• Soạn thảo tập tin nguồn CONG1.ASM trên môi trường DOS bằng trình soạn thảo NC (Norton Commander).
• Sử dụng trình biên dịch ASM51.EXE để kiểm tra lỗi cú pháp và xuất ra 2 tập tin CONG1.LST và CONG1.OBJ.
• Sử dụng tiện ích OH.EXE để chuyển đổi tập tin CONG1.OBJ sang định dạng mã máy CONG1.HEX.
• Nạp tập tin Hex vào bộ nhớ EPROM của vi điều khiển 8951.

Thuật toán tạo khoảng thời gian trễ chính xác 1 giây (DELAY) được xây dựng bằng cách cấu hình Timer 0 hoạt động ở Chế độ 1 (16-bit định thời). Với tần số thạch anh 12MHz, mỗi chu kỳ máy kéo dài 1µs. Chương trình nạp giá trị ban đầu cho các thanh ghi TH0 = 50H và TL0 = 9AH để tạo trễ 50ms cho mỗi lần đếm tràn, kết hợp thanh ghi R7 làm biến đếm vòng lặp 20 lần để đạt tổng thời gian trễ $50\text{ms} \times 20 = 1\text{s}$. Trong mỗi chu kỳ đếm lùi 1 giây của các chương trình con giải mã (GMA1, GMA2, GMA3), chương trình liên tục gọi các hàm kiểm tra ngõ vào Port 2 (KTRA1, KTRA11, KTRA111) nhằm phản hồi ngay lập tức khi người vận hành thao tác công tắc chuyển đổi chế độ.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: Mở Đầu

Chương này trình bày lý do chọn đề tài dựa trên thực trạng phát triển giao thông đô thị và nhu cầu hiện đại hóa hạ tầng điều khiển tín hiệu tại các giao lộ ở Việt Nam, đặc biệt trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả phân tích các hệ quả của việc thiếu đèn tín hiệu và tình trạng thiết bị hư hỏng dẫn đến ùn tắc và tai nạn giao thông. Nội dung chương đồng thời xác định phạm vi giới hạn của đề tài: tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch điều khiển đèn giao thông ngã tư có tích hợp bộ đếm hiển thị thời gian, chế độ đèn báo nhấp nháy ban đêm và các chế độ đèn ưu tiên cho từng tuyến đường.

CHƯƠNG II: Giới Thiệu Về Một Số Mạch Điều Khiển Đèn Giao Thông

Chương II tiến hành khảo sát và phân tích nguyên lý hoạt động của hai sơ đồ mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng linh kiện điện tử số rời phổ biến trên thị trường tại thời điểm nghiên cứu:

• Mạch 1: Sử dụng IC định thời NE555 tạo xung nhịp 1Hz đưa vào IC đếm nhị phân 74LS93 để tạo mã BCD (0000 đến 1111). Tín hiệu được giải mã bằng IC phân kênh CMOS 4514B (4 sang 16 đường). Mạch dùng 14 trạng thái kết hợp IC 4081 (4 cổng AND) để tự động reset khi đếm đến trạng thái thứ 13. Khối cài đặt thời gian dùng IC 4040 (bộ đếm 12-bit), IC 4042 (chốt 4-bit) và IC 7485 (so sánh 4-bit) để phân chia 2 khoảng thời gian: 5h sáng - 23h đêm (chạy chế độ giao thông) và 23h đêm - 5h sáng (chạy chế độ đèn vàng cảnh báo chớp tắt 1s). Khối giải mã dùng IC 4017 và hiển thị qua rơ-le điều khiển đèn công suất. Ưu điểm là tự chuyển đổi trạng thái ngày/đêm, nhưng nhược điểm là mạch rất cồng kềnh, dùng quá nhiều IC, chi phí cao, không có chế độ ưu tiên, không hiển thị thời gian và khi muốn đổi chu kỳ đèn phải thiết kế lại toàn bộ phần cứng.
• Mạch 2: Sử dụng IC NE555 tạo dao động xung vuông có tần số $f = 0,72 \div 0,48\text{Hz}$ (điều chỉnh qua biến trở VR) đưa vào chân xung clock của IC đếm Johnson 4017 kết hợp cổng logic OR của IC 4071. Mạch tạo ra chu kỳ điều khiển 45 giây (đèn xanh 20s, đèn vàng 5s) và có công tắc chuyển sang chế độ đèn vàng nhấp nháy bằng tay. Ưu điểm là mạch gọn nhẹ, tiêu thụ công suất nhỏ, chi phí thấp; tuy nhiên nhược điểm là không hiển thị thời gian đếm lùi, chu kỳ đèn không thể tùy chỉnh linh hoạt.

Từ việc phân tích 2 mạch trên, tác giả lập bảng so sánh và đi đến quyết định lựa chọn giải pháp thiết kế mạch sử dụng vi điều khiển 8951 nhằm tối ưu kích thước phần cứng, giảm chi phí, tích hợp đầy đủ hiển thị thời gian và cho phép thay đổi chu kỳ đèn linh hoạt thông qua lập trình phần mềm.

CHƯƠNG III: Giới Thiệu Về Các IC Liên Quan

Chương III cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về các vi mạch tích hợp được sử dụng trong thiết kế:

• Vi điều khiển 8951: Trình bày chi tiết sơ đồ khối chức năng, sơ đồ chân 40 chân (DIP-40), chức năng chuyên dụng của các chân Port 0, Port 1, Port 2, Port 3 và các đường tín hiệu điều khiển PSEN, ALE, EA, RST. Khảo sát cấu trúc bản đồ bộ nhớ RAM nội (bao gồm 4 bank thanh ghi từ 00H-1FH, vùng nhớ định vị từng bit từ 20H-2FH, vùng RAM đa dụng từ 30H-7FH và 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR từ 80H-FFH). Phân tích cấu trúc và hoạt động của thanh ghi trạng thái chương trình (PSW), thanh ghi con trỏ ngăn xếp (SP), thanh ghi con trỏ dữ liệu (DPTR). Phân tích chi tiết 4 chế độ hoạt động của 2 bộ định thời Timer 0 và Timer 1 thông qua thanh ghi TMOD và TCON; khảo sát các chế độ truyền thông của cổng nối tiếp UART (Mode 0, 1, 2, 3) qua thanh ghi SCON, PCON; cấu trúc 5 nguồn ngắt và 2 mức ưu tiên qua thanh ghi IE, IP. Tóm tắt tập lệnh 8951 (gồm 139 lệnh 1 byte, 92 lệnh 2 byte, 24 lệnh 3 byte) và 8 chế độ định vị địa chỉ.
• IC đệm 74LS244: Trình bày sơ đồ chân, sơ đồ logic bên trong và bảng trạng thái hoạt động của IC đệm 8 đường 3 trạng thái (Octal Buffer/Line Driver), giải thích vai trò của hai chân cho phép ngõ ra 1G và 2G trong việc đệm tín hiệu điều khiển từ Port 0 đến các đèn LED.

CHƯƠNG IV: Thiết Kế Và Thi Công Mạch

Chương IV trình bày toàn bộ quá trình tính toán thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm:

• Thiết kế phần cứng: Trình bày sơ đồ khối tổng quát và tính toán chi tiết cho từng khối: thiết kế khối nguồn ổn áp 5V dùng biến áp, cầu nắn, tụ lọc $220\mu\text{F}$ và IC 7805 (dòng tiêu thụ mỗi LED là 20mA); thiết kế khối hiển thị đèn màu qua IC đệm 74LS244; thiết kế khối hiển thị thời gian bằng LED 7 đoạn Anode chung qua Port 1 (xây dựng bảng mã Hex từ số 0 đến số 9); thiết kế khối chuyển mạch công tắc qua Port 2; thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch và vẽ sơ đồ mạch in thi công.
• Thi công phần mềm: Giới thiệu về ngôn ngữ máy và hợp ngữ Assembly; hướng dẫn quy trình soạn thảo mã nguồn trong môi trường NC, quy trình biên dịch bằng ASM51.EXE và công cụ chuyển đổi mã máy OH.EXE. Xây dựng lưu đồ giải thuật chi tiết cho chương trình điều khiển đèn giao thông. Cung cấp toàn văn mã nguồn chương trình CONG1.ASM (bao gồm chương trình chính X0, chương trình con tạo trễ DELAY, chương trình giải mã hiển thị thời gian GMA1, GMA2, GMA3, chương trình kiểm tra công tắc KTRA1, KTRA11, KTRA111, KTRA2, KTUT1, KTUT2, chương trình chế độ cảnh báo DBAO và chương trình các chế độ ưu tiên UT1, UT2), bảng kê địa chỉ biểu tượng (Symbol Table Listing) và mã máy CONG1.HEX.

CHƯƠNG V: Tổng Kết

Chương V đánh giá kết quả thực hiện của đề tài:

• Ưu điểm: Mạch tiêu thụ công suất nhỏ, thiết kế phần cứng gọn nhẹ, chi phí gia công chế tạo thấp, độ bền và thời gian vận hành ổn định đã được kiểm chứng qua thực nghiệm.
• Nhược điểm: Mạch chưa có tính năng tự động chuyển đổi giữa chế độ điều khiển giao thông ban ngày và chế độ đèn vàng cảnh báo ban đêm; chu kỳ đếm thời gian của đèn giao thông chưa hỗ trợ thay đổi trực tiếp bằng nút bấm tại hiện trường mà phải nạp lại phần mềm.
• Biện pháp khắc phục và hướng phát triển: Đề xuất giải pháp bổ sung bộ nhớ EPROM ngoài và tích hợp IC đồng hồ thời gian thực (RTC) để tự động kích hoạt chế độ giao thông từ 5h00 đến 23h00 và chế độ cảnh báo từ 23h00 đến 5h00; thiết kế nâng cấp mạch hiển thị ngõ ra từ LED đơn sang các tầng công tắc bán dẫn công suất lớn (Triac/Rơ-le) để đóng cắt trực tiếp các dàn đèn tín hiệu công suất lớn tại giao lộ đường phố.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về mặt thiết kế kỹ thuật, lập trình điều khiển và chế tạo mô hình thực nghiệm:

• Kết quả kỹ thuật cụ thể:
  • Chế tạo thành công mô hình mạch phần cứng hoàn chỉnh chạy nguồn 5VDC, tích hợp vi điều khiển 8951, IC đệm 74LS244, 1 LED 7 đoạn hiển thị thời gian và 6 LED chỉ thị màu.
  • Vận hành chính xác 4 chế độ làm việc: Chế độ giao thông tự động với chu kỳ 10 giây mỗi pha (9 giây đèn chính + 1 giây đèn chuyển tiếp/đèn vàng); Chế độ cảnh báo ban đêm nhấp nháy đèn vàng chu kỳ 1 giây; Chế độ ưu tiên tuyến 1 (Đ1 và X2 sáng liên tục); Chế độ ưu tiên tuyến 2 (Đ2 và X1 sáng liên tục).
  • Phần mềm nhúng bằng Assembly được tối ưu hóa, sử dụng Timer 0 định thời chính xác 1 giây (20 vòng lặp 50ms nạp giá trị TH0 = 50H, TL0 = 9AH), phản hồi tức thì với các thao tác chuyển đổi công tắc từ người vận hành.
• Đóng góp của đề tài:
  • Cung cấp giải pháp kỹ thuật thay thế hiệu quả cho các mạch điều khiển đèn giao thông dùng linh kiện số rời thế hệ cũ, giúp giảm thiểu đáng kể số lượng linh kiện, giảm kích thước bo mạch và hạ giá thành thi công.
  • Cung cấp một tài liệu thiết kế hệ thống nhúng hoàn chỉnh từ khâu khảo sát lý thuyết, thiết kế phần cứng, lập trình phần mềm hợp ngữ đến quy trình biên dịch nạp chip trong môi trường thực hành kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Mặc dù mô hình đã vận hành ổn định, tác giả cũng chỉ rõ các hạn chế tồn tại do giới hạn về mặt thời gian thực hiện (3 tháng) và điều kiện kỹ thuật:

• Hạn chế:
  • Hệ thống chưa có bộ định thời gian thực (RTC) để tự động chuyển đổi trạng thái hoạt động theo các khung giờ cố định trong ngày (phải thao tác thủ công qua công tắc gạt).
  • Chu kỳ đếm lùi thời gian được lập trình cứng trong bộ nhớ vi điều khiển, không thể tùy biến trực tiếp chu kỳ sáng của từng màu đèn tại tủ điều khiển mà phải biên dịch và nạp lại mã Hex.
  • Tầng công suất ngõ ra chỉ mới dừng lại ở mức điều khiển các LED phát quang công suất nhỏ (dòng khoảng 20mA) trên mô hình mô phỏng, chưa tích hợp rơ-le hoặc linh kiện bán dẫn công suất để kéo tải đèn giao thông thực tế.
• Hướng phát triển:
  • Thiết kế ghép nối thêm bộ nhớ mở rộng (EPROM/EEPROM) và mạch đồng hồ thời gian thực để vi điều khiển tự động phân chia chế độ vận hành theo mốc giờ: chạy chương trình đèn giao thông từ 5h00 đến 23h00 và chuyển sang chế độ đèn vàng cảnh báo từ 23h00 đến 5h00 sáng hôm sau.
  • Thiết kế lại khối hiển thị công suất cao: bổ sung các tầng đệm điều khiển rơ-le hoặc Triac ở ngõ ra của IC 74LS244 để đóng ngắt nguồn 220VAC cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông công suất lớn ngoài hiện trường.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Kỹ thuật Máy tính và Tự động hóa: Là tài liệu tham khảo trực quan cho các môn học Vi xử lý - Vi điều khiển, Kỹ thuật số, Thiết kế mạch điện tử và Đồ án môn học/Đồ án tốt nghiệp.
• Người làm đề tài về hệ thống nhúng vi điều khiển 8051: Cung cấp tài liệu tra cứu có hệ thống về cấu trúc phần cứng MCS-51, bản đồ thanh ghi SFR, bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung, kỹ thuật định thời Timer 16-bit và quy trình biên dịch bằng các công cụ cổ điển (ASM51, OH) trong môi trường DOS.
• Kỹ thuật viên và người nghiên cứu thiết kế mạch: Cung cấp sơ đồ nguyên lý chuẩn cho khối giao tiếp IC đệm 74LS244, khối tạo trễ chính xác và kỹ thuật quét trạng thái công tắc đa ngõ vào trong lập trình hệ thống thời gian thực.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lại chọn vi điều khiển 8951 thay vì tiếp tục sử dụng các mạch logic rời như NE555 kết hợp CD4017 hay 74LS93?
Các mạch logic rời thế hệ cũ (như khảo sát ở Chương II) đòi hỏi sử dụng rất nhiều IC rời (4514B, 4081, 4040, 4042, 7485, 4017...) dẫn đến kích thước bo mạch rất lớn, giá thành gia công cao, độ tin cậy thấp do nhiều mối nối hàn và đặc biệt là không thể hiển thị thời gian đếm lùi số. Khi muốn thay đổi chu kỳ sáng của đèn, người kỹ thuật bắt buộc phải thiết kế và câu dây lại toàn bộ mạch. Trong khi đó, giải pháp dùng vi điều khiển 8951 thu gọn kích thước mạch, tích hợp trực tiếp LED 7 đoạn hiển thị thời gian, có nhiều chế độ hoạt động và cho phép thay đổi chu kỳ đèn chỉ bằng cách chỉnh sửa phần mềm.

2. Cơ chế tạo khoảng trễ thời gian 1 giây (delay 1s) trong chương trình điều khiển 8951 được thiết kế như thế nào?
Chương trình sử dụng bộ định thời Timer 0 hoạt động ở Chế độ 1 (định thời 16-bit). Với thạch anh 12MHz, mỗi chu kỳ máy là 1µs. Tác giả nạp giá trị ban đầu cho các thanh ghi định thời là TH0 = 50H và TL0 = 9AH, tương ứng với việc tạo một khoảng trễ 50.000 chu kỳ máy (50ms) cho mỗi lần cờ tràn TF0 bật lên. Sau đó, thanh ghi R7 được nạp giá trị 20 và giảm dần sau mỗi lần Timer 0 đếm tràn. Khi R7 giảm về 0, chương trình tạo ra tổng thời gian trễ chính xác là $50\text{ms} \times 20 = 1000\text{ms} = 1\text{s}$.

3. Hệ thống xử lý các chế độ hoạt động (giao thông, cảnh báo, ưu tiên) thông qua khối điều khiển công tắc như thế nào?
Khối điều khiển gồm 3 công tắc SW1, SW2, SW3 nối vào các chân P2.0, P2.1, P2.2 của Port 2. Vi điều khiển đọc dữ liệu từ Port 2 để phân nhánh:

• Khi $P2 = \text{0FFH}$ (cả 3 công tắc đều mở mức 1): Hệ thống thực thi chu trình điều khiển đèn giao thông tự động.
• Khi $P2 = \text{0FEH}$ (SW1 đóng xuống mức 0): Hệ thống gọi chương trình con DBAO để chớp tắt 2 đèn vàng V1, V2.
• Khi $P2 = \text{0FDH}$ (SW2 đóng xuống mức 0): Hệ thống gọi chương trình con UT1 để giữ sáng cố định Đèn Đỏ 1 và Đèn Xanh 2.
• Khi $P2 = \text{0FBH}$ (SW3 đóng xuống mức 0): Hệ thống gọi chương trình con UT2 để giữ sáng cố định Đèn Đỏ 2 và Đèn Xanh 1.
  Các hàm kiểm tra trạng thái Port 2 (KTRA1, KTRA11, KTRA111) được lồng trực tiếp sau mỗi giây đếm lùi để đảm bảo hệ thống chuyển đổi chế độ ngay lập tức khi công tắc thay đổi.

4. Khối nguồn của mạch được thiết kế với những linh kiện nào và đóng vai trò gì?
Khối nguồn được thiết kế theo dạng ổn áp tuyến tính gồm: một máy biến áp hạ áp từ 220VAC xuống 6,3VAC, một bộ cầu chỉnh lưu diode 1A để biến đổi dòng xoay chiều thành một chiều, một tụ hóa lọc nguồn C1 ($220\mu\text{F}$) để chống nhiễu và san phẳng điện áp nhấp nhô, và một IC ổn áp 3 chân 7805. Khối nguồn có nhiệm vụ duy trì điện áp ngõ ra cố định ở mức +5VDC liên tục và ổn định, cung cấp cho vi điều khiển 8951, IC đệm 74LS244, dàn LED tín hiệu và LED 7 đoạn hoạt động tin cậy mà không bị sụt áp hay hỏng linh kiện logic.

5. Tác giả đề xuất giải pháp kỹ thuật nào để mạch có thể tự động chuyển chế độ làm việc theo thời gian trong ngày?
Tác giả đề xuất phương án mở rộng phần cứng bằng cách ghép nối thêm vi mạch đồng hồ thời gian thực (RTC) và bộ nhớ EPROM nạp chương trình giám sát thời gian. Khi đồng hồ thời gian thực chỉ trong khoảng từ 5h00 sáng đến 23h00 đêm, vi điều khiển sẽ kích hoạt chương trình điều khiển đèn giao thông tuần tự bình thường. Khi đồng hồ chuyển sang khoảng thời gian từ 23h00 đêm đến 5h00 sáng hôm sau, vi điều khiển sẽ tự động chuyển sang thực thi chương trình đèn vàng chớp tắt cảnh báo mà không cần sự can thiệp thủ công từ người quản lý.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mạch điều khiển đèn tín hiệu giao thông" của tác giả Hoàng Văn Công đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa điều tiết giao thông tại ngã tư thông qua giải pháp vi điều khiển AT8951. Hệ thống vận hành chính xác các chức năng điều khiển đèn tín hiệu, hiển thị thời gian đếm lùi bằng LED 7 đoạn và chuyển đổi linh hoạt các trạng thái ưu tiên, cảnh báo. Công trình thể hiện quy trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh từ khảo sát mạch rời, tính toán phân khối phần cứng, lập trình hợp ngữ nhúng đến thi công và kiểm nghiệm thực tế, mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống nhúng điều khiển tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU I. PHẦN GIỚI THIỆU: Khoa học kỹ thuật là một trong những lĩnh vực rất gần gũi với cuộc sống con người. Nó giúp cho con người nâng cao trình độ nhận thức, từ đỏ hình thành những phát minh khoa học nhằm góp phần nâng cao cuộc ng của con người về nhú cầu vật chất lẫn tỉnh thần. Trong đó ngành Điện-Điện tử: là môt trong những ngành mũi nhọn và quan trọng với những phát mình như: tàu chạy bằng hội nước, phát mình ra đến, guát, Radio, Television, cassette,.

mỗi phát mình đều có tâm quan trọng và. ý nghĩa reng của nó mà mục đích chủ yế là phục vụ cho nhụ cầu ngày căng cao của còn người, Trong những thập niên qua. đât nước tá còn nghèo nàn và lạc hậu, đường xá hư hồng cho nên tình hình kẹt xe ở các tiyền đường ong điềm: trên các con đường Lại Tp.Hồ Chí Minh như: tuyên dường Nam Ký hối Nghĩa, Cách Mạng Tháng Tám, Xô Viết Nghệ Tĩnh, Nguyễn Thị Minh Khui, vv. là do các nu hiệu đền giao thông còn quá ít trên các tuyến đường và sự hư hồng thường xuyên đèn điều khiển tín hiệu giao thông ở các ngã ba, ngã tư dẫn đến sự khong chip hành tốt luật lệ an toàn giao thông.

Tại nạn giao thông thường xảy ra và xuãt hiện cae vụ trềm cấp, cướp giật khi xảy ra hiện tượng. Ngày nay xã hội ngày càng phút triển con người ngày càng văn minh, đường xá đã được nâng cấp và mở rộng cho nên xe cộ. lưu thông ngày càng đông đúc hơn, vì vậy chúng ta phải làm các chốt đèn giao thông ở nhưng nơi đông đúc và hướng dẫn cho. người dân ý thức chấp hành luật lệ giao thông, để tránh những trường hợp đáng tiếc có thể xẩy ra cho con người và tài sắn.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại mạch điều khiển đèn giao thông, ngoài việc tạo ra tín hiệu để điều khiển giao thông mạch còn điều khiển sự lưu thông của người đi bộ, báo hiệu chiêu lưu thông ưu tiên, hiện thời gian sáng cia dén,. Nhằm góp phần vào việc nâng cao ý thức chấp hành luật lệ giao thông, giảm bớt tình trạng kẹt xe tại các giao lộ và tránh các tai nạn chết người do không có tín hiệu đèn giao thông nên nội dung của quyển đề tài này là nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển đèn giao thông bằng vi mạch. Do hạn chế về kiến thức và thời gian có hạn nên tập đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự được sự đóng góp của qúi thay cô và các bạn sinh viên để tập để tài này được hoàn chỉnh hơn về nội dung lẫn hình thức. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Như đã nêu ở trên những mạch điều khiển đèn giao thông hiện nay rất đa dạng, phong phú.

Tuy nhiên do điều kiện kiến thức và thời gian còn hạn chế nên để tài chỉ Trang 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP. DIEU KHIỂN ĐÈN GIAO THONG giới hạn ở việc nghiên cứu mạch điều khiển đèn giao thông (có báo thời gian), đèn báo hiệu ngã tư và các chế độ đèn ưu tiên. Trang 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP. ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG ood — Chương TH: ‘Trang 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP.

DIEU KHIEN DEN GIAO THONG GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ MẠCH DIEU KHIEN DEN GIAO THONG Hiện nay trên thị trường có rất nhiều mạch điều khiển tín hiệu đèn giao thông nhưng do hạn chế về thời gian nên chúng em chỉ tìm hiểu được 2 trong số những mạch đó: I.