Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển đèn giao thông tự động thông qua xử lý ảnh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.86 MB, 92 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬCHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNĐÈN GIAO THƠNG TỰ ĐỘNG THÔNG QUA XỬ

LÝ ẢNH

Giảng viên hướng dẫn: ThS. NGÔ THỊ MINH HƯƠNG

NGUYỄN QUANG SƠN

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỐT NGHIỆP

NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬCHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNĐÈN GIAO THÔNG TỰ ĐỘNG THÔNG QUA XỬ

LÝ ẢNH

NGUYỄN QUANG SƠN

19115051502236

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2022

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1. Thông tin chung:

1. Họ và tên sinh viên:

Trần Quang Quý Nguyễn Quang Sơn

2. Lớp: 19D2 Mã SV: 19115051502144 19115051502236

3. Tên đề tài: Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển đèn giao thơng tự động thông qua xử lý ảnh

4. Người hướng dẫn: Ngô Thị Minh Hương Học hàm/ học vị: Thạc sĩ

II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1. Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (1đ/1đ) Đề tài cơ bản đã đạt được mục tiêu yêu cầu của ĐATN

2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (3.75đ/4đ)

Đề tài đã xây dựng hệ thống đếm phương tiện qua hình ảnh với đầu vào là hình ảnh có chứa đối tượng cần đếm từ ảnh chụp. Thơng qua q trình xử lý ảnh sẽ cho ra kết quả là số lượng phương tiện của mỗi làn đường từ đó gửi dữ liệu xuống kít điều khiển arduino để điều khiển tín hiệu đèn giao thơng điều tiết giao thơng.

3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (2đ/2đ) Đồ án được trình bày theo format chuẩn.

4. Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: (0.75đ/1đ) - Đề tài “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển đèn giao thông tự động thông qua xử lý ảnh” sinh viên đã hoàn thành đề tài đúng với mục tiêu đề ra ban đầu.

- Đề tài có tính thực tiễn cao, có khả năng tiếp tục phát triển. 5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

- Ham học hỏi và rất tận tâm trong quá trình làm Đồ án

- Thường xuyên trao đổi với Giảng viên trong quá trình làm Đồ án

IV. Đánh giá:

1. Điểm đánh giá: 9.5/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2. Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2023

Người hướng dẫn

Ngô Thị Minh Hương

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa

học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn

minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị

ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông

ngày

càng trở nên cấp

thiết, nhất là trong cáckhu vực thành thị.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa

học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn

minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị

ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông

ngày

càng trở nên cấp

thiết, nhất là trong các khu vực thành thị.

Ngày nay cùng với sựphát triển của khoa

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn

minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị

ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông

ngày

càng trở nên cấp

thiết, nhất là trong các khu vực thành thị.

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông ngày càng trở nên cấp thiết, nhất là trong các khu vực thành thị.Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và lượng dân cư đông đúc. Nhu cầu đi lại, vận chuyển cũng tăng lên nhanh chóng đi kèm theo nó là bài tốn tắc nghẽn ùn tắc giao thơng. Ùn tắc giao thông gây thiệt hại không nhỏ cho sự phát triển kinh tế quốc gia, giảm hiệu suất lao động và tăng các chi phí khơng cần thiết trong quá trình sản xuất. Trong bối cảnh kinh tế lạm phát và khó khăn như hiện nay, lãng phí trong giao thông lại đặt thêm một gánh nặng đối với đời sống kinh tế của người dân. Qua thực trạng đó, nhóm muốn xây dựng một hệ thống điều thiết giao thông tự động, phân luồng trực tiếp và hiệu quả hơn phần nào đó giảm bớt tình trạng ùn tắc giao thông. Đồng thời tiêu tiếp cận, bổ sung các kiến thức mới, cũng như củng cố lại những kỹ năng kiến thức trong suốt quá trình học tập

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Tóm tắt nội dung:

Chương 1: Tổng quan về đề tài nêu lên những vấn đề cấp thiết của thực trạng giao

thơng nước ta. Cùng với đó giới thiệu tổng quát về giải pháp.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Đây là chương cũng cố lý thuyết nền tảng về kỹ thuật và

công nghệ liên quan.

Chương 3: Thiết kế hệ thống và thi công hệ thống. Xác định những yêu cầu của thực

trạng giao thông hiện nay từ đó vận dụng những kiến thức cơ sở ở chương 2 để thiết kế mơ hình.

Chương 4: Q trình thực hiên và kết quả.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Ngô Thị Minh Hương

Sinh viên thực hiện:Trần Quang Quý Mã SV: 1911505120144 Nguyễn Quang Sơn Mã SV: 1911505120236

1. Tên đề tài:

Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển đèn giao thông tự động thông qua xử lý ảnh.

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Camera thu thập hình ảnh đầu vào.

- Kit điều khiển chính: Raspberry Pi 4, 4 Module Led 7 thanh 2 digit, 4 đèn tín hiệu giao thơng.

3. Nội dung chính của đồ án:

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

phương tiện trên mỗi làn đường, từ đó dữ liệu sẽ được vi điểu khiển xử lý điều khiển tín hiệu đèn giao thông sao cho phù hợp nhất với mỗi thời gian thực khác nhau. Nhóm sẽ thực hiện các nội dung như sau:

- Tìm hiểu về Raspberry Pi 4.

- Tìm hiểu ngun lý hoạt động của đèn giao thơng ở ngồi thực tế. - Xây dựng quá trình xử lý ảnh đầu vào.

- Xây dựng chương trình đếm phương tiện trên ảnh.

- Xây dựng chương trình điều khiển tín hiệu đèn giao thông.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS. Ngô Thị Minh

Hương, người đã đồng hành, dẫn dắt và hướng dẫn em trong quá trình hình thành và

phát triển đề tài tốt nghiệp này.

Theo đó em muốn gửi gắm lịng biết ơn đến các q thầy cơ trong khoa Điện –

Điện tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Đà Nẵng đã luôn tạo điều kiện thuận

lợi, môi trường học tập tốt nhất cho em. Giúp em xây dựng vững chắc nền tảng kiến thức chuyên ngành mà mình đang hướng đến.

Cảm ơn sự giúp đỡ của giảng viên nhóm chúng em chắc rằng cuốn đồ án này cũng khơng tránh khỏi những thiếu sót trong khi làm cũng như trong suốt quá trình chúng em thực hiện đồ án này, chúng em rất cảm ơn nếu nhận được những ý kiến đóng góp của khoa, giảng viên và cùng với tất cả các bạn đọc để chúng tơi ngày càng hồn thiện hơn.

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Tên sinh viên: Trần Quang Quý sinh viên lớp 19D2 Nguyễn Quang Sơn sinh viên lớp 19D2

Chúng em xin cam đoan các kết quả được trình bày trong đồ án này là thành quả nghiên cứu của em trong suốt thời gian qua và chưa từng xuất hiện trong công bố hay sao chép của tác giả khác dưới sự định hướng và hướng dẫn của cô ThS. Ngô Thị Minh Hương. Các thơng tin trích dẫn trong đồ án được chỉ rõ, nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Các kết quả đạt được chính xác và trung thực. Tồn bộ nội dung trong báo cáo khơng q 80% là sao chép. Nếu có bất kỳ vi phạm nào, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi sự kỷ luật của khoa và nhà trường.

Sinh viên thực hiện {Chữ ký, họ và tên sinh viên}

Trần Quang Quý Nguyễn Quang Sơn

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...3

1.1. Giới thiệu chương...3

1.2. Đặt vấn đề...3

1.3. Một số hệ thống điều khiển giao thông bằng xử lý ảnh hiện nay...4

1.4. Mục đích đề tài...4

1.5. Sơ đồ khối hệ thống...5

1.6. Nội dung nghiên cứu...5

1.7. Tính mới của đề tài...6

1.8. Phạm vi ứng dụng...6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...7

2.1 Raspberry pi 4. [2]...7

2.1.1 Giới thiệu chung...7

2.1.2 Phân loại Raspberry Pi...8

2.1.3 Hệ điều hành và phần mềm chạy được trên Raspberry Pi...9

2.1.4 Phần cứng của Raspberry Pi 4...10

2.1.5 Mô tả chân raspberry pi...13

2.2 Mạch hiển thị 2 led 7 đoạn 74hc595...17

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

2.7.2.1 Điểm ảnh (Picture Element)...25

2.7.2.2 Độ phân giải của ảnh...26

3.2.3 Thiết kế mơ hình ngã tư...40

3.2.4 Sơ đồ ngun lý của tồn mạch...40

3.3 Thi cơng hệ thống phần cứng...42

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý khối salve...42

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

3.3.4 Mơ hình sau khi hồn thiện...47

3.4 Xây dựng chương trình mơ phỏng giao thơng...48

3.5 Cài đặt hệ thống...51

3.6 Lập trình hệ thống...55

3.6.1 Lập trình trên Thonny của Raspberry Pi...55

3.6.1.1 Sơ đồ đếm số lương phương tiện...55

3.6.1.2 Lưu đồ thuật tốn ...56

3.6.2 Lập trình chương trình điều trên arduino...57

3.6.2.1 Sơ đồ khối xử lý trên arduino...57

3.6.2.2 Lưu đồ thuật tốn...57

3.6.3 Training dữ liệu ở mơ hình YOLO...58

3.6.3.1 Chuẩn bị dữ liệu...59

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ...63

4.1 Kết quả...63

4.2 Nhận xét - đánh giá mơ hình hệ thống...68

KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN...70

TÀI LIỆU THAM KHẢO...71PHỤ LỤC

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

ATM: Automated teller machine

OEM: Original Equipment ManufacturerGPU: Graphics Processing Unit

CPU: Central Processing UnitRAM: Random Access Memory

UART: Universal Asynchronous Receiver-TransmitterSPI: Serial Peripheral Interface

I2C: Inter-Integrated Circuit

HDMI: High-Definition Multimedia InterfaceSDIO: Storage Device Input/Output

VNP: virtual private networkCCD: Change Coupled DeviceCGA: Color Graphic AdaptorXLA: Xử lý ảnh

EasyEDA: Easy Electronics Design AutomationIOU: intersection over union

SSD: Single Shot DetectorYOLO: You Only Look Once

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Hình 2-2 Mặt trước Raspberry Pi...10

Hình 2-3 Mặt sau Raspberry Pi...10

Hình 2-4 Cấu trúc phần cứng Raspberry Pi...11

Hình 2-5 Cổng nguồn type C...12

Hình 2-6 Cổng màn hình HDMI...12

Hình 2-7 Cổng Ethernet và USB...12

Hình 2-8 Sơ đồ chân Raspberry Pi...13

Hình 2-9 GPIO Raspberry Pi...14

Hình 2-10 Mạch hiển thị 2 led 7 đoạn 74hc595...17

Hình 2-11 module đèn tín hiệu giao thơng 5v...18

Hình 2-12 Màn hình lcd 3.5 inch raspberry pi...19

Hình 2-18 Sơ đồ kiến trúc mạng YOLO...29

Hình 2-19 Các layer trong mạng darknet-53...30

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống...35

Hình 3-2 Sơ đồ kết nối hệ thống...36

Hình 3-3 Sơ đồ kết nối thẻ nhớ và Raspberry...37

Hình 3-4 Kết nối Camera và Raspberry...37

Hình 3-5 Nguồn Raspberry Pi...39

Hình 3-6 Mơ hình đèn giao thơng...40

Hình 3-7 Sơ đồ ngun lý tồn mạch...41

Hình 3-14 Ống nhựa sau khi uốn...45

Hình 3-15 Trụ đèn sau khi hồn thành...45

Hình 3-16 Mơ hình sau khi phân chia làn đường...46

Hình 3-17 Vị trí lắp camera trên mơ hình...46

Hình 3-18 Góc nhìn camera trên cao...47

Hình 3-19 Mơ hình sau khi hồn thiện...47

Hình 3-20 Vị trí đặt bộ điều khiển...48

Hình 3-21 Mơ hình trên nhìn xuống...48

Hình 3-22 Mơ hình giả lập giao thơng...50

Hình 3-23 Simulation of Urban MObility (SUMO)...50

Hình 3-24 Phương tiên khi gặp đèn tín hiệu...50

Hình 3-25 Giao diện chương trình mơ phỏng ngã tư có cảm biến...51

Hình 3-26 Chọn hệ điều hành và thẻ nhớ...51

Hình 3-27 Tạo tệp trống để cấu hình wifi...52

Hình 3-28 Thay đơi tên và mật khẩu wifi...53

Hình 3-29 Địa chỉ IP của Raspberry Pi...53

Hình 3-30 Dùng địa chỉ IP để truy cập...54

Hình 3-31 Giao diện Raspbian nhìn từ máy tính...54

Hình 3-32 Sơ đồ q trình đếm đối tượng sử dụng OPENCV...55

Hình 3-33 Sơ đồ khối xử lý trên arduino...57

Hình 3-34 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển trên arduino...58

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Hình 3-37 Cắt các đối tượng xe trong ảnh...60

Hình 3-38 Xuất file tọa độ đối tượng...60

Hình 3-39 Tọa độ đối tượng trong ảnh...61

Hình 3-40 Tiến hành cho huấn luyện 100 lần...61

Hình 3-41 Kết quả sau khi huấn luyện...62

Hình 3-42 Câu lệnh chạy chương trình nhận diện...62

Hình 3-43 Kết quả nhận diện...62

Hình 4-1 Mơ hình hồn thiện và cho chạy thử...63

Hình 4-2 Giao diện camera quan sát trên máy tính...63

Hình 4-3 Hình ảnh chương trình nhận diện ở chế độ ít xe...65

Hình 4-4 Tín hiệu đèn xanh ở làn 1 và đèn đỏ ở làn 2...65

Hình 4-5 Tín hiệu đèn đỏ ở làn 1 và đèn xanh ở làn 2...65

Hình 4-6 Giản đồ thời gian đèn tín hiệu ở chế độ ít phương tiện...66

Hình 4-7 Kết quả đếm phương tiện ở 2 làn xe...66

Hình 4-8 Giản đồ thời gian đèn tín hiệu ở chế độ đơng phương tiện...67

Hình 4-9 Chương trình nhận diện ở chế độ đơng xe...67

Hình 4-10 Thời gian đèn xanh ở làn 1 và đèn đỏ ở làn 2...67

Hình 4-11 Thời đèn đỏ ở làn 1 và đèn xanh ở làn 2...68

Hình 4-12 Giản đồ thời gian đèn tín hiệu...68

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

MỞ ĐẦU

Ngày nay trên các thành phố lớn tại Việt Nam xảy ra tình trạng ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm, gây ra thiệt hại kinh tế, ơ nhiễm mơi trường.... Có nhiều giải pháp để giảm ùn tắc như mở rộng đường, xây các cầu vượt tại giao lộ. Nhưng đa số rất tốn kém và khó áp dụng tại tất cả các các giao lộ mà chỉ áp dụng vào các nút giao thơng trọng điểm. Từ thực trạng đó chúng tơi đã đưa ra một giải pháp điều khiển hệ thống giao thơng bằng cơng nghệ xử lý hình ảnh và liên kết các hệ thống lại với nhau nhằm đưa ra một giải pháp điều khiển tối ưu nhất.

Qua thực trạng đó, nhóm muốn xây dựng một hệ thống điều thiết giao thông tự động, phân luồng trực tiếp và hiệu quả hơn phần nào đó giảm bớt tình trạng ùn tắc giao thông. Đồng thời tiêu tiếp cận, bổ sung các kiến thức mới, cũng như củng cố lại những kỹ năng kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường. Do đó, nhóm thực

hiện đồ án chọn đề tài: “Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển đèn giao thông tự

động thông qua xử lý ảnh”.

Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống đếm đối tượng (phương tiện) qua hình ảnh với đầu vào là hình ảnh có chứa đối tượng cần đếm từ ảnh chụp. Thơng qua q trình xử lý ảnh sẽ cho ra kết quả là số lượng phương tiện của mỗi làn đường từ đó gửi dữ liệu xuống kít điều khiển arduino để điều khiển tín hiệu đèn giao thông điều tiết giao thông.

Bố cục của đề tài gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương này trình bày vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Giới thiệu về Raspberry Pi 4, giới thiệu về xử lý ảnh. Các phần cứng được sử dụng trong đề tài cũng như trên mơ hình. Giới thiệu về thuật toán phát hiện và đếm số lượng phương tiện.

Chương 3: Thiết kế và thi cơng hệ thống

Phân tích, xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ phần cứng, thiết kế chương trình cho hệ thống đếm phương tiện qua hình ảnh được viết trên Raspberry Pi 4. Thiết kế training mơ hình mơ phỏng giao thơng thực tế. Thiết kế hệ thống thi cơng mơ hình, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.

Chương 4: Kết quả, nhận xét, đánh giá và hướng phát triển

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Nêu các kết quả đạt được khi thực hiện chương trình, phân tích, nhận xét, đánh giá kết quả thực thi được, những hình ảnh của hệ thống, đưa ra những thơng số đánh giá về hệ thống.Tóm tắt những kết quả đạt được, những hạn chế và nêu lên các hướng phát triển trong tương lai cho hệ thống.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Giới thiệu chương.

Nội dung chương này bày về mục tiêu, nội dung nghiên cứu, lý do chọn đề tài, sơ đồ khối của hệ thống, phạm vi ứng dụng của hệ thống, một số hệ thống điều khiển giao thông tự động hiện nay.

1.2. Đặt vấn đề.

Tại Việt Nam số lượng xe máy trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường ngày một nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá ở Việt Nam cịn q nhiều hạn chế nên thường gây ra các hiện tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giao thông ngày càng phô biến trở thanh mối hiểm họa cho nhiều người. Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và lượng dân cư đông đúc. Nhu cầu đi lại, vận chuyển cũng tăng lên nhanh chóng đi kèm theo nó là bài tốn tắc nghẽn ùn tắc giao thông. Ùn tắc giao thông gây thiệt hại không nhỏ cho sự phát triển kinh tế quốc gia, giảm hiệu suất lao động và tăng các chi phí khơng cần thiết trong q trình sản xuất. Trong bối cảnh kinh tế lạm phát và khó khăn như hiện nay, lãng phí trong giao thơng lại đặt thêm một gánh nặng đối với đời sống kinh tế của người dân. Nguyên nhân của vấn đề này một phần là do cơ sở hạ tầng chưa đáp ứng được nhu cầu lưu thông hiện nay, một phần là do việc phân chia, định thời gian của hệ thống đèn giao thông hiện tại ở các giao lộ chưa hợp lý khiến cho số lượng phương tiện giao thông bị ùn tắc theo thời gian rồi dẫn đến tắc nghẽn giao thơng. Qua thực trạng đó, nhóm muốn xây dựng một hệ thống điều thiết giao thông tự động, phân luồng trực tiếp và hiệu quả hơn phần nào đó giảm bớt tình trạng ùn tắc giao thơng. Đồng thời tiêu tiếp cận, bổ sung các kiến thức mới, cũng như củng cố lại những kỹ năng kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường [1].

Do đó, nhóm thực hiện đồ án chọn đề tài: “Thiết kế thi cơng hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông thông qua xử lý ảnh”. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu phát triển giải thuật điều khiển hệ thống đèn giao thông cho một giao lộ, với chu kỳ đèn tín hiệu tùy thuộc vào tình trạng xe lưu thông trên hai tuyến đường quan sát được bởi 2 camera. Giải thuật đếm số lưu lượng xe trên đường được xây dựng để quyết định thời gian của chu kỳ đèn xanh kế tiếp cho tuyến đường tương ứng. Hình ảnh thu được từ camera sẽ được phần mềm mô phỏng giả lập để kiểm chứng giải thuật điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy tuyến đường nào có lưu lương xe lớn hơn thì chu kỳ đèn xanh của tuyến đường đó dài hơn và ngược lại.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

1.3. Một số hệ thống điều khiển giao thông bằng xử lý ảnh hiện nay.

Hiện nay trên thế giới, có nhiều hệ thống giao thơng điều khiển tự động bằng cơng nghệ xử lý ảnh. Có thể kể đến một số hệ thống như sau:

Hệ thống phát hiện và điều khiển đèn giao thông dựa trên luồng giao thông: Hệ thống này sử dụng camera để theo dõi và phân tích luồng giao thơng trên các tuyến đường. Bằng cách phân tích dữ liệu hình ảnh, hệ thống có thể xác định mật độ giao thông và điều chỉnh đèn giao thông tự động để ưu tiên cho luồng giao thông chật chội hơn và giảm ùn tắc.

Hệ thống nhận dạng phương tiện ưu tiên: Hệ thống này sử dụng xử lý ảnh để nhận dạng phương tiện ưu tiên như xe cứu thương, xe cảnh sát hoặc xe cứu hỏa. Khi phương tiện ưu tiên tiến đến giao lộ, hệ thống có thể phát hiện và ưu tiên mở đèn xanh cho phương tiện ưu tiên để đảm bảo an toàn và ưu tiên cho những trường hợp khẩn cấp.

Hệ thống nhận dạng và điều khiển đèn giao thông dựa trên người đi bộ: Hệ thống này sử dụng xử lý ảnh để nhận dạng và đếm số lượng người đi bộ tại các vạch đi bộ hoặc vạch dừng. Dựa trên thông tin này, hệ thống có thể điều chỉnh đèn giao thơng để đảm bảo an toàn cho người đi bộ và tăng cường tính hiệu quả của giao thơng đơ thị.

Hệ thống phát hiện và điều chỉnh đèn giao thông dựa trên dữ liệu thời tiết: Hệ thống này sử dụng xử lý ảnh cùng với dữ liệu thời tiết để đánh giá tình hình giao thơng. Ví dụ, trong trường hợp mưa lớn, hệ thống có thể phát hiện và điều chỉnh đèn giao thông để giảm tốc độ và tăng cường an tồn cho người tham gia giao thơng.

Ở các quốc gia tiên tiến, giải pháp đưa ra là lắp đặt các hệ thống camera để tự động điều tiết giao thông tại các giao lộ trọng yếu. Trong q trình phát triển hệ thống kiểm sốt giao thơng, đã có rất nhiều cơng bố về việc nghiên cứu thông qua mô phỏng và thực nghiệm nhằm tối ưu hóa các bộ điều khiển đèn tín hiệu. Trong đó, các nghiên cứu điển hình về việc sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh kết hợp với điều khiển mờ (fuzzy control) đèn tín hiệu đã được áp dụng thành cơng. Các hệ thống này có giá rất cao, ví dụ một hệ thống đèn giao thông thông minh thương mại sử dụng máy tính cơng nghiệp và các camera giám sát được giới thiệu bởi AdvanTech lên đến hàng tỉ đồng cho mỗi chốt giao thông.

Việc sử dụng công nghệ xử lý vấn đề giao thông tại nước ta thật sự là một bài tốn khó.

1.4. Mục đích đề tài.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Trước tình hình phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ thống giao thông nước ta ngày càng phức tạp. Dần đến tình trạng ùn tắc và tai nạn giao thông ngày càng gia tăng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, chúng ta thiết nghĩ cần các giải pháp để giải quyết một phần nào đó về các nhu cầu thực tế trên.

Mục tiêu của đề tài “Thiết kế thi cơng hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông thông qua xử lý ảnh” là xây dựng hệ thống đếm đối tượng (phương tiện) qua hình ảnh với đầu vào là hình ảnh có chứa đối tượng cần đếm từ ảnh chụp. Thơng qua q trình xử lý ảnh sẽ cho ra kết quả là số lượng phương tiện của mỗi làn đường từ đó gửi dữ liệu xuống kít điều khiển arduino để điều khiển tín hiệu đèn giao thơng điều tiết giao thông.

1.5. Sơ đồ khối hệ thống.

Đây là sơ đồ khối của hệ thống xử lý đèn giao thông tự động bằng xử lý ảnh:

Hình 1-1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống.

1.6. Nội dung nghiên cứu.

Mục tiêu xây dựng đề tài: “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thơng thơng qua xử lý ảnh” nhóm sẽ thực hiện những nội dung như sau:

 Nội dung 1: Tìm hiểu về Raspberry Pi 4.

 Nội dung 2: Tìm hiểu về phần mềm mơ phỏng giao thông

 Nội dung 3: Cài đặt thư viện cho Raspberry Pi.

 Nội dung 4: Tìm hiểu các thuật phát hiện phương tiện giao thông, nguyên lý hoạt

động của đèn giao thơng ở ngồi thực tế.

 Nội dung 5: Xây dựng quá trình xử lý ảnh đầu vào.

 Nội dung 6: Xây dựng hệ thống đếm phương tiện trong ảnh, lập trình giao diện sử

dụng để mơ phỏng q trình thu thập dữ liệu.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

 Nội dung 7: Xây dựng chương trình điều khiển điều tín hiệu đèn giao thông trên

Raspberry Pi 4.

 Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện.1.7. Tính mới của đề tài.

Đề tài “Thiết kế thi cơng hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông thông qua xử lý ảnh” điểm mới của đề tài là sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi để nhúng chương trình thuật tốn xử lý ảnh sau đó dữ liệu được xử lý để điều khiển tín hiệu đèn giao thơng. Hệ thống sẽ tự điều chỉnh thời gian cho hợp lý khi phát hiện số lượng phương tiện lưu thơng đơng tránh tính trạng tắc nghẽn giao thông vào các giờ cao điểm.

1.8. Phạm vi ứng dụng.

Đề tài “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thơng thơng qua xử lý ảnh” được ứng dụng cho tình trạng giao thơng nước ta hiện nay. Xử lý tính trạng giao thơng đơng đúc tại các thành phố của nước ta. Cũng như Kiểm sốt đèn giao thơng tại các điểm nguy hiểm. Hệ thống có thể sử dụng xử lý ảnh để phát hiện các điểm nguy hiểm trên đường như ngã tư, giao lộ khơng có đèn tín hiệu hoặc khu vực có nguy cơ tai nạn cao. Bằng cách phân tích hình ảnh và dữ liệu giao thơng, hệ thống có thể điều chỉnh đèn giao thơng để tăng cường an tồn cho người tham gia giao thơng và giảm thiểu nguy cơ tai nạn. Điều khiển đèn giao thông tại các khu vực đô thị đông đúc: Trong các khu vực đơ thị có mật độ dân cư cao, việc điều khiển đèn giao thông trở nên phức tạp. Hệ thống có thể sử dụng xử lý ảnh để theo dõi và phân tích luồng giao thơng tại các ngã tư và giao lộ. Dựa trên thông tin này, hệ thống có thể điều chỉnh đèn giao thơng tự động để tối ưu hóa luồng giao thơng, giảm thiểu ùn tắc và tạo ra một môi trường giao thông an tồn. Đó chính là các bài tốn cần xử lý trong hệ thống giao thông nước ta hiện nay.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Raspberry pi 4. [2]

2.1.1 Giới thiệu chung.

Raspberry Pi là một máy vi tính rất nhỏ gọn, kích thước hai cạnh chỉ cỡ một cái thẻ ATM, trong đó đã tích hợp mọi thứ cần thiết để bạn sử dụng như một máy vi tính. Bộ xử lý SoC Broadcom BCM2835 của nó bao gồm CPU, GPU, RAM, khe cắm thẻ microSD, WiFi, Bluetooth và 4 cổng USB 2.0.

Hình 2-2 Raspberry Pi.

Khi mua Pi về, bạn chỉ việc cài hệ điều hành (bằng cách copy/paste thư mục vơ thẻ nhớ), gắn chuột, bàn phím và màn hình là có thể sử dụng được.

Với khả năng tùy biến cao, Raspberry Pi có thể biến thành rất nhiều thiết bị từ phần cứng đến phần mềm, có thể kể đến một số công dụng như sau:

 Máy chơi game cầm tay, console, game thùng. Chơi như máy điện tử băng ngày xưa, giả lập được nhiều hệ máy.

 Dùng làm VPN cá nhân.

 Biến ổ cứng bình thường thành ổ cứng mạng (NAS).  Làm camera an ninh, quan sát từ xa.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

 Hiển thị thời tiết, hiển thị thông tin mạng nội bộ…  Máy nghe nhạc, máy đọc sách.

Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman.

Nhiệm vụ ban đầu của dự án Raspberry Pi là tạo ra máy tính rẻ tiền có khả năng lập trình cho những sinh viên , nhưng Pi đã được sự quan tầm từ nhiều đối tượng khác nhau . Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835 ( là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động ) bao gồm CPU , GPU , bộ xử lí âm thanh /video , và các tính năng khác … tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này .

Raspberry Pi khơng thay thế hồn tồn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay . Bạn không thể chạy Windows trên đó vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64 , nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như lướt web , môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác . Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hồn hảo cho những hệ thống điện tử , những dự án DIY , thiết lập hệ thống tính tốn rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình …

2.1.2 Phân loại Raspberry Pi.

Đã có 4 thế hệ Raspberry Pi: Pi 1, Pi 2, Pi 3 và Pi 4 (thường có một Model A và một Model B trong hầu hết các thế hệ). Model A là một biến thể rẻ hơn, có xu hướng giảm bớt số RAM và các cổng, như USB và Ethernet.

Có 2 phiên bản model Raspberry Pi bao gồm Model A và Model B, tên các model này dược đặt theo tên BBC Micro. Model A có bộ nhớ RAM 256 MB và một cổng USB. Model này rẻ hơn và sử dụng ít năng lượng hơn so với Model B. Model B có 2 cổng USB, một cổng Ethernet để kết nối với mạng và có bộ nhớ RAM 512MB. 2 loại model Raspberry Pi là Model A và Model B đã được nâng cấp lên A + và B +. Trên các bản nâng cấp này có một số cải tiến nhỏ, chẳng hạn như tăng số cổng USB và mức tiêu thụ năng lượng được cải thiện, đặc biệt là trong phiên bản B +.

Pi 4 là phiên bản đầu tiên của Raspberry Pi có sẵn với nhiều cấu hình RAM. Các model trước đó đã được nâng cấp với những phiên bản nhỏ (như Pi Zero và Pi Zero W, hoặc Raspberry Pi 3 và 3B+). Bạn có thể chọn ba phiên bản Raspberry Pi 4:

 Raspberry Pi 4 2GB  Raspberry Pi 4 4GB

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

 Raspberry PI 4 8GB

2.1.3 Hệ điều hành và phần mềm chạy được trên Raspberry Pi.

Raspberry Pi được thiết kế cho hệ điều hành Linux, và nhiều bản phân phối Linux hiện cũng có phiên bản tối ưu hóa Raspberry Pi. Hai trong số các lựa chọn phổ biến nhất là Raspbian Jessie, dựa trên hệ điều hành Debian, và Pidora, dựa trên hệ điều hành Fedora..

Trên thực tế cả 2 tùy chọn này đều hoạt động tốt, lựa chọn Raspbian Jessie hay Pidora là do sở thích của mỗi người. Khi khởi động đầu tiên từ thẻ SD, bạn sẽ được cung cấp menu có nhiều phân phối (bao gồm cả Raspbian và Pidora) để lựa chọn.

Chúng ta vẫn còn những lựa chọn khác: OpenELEC và RaspBMC là 2 hệ điều hành phân phối dựa trên Linux, nhắm mục tiêu hướng tới sử dụng Raspberry Pi làm trung tâm truyền thơng. Ngồi ra cịn có các hệ thống khơng phải Linux, chẳng hạn như RISC OS, chạy trên Pi.

Có rất nhiều hệ điều hành khác nhau chạy được với Raspberry Pi. Tùy theo mục đích và nhu cầu mà bạn lựa chọn cho phù hợp.

Raspberry Pi OS: Hệ điều hành khuyên dùng cho các nhu cầu như văn phịng, lập trình, máy chủ, lưu trữ … Pi OS có các phiên bản 32/64Bit với các tùy chọn Lite (giao diện dòng lệnh), Desktop (có giao diện đồ họa) và Full (có giao diện đồ họa và các phần mềm cơ bản như Office, web, mail, ….).

Ubuntu: Tương tự như Raspberry Pi OS, nó cũng có các tùy chọn cho bản server (chỉ có dịng lệnh), desktop. Tuy nhiên, so sánh phiên bản có giao diện desktop thì Ubuntu có vẻ chậm hơn Pi OS, bù lại nó có giao diện đẹp và bóng bẩy hơn

Phục vụ nhu cầu media: Với nhu cầu sử dụng Pi để giải trí, bạn có thể lựa chọn LibreELEC hoặc OSMC (xem phim, nghe nhạc, truyền hình, … trên nền Kodi). Nếu bạn có nhu cầu nghe nhạc thì có thể lựa chọn Volumio, RuneAudio. Nhu cầu chơi game, giả lập: Bạn sẽ có các lựa chọn như RetroPie, RecallBox, Lakka

Windows: Raspberry Pi có thể chạy được Windows 10 hoặc Windows 11, Win IoT. Tuy nhiên, chạy Windows 10/11 trên Raspberry Pi không phù hợp với tất cả mọi nhu cầu. Nó khá chậm và khơng sử dụng được Wifi.

3D Printing: Bạn có thể chọn OctoPi, Mainsail OS, SimplyPi, ….

Home Automation: Với nhu cầu nhà thơng minh, bạn có thể chọn Home Assistant, Home Bridge, Raspbery Matic …

Ở đề tài này nhóm chúng em sử dụng Raspbian Đây là bản build Linux dựa trên

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

nên Debian (Gần giống ubuntu) với giao diện LXDE (thay vì GNOME). Có đầy đủ web browser, media player, tools, etc … Nói chung HĐH này dành cho những người muốn dùng Raspberry Pi như một cái PC.

2.1.4 Phần cứng của Raspberry Pi 4.

Hình 2-3 Mặt trước Raspberry Pi.

Hình 2-4 Mặt sau Raspberry Pi.

 Thơng số kỹ thuật

• Broadcom BCM2711, Quad core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @ 1.5GHz • 2GB, 4GB hoặc 8GB LPDDR4-3200 SDRAM (tùy thuộc vào kiểu máy)

• 2,4 GHz và 5,0 GHz IEEE 802.11ac wireless • Bluetooth 5.0, BLE

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

• Gigabit Ethernet

• 2 cổng USB 3.0, 2 cổng USB 2.0

• Đầu cắm GPIO 40 chân tiêu chuẩn Raspberry Pi ã 2 ì cng micro-HDMI (h tr lờn n 4kp60) • Cổng hiển thị MIPI DSI 2 làn

• Cổng camera MIPI CSI 2 làn

• Cổng video tổng hợp và âm thanh stereo 4 cực

• H.265 (giải mã 4kp60), H264 (giải mã 1080p60, mã hóa 1080p30) • Đồ họa OpenGL ES 3.0

• Khe cắm thẻ nhớ Micro-SD để tải hệ điều hành và lưu trữ dữ liệu • 5V DC qua đầu nối USB-C (tối thiểu 3A *)

• 5V DC qua đầu cắm GPIO (tối thiểu 3A *)

• Bật nguồn qua Ethernet (PoE) (yêu cầu PoE HAT riêng biệt)

Hình 2-5 Cấu trúc phần cứng Raspberry Pi.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

 Những tính năng mới của Raspberry Pi 4.

Nguồn: Đầu kết nối chuyển từ micro USB type B sang USB type C.

Hình 2-6 Cổng nguồn type C.

Video: Hỗ trợ màn hình kép với độ phân giải lên tới 4K. Đầu kết nối chuyển từ HDMI type A ( kích thước đầy đủ) sang HDMI type D (micro HDMI).

Hình 2-7 Cổng màn hình HDMI

Ethernet và USB: Magjack Gigabit Ethernet được chuyển sang bên phải của board mạch so với phiên bản trước.

Hình 2-8 Cổng Ethernet và USB

Bộ điều khiển Ethernet trên SoC chính được kết nối với PHY Broadcom bên ngoài qua liên kết RGMII chuyên dụng, cung cấp thông lượng đầy đủ - (Full-throughput Gigabit Ethernet).

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

USB được cung cấp thông qua bộ điều khiển VLI bên ngoài, được kết nối qua PCI Express Gen 2 duy nhất và cung cấp tổng băng thông 4Gbps, được chia sẻ giữa bốn cổng.

 Công suất tiêu thụ: Mức tiêu thụ điện năng tối đa của Pi 4 là khoảng 7,6W khi tải và 3,4W khi không tải.

 Nguồn điện cung cấp: Bộ cấp nguồn USB Type-C, ở mức 5.1V / 3A.

2.1.5 Mô tả chân raspberry pi.

Raspberry Pi 4 có thể sử dụng trong hệ thống nhúng bên ngồi để giao tiếp tín hiệu.

Trong 40 chân GPIO bao gồm:

 26 chân GPIO. Khi thiết lập là input, GPIO có thể được sử dụng như chân interupt, GPIO 14 & 15 được thiết lập sẵn là chân input.

 1UART, 1 I2C, 2 SPI, 1 PWM (GPIO 4)

 2 chân nguồn 5V, 2 chân nguồn 3.3V, 8 chân GND  2 chân ID EEPROM

Các chân GPIO không chỉ thực hiện các chức năng I / O đơn giản mà cịn hỗ trợ giao thức UART, SPI và I2C.

Hình 2-9 Sơ đồ chân Raspberry Pi.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Hình 2-10 GPIO Raspberry Pi.

Chân cấp nguồn

Power In: Trong Raspberry pi, có hai cách cấp nguồn, một là từ cổng nguồn

USB-C và thứ hai là từ các chân 5V.

Đầu vào ở chân 5V phải ổn định và theo đúng thông số kỹ thuật. Trong trường hợp có điện áp cao hơn, thiết bị có thể bị cháy.

Các chân đầu vào 5V sẽ khơng có cầu chì và bộ điều chỉnh điện áp khi được sử dụng làm đầu vào cấp nguồn, do đó nguồn điện 5V phải theo đúng thông số kỹ thuật để tránh hư hại. Chân đầu vào cấp nguồn cho Raspberry Pi 4 được cung cấp bên dưới:

Từ chân 2 đến 6 : 5V Chân 6 : GND

Power Out: Có hai loại chân nguồn ra trong Raspberry pi 4 là 3V3 và 5V. 5V

được kết nối trực tiếp với cổng USB nhưng 3V3 được kết nối thông qua bộ điều chỉnh điện áp cho ra đầu ra 3V ổn định. Tất cả các chân nguồn ra được cung cấp bên dưới:

3V3 – Chân 1, chân 17 5V – Chân 2, chân 6

Ground: Raspberry Pi 4 có nhiều chân ground được kết nối bên trong và các

chân này này có thể làm điểm nối đất chung cho nguồn điện hoặc thiết bị bên ngoài. Danh sách các chân ground được đưa ra dưới đây:

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Hầu hết mọi thiết bị đều cần các chân đầu vào và đầu ra để giao tiếp. Trong thiết bị này có 28 chân GPIO được sử dụng làm đầu vào và đầu ra digital. Các chân GPIO trong bộ điều khiển có một số giá trị mặc định.

Các chân GPIO từ 0-9 sẽ ở trạng thái logic cao và từ 10 trở lên các chân sẽ ở trạng thái logic thấp. Tất cả các chân đó trong Raspberry Pi 4 đều được cung cấp bảng bên dưới:

Bảng 2.2 Bảng chân I/O digital.

GPIO0 – Chân 27 GPIO1 – Chân 28 GPIO2 – Chân 3 GPIO3 – Chân 5 GPIO4 – Chân 7 GPIO5 – Chân 29 GPIO6 – Chân 31 GPIO7 – Chân 26 GPIO8 – Chân 24 GPIO9 – Chân 21 GPIO10 – Chân 19 GPIO11 – Chân 23 GPIO12 – Chân 32 GPIO13 – Chân 33 GPIO14 – Chân 8 GPIO15 – Chân 10 GPIO16 – Chân 36 GPIO17 – Chân 11 GPIO18 – Chân 12 GPIO19 – Chân 35 GPIO20 – Chân 38 GPIO21 – Chân 40 GPIO22 – Chân 15 GPIO23 – Chân 16 GPIO24 – Chân 18 GPIO25 – Chân 22 GPIO26 – Chân 37 GPIO27 – Chân 13

Module giao tiếp dữ liệu nối tiếp Raspberry Pi Các chân UART trong Raspberry Pi

Có nhiều giao thức nối tiếp và UART là một trong số đó. Nó khá phổ biến vì có hệ thống giao tiếp đơn giản và phụ thuộc vào hầu hết các phần mềm. Có nhiều chân giao tiếp UART trong Raspberry pi 4 được đưa ra bên dưới:

Bảng 2.3 Bảng chân UART.

TXD1 – GPIO14 – Chân 8 RXD1 – GPIO15 – Chân 10 TXD2 – GPIO0 – Chân 27 RXD2 – GPIO1 – Chân 28 TXD3 – GPIO5 – Chân 29 RXD3 – GPIO4 – Chân 7 TXD4 – GPIO8 – Chân 24 RXD4 – GPIO9 – Chân 21 TXD5 – GPIO12 – Chân 32 RXD5 – GPIO13 – Chân 33

Chân giao tiếp SPI

Một số thiết bị sử dụng giao thức SPI và nó giúp điều khiển nhiều thiết bị bằng cách sử dụng 1 đường truyền dữ liệu duy nhất. Trong Raspberry pi 4 có nhiều chân SPI được sử dụng cho giao tiếp SPI . Chân SPI của Raspberry Pi 4 được cung cấp bên dưới:

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Bảng 2.4 Bảng sơ đồ chân SPI.

Chân giao tiếp I2C

Raspberry Pi 4 có hỗ trợ giao thức I2C. Là giao thức được sử dụng ở một số cảm biến và động cơ. Tất cả các chân này được đưa ra bên dưới:

Để tạo ra tín hiệu đầu ra xung mong muốn Raspberry Pi 4 có một số chân PWM. Các chân này cấp dữ liệu trực tiếp cho các thiết bị ngoại vi điện áp thấp. Để tạo ra tín hiệu đầu tiên các chân phải được lập trình trước. Tất cả các chân PWM được đưa ra bên dưới:

Bảng 2.6 Chân PWM.

PWM0 – GPIO12 – Chân 32 PWM1 – GPIO13 – Chân 33 PWM0 – GPIO18 – Chân 12 PWM1 – GPIO19 – Chân 35

Các chân SDIO Raspberry Pi

Trong Raspberry Pi 4 có một khe cắm thẻ SD nhưng các cgaab GPIO cũng hỗ trợ

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

khả năng tương thích với thẻ SD. Chân SDIO trên thiết bị có thể được sử dụng cho thẻ SD khi có ứng dụng yêu cầu:

Raspberry Pi 4 có hai cổng micro HDMI, cho phép kết nối hai màn hình riêng biệt. Cần cáp micro HDMI-to-HDMI hoặc cáp HDMI-to-HDMI cùng với bộ chuyển đổi micro HDMI-to-HDMI để kết nối Raspberry Pi 4 với màn hình.

2.2 Mạch hiển thị 2 led 7 đoạn 74hc595.

Mạch hiển thị 2 led 7 đoạn 74hc595 được thiết kế giúp bạn có thể dễ dàng điều khiển và hiển thị thơng tin lên 2 led 7 đoạn chỉ với 3 chân giao tiếp thơng qua IC ghi dịch 74HC595, ngồi ra mạch cịn có khả năng mở rộng thêm các led tiếp theo qua cổng đầu ra nối tiếp, mạch có bộ thư viện đi kèm dễ sử dụng phù hợp cho các ứng dụng: bộ đếm, đồng hồ.

Hình 2-11 Mạch hiển thị 2 led 7 đoạn 74hc595.

Thông số kỹ thuật của Mạch hiển thị 2 led 7 đoạn 74hc595

 Nguồn sử dụng: 3 ~ 6VDC.  Dòng điện sử dụng: 50mA  IC Driver: 74HC595.

 3 chân giao tiếp: SCLK, RCLK, DIO.  Hiển thị 2 led 7 đoạn cỡ 0.5”.

2.3 Module đèn tín hiệu giao thơng 5v.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Module đèn tín hiệu giao thơng được sử dụng trong các mơ hình sử dụng đèn giao thơng hoặc trong các bài thực hành vi điều khiển về đèn giao thơng, mạch có thiết kế nhỏ gọn, dễ kết nối với chân GND (0VDC) chung, các chân điều khiển kích mức

 Đầu vào: đầu ra tín hiệu số

 Giao diện: điều khiển riêng cực âm đỏ vàng xanh lục

 Ánh sáng vàng sáng hơn ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ là sáng nhất.

2.4 Màn hình lcd 3.5 inch raspberry pi.

Màn Hình LCD 3.5 inch Raspberry Pi Cảm Ứng Điện Trở được sử dụng với các loại Raspberry Pi có GPIO 40 chân: Raspberry Pi 4, Raspberry Pi 3, Raspberry Pi 2,... giúp biến Raspberry Pi thành một máy tính hồn chỉnh với màn hình cảm ứng siêu nhỏ gọn, màn hình tích hợp cảm ứng điện trở, chất lượng hiển thị tốt, độ bền cao, rất dễ sử dụng.

Thơng số kỹ thuật

 Màn Hình LCD 3.5 inch Raspberry Pi Cảm Ứng Điện Trở

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

 Độ phân giải: 320 x 480 pixels.

 Giao tiếp và cấp nguồn: 40 chân GPIO của Raspberry Pi, phương thức giao tiếp chuẩn SPI.

Hình 2-13 Màn hình lcd 3.5 inch raspberry pi.

2.5 Arduino uno r3.

Arduino Uno R3 được sử dụng vi điều khiển ATmega328, tương thích với hầu hết các loại Arduino Shield trên thị trường, có thể gắn thêm các module mở rộng để thực hiện thêm các chức năng như điều khiển motor, kết nối wifi hay các chức năng khác. Sử dụng ngôn ngữ lập trình C, C++ hoặc Arudino, một ngơn ngữ bắt nguồn từ C, C++ trên phần mềm riêng cho lập trình Arduino IDE.

Hình 2-14 Arduino UNO R3.

Thơng số kỹ thuật:

 Chip điều khiển chính: ATmega328P

 Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2

 Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc trịn DC.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

 Số chân Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất xung PWM).  Số chân PWM Digital I/O: 6

 Số chân Analog Input: 6

 Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA  Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA

 Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader.  SRAM: 2 KB (ATmega328P)

 EEPROM: 1 KB (ATmega328P)  Clock Speed: 16 MHz

 LED_BUILTIN: 13

Bộ nhớ của Arduino UNO R3

32KB bộ nhớ Flash: Đây là nơi lưu trữ những đoạn lệnh bạn lập trình. Những

ứng dụng thơng thường thì sẽ để ra vài KB trong số này cho bootloader, nhưng bạn n tâm, vì mình chắc bạn khơng dùng q 20KB đâu.

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): Đây là nơi lưu những giá trị

các biến bạn khai báo khi lập trình. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Cũng như Flash, bạn không cần quá quan tâm đến dung lượng của bộ nhớ RAM này. Và đã là Ram thì tất nhiên dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất khi mất điện.

1K cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):

Đây được coi là chiếc mini USB, nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình mà khơng phải lo bị mất khi mất điện. Với những ứng dụng lớn, các bạn nên quan tâm đến dung lượng của bộ nhớ này để phân bố cho hiệu quả.

Các cổng vào/ra trên Arduino UNO R3

Nhìn hình ảnh trên ta có thể thấy 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Mức điện áp logic là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up đươc thiết kế có sẵn trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này khơng được kết nối) Khi muốn dùng các điện trở pull up này, các bạn cần đến lập trình.

Ngồi ra, cần lưu ý một số chân dùng cho các giao tiếp cơ bản:

2 chân Serial: 1 (TX) và 0 (RX): dùng để nhận (receive – RX) và gửi (transmit

– TX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn băm xung PWM với độ phân

giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngồi các

chức năng thơng thường, 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.

LED 13: trên board Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Bạn sẽ

thấy đèn này nhấp nháy khi nhấn nút reset. Cơng dụng của nó chỉ để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13.

Analog Pin: 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 →

210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Bạn có thể để đưa vào

chân AREF trên board điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Nói cách

khác, khi bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

Giao tiếp I2C: 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các

thiết bị khác.

Ứng dụng của Arduino Uno R3

Aruino Uno R3 được sử dụng phổ biến trong việc tự thiết kế ra các mạch điện tử như điều khiển led, gửi dữ liệu lên lcd, điều khiển motor,... hay được gắn thêm các Shield để kết nối nhiều module cảm biến khác để thực hiện thêm nhiều chức năng mở rộng như gửi dữ liệu qua wifi.

Ngoài ra, trên thị trường cịn có nhiều biến thể của Arduino Uno để thực hiện thêm các tính năng chuyên dụng, ví dụ như mCore, Orion trên mBot được chuyên dụng với việc dễ dàng phân biệt các loại module nào có thể sử dụng cắm vào trên các cổng để trẻ dễ dàng sử dụng.

2.6 Camera hd 1080p.

Webcam chuyên dụng để học zoom, quay webcam, livestream...

WEBCAM full hd độ phân giải 1080p và 720p (1920x1080 và 1280x720)

Có thể xoay nghe nói thu âm giúp thao tác dễ dàng, camera webcam sịn sị âm thanh nổi.

Webcam pc có camera thơng minh tốc độ lấy nét bằng tay nhanh, hình ảnh âm thanh sắc nét video mượt mà.

Cắm vào máy tính qua cổng usb sử dụng ln khơng cần cài đặt, tương thích các phần mềm và game.

</div>

Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển đèn giao thông tự động thông qua xử lý ảnh

<b>ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG</b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC</b>

<b>NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬCHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỀ TÀI:</b>

<b>THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNĐÈN GIAO THƠNG TỰ ĐỘNG THÔNG QUA XỬ</b>

<b>LÝ ẢNH</b>

<b>Giảng viên hướng dẫn:</b> ThS. NGÔ THỊ MINH HƯƠNG

<b> NGUYỄN QUANG SƠN</b>

<b>KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỐT NGHIỆP</b>

<b>NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬCHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỀ TÀI:</b>

<b> THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNĐÈN GIAO THÔNG TỰ ĐỘNG THÔNG QUA XỬ</b>

<b>LÝ ẢNH</b>

<b> NGUYỄN QUANG SƠN</b>

19115051502236

<b>NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

<i><b>(Dành cho người hướng dẫn)</b></i>

<b> Trần Quang Quý Nguyễn Quang Sơn </b>

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa

học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn

minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị

ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông

ngày

càng trở nên cấp

thiết, nhất là trong cáckhu vực thành thị.

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa

học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn

minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị

ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông

ngày

càng trở nên cấp

thiết, nhất là trong các khu vực thành thị.

Ngày nay cùng với sựphát triển của khoa

học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn

minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị

ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông

ngày

càng trở nên cấp

thiết, nhất là trong các khu vực thành thị.

<b>NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

<b>MỞ ĐẦU</b>

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI</b>

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT</b>

Hình 2-9 Sơ đồ chân Raspberry Pi.

Hình 2-10 GPIO Raspberry Pi.

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về