BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT “hệ thống đèn tín hiệu giao thông thông minh – thân thiện môi trường

CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT – SÁNG TẠO TRẺ
NĂM 2014 -2015


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –
ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.
Tên Đề Tài:
SYSTEM OF TRAFFIC
LIGHTS: SMART –
ENVIRONMENTTALY
FRIENDLY.
Hệ Thống Đèn Tín Hiệu
Giao Thơng: Thơng Minh –
Thân Thiện Với Môi
Trường.

Lê Nhật Hưng
Lớp : 12A10
THPT Trần Phú
Nguyễn Tiến Dũng
Lớp : 11A5
THPT Chun Lê Q Đơn

Được Lập
Trình Và
Thiết Kế
Bởi:


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

MỤC LỤC
I.

Ý Tưởng ................................................................................ 2

II.

Ưu Điểm Hệ Thống .............................................................. 2

III. Đặc Tả Sản Phẩm ................................................................. 3
IV. Các Chức Năng Từng Thiết Bị ............................................ 4
V. Các Chức Năng Chính Của Sản Phẩm ................................ 5
VI. Quy Trình Hoạt Động – Ngun Lý Hoạt Động................. 6
VII. Mơi Trường Và Công Cụ Phát Triển Sản Phẩm ................. 9
VIII. Một Số Hình Ảnh Demo ..................................................... 9
IX.

Hướng Phát Triển Sản Phẩm ............................................ 12

X.

Tổng Kết...........................................................................13

1


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

I.Ý TƯỞNG

Thời đại Công nghệ thông tin đang phát triển rất mạnh mẽ và tác động
đến mọi đời sống của xã hội. Trong thời đại “bùng nở thơng tin” thì việc
áp dụng Cơng nghệ thông tin để giải quyết vấn đề và xử lý là một điều rất
cấp bách và cần thiết. Nó giúp con người tiết kiệm thời gian và chi phi đi
lại để giải quyết vấn đề. Đồng thời trong thế kỷ 21 hiện nay, việc bảo vệ
môi trường cũng đang là điều đau đầu với các nhà lãnh đạo. Ý thức được
điều đó cùng với sự vận dụng những ý tưởng để đưa vào thực tế thì “Hệ
thống đèn tín hiệu giao thông : Thông Minh – Thân Thiện Môi Trường” (
System Of Traffic Lights: Smart – Environmentally Friendly) đã ra đời.

II. ƯU ĐIỂM HỆ THỐNG
 Hệ thống đèn tín hiệu giao thông : Thông Minh – Thân Thiện Môi Trường
được viết trên nền C++ ( đối với phần cứng) và .Net trên phần mềm giúp tương
thích hầu hết với mọi hệ điều hành.
 Giao diện trực quan, đơn giản, dễ sử dụng.
 Nhiều tính năng thuận lợi giúp quản lý các phương tiện tham gia giao thông,
đồng thời phát hiện kịp thời những hành vi vượt đèn đỏ hay dừng sai quy
định,...
 Bảo mật tốt, tính thực tiễn cao.
 Sử dụng hệ thống tương tác cơ sở dữ liệu để nhận dạng người vi phạm giao
thông.
 Khả năng xử lý thông tin được lượng lớn trong cùng một thời điểm,
tránh gây ra ảnh xung đột khi bị xử lý quá nhiều cơng việc.
 Báo cáo chính xác kết quả và độ bảo mật cao.
 Chịu được các va đập mạnh, các tác nhân như ánh sáng, nhiệt độ.
2


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

 Tính tốn kết quả và báo cáo thống kê trên tường địa điểm.
 Hiển thị lược sử vi phạm của người điều khiển tham gia giao thông.
 Sử dụng công nghệ định vị gps, cơ sở dữ liệu đám mây an toàn cho dữ
liệu trước các cuộc tấn cơng mạng.
Và cịn nhiều chức năng khác,..

III.ĐẶC TẢ SẢN PHẨM

- Hệ thống đèn giao thông thông minh thân thiện với môi trường
bao gồm phần cứng và phần mềm trong đó :
o Phần cứng gồm:
+
+
+
+
+
trời.
+
+
+
+

Thiết bị chụp ảnh và quay phim rõ nét.
Bộ lưu trữ.
Bảng mạch điện tử odroid x2. ( Hoặc NUC Intel )
Bảng mạch điều chỉnh hệ thống đèn led và đèn led matrix.
Bộ cảm biến âm dùng để đo khoảng cách và bảng năng lượng mặt
Bộ biến đổi và định mức nguồn điện vào.
Bộ lưu trữ điện từ năng lượng mặt trời.
Wifi hoặc mạng dây sử dụng kết nối đường truyền tốc độ cao.

Bộ khung bằng hợp chất có khả năng chịu va đập và cách nhiệt tốt.
3


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

+
+
+

Bộ chia cổng usb.
Thời gian thực.
Một số linh kiện nhỏ khác: dây nối, ic,… .
o Phần mềm gồm:

+
+
+
+

Dữ liệu bằng điện toán đám mây.
Phần mềm nhận dạng và lấy dữ liệu từ dữ liệu đám mây.
Phần mềm nạp để setup cho tín hiệu đèn khi lắp đặt lần đầu.
Sever online hoạt động 24/24.

IV.CÁC CHỨC NĂNG TỪNG THIẾT BỊ
- Quy trình kỹ thuật đèn giao thông thông minh thân thiện
với môi trường được khái quát như sau :
o Bảng năng lượng mặt trời dung để nhận năng lượng mặt trời và chuyển
hóa năng lượng mặt trời thành điện

o Bộ biến đổi định mức nguồn điện vào giúp giới hạn điện mức và cường
độ dòng điện đúng quy cách. Đảm bảo cho việc bảng mạnh và linh
kiện xử lý không bị cháy và hỏng.
o Bộ nhận và gửi tín hiệu dùng để gửi tín hiệu tới máy chủ là điện toán
đám mây, xử lý và mã hóa hình ảnh theo cơ chế 32 bit ngẫu nhiên (
md5) giúp đảm bảo an toàn trong và tránh được các cuộc tấn công
mạnh hiện nay.
o Bảng mạch nhận diện góc dùng để xác định góc quay và khoảng cách
giúp cho khả năng chụp được chính xác.
o Bảng mạch điện tử galileo như là một bộ não giúp điều khiển và trao
đổi dữ liệu giữa các bộ mạch với nhau.
o Đèn led dùng để hiển thị màu giúp người dùng nhận biết được màu tín
hiệu giao thơng.
o Bộ cảm biến khoảng cách bằng sóng âm dùng để xác định và nhận
dạng người vi pham ANGT và đo khoảng cách để máy chụp có thể
chụp được.
o Bộ lưu trữ dùng để lưu ảnh vào trong khi các ảnh khác đang được xử lý
để đưa lên cơ sở dữ liệu điện toán đám mây.
4


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

o Máy chụp độ nét cao dùng để chụp ảnh người vi phạm đồng thời giúp
ảnh được rõ nét tang khả năng và hiệu quả xử lý hình ảnh chính xác
o Phần mềm quản lý nhận dạng và quản lý dữ liệu được dùng lấy thơng
tin trên cơ sở dữ liệu điện tốn đám mây rồi phân tích hình ảnh thành
văn bản ( nhận diện biển số) , sau đó sẽ truy suất thơng tin và đưa ra
thông tin người vi phạm ATGT.
o Phần mềm nạp setup dùng để tùy chỉnh cấu hình trong lần đầu sử

dụng, khoảng cách 1 làn đường, bao nhiêu giây đèn xanh, đỏ, vàng.
o Về nhận dạng lấn làn hệ thống sẽ nhận dạng bằng laser theo làn
đường, nếu có vật cắt ngang laser thì cũng xử lý chụp lại và xử lý
hình ảnh.
o Về ngược chiều thì dựa trên nhận diện hình ảnh tọa độ để xử lý
ngược chiều. Đặt camera cùng chiều với chiều tham gia phương
tiện ATGT sau đó nếu phát hiện tọa độ nào càng ngày đi gần
camera thì nhận diện và chụp ảnh. Sau đó xử lý hình ảnh.
V.CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA SẢN PHẨM
Sản phẩm “System Of Traffic Lights: Smart –Environmentally Friendly Hệ Thống Đèn Tín Hiệu Giao Thơng: Thơng Minh – Thân Thiện Với
Mơi Trường” có các chức năng chính sau:
o Theo dõi và giám sát các phương tiện tham gia giao thông ở
ngã tư.
o Tự động phát hiện phương tiện vi phạm an tồn giao thơng
o Nhận dạng thơng minh thơng tin chủ phương tiện vi
phạm(Vd Họ tên chủ xe, ngày cấp, địa chỉ,..).
o In ra và đưa ra word nhanh gọn.
o Có thể cảnh báo ùn tắc giao thơng thơng qua khả năng xử lý
ảnh thơng minh.
o Tạo nên hình ảnh động trên tín hiệu đèn để gây ấn tượng với
người dùng.
o Sử dụng năng lượng mặt trời.
o Tự động thông minh chuyển đổi nguồn điện để đáp ứng hoạt
động của đèn.
o Có các cởng usb giúp người dùng có thể sạc điện tại đèn
ngay khi lúc cần.
o Tự động tính tốn và chuyển đởi màu đèn khi vào thời gian
thích hợp.
5

SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

o Tìm kiếm và liên kết các tiện ích phần mềm được áp dụng
vào sản phẩm.
o Tích hợp các cơng cụ bảo mật thơng minh.
o Nhận dạng ngược nhiều, phát hiện lấn làn.

VI.QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
o Đèn giao thông thơng minh khi có ánh sáng từ năng lượng mặt trời hệ
thống sẽ tiếp nhận năng lượng mặt trời và chuyển thành điện năng
đúng với điện năng quy định, hệ thống sẽ sử dụng năng lượng mặt trời
từ bộ lưu điện để xử lý và hiển thị các loại màu đèn ATGT. Như vậy
đối với một số trường hợp ánh sáng yếu thì vẫn sẽ sử dụng điện từ bộ
lưu điện khi còn điện. Khi bộ lưu điện hết điện thì hệ thống sẽ chuyển
từ sử dụng điện từ bộ lưu sang sử dụng điện dây bình thường.

H1. Cách thức lấy điện từ năng lượng mặt trời.

6


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

o Về cách hoạt động thơng minh thì đầu tiên khi đèn đỏ được hoạt động
thì hệ thống cảm biến khoảng cách bằng sóng âm sẽ được thiết lập và
sẽ chạy liên tục để đảm bảo tính chính xác. Hệ thống cảm biến sẽ
được đặt ở trước kẻ vạch trắng ( kẻ vạch giới hạn giữa người đi bộ qua
ngã tư và các phương tiện giao thông dừng lại khi gặp đèn đỏ). Khi
gặp vật cản lúc đèn đỏ thì cảm biến khoảng cách sóng âm sẽ xác định

khoảng cách và thơng báo về máy chụp. Bộ đo góc có nhiệm vụ tính
tốn góc nhờ khoảng cách và ước lượng góc người vi phạm sẽ đi trong
1s tiếp theo. Máy chụp có nhiệm vụ chụp lại và đưa về bộ lưu. Bộ lưu
được hệ thống xử lý và đưa lên cơ sở dữ liệu điện tốn đám mây thơng
qua các thiết bị truyền sóng wifi hay bằng dây.

H2. Mơ hình truyền dữ liệu thơng qua điện toán đám mây

o Ở phần tự động nhận diện ùn tắt giao thông, trong mỗi 10 phút camera
ở tại ví trí lần lượt chụp 1 tấm ảnh sử dụng khả năng nhận diện thông
tin thông minh. Nếu nhận diện ra đoạn đường đang tắc nghẽn hệ thống
sẽ gửi tín hiệu về người giám sát để cảnh báo.
7


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

o Dựa trên thời gian thực, đèn sẽ tự động xử lý qua lại giữa các tín hiệu
để đảm bảo sự hoạt động qua lại giữa các đèn và chạy chữ trên đèn
không bị ảnh hưởng bởi các thiết bị khác.
o Về phần người dùng (chiến sĩ CA). Dùng phần mềm và tài khoản
được cấp để truy xuất và sử dụng cơ sở dữ liệu để lấy hình ảnh. Đồng
thời khi lấy hình ảnh thì chương trình phần mềm sẽ nhận dạng biển số
xe rồi từ biển số xe phân tích thành văn bản. Sau khi đã phân tích
thành văn bản thì dự trên thông tin biển số xe phần mềm sẽ tự truy
xuất đến cơ sở dữ liệu chứa thông tin các xe và hiển thị chủ xe và loại
xe vi phạm an tồn giao thơng. Ngồi ra phần mềm cịn cung cấp
ngày, giờ , số lần vi phạm an tồn giao thơng và địa điểm của người
tham gia giao thông vi phạm giúp công việc xử lý được trở nên dễ
dàng hơn.

H3. Mơ hình nhận dạng biển số xe.

o Ngồi ra khi cài đặt lần đầu cho đèn giao thông thông minh thì người

lắp ráp chỉ cần khai báo độ cao đèn tín hiệu và độ rộng của làn dừng
lại khi gặp đèn đỏ ( nếu là đường 2 chiều ) còn nếu một chiều thì chỉ
8


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

cần khai báo độ rộng của đường đó thơng qua phần mềm. Phần phía
người tham gia thơng thì khi năng lượng các thiết bị thơng minh bị cạn
kiệt thì người dùng có thể kết nối thiết bị mình tới cởng usb nơi tín
hiệu giao thông để sạc.
o Về nhận dạng lấn làn hệ thống sẽ nhận dạng bằng laser theo làn
đường, nếu có vật cắt ngang laser thì cũng xử lý chụp lại và xử lý hình
ảnh.
o Về ngược chiều thì dựa trên nhận diện hình ảnh tọa độ để xử lý ngược
chiều. Đặt camera cùng chiều với chiều tham gia phương tiện ATGT
sau đó nếu phát hiện tọa độ nào càng ngày đi gần camera thì nhận diện
và chụp ảnh. Sau đó xử lý hình ảnh.

VII.MƠI TRƯỜNG VÀ CƠNG CỤ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM
- Cơng cụ, cơng nghệ dùng để làm và hồn thiện sản phẩm:
o Sử dụng ngôn ngữ C, C++ để lập trình phần cứng và bo mạch.
o Sử dụng ngơn ngữ C#, PHP, SQL Database dùng để lập trình phần
mềm và quản lý cơ sở dữ liệu điện toán đám mây.
o Sử dụng các công nghệ nhận diện biển số xe để xử lý biển số xe.

o Sử dụng các mã để mã hóa giúp an tồn thơng tin và tăng độ bảo mật
an tồn thơng tin.
o Ngồi ra sản phẩm có sử dụng các thư viện có sẵn để áp dụng và phát
triển sản phẩm.

VIII. MỘT SỐ HÌNH ẢNH DEMO

9


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

H4. Demo mơ hình sản phẩm.

H5. Các mạch của đèn tín hiệu.

10


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

H6. Demo đèn đỏ của đèn tín hiệu giao thơng.

H7. Q trình sản phẩm hoàn thành.

11


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

Hình 8. Giao diện phầm mềm tương tác trên điện thoại và máy tính.

12


SYSTEM OF TRAFFIC LIGHTS: SMART –ENVIRONMENTTALY FRIENDLY.

IX. HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM
o Tận dụng khung đèn để tích hợp hệ thống phần mềm giúp khách du
lịch tìm đường và địa chỉ dễ dàng.
o Hiệu chỉnh phần mềm và phần cứng để tăng hiệu năng, độ bảo mật
và giảm chi phí sản phẩm.
o Tạo thêm sự tương tác của đèn led và con người thông qua các hiệu
ứng giao thông nhằm gây ấn tượng đối với con người.
o Tích hợp hệ thống phát wifi miễn phí cho người dùng.
o Tích hợp thêm các công cụ thân thiện với người dùng như:” Bảng
dự báo thời tiết tự động khi đèn đỏ hiện lên,đồng hồ điện tử,….
o Tích hợp thêm những cơng cụ giám sát mới như:” Phát hiện
phương tiện đi ngược chiều, phát hiện phương tiện chạy quá tốc độ
cho phép, phát hiện phương tiện lạng lách, đánh võng, …”.
o Phát triển hệ thống tạo dựng 3D giúp tái tạo lại tai nạn giao thông
nếu xảy ra bằng 3D giúp thuận tiện cho quá trình điều tra và dựng
lại va chạm giao thơng bằng phần mềm

X.TỔNG KẾT
Với nhiều lí do trực quan mà Hệ Thống Đèn Tín Hiệu:
“Thơng Minh – Thân Thiện Với Mơi Trường” đã được lập trình
và tạo ra, và em tin rằng với sản phẩm này sẽ giúp cho người sử
dụng có thể quản lí các phương tiện tham gia giao thơng, phát
hiện và kiểm sốt tình trạng vượt đèn đỏ và vi phạm luật giao

thông hiện nay. Đồng thời giúp môi trường được trong sạch và
tiết kiệm chi phí thơng qua sử dụng năng lượng vĩnh cửu.
Và em hi vọng rằng, sau khi sử dụng người dùng có thể hài
lịng về sản phẩm cũng như có thể góp ý để phát triển sản phẩm
này ngày một hoàn thiện hơn.
Mọi đóng góp gửi đến địa chỉ thư điện tử:

13