Nghiên cứu hệ thống nhúng áp dụng cho điều khiển tín hiệu giao thông

- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHÚNG ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG NGUYỄN THÀNH CÔNG HÀ NỘI - 2008 NGUYỄN THÀNH CÔNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2006-2008 Hà Nội 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHÚNG ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG NGUYỄN THÀNH CÔNG Người hướng dẫn khoa học : TS.
- 1 Chương 1: Đặt vấn đề, hệ điều khiển nhúng.
- 3 2 1BTổng quan về hệ nhúng.
- 4 2.1 Các khái niệm về hệ nhúng.
- 4 2.2 Lĩnh vực ứng dụng của hệ nhúng.
- 6 2.3 Đặc điểm công nghệ và xu thế phát triển của hệ nhúng.
- 7 3 Cấu trúc phần cứng hệ nhúng.
- 22 Chương 2: Lý thuyết điều khiển giao thông và các chiến lược ưu tiên.
- 29 2 Các loại điều khiển.
- 33 2.1 Logic điều khiển.
- Điều khiển định thời (Pretimed Control.
- Điều khiển kích thích (Actuated Control.
- Điều khiển thích nghi (Adaptive Control.
- 36 2.2 Phạm vi điều khiển.
- Điều khiển điểm giao nhau riêng biệt.
- Điều khiển theo tọa độ trục chính.
- Điều khiển mạng.
- 52 Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển.
- 53 1 Đề xuất mô hình thực hiện hệ thống điều khiển.
- 60 4 Mạch điều khiển tải.
- 92 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương 1 Hình 1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống điều khiển giao thông.
- 4 Hình 1.2 Một vài hình ảnh về hệ nhúng.
- 5 Hình 1.3 Phân bố và quan hệ giữa hệ nhúng và thời gian thực.
- 6 Hình 1.4 Kiến trúc điển hình của các chíp VXL/VĐK nhúng.
- 11 Hình 1.5 Cấu trúc CPU.
- 11 Hình 1.6 Mô tả và trạng thái tín hiệu hoạt động trong VXL.
- 13 Hình 1.7 Chu kỳ hoạt động bus dồn kêch.
- 16 Hình 1.8 Kiến trúc bộ nhớ von Neumann và Havard.
- 17 Hình 1.9 Nguyên lý ghép nối (mở rộng) RAM với VXL.
- 18 Hình 1.10 Bộ định thời/ bộ đếm 8 bit của AVR.
- 19 Hình 1.11 Kiến trúc nguyên lý của VĐK với cấu trúc Havard.
- 23 Hình 1.12 Kiến trúc của họ VĐK AVR.
- 24 Hình 1.13 Sở đồ khối chức năng kiến trúc AtMega64.
- 25 Hình 1.14 Cấu trúc chung của PAL.
- 27 Hình 1.15 Cấu trúc nguyên lý của FPGA.
- 28 Chương 2 Hình 2.1 Ví dụ về điểm giao nhau.
- 30 Hình 2.2 Ví dụ về sơ đồ pha tín hiệu.
- 31 Hình 2.3 Ví dụ về sơ đồ nhóm tín hiệu.
- 31 Hình 2.4 Mối quan hệ giữa các đặc điểm pha và đặc điểm nhóm tín hiệu.
- 32 Hình 2.5 Các loại logic điều khiển tín hiệu.
- 33 Hình 2.6 Mở rộng khoảng thời gian đèn xanh của một pha kích thích.
- 35 Hình 2.7 Ví dụ về một chức năng giảm khoảng thời gian thừa.
- 36 Hình 2.8 Luồng giao thông di chuyển dưới các điều kiện của tín hiệu.
- 38 Hình 2.9 Luồng di chuyển 2 hướng dưới điều kiện của tín hiệu.
- 39 Hình 2.10 Quỹ đạo phương tiện khi không có ưu tiên tín hiệu.
- 40 Hình 2.11 Quỹ đạo phương tiện khi có sự mở rộng pha di chuyển.
- 45 Hình 2.12 Quỹ đạo phương tiện với sự bắt đầu sớm của pha di chuyển.
- 46 Hình 2.13 Quỹ đạo phương tiện khi có sự thêm pha mở rộng.
- 47 Chương 3 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giao thông.
- 53 Hình 3.2 Sơ đồ khối nguồn.
- 56 Hình 3.3 Máy tính nhúng PCM – 3341.
- 57 Hình 3.4 Sơ đồ khối máy tính nhúng PCM – 3341.
- 58 Hình 3.5 Kiến trúc hệ điều hành Windows CE.
- 66 Hình 3.6 Kiến trúc mạng và truyền thông Windows CE.
- 68 Hình 3.7 Cấu trúc tổng quan của Kernel.
- 69 Hình 3.8 Run-time Image.
- 72 Hình 3.9 Solid state relay.
- 74 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý các loại Solid State Relay.
- 75 Hình 3.11 Cấu tạo của Thyristor.
- 76 Hình 3.12 Chuẩn giao tiếp RS485.
- 80 Chương 4 Hình 4.1 Máy tính nhúng.
- 86 Hình 4.2 Khối giao tiếp với CPU.
- 87 Hình 4.3 Card nhận dạng tủ.
- 87 Hình 4.4 Card giao tiếp bus.
- 88 Hình 4.5 Card điều khiển tải.
- 88 Hình 4.6 Màn hiển thị LCD.
- 89 Hình 4.7 Khối nguồn cung cấp cho đèn tín hiệu.
- 89 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 0BTừ viết tắt 1BTiếng Anh Tiếng Việt 2BASIC 3BApplication-specific integrated circuit Vi mạch tích hợp chuyên dụng 4BAPI 5BApplication Programing Interface Giao diện lập trình ứng dụng 6BALU 7BArthimetic Logic Unit Khối logic toán học 8BCTS 9BClear To Send Xóa để gửi 10BCPU 11BCentral Processing Unit Khối xử lý trung tâm 12BCOM 13BComponent Object Model Mô hình đối tượng thành phần 14BCPLD 15BComplex programmable logic device Thiết bị logic lập trình phức tạp 16BDLL 17BDynamic-link library Thư viện liên kết động 18BDSP 19BDigital signal processing Xử lý số tính hiệu 20BDRAM 21BDynamic random access memory Bộ nhớ động truy cập ngẫu nhiên 22BEPROM 23BErasable Programmable Read-Only Memory Bộ nhó chỉ đọc có thể xóa được 24BFPGA 25BField-programmable gate array 26BFPD 27BField Programmable Device 28BGND 29BGround Đất 30BHĐH Hệ điều hành 31BIDE 32BIntegrated Development Invironment Môi trường phát triển tích hợp 33BITS 34BIntelligent Transportation Systems Hệ thống giao thông thông minh 35BOAL 36BOriginal Equipment Manufacture Adaptation Layer Lớp thích nghi cho hãng sản xuất thiết bị gốc 37BOEM 38BOriginal Equipment Manufacture Hãng sản xuất thiết bị gốc 39BPDA 40BPersonal Digital Assistant Thiết bị số hỗ trợ cá nhân PROM Programmable Read Only Bộ nhớ chỉ đọc lập trình được Memory PSOC Programmable System on Chip Hệ thống khả trình trên một chíp PLA Programmable Logic Array Mảng lập trình logic PAL Programmable Array Logic Chip khả trình mảng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng PC Pesonal computer Máy tính LCD Liquid crystal display Màn tinh thể lỏng LAN Local Area Network MFC Microsoft Foundation Classes RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ROM Read-only memory Bộ nhớ chỉ đọc RTS Request to send Yêu cầu để gửi 41BSRAM Static random access memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh 42BXML Extensible Markup Language 43BVXL/VĐK 44BUART Universal asynchronous receiver/transmitter - 1 - MỞ ĐẦU Ngày nay, ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến vào cuộc sống ngày càng thay đổi, văn minh và hiện đại.
- Giao thông vận tải là một trong những ngành có một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó cần đi trước một bước, làm nền tảng cho sự phát triển các ngành khác.
- Trong điều kiện kinh tế phát triển và hội nhập hiện nay, ứng dụng công nghệ Điện tử - Tin học vào điều khiển thành công trong giao thông vận tải là một điều kiện không thể thiếu được để ngành giao thông vận tải làm tròn trách nhiệm của mình.
- Xuất phát từ những quan điểm trên, kết hợp với yêu cầu thực tế, tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu về “Thiết kế hệ thống nhúng áp dụng cho điều khiển tín hiệu giao thông”.
- Đề tài nghiên cứu và thiết kế một hệ thống điều khiển giao thông thông minh có khả năng điều chỉnh linh hoạt với điều kiện thực tế.
- Đặt vấn đề, hệ điều khiển nhúng Chương 2.
- Lý thuyết về điều khiển tín hiệu giao thông Chương 3.
- Thiết kế bộ điều khiển tín hiệu giao thông Chương 4.
- Đặt vấn đề Ở nước ta, giao thông đường bộ đang là một trong những vấn đề lớn được xã hội quan tâm, đặc biệt ở các thành phố lớn.
- Càng ngày càng có nhiều phương tiện và người tham gia giao thông, trong khi đó cơ sở hạ tầng giao thông mặc dù đã được cải thiện đáng kể song cũng không thể đáp ứng được nhu cầu đi lại quá cao của người dân như hiện nay.
- An toàn giao thông ở nước ta được xem là một quốc sách, vì vậy việc quản lý giao thông là vô cùng quan trọng.
- Hệ thống giao thông thông minh ITS (Intelligent Transportation Systems) áp dụng công nghệ tích hợp Điện tử - Tin học vào hệ thống vận tải đường bộ được nhìn nhận rộng rãi như là một giải pháp cho bài toán vận tải mà xã hội chúng ta đang phải đối mặt.
- Trên thế giới hiện nay, hệ thống điều khiển giao thông đã được phát triển và trải qua rất nhiều giai đoạn, từ các bộ điều khiển cơ điện tử đến các bộ điều khiển sử dụng vi điện tử, kết hợp với phần mềm điều khiển linh hoạt.
- 4 - Hình 1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống điều khiển giao thông Với tình hình giao thông ở Việt Nam hiện nay, việc thiết kế một hệ thống giao thông thông minh có khả năng thay đổi thông số thích nghi theo điều kiện hiện thời dưới tác động của hệ điều khiển tập trung thông qua các phương tiện của mạng viễn thông (điện thoại, vô tuyến, internet…) là hết sức cần thiết.
- Tổng quan về hệ nhúng 2.1.
- Các khái niệm về hệ nhúng 2.1.1.
- Hệ nhúng Trong thế giới thực của chúng ta bất kỳ một thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả năng xử lý thông tin và điều khiển đều có thể tiềm ẩn trong đó một thiết bị hay hệ nhúng, ví dụ như các thiết bị truyền thông, thiết bị đo lường điều khiển, các thiết bị phục vụ sinh hoạt hàng ngày như lò vi sóng, máy giặt, camera…Rất dễ dàng để có thể kể ra hàng loạt các thiết bị hay hệ thống như vậy đang tồn tại quanh ta, chúng là hệ - 5 - nhúng.
- Tuy nhiên chúng ta có thể hiểu hệ nhúng là một phần hệ thống xử lý thông tin nhúng trong các hệ thống lớn, phức hợp và độc lập ví dụ như trong ôtô, các thiết bị đo lường, điều khiển, truyền thông và thiết bị thông minh nói chung.
- Hình 1.2 Một vài hình ảnh về hệ nhúng 2.1.2.
- Hệ thời gian thực Trong các bài toán điều khiển và ứng dụng chúng ta rất hay gặp thuật ngữ “thời gian thực”.
- Thực chất, theo cách hiểu nếu nói trong các hệ thống kỹ thuật đặc biệt các hệ thống yêu cầu khắt khe về sự ràng buộc thời gian, thời gian thực được hiểu là yêu cầu của hệ thống phải đảm bảo thoả mãn về tính tiền định trong hoạt động của hệ thống.
- Tính tiền định nói lên hành vi của hệ thống thực hiện đúng trong một khung thời - 6 - gian cho trước hoàn toàn xác định.
- Ở đây chúng ta phân biệt yếu tố thời gian gắn liền với khái niệm về thời gian thực.
- Không phải hệ thống thực hiện rất nhanh là sẽ đảm bảo được tính thời gian thực vì nhanh hay chậm hoàn toàn là phép so sánh có tính tương đối vì mili giây có thể là nhanh với hệ thống điều khiển nhiệt nhưng lại là chậm đối với các đối tượng điều khiển điện như dòng, áp… Hơn thế nữa nếu chỉ nhanh không thì chưa đủ mà phải đảm bảo duy trì ổn định bằng một cơ chế hoạt động tin cậy.
- Thực tế thấy rằng hầu hết hệ nhúng là các hệ thời gian thực và hầu hết các hệ thời gian thực là hệ nhúng.
- Vì vậy hiện nay khi đề cập tới các hệ nhúng người ta đều nói tới đặc tính cơ bản của nó là tính thời gian thực.
- Hình 1.3 Phân bố và quan hệ giữa hệ nhúng và thời gian thực 2.2 Lĩnh vực ứng dụng của hệ nhúng Chúng ta có thể kể ra được rất nhiều các ứng dụng của hệ thống nhúng đang được sử dụng hiện nay, và xu thể sẽ còn tiếp tục tăng nhanh.
- Các thiết bị điều khiển • Ôtô, tàu điện • Truyền thông • Thiết bị y tế - 7.
- Hệ thống đo lường thẩm định • Toà nhà thông minh • Thiết bị trong các dây truyền sản xuất • Rôbốt.
- 2.3 Đặc điểm công nghệ và xu thế phát triển của hệ nhúng 2.3.1 Đặc điểm công nghệ Các hệ thống như vậy đều có chung một số đặc điểm như yêu cầu về khả năng thời gian thực, độ tin cậy, tính độc lập và hiệu quả.
- Một câu hỏi đặt ra là tại sao hệ thống nhúng lại phát triển và được phổ cập một cách nhanh chóng như hiện nay.
- Độ tin cậy - Khả năng bảo trì và nâng cấp - Sự phổ cập và tiện sử dụng - Độ an toàn - Tính bảo mật Hiệu quả: Yêu cầu này được thể hiện thông qua một số các đặc điểm của hệ thống như sau

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt