Báo cáo đồ án thiết kế 1 phần mềm phân loại xe hệ thống AVC

AVC là hệ thống xác định các đặc điểm xe, các thông số vật lý của xe và thông qua đó phân loại xe thành các nhóm mong muốn như: xe tải, xe kéo rơ móc, xe bus, xe con, xe máy.. Các hệ thố

BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ 1

Phần mềm phân loại xe hệ thống AVC

Sinh viên thực hiện: Tạ Duy Tùng Lớp : Điện tử Viễn thông 5 – K54

MSSV: 20093154

Giảng viên hướng dẫn: PGS.Nguyễn Văn Đức

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN:

………

………

………

………

…………

………

………

………

…………

………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

………

………

…………

MỤC LỤC

I.Tổng quan AVC ( Automatic Vehicle Classiffication) ………4

1 Hệ thống phân loại tự động AVC ……….4

2 Các công nghệ AVC……… …………4

2.1.Công nghệ phân loại Weigh In Motion……… …… 5

2.2.Công nghệ phân loại tự động bằng Camera……… …….6

2.3.Công nghệ phân loại tự động bằng sensor cảm ứng……… ……6

II.Phần mềm quản lý Hệ thống AVC TDS ( Transport Data Systems) ……….7

1.Tổng quan……… ………7

2.Phần mềm hệ thống AVC TDS ……….8

2.1 Cổng RS232……… …………8

2.1.1.Cấu trúc cổng nối tiếp……… ……….8

2.1.2 Truyền thông giữa 2 nút ……….10

2.1.3.Giao tiếp UART ……… 10

2.1.4.Truyền thông nối tiếp và cấu trúc bản tin truyền ………11

2.2.Các đặc điểm phần mềm ……….13

2.2.1 Nguyên lý ……….13

2.2.2.Tiêu chí phân loại xe ……….14

2.2.3 Sử dụng phần mềm ……… 17

III.Kết luận ………18

Danh mục tài liệu tham khảo

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Công nghệ phân loại Weigh In Motion……… 5

Hình 2 Hệ thống phân loại bằng Camera ……….6

Hình 3.Sơ đồ khối hệ thống AVC TDS ……… 7

Hình 4.Sơ đồ chân cổng nối tiếp ………9

Hình 5.Sơ đồ đấu nối cổng COM ……….10

Hình 6.Tín hiệu tương đương của UART và RS232 ……….10

Hình 7.Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp ……….……….11

Hình 8.Sơ đồ đơn giản hệ thống TDS ……… 12

Hình 9.Mặt cắt nghiêng của phương tiện ……… 13

Hình 10.Cổng ra vào có cảm biến quét ……… 13

Hình 11.Bảng phân loại theo kích thước các loại xe ……… 15

Hình 12.Các loại xe có thể phân loại ……… 16

Hình 13.Giao diện tổng quan phần mềm ………17

Hình 14.Hình ảnh profile của phương tiện ………18

I.Tổng quan AVC ( Automatic Vehicle Classiffication)

1 Hệ thống phân loại tự động AVC.

Hệ thống phân loại tự động (Automatic Vehicle Classification – AVC) là một trong bốn phân

hệ của hệ thống thu phí tự động, hoạt động như một hệ thống độc lập so vơi hệ thống phân loại tự động AVI AVC là hệ thống xác định các đặc điểm xe, các thông số vật lý của xe và thông qua đó phân loại xe thành các nhóm mong muốn như: xe tải, xe kéo rơ móc, xe bus, xe con, xe máy Ngoài ra

hệ thống AVC có nhiệm vụ phát hiện và xác định vận tốc xe đi tới

Các hệ thống AVC được sử dụng rộng rãi với nhiều phước thức đo đạc các thông số vật lý khác nhau như: ở Mỹ thường xác định số trục xe, khoảng cách trục hay trọng tải xe, ở châu Âu thì thường phân loại dựa trên các thông số về kích thước của xe

