Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.46 MB, 62 trang )
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Họ và tên tác giả luận văn
NGUYỄN DOÃN ĐÔNG
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN ĐÈN GIAO THÔNG
TRONG PHẠM VI ĐÔ THỊ
Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
…......................................
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG
Hà Nội 10 – 2010
1
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................4
PHẦN MỞ ĐẦU..............................................................................................................5
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................7
DANH SÁCH CÁC BẢNG .............................................................................................9
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................10
Chương 1
1.1
: Giới thiệu chung ......................................................................................12
Các phương án thiết kế .....................................................................................12
1.1.1
Hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng RS 485......................12
1.1.2
Hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông qua Ethernet/Wifi .............15
1.1.3
Hệ thống điều khiển đèn giao thông qua WiMax/3G/...............................18
1.2
Đánh giá hệ sơ bộ về các hệ thống ...................................................................19
1.3 Các thành phần của hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông qua
Ethernet/Wifi ..............................................................................................................20
1.4 Phạm vi ứng dụng của hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng
Ethernet/Wifi ..............................................................................................................21
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết cho xây dựng hệ thống điều khiển phân tán đèn giao
thông qua Ethernet .........................................................................................................24
2.1
.NET Framework ..............................................................................................24
2.1.1
Những điểm đặc trưng của .NET Framework ...........................................25
2.1.2
Kiến trúc .NET Framework .......................................................................25
2.1.3
Ngôn ngữ lập trình ASP.NET....................................................................26
2
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
2.2
Tổng quan Kit Friendly ARM Mini 2440 ........................................................28
2.2.1
Giới thiệu ...................................................................................................28
2.2.2
Đặc trưng của Mini 2440 ...........................................................................29
2.2.3
Các giao diện của Mini 2440 ....................................................................31
Chương 3
Ethernet
: Triển khai xây dựng hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông qua
34
3.1
Module chốt đèn giao thông .............................................................................35
3.2
Module camera & Ethernet - Kit Mini 2440 ...................................................39
3.2.1
3.3
Ứng dụng giao tiếp Camera .......................................................................40
Xây dựng Web Server ......................................................................................43
3.3.1
Chức năng của Website .............................................................................43
3.3.2
Thiết kế Cơ sở dữ liệu................................................................................44
3.4
Yêu cầu hệ thống ..............................................................................................51
Chương 4
: Kết quả đạt được và hướng phát triển .....................................................53
4.1
Kết quả đạt được...............................................................................................53
4.2
Đánh giá hệ thống.............................................................................................55
4.3
Hướng phát triển...............................................................................................59
KẾT LUẬN ....................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHÁO..............................................................................................61
3
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Doãn Đông - tác giả của luận văn “Thiết kế hệ thống điều khiển
phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị”. Tôi xin cam đoan mình đã thực hiện
hiện luận văn một các nghiêm túc, toàn bộ nội dung luận văn cũng như kết quả nghiên
cứu là do tôi thực hiện. Đồng thời, việc tham khảo các tài liệu trong quá trình thực hiện
luận văn tuân thủ theo đúng yêu cầu và không sao chép của bất kỳ một luận văn nào
trước đó.
4
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
PHẦN MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước, kinh tế phát triển
mạnh mẽ, các thành phố ngày càng đông đúc, tuy nhiên, hệ thống điều khiển đèn giao
thông chưa đủ thông minh để đáp ứng sự thay đổi của lưu lượng người tham gia giao
thông từng ngày. Số người tham gia giao thông thường đông vào lúc đầu giờ đi làm và
giờ tan tầm, và thường thưa vào thời gian còn lại.
