THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN đèn tín HIỆU GIAO THÔNG sử DỤNG CAMERA GIÁM sát QUA WEB SERVER

TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát
Họ và tên: Hồ Văn Quốc - Nguyễn Đình Tân Nguyên
qua web server
2022

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN
HIỆU GIAO THỐNG SỬ DỤNG CAMERA
GIÁM SÁT QUA WEB SERVER

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên
Mã sinh viên: 1811505520140
1811505520238
Lớp: 18TDH1, 18TDH2

Đà Nẵng, 6/2022


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN
HIỆU GIAO THƠNG SỬ DỤNG CAMERA
GIÁM SÁT QUA WEB SERVER

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên
Mã sinh viên: 1811505520140
1811505520238
Lớp: 18TDH1, 18TDH2

Đà Nẵng, 6/ 2022


NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN


TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám
sát qua web server
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên
Mã SV: 1811505520140

1811505520238
Lớp: 18TDH1, 18TDH2
Nội dung:
Đề tài thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua
web server được thiết kế và hoàn thiện gồm các nội dung sau:
-

Hệ thống đèn tín hiệu giao thông cho các loại xe và cho người đi bộ
Hệ thống chiếu sáng khi trời tối

-

Camera giám xác qua web server

-

Điều khiển chế độ hoạt đông của hệ thống thông qua module thời gian thực
Cảm biến tiếng ồn, đo mức độ tiếng ồn và phát cảnh báo


NHIỆM VỤ


LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, đất nước chúng ta đang trên đà hội nhập và phát triển.
Cùng với sự phát triển về kinh tế, đời sống người dân cũng được nâng lên. Số lượng xe
tham gia giao thông ngày càng nhiều, dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thơng tại những nơi
giao nhau của những tuyến đường. Tình trạng vượt đèn đỏ và thay thế kết cấu giảm
thanh của xe còn phổ biến trong người dân.
Để giải quyết những vấn đề trên, em đã chọn đề tài ”Thiết kế hệ thống điều khiển
đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server” nhằm giải quyết
tình trạng ùn tắc giao thông tại nơi giao nhau của 2 tuyến đường. Giám sát, xử lý những
vi phạm giao thông thông qua hệ thống cảm biến tiếng ồn và camera giám sát qua web
server.
Em xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy, cô bộ môn. Đặc biệt chúng em
xin gửi lời cảm ơn đến thầy ThS. Nguyễn Tấn Hịa đã giúp đỡ nhiệt tình chúng em trong
q trình làm đồ án, từ đó chúng em có thể củng cố lại những kiến thức đã học ở trường
và học thêm được những điều mới để ứng dụng vào cuộc sống.

i


CAM ĐOAN

Em xin cam đoan trong quá trình thực hiện nghiêm túc, đảm bảo được các yêu cầu
về tính trung thực. Các số liệu, kết quả không sao chép từ các nghiên cứu hay một sản
phẩm nào khác
Sinh viên thực hiện
{Chữ ký, họ và tên sinh viên)

ii

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN .........................................................
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIÊN ............................................................
TÓM TẮT ..............................................................................................................
NHIỆM VỤ ............................................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... i
CAM ĐOAN......................................................................................................... ii
MỤC LỤC…………………..……………………...…………...……….……..iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ............................................................. v
DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT…………………………….vii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .............................................................. 2
1.1. Khái niệm về đèn tín hiệu giao thơng .................................................................2
1.2. Các vấn đề đặt ra ..................................................................................................2
1.2.1. Mục tiêu ..............................................................................................................2
1.2.2. Phạm vi ứng dụng ............................................................................................... 3
1.3. Phân tích và lựa chọn cơng nghệ tối ưu ............................................................. 3
1.3.1. Phân tích u cầu cơng nghệ……………………………………………………4
1.3.2. Lựa chọn công nghệ tối ưu…………………………………………………….4

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ IOT VÀ ARDUINO ......................................... 5
2.1. Tổng quan về IoT.................................................................................................5
2.1.1.

Khái niệm IoT ....................................................................................................5

2.1.2.

Nguồn gốc ra đời của IoT…..……………..…………..…………………..…..6

2.1.3.

Cách thức hoạt động của IoT.............................................................................7

2.1.4.

Ưu – nhược điểm của IoT ..................................................................................7

2.1.5.

Ứng dụng IoT ...................................................................................................7

2.2. Giới thiệu về Arduino ..........................................................................................8
2.2.1.

Giới thiệu chung ............................................................................................... 8
iii


2.2.2.

Arduino Mega ....................................................................................................8

2.2.3.

Ứng dụng của Arduino ...................................................................................11

2.2.4.

Phần mềm lập trình cho Arduino………….…..…………………….……….11

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..........................................................................13
3.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống…………………………………………………….…..13
3.2. Lựa chọn thiết bị sử dụng cho hệ thống ............................................................ 14
3.2.1.

Nguồn 9V ........................................................................................................14

3.2.2.

Mạch giảm áp DC LM25896 ..........................................................................14

3.2.3.

Cảm biến âm thanh .........................................................................................15

3.2.4.

Module DS3231 .............................................................................................. 17

3.2.5.

Led 7 đoạn .......................................................................................................18

3.2.6.

Led đơn………………………………………………………………..……..20

3.2.7

ESP32-CAM……..…………………..………………………………………20

3.2.8.

IC 74HC595………………………………………………………………….23

3.2.9.

Transistor C1815 ............................................................................................ 25

3.2.10. Module led giao thơng 5v ............................................................................26
3.3. Quy trình cơng nghệ của hệ thống ...................................................................28
3.4. Bảng phân công ngõ vào, ra của Arduino mega………………….……….....29
3.5. Sơ đồ đấu nối dây hệ thống……………………………………….…………..30
3.6. Giản đồ thời gian và đồ thị mức độ tiếng ồn…………………………………..31
3.7. Thiết kế mạch………………………………………………………… ………33
3.8. Lưu đồ thuật toán…………………………………………………….………..34
3.9. Thiết kế giao diện web server……………………………………….………...41
3.10. Thiết kế mơ hình……………………… ………………………….……….….44
3.11. Cách nạp chương trình điều khiển………………………………………..…47
KẾT LUẬN ..................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................
PHỤ LỤC .........................................................................................................................
iv


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

BẢNG 3.1 Thơng số kĩ thuật của ESP32 – CAM.………………………………….….21
BẢNG 3.2 Sơ đồ chân của IC 74HC595 …………………...……………………....…24

BẢNG 3.3 Thông số kĩ thuật của transistor C1815……………………………………26
BẢNG 3.4 Bảng phân cơng ngõ vào, ra………………………………………………..29

HÌNH 1.1 Hình ảnh đèn tín hiệu giao thơng…………………………………………….2
HÌNH 1.2 Hình ảnh thực tế đèn tín hiệu giao thơng…………………………………….3
HÌNH 2.1 Khái niệm IOT…………………………………………………………........5
HÌNH 2.2 Nguồn gốc ra đời IOT…………………………………………...…………...6
HÌNH 2.3 Arduino Mega……………………….……...……………….……..........…..8
HÌNH 2.4 Sơ đồ chân Arduino Mega……………………………...…………….……..9
HÌNH 2.5 Thư viện của phần mềm…………………………………………………….12
HÌNH 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống.……………………………….…………………...13
HÌNH 3.2 Nguồn 9V……………………………………………………………….….14
HÌNH 3.3 Mạch giảm áp DCLM 2596………………………….…………………......15
HÌNH 3.4 Cảm biến âm thanh ……………………………………….……………….16
HÌNH 3.5 Module DS3231…………………………...……………………….…...…17
HÌNH 3.6 Led 7 đoạn……………………...…………………………………….…….18
HÌNH 3.7 Led 7 đoạn anode chung (CA) ………………………….………………….19
HÌNH 3.8 Led 7 đoạn thể hiện dưới dạng số…………………..…………………...…20
HÌNH 3.9 Led đơn ...……………………………………………….……….….......….20
HÌNH 3.10 ESP32-CAM…….…………………………………………….………….21
HÌNH 3.11 Sơ đồ chân kết nối ESP32 - CAM …………………………….….……...23
v


HÌNH 3.12 74HC595…………………...…………………………………….…...…24
HÌNH 3.13 Transistor C1815………….……………………………….……….….….26
HÌNH 3.14 Module led giao thơng 5V………………………………………….……..27
HÌNH 3.15 Sơ đồ đèn tín hiệu giao thơng……………………………………………. 28
HÌNH 3.16 Sơ đồ đấu nối dây hệ thống ………………………………….…………... 31
HÌNH 3.17 Giản đồ thời gian chế độ ban ngày………………………….………….... 32

HÌNH 3.18 Giản đồ thời gian chế độ ban đêm…………………..……...……..…....…33
HÌNH 3.19 Biểu đồ đo mức độ tiếng ồn…………….….….……………….……....…33
HÌNH 3.20 Mạch thiết kế ở dạng 2D…………………………. ……………………...34
HÌNH 3.21 Mạch thiết kế ở dạng 3D…………………………………….…….………34
HÌNH 3.22 Lưu đồ thuật tốn đèn tín hiệu giao thơng………….……….…….………35
HÌNH 3.23 Lưu đồ thuật tốn chương trình con ngắt timer………………….…….….37
HÌNH 3.24 Lưu đồ thuật tốn ESP32-CAM, cảm biến âm thanh trên web server…....38
HÌNH 3.25 Giao diện web server………………………………………………….…..42
HÌNH 3.26 Cảnh báo tiếng ồn trong mức độ cho phép trên web server……………….43
HÌNH 3.27 Cảnh báo tiếng ồn vượt ngưỡng cho phép trên web server……………….43
HÌNH 3.28 Trụ đèn tín hiệu giao thơng……………………………………………….44
HÌNH 3.29 Trụ đèn chiếu sáng………………………………………………………..45
HÌNH 3.30 Trụ camera giám sát……………………………………………….………45
HÌNH 3.31 Mơ hình hệ thống sau khi hồn thiện……………………………………...46
HÌNH 3.32 Chọn Arduino để nạp chương trình……………………………………….47
HÌNH 3.33 Chọn cổng để nạp chương trình………….………………………….……47
HÌNH 3.34 Mũi tên để nạp chương trình......................................................................48
HÌNH 3.35 Chọn ESP32 để nạp chương trình………………………………….….…48
HÌNH 3.36 Chọn Partition Scheme để nạp chương trình………….………………….49

vi


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:
GND: Ground
VCC: Nguồn
DC: Direct current
I/O: Input/Output

CHỮ VIẾT TẮT:
IoT: Internet of Things
RFID: Radio-frequency identification
LCD: Liquid Crystal Display
Led: Light-emitting diode
IP: Internet Protocol
SCL: Supported Community Living
SDA: Seventh-Day Adventist
SPI: Serial Peripheral Interface
USB: Universal Serial Bus
ARM: Acorn Risc Machine
AVR: Automatic Voltage Rgulator

vii


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

MỞ ĐẦU

Mục đích thực hiện đề tài:
-

Nhằm giải quyết tính trạng ùn tắt giao thơng tại nơi giao nhau các tuyến đường
Giám sát các phương tiện lưu thông vi phạm để có phương án xử lý thích hợp
Giảm được nguồn nhân lực, cũng như sức lao động con người

Mục tiêu đề tài:
-

Ứng dụng Arduino vào hệ thống đèn tín hiệu giao thông, giám sát và điều khiển
giao thông, nhằm đảm bảo cho giao thông luôn ở trạng thái tốt nhất.

-

Thiết kế hệ thống, lựa chọn thiết bị, xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát.

-

Lựa chọn phương pháp phù hợp để xây dựng thuật toán và nguyên lý hoạt động
phù hợp cho hệ thống ổn định nhất.

-

Hoàn thiện mơ hình điều khiển và giám sát giao thơng thơng qua webserver.

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
- Nút giao thông cầu vượt Trần Thị Lý - thành phố Đà Nẵng, ngã tư giao nhau giữa
Núi Thành và Trần Thị Lý.
Cấu trúc đồ án:
Gồm 4 phần
-

Chương I: Tổng quan đề tài

-

Chương II: Tổng quan IoT và ARDUINO

-

Chương III: Thiết kế hệ thống

-

Kết luận

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

1


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1.

Khái niệm về đèn tín hiệu giao thơng

Hình 1.1 Hình ảnh đèn tín hiệu giao thơng
Đèn tín hiệu giao thơng “hình 1.1” là hệ thống điều khiển giao thơng. Đèn tín hiệu
giao thơng thường được đặt tại các ngã ba, ngã tư nơi giao nhau giữa các đường giao
thơng lớn có mật độ xe qua lại cao. Đèn giao thơng có ba màu chính là đèn vàng, đèn
xanh, đèn đỏ, và đèn dành cho người đi bộ. Ngồi ra tại trụ đèn giao thơng người ta còn
để biển chỉ hướng cho các phương tiện di chuyển. Đây là hệ thống hữu ích trong việc

điều tiết giao thông. Vào các thời điểm khác nhau trong ngày sẽ có những chế độ điều
khiển khác nhau
1.2.

Các vấn đề đặt ra

1.2.1. Mục tiêu
-

Ứng dụng Arduino vào mơ hình đèn giao thông, giám sát và điều khiển giao thông,
nhằm đảm bảo cho giao thông luôn ở trạng thái tốt nhất.

-

Thiết kế mơ hình, lựa chọn thiết bị, xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ
thống.

-

Lựa chọn phương pháp phù hợp để xây dựng thuật toán và nguyên lý hoạt động phù
hợp cho hệ thống ổn định nhất.

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

2

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

-

Đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và lâu dài

-

Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động hoặc được điều khiển từ xa

1.2.2 . Phạm vi ứng dụng
Hệ thống được ứng dụng rộng rãi tại những nơi giao nhau giữa hai tuyến đường
lớn có mật độ xe qua lại cao. Nhằm giảm ùn tắt giao thông vào giờ cao điểm, …
Hệ thống được lấy ý tưởng từ nút giao thơng cầu Trần Thị Lý thành phố Đà Nẵng
“hình 1.2”.

Hình 1.2 Hình ảnh thực tế đèn tín hiệu giao thơng
1.3.

Phân tích và lựa chọn cơng nghệ tối ưu

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

3


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

1.3.1. Phân tích u cầu cơng nghệ
• Hệ thống cơ bản phải phù hợp với thời gian trên thực tế
• Lắp ráp, vận hành đơn giản, dễ dàng sửa chữa
• Sử dụng các linh kiện, thiết bị thơng dụng, dễ thay thế khi bị hỏng
• Đảm bảo tính thẩm mỹ, gọn gàng
• Ứng dụng cơng nghệ hiện đại để giải quyết tình huống thực tế
1.3.2. Lựa chọn cơng nghệ tối ưu
Chúng em lựa chọn công nghệ hệ thống như sau:
• Sử dụng module đèn giao thơng và led đơn để hiển thị đèn tín hiệu giao thơng
• Sử dụng led 7 đoạn hiển thị thời gian đếm
• Sử dụng Arduino Mega 2560 để xử lý tín hiệu
• Sử dụng cảm biến âm thanh phát hiện tiếng ồn
• ESP32-CAM để thu thập hình và đưa lên web server
• Module thời gian thực DS3231 dùng để đếm thời gian
• Module hạ áp LM2596 hạ điện áp đầu vào
➢ Sử dụng những phương án trên để thiết kế và thi công đề tài.

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

4


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ IOT VÀ ARDUINO

2.1. Tổng quan về IoT
2.1.1. Khái niệm IoT

Hình 2.1 Khái niệm IoT
[1] IoT “hình 2.1” là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Internet of Things, hay internet
vạn vật, dùng để chỉ các thiết bị vật lý được kết nối internet có khả năng thu thập dữ
liệu, chia sẻ thông tin với độ bao phủ toàn cầu, nghĩa là bất cứ thiết bị vật lý nào có khả
năng kết nối internet, thu thập, lưu giữ và chia sẻ thơng tin thì đều là IoT. Bạn hồn tồn
có thể tạo ra các thiết bị IoT nhờ có bộ xử lý thơng minh bên trong cùng mạng không
dây, giống như các thiết bị trên, biến mọi thứ trở nên thông minh và chủ động hơn bao
giờ hết
Như vậy có thể thấy xung quanh chúng ta đâu cũng có sự xuất hiện của các thiết
bị IoT: máy tính, điện thoại di động cảm biến, ơ tô cảm biến nhiệt, các thiết bị gia dụng
cảm ứng nhiệt, các hệ thống tự động hóa... Sự xuất hiện của các thiết bị IoT giúp bổ
sung một mức độ thông minh kỹ thuật số tới các thiết bị thụ động khác, cho phép chúng
tự động thu thập, trao đổi thông tin tự động mà không cần sự can thiệp của con người,
giúp tối ưu hóa giữa hai thế giới vật lý và kỹ thuật số
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

5


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

2.1.2. Nguồn gốc ra đời của IoT

Hình 2.2 Nguồn gốc ra đời của IoT

[1] IoT được chỉ các thiết bị có kết nối internet nhưng trên thực tế ý tưởng này đã
được ra đời và xuất hiện vào các năm 1980 - 1990, khi mà internet đang bắt đầu vươn
dài ra tầm ảnh hưởng của mình tới tồn thế giới. Tuy nhiên lúc này chúng chỉ xuất hiện
trong dự án đầu là các máy bán hàng tự động kết nối internet mà thôi.
Trước đây các thiết bị IoT đều phải kết nối dây để có thể kết nối mạng internet,
tuy nhiên nhờ sự xuất hiện và thay thế của chip thẻ RFID - chip năng lượng thấp kết nối
internet khơng dây đã giải quyết được vấn đề chi phí đắt đỏ và sự hạn chế phổ biến của
mạng có dây. Cùng với đó việc áp dụng IPv6 - cung cấp địa chỉ IP vào các thiết bị càng
giúp cho độ phổ biến của IoT lan rộng ra
Ban đầu ứng dụng đầu tiên của IoT đó là gắn thẻ RFID vào các thiết bị khác có
chi phí khá đắt đỏ để theo dõi vị trí của chúng. Tuy nhiên theo thời gian cùng với sự
phổ biến của IoT, các chi phí để thêm cảm biến vào các thiết bị có kết nối internet đang
ngày càng giảm, giúp kết nối mọi thứ với internet một cách nhanh chóng. Về sau IoT
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

6


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

lan rộng ra lĩnh vực kinh doanh - sản xuất, sau đó là ứng dụng vào nhà cửa, văn phịng
một cách thơng minh, khiến chúng càng trở nên gần gũi với con người.
Vậy là khái niệm Internet Of Things - IoT được ra đời bởi Kevin Ashton - nhà
khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID tại đại học MIT vào năm 1999 “hình 2.2”.
2.1.3. Cách thức hoạt động của IOT
[1] Các thiết bị IoT hoạt động dựa trên sự cảm biến bên trong thiết bị. Chúng được
dùng để kết nối các thiết bị riêng với nhau thông qua các chip cảm biến nhằm phát hiện

và chuyển đổi các thông tin dữ liệu mình nhận được thành "hành động" tương ứng tiếp
theo thơng qua điều hướng mạng internet
Ví dụ như hệ thống tưới cây của trang trại bạn quản lý, hệ thống tưới nước tự động
đó có gắn một bộ cảm biến để tự động thu thập, đánh giá các yếu tố như lượng nước,
nhiệt độ, thời gian... của cây cối và khơng gian, từ đó chuyển thành dữ liệu và những dữ
liệu này sẽ được thiết lập thành các chế độ chăm sóc riêng tùy theo mục đích sử dụng
của cây cối, sau đó thơng qua internet chúng gửi thông báo tới con người qua thiết bị
cũng được kết nối internet.
2.1.4. Ưu – nhược điểm của IOT
- Ưu điểm:
• Giúp cho việc truy cập thông tin mọi lúc, mọi nơi trên mọi thiết bị
• Giao tiếp giữa các thiết bị được cải thiện đáng kể
• Dữ liệu được chuyển qua mạng internet giúp tiết kiêm thời gian và tiền bạc

-

• Các nhiệm vụ được tự động hóa giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh
nghiệp
Nhược điểm:
• Thơng tin dễ bị lấy cắp khi nhiều thiết bị được kết nối và các thông tin được chia
sẻ với giữa các thiết bị
• Nếu trong hệ thống có lỗi thì mọi thiết bị được kết nối cũng sẽ bị hỏng
• Vì khơng có tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích cho IoT, rất khó để các
thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau giao tiếp với nhau.

• Các doanh nghiệp có thể phải đối phó với số lượng lớn thiết bị IoT và việc thu
thập và quản lý dữ liệu từ các thiết bị đó sẽ là một thách thức.
2.1.5. Ứng dụng IOT
- Thành phố thông minh
- Smat Home

- Một số ứng dụng khác…
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

7


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

2.2.

Giới thiệu về Arduino

2.2.1. Giới thiệu chung
Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác
nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn,
động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngồi ra mạch cịn có khả năng liên kết với nhiều
module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, …để tăng khả ứng
dụng của mạch.
Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử
lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit, … Hiện phần cứng của Arduino có tất
cả 6 phiên bản, Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno
và Arduino Mega.
2.2.2. Arduino Mega

Hình 2.3 Arduino Mega
[2] Arduino Mega “ hình 2.3” được thiết kế đặc biệt cho các dự án địi hỏi mạch
phức tạp và cần nhiều khơng gian bộ nhớ hơn. Hầu hết các dự án điện tử có thể được

thực hiện khá tốt bởi các Arduino khác có sẵn trên thị trường như Arduino Uno R3,
Arduino Nano, Arduino Pro Mini khiến Arduino Mega không được dùng phổ biến
cho các dự án thơng thường. Tuy nhiên, có một số dự án chỉ được thực hiện bởi
Arduino Mega như chế tạo máy in 3D hoặc điều khiển nhiều động cơ DC, nhiều
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

8


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

động cơ bước, vì khả năng lưu trữ nhiều thơng tin, dữ liệu hơn trong bộ nhớ mã hóa
và cần nhiều các chân I/O
Có ba cách để cấp nguồn cho Arduino Mega. Bạn có thể sử dụng cáp USB để
cấp nguồn cho bo Arduino Mega hoặc sử dụng chân cấp nguồn Vin hoặc từ giắc cắm
nguồn vào DC
Arduino Mega được thiết kế với cầu chì tự phục hồi mục đích ngăn cổng USB
của máy tính sinh nhiệt khi xảy ra hiện tượng quá dòng trên mạch Arduino do các
chân I/O chạm chập. Hầu hết máy tính laptop hay desktop đều có cơ chế bảo vệ q
dịng thơng qua cổng USB, tuy nhiên trên board mạch Arduino Mega tích hợp sẵn sẽ
tạo được lớp bảo vệ thứ 2 khi kết nối giao tiếp với máy tính.
Mỗi chân I/O của Arduino Mega đi kèm với một chức năng cụ thể liên quan
đến chân đó. Tất cả các chân analog có thể được sử dụng làm chân I/O số “hình 2.4”

Hình 2.4 Sơ đồ chân Arduino Mega
Chân 5V & 3.3V: Chân này được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra khoảng
5V.

Chân GND: Có 5 chân nối mass có sẵn trên board Arduino Mega, giúp dễ dàng
kết nối nếu thực hiện dự án với nhiều kết nối thiết bị ngoại vi

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

9


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

Chân reset: Được sử dụng để thiết lập lại board mạch về lại ban đầu. Mức tích
cực LOW được thiết lập sẽ reset lại board mạch.
Chân Vin: Là chân điện áp đầu vào cung cấp cho mạch Arduino Mega, điện
áp từ 7V đến 20V. Mặt khác điện áp được cấp bởi jack nguồn DC có thể được
lấy thơng qua chân này. Tuy nhiên, điện áp đầu ra thông qua chân này đến mạch
Arduino sẽ được tự động thiết lập là 5V.
Chân truyền thông nối tiếp (Serial Communication): RXD và TXD là các chân
nối tiếp được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu nối tiếp, chân Rx đại diện cho việc
truyền dữ liệu còn Tx được sử dụng để nhận dữ liệu. Có tất cả 4 kết hợp các chân nối
tiếp này được sử dụng trong đó Serial 0 là chân RX (0) và TX (1), Serial 1 là chân TX
(18) và RX (19), Serial 2 là chân TX (16) và RX (17), và Serial 3 là chân TX (14) và
RX (15).
Chân Ngắt ngoài (External Interrupts): 6 chân được sử dụng để tạo các ngắt
ngồi đó là ngắt 0 (chân 0), ngắt 1 (chân 3), ngắt 2 (chân 21), ngắt 3 (chân 20), ngắt
4 (chân 19), ngắt 5 (chân 18). Các chân này tạo ra các ngắt bằng một số cách tức là
cung cấp giá trị LOW, tăng hoặc giảm hoặc thay đổi giá trị cho các chân ngắt.
Đèn Led Arduino Mega tích hợp đèn Led trên board mạch kết nối với chân 13.

Giá trị HIGH đèn Led được bật và LOW đèn Led tắt. Giúp người lập trình quan sát
trực quan khi test, kiểm tra chương trình trên board Arduino
Chân AREF: Chân tạo điện áp tham chiếu cho đầu vào analogs
Các chân tương tự (analogs): Có 16 chân analog được tích hợp trên board
Arduino có ký hiệu là A0 đến A15. Điều quan trọng cần lưu ý là tất cả các chân
analog này có thể được sử dụng làm chân I / O Digital. Mỗi chân analog đi kèm với
độ phân giải 10 bit. Các chân này có thể có điện áp thay đổi tử 0V đến 5V. Tuy nhiên,
giá trị trên có thể được thay đổi bằng cách sử dụng hàm ISF và analogReference ().
Giao tiếp I2C: Hai chân 20 và 21 hỗ trợ giao tiếp I2C trong đó 20 đại diện cho
SDA (Dịng dữ liệu nối tiếp chủ yếu được sử dụng để giữ dữ liệu) và 21 đại diện cho
SCL (Dòng đồng hồ nối tiếp chủ yếu được sử dụng để cung cấp đồng bộ hóa dữ liệu
giữa các thiết bị)
Truyền thơng SPI: Được sử dụng để truyền dữ liệu giữa Arduino và các thiết
bị ngoại vi khác. Chân 50 (MISO), Chân51 (MOSI), Chân 52 (SCK), Chân 53 (SS)
được sử dụng để liên lạc SPI.

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

10


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

2.2.3. Ứng dụng của Arduino
-

Arduino làm Robot với khả năng đọc những thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ….

Arduino giúp bộ xử lý trung tâm hoạt động nhiệm vụ của mình qua nhiều loại robot.

-

Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, hiệu ứng đèn led nhấp nháy.

-

Làm máy in 3D.

-

Thiết kế đàn bằng ánh sáng.

-

Làm lò nướng bánh có cảnh báo khi bánh chín.

2.2.4. Phần mềm lập trình cho Arduino
Để thực hiện nhiệm vụ viết chương trình cho đề tài thì ta cần sử dụng phần mềm
Arduino IDE (Integrated Development Editor - mơi trường phát triển tích hợp).
[15] Arduino là một mơi trường phát triển tích hợp đa nền tảng, làm việc cùng với
một bộ điều khiển Arduino để viết, biên dịch và tải code lên bo mạch. Phần mềm này
cung cấp sự hỗ trợ cho một loạt các bo mạch Arduino như Arduino Uno, Nano, Mega,
Esplora, Ethernet, Fio, Pro hay Pro Mini cũng như LilyPad Arduino.
Ngôn ngữ phổ quát cho Arduino C và C++, do đó phần mềm phù hợp cho những
lập trình viên đã quen thuộc với cả 2 ngơn ngữ này. Các tính năng như làm nổi bật cú
pháp, thụt đầu dòng tự động, ...làm cho nó trở thành một sự thay thế hiện đại cho các
IDE khác.
Bọc bên trong giao diện đồ họa được sắp xếp hợp lý, Arduino sở hữu những chức

năng để thu hút các nhà phát triển Arduino, mở đường đến một đầu ra thành công thông
qua các mô-đun gỡ lỗi. Tất cả các tính năng của nó được lưu trữ bên trong vài nút bấm,
menu, giúp dễ dàng hiểu và điều hướng, đặc biệt là với các lập trình viên chun nghiệp.
Ngồi ra, việc tích hợp các bộ sưu tập ví dụ mẫu sẽ giúp cho những người lần đầu tiếp
xúc với Arduino có thể làm quen và nắm bắt ứng dụng nhanh hơn.
Trong điều kiện đã kết nối bo mạch Arduino với máy tính và cài đặt các driver cần
thiết, bạn sẽ được lựa chọn mơ hình để làm việc nhờ sử dụng menu Tools của ứng dụng.
Sau đó, có thể bắt đầu viết chương trình bằng cách sử dụng môi trường làm việc thoải
mái mà Arduino cung cấp. Chương trình bao gồm một mảng thư viện phong phú “xem
hình 2.5” như EEPROM, Firmata, GSM, Servo, TFT, WiFi,... Tất nhiên, bạn cũng có
thể thêm vào thư viện của riêng mình.
Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Nguyên

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hoà

11


Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng sử dụng camera giám sát qua web server

Hình 2.5 Thư viện của phầm mềm
Các thiết kế có thể được kiểm tra, biên dịch với một bản ghi lỗi hiển thị ở phần
dưới của giao diện người dùng, cho phép bạn xem lại code. Nếu quá trình gỡ lỗi trả về
kết quả là khơng có lỗi thì có thể bắt đầu q trình tải code lên bo mạch và thử nghiệm
thêm.

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Quốc
Nguyễn Đình Tân Ngun

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Hồ

12