Cùng với việc phân loại xe, dữ liệu của quá trình AVC sẽ được đem so sánh với mã thẻ để phát hiện sai phạm về sử dụng thẻ, trọng tải mang quá giới hạn, vận tốc…v v

Để thực hiện được chức năng đó một hệ thống AVC hoàn chỉnh bao gồm hai phần chính:

- Công nghệ sử dụng để nhân biết các đặc điểm của xe:

o Theo số trục, kích thước khoảng cách giữa các trục xe

o Theo kích thước xe: dài, rộng ,cao

- Có can thiệp đường (Intrusive Sensors): các loại sensor phải lắp đặt ở vỉ hè, hoặc chôn xuốngđường ở các rãnh hoặc các hố hoặc ống ngầm như:

- Không can thiệp đường:

o Video image processing

o Microwave radar, laser radar

o Passive infrared, ultrasonic, passive acoustic array, and

o Kết họp nhiều công nghệ sensor khác nhau như:

 Passive infrared and microwave Doppler hoặc

 Passive infrared and ultrasonic

2.1.Công nghệ phân loại Weigh In Motion

Sử dụng sensor cảm ứng để xác định tải trọng của xe tới trạm

Hình 1 Công nghệ phân loại Weigh In Motion

2.2.Công nghệ phân loại tự động bằng Camera

Hình 2 Hệ thống phân loại bằng Camera

2.3.Công nghệ phân loại tự động bằng sensor cảm ứng

- Là công nghệ phân loại xe tự động dựa vào các sensor cảm ứng đặt ở bên đường như: sensorlaser, sensor sóng âm, sensor Doppler xác định vận tốc… Các sensor này thường được sửdụng để xác định thông số vận tốc, cũng như hình dạng, đếm số trục xe…

- Các sensor cảm ứng thường sử dụng : laser, siêu âm, microwave hoặc hồng ngoại…

- Nguyên lý hoạt động:

o Sensor cảm ứng được gắn vào ống đặt bên lề làn đường, với số lượng, vị trí phụ thuộctừng loại sensor và ứng dụng phân loại khác nhau

Thông thường sẽ bao gồm

 Sensor cảm ứng xác định tốc độ: dùng sensor Doppler đo khoảng cách, hoặc

do khoảng thời gian xe đi qua 2 sensor cảm ứng có khoảng cách xác định

 Sensor đếm số trục và khoảng cách giữa các trục

 Sensor xác định chiều cao xe

 Sensor xác định chiều dài xe

o Các thông số đo được sẽ được chuyển vào chip xử lý hoặc PC để tính toán vận tốc, vàcùng với giá trị đo của các sensor khác sẽ xác định được các thông số kích thước củaxe

Với những ưu điểm của công nghệ này, hệ thống AVC theo công nghệ sensor sẽ được trình bày ở dưới đây.

II.Phần mềm quản lý Hệ thống AVC TDS ( Transport Data Systems)

o Phụ thộc nhiều vào thời tiết

Giải pháp phân loại xe sử dụng công nghệ sensor cảm ứng, do đơn giản hơn, giá thành rẻ, dễ triển khai ứng dụng nên phù hợp với điều kiện của Việt Nam

Hệ thống AVC bao gồm các dải đèn cảm biến, Doppler radar và hệ xử lý AVC Hệ thống này

có khả năng phân loại một cách tương đối chính xác các loại xe khác nhau tùy theo yêu cầu của khách hàng

Hình 3.Sơ đồ khối hệ thống AVC TDS

2.Ph n m m h th ng AVC TDS

Các đặc điểm của phần mềm:

o Công nghệ sử dụng: Visual C# 2010

o Kích thước: 300 kbytes

o Thời gian hoàn thành: 2 tuần

o Mô tả: Quản lý các thông số, phân loại các phương tiện tự động trên máy cá nhân, kết nối hệ thống thông qua chuẩn giao tiếp RS232

o Yêu cầu: Hiển thị được profile của phương tiện với bản tin test từ mạch mô phỏng.

 Dưới đây trình bày một cách chi thiết về thiết kế phần mềm, các đặc điểm của RS232 và giao tiếp với hệ thống bằng C#

2.1 Cổng RS232

2.1.1.Cấu trúc cổng nối tiếp

Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có các ưu điểmsau:

 Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song

 Số dây kết nối ít

 Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại

 Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC

 Cho phép nối mạng

 Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính làm việc

 Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản

Các thiết bị ghép nỗi chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (DataCommunication Equipment) DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bịtiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển,… Việc trao đổi tín hiệu thông thườngqua 2 chân RxD và TxD Các tín hiệu còn lại có chức năng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trìnhtruyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay(handshake) Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắttay là có thể kiểm soát đường truyền

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS232 của EIA Chuẩn RS232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ 3V đến -25V, mức logic 0 ứng với điện áp từ 3v đến 25v và có khả năng cung cấp dòng từ 10mA đến20mA Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch

Chuẩn RS232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn thì

có thể lên đến 115.200 bps

Các phương thức kết nối giữa DTE và DCE:

- Đơn công(simplex connection): dữ liệu truyền đi theo 1 hướng

- Bán song công(half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm thì chỉ truyền theo 1 hướng.

- Song công(full-duplex): số liệu được truyền theo đồng thời 2 hướng

Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark(điện áp -10v) Khi bắt đầu truyền, DTE

sẽ đưa ra xung Start (space:10v) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xungStop(mark: -10v) để khôi phục trạng thái đường truyền

Các đặc tín của chuẩn RS232 như sau:

 Chiều dài cable cực đại: 15m

19200 bps

Hình 4.Sơ đồ chân cổng nối tiếp

Các cổng COM có hai dạng : đầu nối DB25 và đầu nối DB9 mô tả như hình trên

Khi lập trình kết nối, ta chỉ cần chú ý đến chân TxD-chân truyền dữ liệu ( chân 2 ở DB25 và 3 ở DB9) và chân RxD-chân nhận dữ liệu ( chân 3 ở DB25 và chân 2 ở DB9).

2.1.2 Truyền thông giữa 2 nút

Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp :

Hình 5.Sơ đồ đấu nối cổng COM

 Sơ đồ trên nói lên rằng khi kết nối giữa 2 COM ta phải đấu chéo các chân với nhau

2.1.3.Giao tiếp UART

Thuật ngữ USART trong tiếng anh là viết tắt của cụm từ: Universal Symchronous &Asynchronous Serial Receiver and Tranmitter, nghĩa là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và khôngđồng bộ Khái niệm USART thường để chỉ thiết bị phần cứng (device , hardware), không phải chỉ mộtchuẩn giao tiếp USART hay USRT cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo

ra một chuẩn giao tiếp nào đó Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) trên máy tính cá nhân là sự kết hợpcủa chip UART và chip chuyển đổi mức điện áp Tín hiệu từ chip UART thường theo mức TTL: mứclogic hight là 5, mức low là 0V Trong khi đó, tín hiệu theo chuẩn RS232 trên máy tính các nhânthường là -12V cho mức logic high và +12V cho mức low

Hình 6.Tín hiệu tương đương của UART và RS232

Hình 7.Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp.