Mục đích nghiên cứu của luận văn là mô phỏng một hệ thống điều khiển đèn giao
thông đủ thông minh để có thể điều khiển các chốt giao thông một cách mềm dẻo. Hệ
thống này có khả năng thay đổi thời gian của đèn xanh và đèn đỏ một cách linh hoạt
tùy thuộc vào lưu lượng ở trên đường. Thêm nữa, tận dụng sự phát triển của 3G,
WiMax, Wifi khắp nơi, các chốt đèn giao thông có thể trao đổi thông tin cho nhau để
phân tích dữ liệu như lưu lượng, thời gian,... để kịp thời đưa ra cảnh báo cho người
tham gia giao thông, giúp cho người quản lý dễ dàng phân tích dữ liệu.
Đối tượng nghiên cứu của luận văn bao gồm lập trình cho PSoC, hệ điều hành
nhúng Linux cho ARM, các phương pháp lập trình trên Windows và các công cụ lập
trình trên Windows.
Để thực hiện được mục đích nghiên cứu nêu trên, phương pháp nghiên cứu sử dụng
trong luận văn là lập kế hoạch nghiên cứu chi tiết, rõ ràng trước khi bắt tay vào thực
hiện nghiên cứu. Bên cạnh đó là thu thập tài liệu từ nhiều nguồn thông tin bao gồm
Internet, sách báo và những người có kinh nghiệm. Đồng thời thực hiện nghiên cứu gán
liền với thực nghiện trên các công cụ thiết kế để quan sát được kết quả mô phỏng với
mô hình đang nghiên cứu.
Toàn bộ nội dung của luận văn được trình bày trong 5 chương với nội dung tóm
tắt như sau:
Chương 1 - Giới thiệu chung : Trong chương này giới thiệu về hệ thống giao
thông thông minh trên thế giới, sau đó đưa ra các tiêu chí để xây dựng một hệ thống
5
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
điều khiển đèn giao thông. Ngoài ra trong chương này còn đưa ra các phương án thiết
kế và chọn ra một phương án tốt nhất để triển khai.
Chương 2 – Cơ sở lý thuyết : Trong chương này đưa ra các cơ sở lý thuyết về
các ngôn ngữ lập trình, lý thuyết chung cần phải tìm hiểu để có thể xây dựng các ứng
dụng cho hệ thống sẽ triển khai.
Chương 3 – Triển khai xây dựng hệ thống : Trong chương này sẽ trình bày về
quá trình xây dựng từng module cho hệ thống như: mạch mô phỏng các chốt đèn giao
thông, xây dựng ứng dụng trên hệ điều hành nhúng linux, và triển khai website để điều
khiển chốt đèn giao thông.
Chương 4 – Kết quả đạt được và hướng phát triển : Trong chương 4 đưa ra các
kết quả đã thực hiện được, sau đó đánh giá về kết quả đó và cuối cùng đưa ra các
hướng phát triển tiếp theo.
Từ kết quả đạt được, hệ thống điều khiển đèn giao thông được lựa chọn từ nhiều
phương án khác nhau, hệ thống có thể được áp dụng thực tế cho một khu vực nhỏ.
6
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Tổng quan về hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng RS485....13
Hình 1.2 : Cách làm việc của hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng RS485
........................................................................................................................................14
Hình 1.3 : Tổng quan về hệ thống điều khiển đèn giao thông qua Ethernet/Wifi ........16
Hình 1.4 : Mô hình chi tiết hệ thống điều khiển đèn giao thông bằng Ethernet/Wifi ..17
Hình 1.5 : Các module trong hệ thống ..........................................................................17
Hình 1.6 : Tổng quan về hệ thống điều khiển đèn giao thông qua WiMax/3G/...........18
Hình 1.7 : Các thành phần của hệ thống điều khiển đèn giao thông bằng Ethernet/Wifi
........................................................................................................................................20
Hình 1.8 : Khoảng cách các chốt với trung tâm <500m ...............................................23
Hình 1.9 : Khoảng cách từ trung tâm tới chốt >500m ..................................................23
Hình 2.1 : Kit Friendly ARM Mini 2440 ......................................................................29
Hình 2.2 : Giao diện của Mini 2440..............................................................................32
Hình 2.3 : EEPROM trên Mini 2440 ............................................................................33
Hình 3.1 : Hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng Ethernet ......................34
Hình 3.2 : Khối hiển thị.................................................................................................36
Hình 3.3 : Khối giao tiếp...............................................................................................37
Hình 3.4 : Khối CPU.....................................................................................................37
Hình 3.5 : Sơ đồ mạch nguyên lý của Module chốt đèn giao thông.............................38
Hình 3.6 : Thuật toán trên PSoC ...................................................................................39
Hình 3.7 : Kit MINI 2440 .............................................................................................40
7
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Hình 3.8 : Mô tả hoạt động của mjpeg streamer...........................................................41
Hình 3.9 : Chạy mjpg streamer trên web ......................................................................41
Hình 3.10: Giao diện website trên Mini 2440...............................................................42
Hình 3.11 : Sơ đồ chức năng của Website ....................................................................44
Hình 3.12 : Sơ đồ quan hệ trong CSDL ........................................................................48
Hình 3.13 : Giao diện trang chủ ....................................................................................50
Hình 3.14 : Giao diện trang Thông tin tắc đường .........................................................50
Hình 3.15 : Giao diện trang web bản đồ .......................................................................51
Hình 4.1 : Module thiết bị điều khiển đèn ....................................................................53
Hình 4.2 : Quá trình truyền hình ảnh về Webserver .....................................................54
Hình 4.3 : Quá trình thay đổi tín hiệu tại chốt đèn giao thông .....................................54
Hình 4.4 : Trường hợp mini 2440 không làm việc .......................................................56
Hình 4.5 : Trường hợp chốt đèn giao thông không làm việc ........................................57
Hình 4.6: Mô hình mở rộng hệ thống ...........................................................................57
Hình 4.7 : Mô hình backup hệ thống ............................................................................58
8
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các loại cáp truyền dẫn trong mạng LAN.....................................................21
Bảng 2.1 – Đặc tính của Mini 2440 ...............................................................................29
Bảng 3.1 – TrafficLight Table .......................................................................................45
Bảng 3.2 – District Table ...............................................................................................46
Bảng 3.3 –Role Table.....................................................................................................46
Bảng 3.4 – User Table....................................................................................................46
Bảng 3.5 – News Table ..................................................................................................47
Bảng 3.6 – GroupNews Table........................................................................................47
Bảng 3.7– Cấu hình tối thiểu và cấu hình khuyến nghị để chạy ứng dụng trên PC ......51
9
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
3G
Chữ đầy đủ
Nghĩa Tiếng Việt
third-generation technology
Công nghệ truyền thông thế hệ
thứ 3
ARM
Acorn RISC Machine
Vi xử lý 32-bit RISC
ASP
Active Server Pages
Các trang động cho Server
CPU
Central Processing Unit
Đơn vị xử lý trung tâm
DAL
Data Access Layer
Tầng Truy cập dữ liệu
DCS
Distributed Control System
Hệ thống điều khiển phân tán
DLL
Dynamic Link Library
Thư viện liên kết động
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
HTML
HyperText Markup Language
Ngôn ngư đánh dấu siêu văn
bản
ID
Indentifier
Định danh
IIS
Internet Information Services
Dịch vụ thông tin Internet
ITS
Intelligent Transportation System
Hệ thống giao thông thông
minh
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
LINQ
Language Integrated Querry
Ngôn ngữ tích hợp truy vấn
PC
Personal Computer
Máy tính cá nhân
PLC
Programable Logic Controller
Bộ điều khiển logic lập trình
được
RAM
Random Acess Memory
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
ROM
Read-Only Memory
Bộ nhớ chỉ đọc
SDRAM
Synchronous Dynamic Random
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
Acess Memory
đồng bộ động
10
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
SQL
Structured Query Language
Ngôn ngữ truy vấn mang tính
cấu trúc
XML
eXtensible Markup Language
Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
Wifi
Wireless Fidelity
Mạng không dây sử dụng sóng
vô tuyến
Wimax
Worldwide Interoperability for
Kết nối Internet băng rộng
Microwave Acess
không dây ở khoảng cách lớn
11
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Chương 1 : Giới thiệu chung
Hiện nay, trên thế giới, nhiều quốc gia phát triền đã ứng dụng hệ thống giao thông
thông minh (Intelligent Transportation System - ITS) [1]. Hệ thống này là một “siêu hệ
thống” với đầy đủ các thành phần như phần cứng, phần mềm, dữ liệu, quy trình và con
người được liên kết chặt chẽ với nhau nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông, tránh ùn tắc,
giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả vận chuyển, tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho
đi lại...
ITS là một giải pháp ứng dụng kết hợp nhiều lĩnh vực công nghệ cao đang phát
triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây như hệ thống định vị toàn cầu (GPS), hệ thống
thông tin địa lý (GIS), cơ sở dữ liệu (Database), WiMax (802.16), WiFi (802.11),
GSM, 3G, ..vv.
Hệ thống ITS đã được triển khai trên nhiều nước phát triển trên thế giới, tuy nhiên
để xây dựng một hệ thống thông minh như vậy thì cần rất nhiều thời gian, tiền của.
Chính vì lẽ đó, trong đồ án này nghiên cứu về một phương pháp nào đó để đưa ra một
hệ thống có những chức năng đủ để đưa vào thực tế, có thể triển khai trong phạm vi
một thành phố vừa và nhỏ.
Đặc điểm của hệ thống như sau:
-
Cho phép quản lý hệ thống đèn giao thông trong khu vực bằng website có giao
diện dễ dùng, trực quan.
-
Cho phép xem thông tin đường tắc trên website.
-
Công nghệ truyền tín hiện trên 3G/WiMax/Wifi/Ethernet.
-
Có tích hợp camera, phân tích hình ảnh, truyền hình ảnh về trung tâm.
1.1 Các phương án thiết kế
1.1.1 Hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng RS 485
Trong những phương án đã được nghiên cứu, hệ thống điều khiển phân tán đèn giao
thông dùng RS485 để truyền tín hiệu đi tín hiệu cho các thiết bị bên trong [2].
12
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Tổng quan hệ thống:
Hình 1.1 : Tổng quan về hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng RS485
Từ hình vẽ 1.1, hệ thống có các chốt đèn giao thông được kết nối với nhau bằng
RS485, một chuẩn dùng trong công nghiệp, và theo lý thuyết, tín hiệu truyền đi xa nhất
13
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
là 1.5km [3], tuy nhiên đó là theo lý thuyết, còn thực tế còn tùy thuộc rất nhiều vào
điều kiện khác nhau như thời tiết, chất lượng, …
Cách làm việc của hệ thống:
Với mỗi thiết bị trong hệ thống sẽ có một định danh – ID – cụ thể. Trong hệ thống
này, điều khiển các nút giao thông bằng cách truyền khung dữ liệu xuống được miêu tả
trong hình 1.2, khung dữ liệu này sẽ được truyền đi bằng cách quảng bá, bởi vì trên
một đường RS485 cho phép nhiều thiết bị cùng nối vào, cho nên để giảm bớt sự xung
đột và lãng phí đường truyền, các thiết bị điều khiển sẽ cần quản lý các định danh đang
kết nối trực tiếp với nó cụ thể ở đây là các thiết bị chấp hành – các nút đèn giao thông.
Hình 1.2 : Cách làm việc của hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông
bằng RS485
14
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Đánh giá hệ thống :
Hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông bằng RS485 có thể thấy là một hệ
thống đơn giản, dễ triển khai, tuy nhiên nếu đưa vào thực tế thì còn gặp nhiều khó khăn
về : Quản lý, khoảng cách,… Chính vì vậy mà hệ thống trên chỉ có thể làm việc trong
một phạm vi đủ nhỏ, với các chốt giao thông vừa phải mà thôi.
Để mở rộng phạm vi, hệ thống trên cần thay đổi về giao thức làm việc. Vì RS485
có một số vấn đề làm cho hệ thống không thể mở rộng được:
-
Khoảng tối đa là 1.5km, nếu muốn truyền xa thêm cần khuếch đại tín hiệu.
-
Thời gian để lấy thông tin của toàn hệ thống là rất lâu nếu có nhiều chốt đèn
giao thông.
-
Cách thức gửi bản tin là quảng bá, chính vì vậy phương pháp quản lý các chốt
đèn giao thông cũng là một nhược điểm của hệ thống.
Từ các đánh giá trên, thay đổi giao thức truyền tin là cần thiết nếu muốn nâng cấp
hệ thống để quản lý tối ưu hơn.
1.1.2 Hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông qua Ethernet/Wifi
Tổng quan hệ thống:
Hệ thống này chỉ thay đổi giao thức RS485 bằng Ethernet. Ethernet có đặc điểm là
truyền/nhận bản tin nhanh hơn, và truyền bản tin Unicast hoặc Multicast [4]. Chính vì
ưu điểm đó mà hệ thống này đã thay đổi toàn bộ diện mạo của hệ thống so với hệ thống
cũ sử dụng RS485. Nhờ vào ưu điểm này mà hệ thống có thể tích hợp được camera tại
các chốt giao thông để truyền thông tin về trung tâm. Mặc dù vậy Ethernet có nhược
điểm là khả năng truyền đi xa, nếu Ethernet sử dụng cáp xoắn thì tín hiệu truyền đi tối
đa là 100m [5], nếu muốn đi xa hơn thì cần dùng Repeater để khôi phục tín hiệu.
Ngoài ra, hệ thống còn cho phép thay thế Ethernet bằng module Wifi, vì vậy mà
thay vì dùng dây nối kéo đi xa, các Access Point được sử dụng để mở rộng hệ thống[6].
15
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Hình 1.3 : Tổng quan về hệ thống điều khiển đèn giao thông qua Ethernet/Wifi
Chức năng chính của chốt đèn giao thông vẫn là quản lý trạng thái đèn, đây là
chức năng đầu tiên phải có. Thứ hai, phải có khả năng giao tiếp trên Ethernet/Wifi. Để
tận dụng được sức mạng của giao thức sử dụng, một chốt đèn giao thông nên có khả
năng thu hình từ camera để truyền hình ảnh về trung tâm.
Cách làm việc của hệ thống:
Thực tế, hệ thống điều khiển đèn giao thông qua Ethernet/Wifi là một hệ thống
mạng, do vậy các giao thức hoàn toàn giống như giao thức mạng. Hình 1.4 là mô tả chi
tiết của hệ thống. Giữa Trung tâm và chốt đèn bao giờ cũng có một switch hoặc một
Access Point (nếu giao thức là Wifi), switch/AP này sẽ lưu trữ các địa chỉ MAC của
cổng Ethernet của chốt đèn giao thông, khi bản tin gửi tới một địa chỉ nào đó,
switch/AP có nhiệm vụ định tuyến gói tin đó.
16
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Trung tâm
Message
Switch/AP
Switch/AP
Switch/AP
Module Camera & giao
ti p Ethernet/Wifi
Module Camera & giao
ti p Ethernet/Wifi
Module Camera & giao
ti p Ethernet/Wifi
Ch t đèn giao thông
Ch t đèn giao thông
Ch t đèn giao thông
Hình 1.4 : Mô hình chi tiết hệ thống điều khiển đèn giao thông bằng
Ethernet/Wifi
Các Module của hệ thống
Các Module của hệ thống được đưa ra trong hình 1.5:
Hình 1.5 : Các module trong hệ thống
17
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
• Module Camera và Giao tiếp
Module Camera này thực chất chỉ là một DSP, phân tích hình ảnh và nén JPEG để
truyền đi, trong module này sẽ tích hợp một trong 3 giao thức Ethernet, Wifi.
• Module chốt đèn giao thông:
Chức năng của module này là điều khiển trạng thái đèn giao thông. Ngoài ra, nó
nhận tín hiệu từ module Camera về lưu lượng cảnh báo để đưa ra được quyết định như
tăng số giây đèn đỏ hoặc giảm số giây đèn đỏ. Nó cũng có thể đưa ra các cảnh báo của
nó xuống module giao tiếp để truyền tín hiệu đó về trung tâm.
1.1.3 Hệ thống điều khiển đèn giao thông qua WiMax/3G/
Tổng quan về hệ thống
Wimax/3G/ có ưu điểm truyền dữ liệu nhanh, có khả năng truyền hình ảnh,
video[7]. Do đó, hệ thống sẽ tích hợp các camera tại các chốt đèn giao thong để truyền
dữ liệu về trung tâm. Tại hình 1.6 là tổng quan hệ thống điều khiển đèn giao thông
Wimax/3G
bằng Wimax/3G/.
Hình 1.6 : Tổng quan về hệ thống điều khiển đèn giao thông qua WiMax/3G/
Trong hệ thống này, không cần phải có thiết bị điều khiển giống như trong
phương án sử dụng giao thức RS485, bởi vì dựa vào tốc độ truyền tín hiệu của giao
18
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
thức sử dụng, thêm nữa, không giới hạn số lượng các thiết bị được quản lý. Tức là,
trung tâm có thể quản lý được với số lượng lớn các chốt đèn giao thông. Điều đó chúng
ta có thể thấy được tầm quan trọng của giao thức được sử dụng.
Các Module trong hệ thống thống này hoàn toàn giống như các Module trong hệ
thống sử dụng giao thức Ethernet/Wifi, bởi vì ở đây chỉ cần thay đổi giao thức để giao
tiếp mà thôi.
1.2 Đánh giá hệ sơ bộ về các hệ thống
Nếu hệ thống sử dụng Wifi, thì khi đó cần phải lắp các Access Point, hoặc sử
dụng các đường dây Ethernet.
WiMax hiện nay mới được triển khai tại Nhật bản, Hàn quốc. WiMax có khả
năng truyền/nhận với tốc độ rất cao, nếu để truyền hình ảnh/video là hợp lý nhất. Tuy
nhiên, ở Việt nam mới chỉ đang dừng ở mức thử nghiệm, vì vậy mà chưa thể đem vào
sử dụng được.
Hiện nay 3G đang rất phổ biến, tốc độ của 3G là khá cao, có thể đánh giá là cao hơn
ADSL. Tuy nhiên chi phí sẽ khá đắt. Thêm nữa, việc cài đặt 3G trên hệ thống sẽ rất
khó khăn.
Vì vậy, việc lựa chọn phương án sử dụng Ethernet/Wifi để truyền tín hiệu là
hợp lý nhất.
19
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
1.3
Các thành phần của hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông qua
Ethernet/Wifi
Website
Module Camera & giao
ti p Ethernet/Wifi
Module Camera & giao
ti p Ethernet/Wifi
Module Camera & giao
ti p Ethernet/Wifi
Ch t đèn giao thông
Ch t đèn giao thông
Ch t đèn giao thông
Hình 1.7 : Các thành phần của hệ thống điều khiển đèn giao thông bằng
Ethernet/Wifi
Website được đặt tại trung tâm, sẽ điều khiển các chốt đèn giao thông. Trên
trung tâm sẽ lưu trữ các thông tin về các chốt đèn giao thông như : địa chỉ IP, tên, tọa
độ trên bản đồ số…
a. Website
Website gồm có 2 phần : Dành cho người dùng và cho Quản trị / Administrator
-
Dành cho người dùng : Người dùng có thể
o Đọc tin tức
o Xem thông tin tắc đường
o Xem camera đặt tại các chốt ngã tư
o Xem bản đồ các vị trí đang tắc đường, tìm đường,…
-
Dành cho Quản trị/ Administrator:
o Quản trị Tin tức
20
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
o Quản trị các chốt ngã tư
o Thay đổi tín hiệu các chốt ngã tư
o Cập nhật trạng thái các chốt ngã tư
b. Module Camera và giao tiếp
Module camera và giao tiếp là thiết bị có nhiệm vụ giao tiếp giữa Trung tâm và
chốt đèn. Trên Module có tích hợp giao diện Ethernet/Wifi để truyền tín hiệu, ngoài ra
Module có giao diện USB để lắp camera và thực hiện encode/decode dữ liệu từ camera
để truyền về Trung tâm.
Module này giao tiếp với Module chốt đèn giao thông bằng I2C, có nhiệm vụ nhận
dữ liệu điều khiển từ trung tâm và truyền tới chốt điều khiển đèn giao thông.
c. Module chốt đèn giao thông
Là một module mô phỏng các chốt đèn giao thông, cho phép đếm ngược thời gian
đèn xanh, đèn đỏ. Module này được giao tiếp với Module Camera và giao tiếp thông
qua I2C. Khi nhận dữ liệu điều khiển từ trung tâm, Module này sẽ thay đổi các thông
số tín hiệu.
1.4
Phạm vi ứng dụng của hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông
bằng Ethernet/Wifi
Phạm vi ứng dụng của hệ thống sẽ tùy thuộc vào phương tiện truyền dẫn mà hệ
thống được sử dụng. Phương tiện truyền dẫn có tính chất như khả năng truyền dữ liệu
tối đa được bao nhiêu, khả năng chống nhiễu, băng thông… Bảng 1.1 liệt kê các loại
cáp dùng để truyền dẫn trong mạng LAN
Bảng 1.1: Các loại cáp truyền dẫn trong mạng LAN
Tên cáp
Cáp đồng trục – Thinnet
Tính chất
-
Đường kính: 6mm
-
Chiều dài tối đa: 185m
21
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Cáp đồng trục – Thicknet
Cáp STP (Shield Twisted-Pair)
Cáp UTP (Unshielded Twisted-Pair)
Cáp quang (Fiber-Optic)
-
Đường kính: 13mm
-
Chiều dài tối đa: 500m
-
Có lớp vỏ bọc chống nhiễu
-
Chiều dài tối đa: 100m
-
Tốc độ : 500Mbps
-
Đầu nối : DB9, RJ45
-
Không có lớp vỏ bọc chống nhiễu
-
Chiều dài tối đa: 100m
-
Tốc độ : 500Mbps
-
Đầu nối: RJ45
-
Chiều dài tối đa: vài km
-
Băng thông : 2Gbps
Từ bảng 1.1, Cáp STP và cáp UTP có chiều dài tối đa cho phép của loại cáp này
là 100m, như vậy là quá thấp nên không thể sử dụng được nếu đưa hệ thống vào thực tế
được.
Nếu trong đô thị khoảng cách giữa các ngã tư và trung tâm là không quá lớn
(<500m) như Hình 1.8 , thì lựa chọn phương tiện truyền dẫn là cáp đồng trục Thicknet
là hợp lý. Cáp đồng trục có ưu điểm là rẻ, nhẹ, dễ kéo dây và có khả năng chống nhiễu
tốt. Khi hệ thống muốn mở rộng hoặc khoảng cách giữa các chốt lớn hơn 500m thì bắt
buộc phải sử dụng thiết bị repeater để khôi phục tín hiệu trên đường truyền như trong
hình 1.9.
22
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Ch t đèn giao thông
0m
<50 cknet
thi
Cáp
Trung tâm
m t
00 kne
5
< hic
p t
Cá
Ch t đèn giao thông
Cá <50
p t 0m
hic
kn
et
Ch t đèn giao thông
Hình 1.8 : Khoảng cách các chốt với trung tâm <500m
Hình 1.9 : Khoảng cách từ trung tâm tới chốt >500m
Nếu trong đô thị khoảng cách giữa các ngã tư và trung tâm là rất lớn, khi đó phải
sử dụng cáp quang là phương tiện truyền dẫn. Cáp quang cho phép truyền tải tín hiệu
tới vài kilometer, có băng thông rất lớn, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất là giá cả rất
mắc và khó lắp đặt.
23
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết cho xây dựng hệ thống điều khiển
phân tán đèn giao thông qua Ethernet
Ứng dụng được thiết kế chạy trên hệ điều hành Windows, được xây dựng bằng
ngôn ngữ lập trình C#.NET, vì C#.NET là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng
thuần khiết, là một trong nhiều ngôn ngữ lập trình trong nền tảng .NET, nó được dùng
rộng rãi để phát triển các ứng dụng trong Windows [8].
Website được xây dựng bằng ngôn ngữ ASP.NET, ASP.NET là công nghệ nối tiếp
của Microsoft's Active Server Pages(ASP) .
Ngoài ra, hệ thống sử dụng Kit Mini2440 để làm module giao tiếp, bởi lẽ Kit
Mini2440 có sẵn các cổng giao tiếp đa dạng và đặc biệt là được cài đặt hệ điều hành
nhúng Linux, vì vậy hỗ trợ rất nhiều cho việc phát triển phần mềm.
2.1 .NET Framework
.NET Framework của Microsoft là một thành phần có thể được cài thêm hoặc đã
có sẵn trong các hệ điều hành Windows. Nó cung cấp những giải pháp đã được lập
trình sẵn cho những yêu cầu thông thường của chương trình, quản lý việc thực thi các
chương trình viết trên framework, người dùng cuối cần phải cài framework để có thể
chạy các chương trình .NET. .NET Framework do Microsoft đưa ra và được sử dụng
trong hầu hết các ứng dụng viết trên nền Windows Những giải pháp được lập trình sẵn
hình thành nên một thư viện lớp của framework, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của
lập trình như : giao diện người dùng , truy cập dữ liệu , kết nối cơ sở dữ liệu, mã hoá,
phát triển những ứng dụng web , các giải thuật số học và giao tiếp mạng . Thư viện lớp
của framework được lập trình viên sử dụng , kết hợp với code của chính mình để tạo
nên các ứng dụng.
24
Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán đèn giao thông trong phạm vi đô thị
2.1.1
Những điểm đặc trưng của .NET Framework
.NET Framework là cơ sở hạ tầng cho việc xây dựng, triển khai và chạy các ứng
dụng và dịch vụ Web. Nó cung cấp một môi trường đa ngôn ngữ, dựa trên nền các
chuẩn với hiệu nǎng cao, cho phép tích hợp những đầu tư ban đầu với các ứng dụng và
dịch vụ thế hệ kế tiếp và giải quyết những thách thức của việc triển khai và vận hành
các ứng dụng trên quy mô Internet. Cơ sở hạ tầng NET Framework bao gồm ba phần
chính là Bộ thực hiện ngôn ngữ chung (Common Language Runtime), một tập phân
cấp các thư viện lớp hợp nhất (Unified Class Libraries) và ASP.NET.
2.1.2
Kiến trúc .NET Framework
Như chúng ta đã biết .NET Framework bao gồm ba phần là bộ thực thi ngôn ngữ
chung (Common Language Runtime), các lớp lập trình hợp nhất hay còn gọi là các thư
viện lớp cơ sở (Base Class Libraries) và một phiên bản cấu thành của Microsoft Active
Server Pages gọi là Microsoftđ ASP.NET. Trên thực tế, ASP.NET và Windows Forms
là hai thành phần nằm trong Base Class Libraries, nên trong một số tài liệu .NET
Framework được giới thiệu bao gồm 2 phần chính là Common Language Runtime và
Base Class Libraries. Một trong các thành phần này đều có vai trò cực kỳ quan trọng
trong việc phát triển các dịch vụ và các ứng dụng .NET.
Sau đây là hai đoạn mã ví dụ có sử dụng Namespace trong C#
C#:
using System;
Class HelloWorld
{
public static void Main()
{
Console.WriteLine ("Hello World !");
}
}
25