Một hạn chế rất dễ nhận thấy khi truyền nối tiếp so với song song là tốc độ truyền và độ chínhxác của dữ liệu khi truyền và nhận vì dữ liệu vần được chia nhỏ thành từng bit khi truyền/nhận , tốc

độ truyền sẽ bị giảm Mặt khác, để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu, bộ truyền và nhận cần cónhững thỏa hiệp hay những tiêu chuẩn nhất định

Khái niệm đồng bộ để chỉ sự báo trước trong quá trình truyền Ví dụ, thiết bị 1 kết nối với

thiết bị 2 bởi 2 đường, một đường dữ liệu và một đường xung nhịp cứ mỗi lần tb1 muốn send 1 bit dữliệu, tb1 điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức thấp lên mức cao báo cho tb2 sẵn sàng nhận mộtbit Bằng cách báo trước này tất cả các bit dữ liệu có thể truyền/nhận một cách dễ dàng với ít rủi rotrong quá trình truyền Tuy nhiên, cách truyền này đòi hỏi ít nhất 2 đường truyền cho 1 quá trình(send hoặc receive ) Giao tiếp giữa máy tính và các bàn phím là một ví dụ của cách kết nối truyềnthông đồng bộ

Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông không đồng bộ chỉ cần một đường truyền cho

một quá trình Khung dữ liệu đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báotrước dữ liệu đến ví dụ 2 thiết bị đang giao tiếp với nhau theo phương pháp này, chúng thỏa thuận vớinhau rằng cứ 1ms thì sẽ có 1 bit dữ liệu truyền đến, như thế thiết bị nhạn chỉ cần kiểm tra và đọcđường truyền mỗi mili-giây để đọc các bit dữ liệu và sau đó kết hợp chúng lại thành dữ liệu có ýnghĩa Truyền thông không đồng bộ vì thế hiệu quả hơn truyền thông đồng bộ (không cần nhiều line).Tuy nhiên, để quá trình truyền thành công thì việc tuân thủ các tiêu chuẩn truyền là hết sức quantrọng

Các khái niệm trong truyền thông không đồng bộ:

Baud rate(tốc độ Baud): như trong ví dụ trên về việc truyền 1 bit trong 2 ms, ta sẽ thấyrằng để việc truyền nhận không đồng bộ thành công thì các thiết bị tham gia phải thống nhất với nhau

về khoảng thời gian dành cho 1 bit truyền hay nói cách khác là tốc độ truyền phải được cài đặt nhưnhau trước Tốc độ này gọi là tốc độ Baud Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây

Frame(khung truyền): do truyền thông nói tiếp nhất là nối tiếp không đồng bộ rất dễ mấthoặc sai lệch dữ liệu, quá trình truyền thông theo kiểu này phải tuân theo một số quy cách nhất định.Bên cạnh tốc độ Baud, khung truyền là một yếu tốc hết sức quan trọng tạo nên sự thành công khitruyền và nhận Khung truyền bao gồm các quy định về số bit truyền tỏng mỗi lần, các bit báo hưStart và bit Stop, các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit trong một data cũng được quyđịnh bởi khung truyền giống như hình 1

Start bit: start bit là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức năngbáo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới

Databit: data hay dữ liệu cần truyền là thông tin mà chúng ta cần gửi và nhận Data khôngnhất thiết phải là gói 8 bit, với giao tiếp vi điều khiển thì ta có thể quy định số lượng bit tương ứngcủa data là 5,6,7,8 hoặc 9 tương tự cho hầy hết các thiết bị hỗ trợ UART KHÁC) Trong truyền thôngnối tiếp UAR, bit có ảnh hưởng nhỏ nhất (LSB-Least Significant, bit bên phải) của data sẽ đượctruyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng lớn nhất ( MSB-Most Significant Bit, bit bên trái)

Parity bit: parity là bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách tương đối) Có

2 loại bit parity là parity chẵn(even) và lẻ(odd) Parity chẵn nghĩa là số lượng 1 trong dữ liệu bao gồmbit parity luôn là số chẵn Ngược lại tổng số lượng các số 1 trong parity lẻ luôn là số lẻ Parity khôngphải là bit bắt buộc, vì thế chúng ta có thể lại bit này khỏi khung truyền

Stop bits: stopbit là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận biết rằng một gói dữ liệu đã đượcgửi xong Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền để đảm bảotính chính xác của dữ liệu Stop bits là các bits bắt buộc xuất hiện trong khung truyền với số lượng là1,1.5,2,2.5

2.2.Các đặc điểm phần mềm

2.2.1 Nguyên lý

Hình 8.Sơ đồ tối giản hệ thống TDS

Hình 9.Mặt cắt nghiêng của phương tiện

Sự nhận biết ra hình ảnh mặt nghiêng (Profile) của phương tiện thực hiện nhờ hệ thống sensor (Light Curtain) gắn trên cổng ra vào Hệ thống xử lý của AVC sẽ nhận được bản tin gửi lên từ cảm biến Từ đó, ta vẽ lên được mặt cắt của phương tiện giao thông tại thời điểm đó Cứ tiếp tục như thế, các cảm biến với thời gian bặt tắt rất ngắn sẽ vẽ được một cách tương đối chính xác hình ảnh của vật thể cho đến khi nó đi qua hết

Hình 10.Cổng ra /vào có cảm biến quét

2.2.2.Tiêu chí phân lo i xe ại xe

Việc phân loại xe phụ thuộc vào một hay kết hợp nhiều đặc tính vật lý của xe: kích thước xe dài, rộng, cao; tải trọng xe; số khung xe, khoảng cách giữa các khung, xe một bánh hay hai bánh…

-Để đảm bảo hệ thống phân loại tự động đơn giản và hiệu quả, phương án phân loại xe phụ thuộc vào bốn thông số chính:

- Tốc độ xe đi tới

- Đếm số trục xe

- Khoảng cách giữa các trục xe

- Chiều dài xe

Để phân loại xe, dựa trên danh mục phân loại xe theo kích thước của chuẩn phân loại Áo

Hình 11.Bảng phân loại theo kích thước các loại xe

Với 12 kiểu xe có thể phân loại

Hình 12.Các loại xe có thể phân loại

2.2.3 S d ng ph n m m ử dụng phần mềm ụng phần mềm ần mềm ềm

Giao diện phần mềm:

Hình 13.Giao diện tổng quan phần mềm

Giao diện phần mềm gồm các phần

 Bảng điều khiển: chứa các tùy chọn thông số của cổng nối tiếp RS232

 Ma trận các ô: hiển thị hình ảnh profile của phương tiện khi được cảm biến quét

 Bảng các thông số xe: các thông số dùng để phân loại như chiều dài, khoảng cách trục, vận tốc xe, số trục xe…

 Thanh trạng thái: hiện thị trạng thái kết nối của phần mềm với hệ thống

Quản lý RS232 _Control:

1) Khi chạy phần mềm, status sẽ thông báo chọn một cổng com để kết nối, kèm theo đó là các thông số của cổng COM mà khi triển khai thật sẽ tích hợp vào

hệ thống, các thông số này sẽ được mặc định luôn 2) Bấm nút “Kết nối” và phần mềm đã có thể nhận và xử lý dữ liệu từ hệ thống

Hình 14.Demo hình ảnh profile của phương tiện

III.Kết luận

Xuất hiện từ khá lâu trên thế giới, các hệ thống phân loại phương tiện giao thông tự động theonhiều cách khác nhau đang có những đóng ghóp rất lớn vào công việc quản lý phương tiện, giảm bớt gánh nặng về thời gian và chi phí cho cơ sở hạ tầng giao thông

Ở Việt Nam, các hệ thống này vẫn tương đối mới mẻ Hầu hết các hệ thống từng áp dụng trênthế giới đều khó có thể triển khai ở nước ta do chi phí đắt, đặc thù giao thông ở ta phức tạp, lộn xộn, các phương tiện không đi theo làn riêng

Hy vọng rằng trong tương lai không xa, đề tài Hệ thống AVC TDS có thể triển khai, khắc phục được các nhược điểm này và kèm theo đó sẽ là sự mở rộng hơn về các tính năng và độ chính xáccủa phần mềm quản lý hệ thống

Danh mục tài liệu tham khảo: