Hệ thống cảnh báo quên người trên xe và hệ thống chiếu sáng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN NGƯỜI TRÊN XE VÀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn Th S Nguyễn Văn Bản 30 08 2021 SVTH Nguyễn Châu Toàn MSSV 1711251543 Lớp 17DOTB5 Nguyễn Đồng Chí Ý MSSV 1711251601 Lớp 17DOTB5 Võ Đức Mạnh MSSV 1711251884 Lớp 17DOTB5 TP Hồ Chí Minh, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN NGƯỜI TRÊN XE.

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Tính cấp thiết của đề tài

Ngành công nghiệp sản xuất ô tô đang phát triển nhanh chóng cả trên thế giới và trong nước, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Sự phát triển của ngành này sẽ là động lực mạnh mẽ giúp đất nước hoàn thành công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hướng tới mục tiêu trở thành một quốc gia phát triển.

Việt Nam đã tham gia vào ngành công nghiệp ô tô với thương hiệu VinFast, được thành lập vào năm 2017 và đã gặt hái nhiều thành công Sự phát triển của ngành ô tô phụ thuộc vào ứng dụng khoa học công nghệ, đặc biệt trong bối cảnh ngành này đã trải qua những thay đổi lớn trong 20 năm qua Hệ thống điện và điện tử trong xe hơi đã phát triển mạnh mẽ, với sự chú trọng đặc biệt vào hệ thống an toàn Nghiên cứu và phát triển hệ thống an toàn là rất quan trọng, nhằm đáp ứng nhu cầu và mang lại sự an tâm cho người tiêu dùng khi sử dụng xe.

Một tính năng an toàn quan trọng giúp người lái yên tâm khi rời khỏi xe là khả năng nhắc nhở về việc có trẻ em hoặc vật nuôi bên trong Việc quên trẻ em trong xe đã trở nên phổ biến, thường do sự lơ là của cha mẹ hoặc do học sinh ngủ quên khi tài xế ra ngoài và khóa cửa Những sự bất cẩn này có thể dẫn đến những tình huống nguy hiểm, thậm chí gây tử vong cho trẻ nhỏ hoặc học sinh tiểu học.

Chúng em đã quyết định chọn đề tài “Hệ thống cảnh báo quên người trên xe và tích hợp cùng với hệ thống chiếu sáng trên ô tô” vì tính khả thi của nó Mục tiêu của chúng em là thiết kế một mô hình không chỉ phục vụ cho việc học tập mà còn có thể ứng dụng vào thực tiễn.

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Trong hai năm qua, chúng em đã nghiên cứu về tình trạng trẻ em thiệt mạng do bị bỏ quên trên xe Theo thống kê của tổ chức Kids and Cars tại Mỹ, trung bình mỗi năm có 38 trẻ em tử vong vì lý do này, với kỷ lục 52 trẻ vào năm 2018 Điều đáng lo ngại là, mặc dù Mỹ là một quốc gia hiện đại với công nghệ phát triển, nhưng tình trạng này vẫn xảy ra mà chưa có giải pháp hiệu quả Tại Việt Nam, sự việc gần đây nhất là bé trai bị bỏ quên và thiệt mạng trên xe đưa đón học sinh tại trường Gateway.

Vì thế nên nội dung của đề tài này rất cấp thiết để giải quyết được vấn đề này

Mô hình hệ thống cảnh báo quên người trên xe giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các hệ thống an toàn của ô tô, đồng thời giảm thiểu nguy cơ xảy ra những sự cố không mong muốn trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là đối với trẻ nhỏ.

Mô hình hóa hệ thống chiếu sáng giúp nâng cao hiểu biết của sinh viên về hệ thống điều khiển trên ô tô

Là mô hình giúp cho các khóa sau tham khảo cũng như phát triển thêm các tính năng vượt bậc cho hệ thống

Giúp chúng em hoàn thành bài báo cáo để tốt nghiệp

1.1.4 Lí do chọn đề tài Đã có không ít cái chết xảy ra khi trẻ bị người lớn bỏ lại trong xe ô tô giữa thời tiết nắng nóng, và để góp phần khắc phục vấn đề này, nhiều thương hiệu ô tô lớn đang tính toán để trang bị cho xe tính năng cảnh báo nếu người lớn để trẻ nhỏ lại một mình trong xe Cùng với sự hiểu biết của chúng em qua những môn đã học ở trường thì chúng em quyết định phát triển về điểm mạnh của mình đó là làm ra mô hình cảnh báo quên người trên xe và có thể ứng dụng thực tiễn lên trên xe.

Tình hình nghiên cứu

Hiện nay, nhiều hãng xe trên thế giới đã áp dụng hệ thống nhắc nhở hành khách ở hàng ghế sau với các tên gọi và phương thức điều khiển khác nhau, như Nissan với "Rear Door Alert", Toyota, GM với "Rear Seat Reminder", IEE với "Vita Sense", Remmy và "Rear Occupant Alert".

Nissan đã phát triển một hệ thống giám sát thông minh, hoạt động dựa trên nguyên lý theo dõi việc đóng mở cửa sau của xe Hệ thống này sẽ phát tín hiệu cảnh báo trên cụm điều khiển nếu phát hiện cửa sau được mở trước khi xe khởi hành nhưng không có hành động mở cửa sau khi xe đã dừng Nếu tài xế không phản hồi với cảnh báo và rời khỏi xe mà không mở cửa sau, hệ thống sẽ tự động kích hoạt còi xe để thu hút sự chú ý, nhằm đảm bảo an toàn cho hành khách ở hàng ghế sau.

Công ty IEE sử dụng công nghệ sóng vô tuyến tần số 24 GHz để phát hiện sự hiện diện của trẻ em ngủ trên xe Công nghệ này có khả năng nhận biết hơi thở và các hành động nhỏ nhất của em bé, giúp đảm bảo an toàn cho trẻ trong xe.

Trong một số trường hợp, ghế dành cho trẻ sơ sinh được trang bị hệ thống cảm biến điện dung hoặc cảm biến cân nặng đặt dưới ghế để nhận diện sự hiện diện của người trong xe.

- Tình hình hiện nay ở việt nam thì cũng đã ứng dụng vào trên xe ô tô bằng một số phương pháp như:

Hệ thống ô tô sử dụng cảm biến khoảng cách để xác định xem tài xế có còn ở trong xe hay không, kết hợp với cảm biến hồng ngoại để phát hiện chuyển động Nếu cảm biến khoảng cách không nhận diện tài xế nhưng cảm biến hồng ngoại phát hiện có người trên xe, hệ thống sẽ tự động kích hoạt.

Phương pháp sử dụng cảm biến cân nặng dưới ghế tài xế giúp nhận biết tín hiệu của tài xế khi ngồi trên ghế Nếu cảm biến này không phát hiện tín hiệu từ tài xế nhưng cảm biến hồng ngoại lại nhận diện có người trong xe, còi xe sẽ tự động kêu lên để cảnh báo.

Các phương pháp hiện tại để bảo vệ trẻ em trong xe hơi có một số nhược điểm Cụ thể, nếu trẻ em bị kẹt trong xe và chạy lên chỗ tài xế, hệ thống xác định có người lái sẽ ngừng hoạt động, dẫn đến việc không phát ra cảnh báo Điều này có thể tạo ra tình huống nguy hiểm hơn cho trẻ em.

Mục tiêu nghiên cứu

Giúp nắm bắt lượng kiến thức và tăng sự hiểu biết của bản thân từ những môn học chuyên ngành thông qua quá trình làm đồ án

Sau khi học các môn như điện-điện tử, vi điều khiển và các môn chuyên ngành, chúng em chưa có cơ hội ứng dụng thực tế Thông qua đồ án này, ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp, chúng em mong muốn hiểu biết sâu hơn và áp dụng kiến thức đã học Đồng thời, chúng em cũng muốn phát triển thêm một tính năng mới trên xe nhằm phục vụ tốt hơn cho người sử dụng.

Cho chúng em những trải nghiệm thực tế để có những cảm nghiệm về những gì đã học trong trường

Giải quyết các vấn đề xã hội bằng kiến thức chuyên ngành giúp ngăn chặn những sự cố không mong muốn như quên người hoặc động vật trong xe Hệ thống còn tích hợp tính năng chống trộm, tự động cảnh báo tài xế khi có dấu hiệu đột nhập vào xe.

Tạo ra được sản phẩm về thương mại phụ vụ cho cuộc sống.

Các kết quả hướng tới

- Hoàn thành được đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn

- Hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống cảnh báo quên người trên xe và hệ thống chiếu sáng trên xe

Sử dụng thành thạo các phần mềm hỗ trợ như Arduino, Proteus và SolidWorks là rất quan trọng trong việc vẽ mạch điện, mô phỏng và viết chương trình điều khiển Những công cụ này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế mà còn nâng cao hiệu quả trong việc phát triển các dự án kỹ thuật.

- Thi công thành công mô hình từ có hiểu thêm được nhiều kiến thức mới thông qua quá trình thi công mô hình

- Có thể đưa sản phẩm này ra thị trường để giải quyết các vấn đề đã nêu ở trên

- Biết được chỗ mua và cách mua linh kiện với mức giá hợp lý.

Nhiệm vụ, yêu cầu của đề tài

Ngay cả khi nhiệt độ ngoài trời chỉ 16⁰C, nhiệt độ trong xe có thể nhanh chóng đạt mức nguy hiểm cho sức khỏe con người Từ năm 1998, Mỹ đã ghi nhận ít nhất 800 trường hợp trẻ em thiệt mạng do sốc nhiệt khi bị bỏ quên trong ô tô, trung bình 38 vụ mỗi năm Để ngăn chặn tình trạng này, phụ huynh và tài xế nên hình thành thói quen kiểm tra ghế sau trước khi rời xe, đặt một vật quan trọng bên cạnh trẻ và yêu cầu người trông trẻ thông báo nếu không thấy trẻ đến nơi đúng giờ Ngoài ra, cần nhớ khóa xe, dạy trẻ cách bấm còi khi cần giúp đỡ và không để chìa khóa trong tầm tay trẻ Hệ thống cảnh báo quên người trên xe sẽ thông báo cho tài xế nếu họ rời khỏi xe mà không kiểm tra phía sau, kèm theo đèn chiếu sáng và còi báo động.

- Hệ thống phải được điều hành một cách trơn chu, ổn định và chính xác

- Phải thông báo kịp thời đến cho chủ xe hoặc tài xế để kịp thời tới kiểm tra và giải cứu cho người gặp nạn kịp thời.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên mạng hay thực tiễn, sách vở

- Phương pháp tổng hợp, so sánh, phân tích

- Phương pháp đúng và sai

❖ Các dụng cụ hỗ trợ:

- Phần mềm office: world, powerpoint;

- Phần mềm mô phỏng proteus;

- Phần mềm thiết kế khung solidwork.

Cấu trúc của đề tài

Trong báo cáo, nhóm nghiên cứu đã trình bày một cách logic để người đọc dễ dàng hiểu về kiến thức, phương thức và hoạt động của đề tài Bố cục báo cáo được chia thành 6 chương.

CHƯƠNG 1: Giới thiệu tổng quát về đề tài

CHƯƠNG 2: Tổng quan các giải pháp

CHƯƠNG 3: Cấu tạo của hệ thống cảnh báo quên người trên xe và hệ thống chiếu sáng

CHƯƠNG 4: Thiết kế hệ thống

CHƯƠNG 5 : Thi công mô hình

CHƯƠNG 6: Đánh giá và kết luận

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

Kế hoạch thiết kế

Chúng em đã định hướng thiết kế hệ thống cảnh báo quên người trên xe, tích hợp với hệ thống chiếu sáng thông minh Đề tài tập trung vào việc giải quyết vấn đề xã hội nghiêm trọng liên quan đến việc bỏ quên trẻ em, học sinh trên xe, nhằm giảm thiểu hậu quả nghiêm trọng mà tình trạng này gây ra hiện nay.

Sau khi xác định trọng tâm chính của đồ án tốt nghiệp là thiết kế hệ thống cảnh báo quên người trên xe, chúng tôi bắt đầu nghiên cứu và lựa chọn các phương án thực hiện Chúng tôi lập kế hoạch phân chia công việc, tổ chức làm việc nhóm online và xây dựng bảng tiến độ để theo dõi tiến trình thực hiện Đồng thời, chúng tôi giám sát công việc theo bảng tiến độ đã đề ra Cuối cùng, chúng tôi tiến hành kiểm tra mô hình vật lý, thực hiện mô phỏng và rà soát báo cáo để thực hiện các chỉnh sửa và cải thiện hợp lý.

Ý tưởng

Ý tưởng trước khi thực hiện đồ án là rất quan trọng, đặc biệt là trong việc xác định cảm biến nhận biết tài xế ra khỏi xe Chúng em đã gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa người ngồi nghỉ ngơi và người bị mắc kẹt trong xe Việc làm rõ điều này trước khi bắt đầu đồ án giúp tránh những sai lầm trong quá trình thực hiện Trước khi quyết định sử dụng cảm biến quên người trên xe bằng cảm biến chuyển động hồng ngoại kết hợp với cảm biến gập gương, chúng em đã xem xét một số ý tưởng khác.

Ý tưởng đầu tiên là sử dụng cảm biến khối lượng loadcell 10kg kết hợp với cảm biến chuyển động hồng ngoại để cảnh báo người quên trong xe Loadcell có khả năng nhận biết xem tài xế có còn trong xe hay không, nhờ vào việc chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu Với kích thước nhỏ gọn và độ chính xác cao, cảm biến này có thể dễ dàng thay đổi thông số để phù hợp với nhu cầu sử dụng Cảm biến sẽ được đặt dưới ghế tài xế để xác định sự hiện diện của người lái Khi tài xế rời khỏi xe, loadcell sẽ gửi tín hiệu về Arduino, kích hoạt cảm biến chuyển động quét trong khoang xe Nếu không có người, hệ thống sẽ không hoạt động, nhưng nếu có người, Arduino sẽ kích hoạt các bộ phận cảnh báo như còi, tin nhắn, cuộc gọi và đèn tín hiệu để nhắc nhở tài xế về sự hiện diện của người trong xe, nhằm bảo vệ trẻ em và những người gặp nạn.

Trong quá trình phát triển ý tưởng, nhóm chúng em đã gặp phải một số nhược điểm khi thử nghiệm mô hình Đầu tiên, nếu trẻ em hoặc học sinh bị mắc kẹt trên xe, người gặp nạn có thể chạy lên ghế tài xế để tìm lối thoát, khiến cảm biến khối lượng không thể phân biệt được giữa trẻ em và tài xế, dẫn đến việc mạch không hoạt động Thứ hai, trong trường hợp tài xế nghỉ ngơi không ngồi ở ghế tài, mà có thể ngồi ở ghế phụ hoặc ghế sau, cảm biến khối lượng dưới ghế tài xế sẽ nhận thấy không có tài xế và mạch sẽ hoạt động, mặc dù tài xế vẫn ở trong xe Điều này yêu cầu phải lắp đặt cảm biến khối lượng ở nhiều vị trí khác nhau, làm cho hệ thống trở nên phức tạp hơn và khó khăn trong việc xác định có đồ vật nặng trên ghế hay không Do những nhược điểm này, chúng em đã quyết định loại bỏ ý tưởng kết hợp cảm biến khối lượng loadcell và cảm biến chuyển động để cảnh báo quên người trong xe.

Ý tưởng thứ hai là sử dụng cảm biến nồng độ oxy kết hợp với cảm biến chuyển động để cảnh báo quên người trong xe Cảm biến nồng độ oxy có khả năng phát hiện mức oxy trong không khí thông qua nguyên tắc điện, giúp xác định liệu nồng độ oxy có xuống quá thấp hay không Với độ chính xác và độ nhạy cao, cảm biến này sẽ hoạt động ngay cả khi xe tắt máy Nếu nồng độ oxy giảm xuống dưới mức nguy hiểm, mạch điều khiển Arduino sẽ kích hoạt cảm biến chuyển động Nếu phát hiện có người trong xe, hệ thống sẽ gửi cảnh báo qua còi, tin nhắn, cuộc gọi đến số điện thoại tài xế và đèn cảnh báo Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện mô hình, chúng tôi nhận thấy rằng nếu có cửa sổ hoặc bộ phận nào đó thoát khí, nồng độ oxy sẽ không giảm, và nhiệt độ trong xe có thể tăng cao, dẫn đến nguy cơ sốc nhiệt, rất nguy hiểm cho trẻ em.

Ý tưởng thứ ba là kết hợp tín hiệu từ chìa khóa cơ của cửa xe và cảm biến chuyển động để cảnh báo việc quên người trên xe Chúng tôi sử dụng tín hiệu từ một số xe chở học sinh đời cũ chưa trang bị chìa khóa thông minh Khi tài xế ra ngoài và khóa xe bằng chìa khóa, mạch điều khiển Arduino sẽ nhận tín hiệu từ chìa khóa Sau đó, mạch điều khiển sẽ cấp nguồn cho cảm biến chuyển động hoạt động, giúp quét xem có người bên trong xe hay không, từ đó đưa ra cảnh báo nếu có người bị bỏ quên.

Khi thực hiện mô hình thực tế, chúng em gặp nhiều khó khăn trong việc thu nhận tín hiệu từ chìa khóa cơ Hơn nữa, tín hiệu từ chìa khóa xe không thể xác định chính xác 100% liệu tài xế có còn trong xe hay không Điều này dẫn đến hoạt động của mạch cảnh báo quên người trên xe trở nên không ổn định và thiếu chắc chắn.

Việc phát triển ý tưởng cho đồ án là rất quan trọng; chúng tôi đã trải qua nhiều ý tưởng nhưng nhận thấy nhiều sai sót khi thực hiện mô hình Từ đó, chúng tôi đã rút ra ý tưởng tối ưu: sử dụng cảm biến hồng ngoại kết hợp với tín hiệu gập gương và tín hiệu khóa cửa từ chìa khóa thông minh để phát hiện người bị mắc kẹt trong xe Tín hiệu khóa cửa cho biết trạng thái xe, trong khi tín hiệu gập gương xác nhận tài xế có còn trong xe hay không Ý tưởng này giúp giảm thiểu rủi ro so với các phương án trước đó, vì vậy chúng tôi quyết định triển khai nó cho đồ án tốt nghiệp.

Lựa chọn các phương án thiết kế

Qua quá trình lựa chọn những ý tưởng để thiết kế thì chúng em có một số phương pháp thiết kế sau:

- Thiết bằng phương pháp phân tích: chúng em chia hệ thống chính thành nhiều hệ thống nhỏ rồi phân tích, nghiên cứu từng bộ phận trong đó

+ Ưu điểm: Có kết quả của từng bộ phận nhanh chóng và cẩn thận, chính xác giúp cho đề tài vững chắc hơn khi ghép lại

+ Nhược điểm: Khi kết hợp nhiều công cụ lại để lắp ghép mô hình và cũng tốn thời gian hơn khi chỉnh chu từng bộ phận

- Thiết kế bằng phương pháp so sánh: Chúng em sẽ đưa ra những phương án phù hợp với đề tài để kích hoạt được hệ thống

Việc đưa ra nhiều phương án lựa chọn giúp người dùng nhận diện rõ ràng ưu điểm và nhược điểm của từng phương án Từ đó, chúng ta có thể tìm ra giải pháp phù hợp nhất bằng cách kết hợp những điểm mạnh của các lựa chọn khác nhau.

Một trong những nhược điểm chính là yêu cầu phải có nhiều ý tưởng đa dạng để tìm ra các phương án, điều này có thể tốn nhiều thời gian Hơn nữa, việc kết hợp những ưu điểm của từng phương án thường gặp khó khăn và phức tạp.

Chúng em tiến hành thiết kế bằng cách tìm kiếm tài liệu từ mạng và sách vở chuyên ngành Qua việc nghiên cứu các kiến thức liên quan đến đề tài, chúng em thu thập những thông tin cần thiết để xây dựng hệ thống một cách hiệu quả.

+ Ưu điểm: Các nội dung tìm được qua sách vở chuyên ngành có tính thực tiễn cao do đó có thể giúp ích được cho đề tài rất nhiều

+ Nhược điểm: Tài liệu kiếm được còn thiếu, chưa đáp ứng được toàn bộ những gì chúng em muốn tìm hiểu

Chúng em đã áp dụng phương pháp loại trừ trong thiết kế, bắt đầu với nhiều ý tưởng cho đề tài Qua đó, chúng em nhận diện được ưu và nhược điểm của từng hệ thống, từ đó lựa chọn giải pháp tối ưu nhất.

Ưu điểm của phương pháp này là khả năng loại trừ những lựa chọn không đáp ứng đủ nhu cầu của hệ thống, từ đó giúp chúng em lựa chọn phương án tối ưu và phù hợp nhất Tuy nhiên, nhược điểm là mặc dù đã xác định được phương án cụ thể, nhưng vẫn có thể còn những thiếu sót cần khắc phục để đáp ứng đầy đủ yêu cầu Do đó, việc so sánh và tổng hợp các ưu điểm của từng ý tưởng là cần thiết để hình thành một phương án thích hợp hơn.

CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN NGƯỜI TRÊN XE VÀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo quên người trên xe

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo quên người trên xe

Hệ thống cảnh báo quên người trên xe bao gồm ba khối chính: giám sát, xử lý và chấp hành Khối giám sát phát hiện tín hiệu và truyền về khối xử lý, hoạt động khi tắt công tắc máy Trong khối này, bộ khóa cửa giám sát trạng thái cửa tài, chỉ hoạt động khi cửa đóng Để xác định tài xế có rời khỏi xe hay không, hệ thống sử dụng tín hiệu từ bộ gập gương, chỉ hoạt động khi gương được gập lại bằng cách bấm nút khóa trên chìa khóa thông minh Để giám sát sự hiện diện của trẻ em hoặc vật nuôi trong xe, cảm biến chuyển động hồng ngoại SR602 được sử dụng để phát hiện chuyển động của vật thể sống và gửi tín hiệu về khối xử lý thông tin.

Sau khi nhận tín hiệu chuyển động từ cảm biến hồng ngoại, vi điều khiển Arduino sẽ xử lý thông tin và so sánh với chương trình điều khiển đã được lập trình Nếu tín hiệu đầu vào khớp với chương trình, mạch sẽ xuất tín hiệu điều khiển khối chấp hành hoạt động Khối chấp hành bao gồm mô-đun SIM 800L, đèn tín hiệu và còi báo, giúp thu hút sự chú ý của mọi người xung quanh để giải cứu người còn trong xe khi tài xế không có mặt Mô-đun SIM 800L với kích thước nhỏ gọn và khả năng kết nối từ xa, cho phép gửi tin nhắn và gọi điện cho tài xế, thông báo rằng vẫn còn người trong xe Khi tài xế phát hiện có người trong xe và bấm mở khóa trên chìa khóa thông minh, hệ thống sẽ ngưng hoạt động.

Cấu tạo hệ thống cảnh báo quên người trên xe

Arduino là nền tảng mã nguồn mở lý tưởng cho việc phát triển các dự án điện tử Nó bao gồm bảng mạch lập trình (vi điều khiển) và phần mềm trên máy tính, cho phép người dùng viết mã và tải chương trình từ máy tính lên Arduino.

Hình 3.2: Hình ảnh cấu tạo các chân của Arduino [46]

Nguồn (USB / Đầu cắm nguồn cái)

Arduino có thể được cấp nguồn thông qua cáp USB hoặc đầu cắm nguồn cái, kết nối vào chân VIN và GND Trong hình minh họa, cổng USB được đánh số (1) và đầu cắm nguồn cái được đánh số (2).

- Tuy nhiên không sử dụng nguồn điện lớn hơn 20V sẽ làm hư Arduino Điện áp thích hợp cho hầu hết các mô hình Arduino là từ 6 đến 12V

Chân (5V, 3,3V, GND, Analog, PWM, AREF)

Các chân trên Arduino là điểm kết nối để xây dựng mạch, cho phép liên kết bo mạch với các linh kiện thông qua các đầu cắm bằng nhựa đen Mỗi loại chân trên Arduino được đánh dấu rõ ràng trên bo mạch và phục vụ cho các chức năng khác nhau, giúp người dùng dễ dàng thiết lập và lắp ráp dự án điện tử.

- GND (3): Viết tắt của ‘Ground’ là chân nối mát, có thể sử dụng bất kỳ chân nào để nối đất cho mạch

- Chân 5V (4) và chân 3,3V (5): Chân 5V cấp nguồn 5V, và chân 3,3V cấp nguồn 3,3V Hầu hết các linh kiện sử dụng với Arduino chạy ổn định ở 5V hoặc 3,3V

Khu vực các chân được đánh dấu 'Analog In' (A0 đến A5 trên UNO) là nơi nhận tín hiệu đầu vào, cho phép đọc dữ liệu từ các cảm biến tương tự như cảm biến nhiệt độ Các chân này chuyển đổi tín hiệu tương tự thành giá trị số, giúp chúng ta dễ dàng theo dõi và xử lý thông tin.

Các chân digital từ 0 đến 13 được sử dụng cho cả đầu vào và đầu ra Chúng có thể nhận biết nút nào được nhấn và điều khiển các thiết bị điện như đèn.

PWM (Pulse Width Modulation) được ký hiệu bằng dấu ngã (~) bên cạnh các chân số 3, 5, 6, 9, 10 và 11 trên board Arduino UNO Những chân này không chỉ hoạt động như các chân digital thông thường mà còn cho phép điều chỉnh độ rộng xung, giúp kiểm soát độ sáng đèn LED hoặc tốc độ động cơ một cách hiệu quả.

AREF (9) là viết tắt của tham chiếu analog, thường ít được sử dụng trong các mạch điện Chân này có thể được sử dụng để thiết lập điện áp tham chiếu bên ngoài trong khoảng từ 0 đến 5V, nhằm xác định giới hạn trên cho các chân analog đầu vào.

Nếu nhấn nút này sẽ tạm thời kết nối chân reset với đất và khởi động lại bất kỳ mã nào được nạp trên Arduino Đèn LED báo nguồn

Dưới và bên phải từ “UNO” trên bảng mạch, có một đèn LED nhỏ bên cạnh chữ ‘ON’ (11) để báo hiệu rằng Arduino đã được cấp nguồn điện Đèn LED RX TX cũng có vai trò quan trọng trong việc hiển thị trạng thái kết nối.

TX là viết tắt của truyền và RX là viết tắt của nhận, thường xuất hiện trên các thiết bị điện tử để chỉ các chân giao tiếp nối tiếp Trong đó, chân số 0 là RX, chân số 1 là TX, và hai đèn LED báo hiệu RX, TX nằm ở chân số 12 Những đèn LED này cung cấp chỉ dẫn trực quan khi Arduino thực hiện việc nhận hoặc truyền dữ liệu.

IC hay mạch tích hợp trên Arduino thường có màu đen với các chân kim loại, được xem như bộ não của thiết bị Các loại IC trên các bo mạch Arduino khác nhau thường là dòng ATmega từ công ty ATMEL Việc nhận biết loại IC và bo mạch là rất quan trọng trước khi tải lên một chương trình, vì nó ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của thiết bị Điều chỉnh điện áp cũng là một yếu tố cần lưu ý trong quá trình sử dụng.

Bộ điều chỉnh điện áp (14) đảm nhiệm việc điều chỉnh điện áp cung cấp cho bo mạch Arduino, giúp bảo vệ mạch khỏi những điện áp phụ có thể gây hại Lưu ý rằng không nên cấp điện cho Arduino với mức cao hơn 20V.

Phần cứng và phần mềm Arduino được phát triển dành cho nghệ sĩ, nhà thiết kế, lập trình viên và bất kỳ ai đam mê tạo ra các đối tượng hoặc môi trường tương tác Với khả năng tương tác với nhiều thiết bị như nút bấm, đèn LED, động cơ, loa, GPS, máy ảnh, mạng, và cả điện thoại thông minh hoặc TV, Arduino mang đến sự linh hoạt vượt trội Hơn nữa, phần mềm Arduino hoàn toàn miễn phí, trong khi các bo mạch phần cứng có giá cả phải chăng và dễ dàng để học hỏi.

3.2.2 Cảm biến chuyển động hồng ngoại

3.2.2.1 Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại

Trong cơ thể sống, nhiệt độ thường duy trì ở mức 37⁰C, và cơ thể phát ra tia nhiệt hay tia hồng ngoại Các tia này được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ tế bào điện, từ đó tạo ra cảm biến phát hiện vật thể nóng đang di chuyển Cảm biến này được gọi là thụ động, vì nó không sử dụng nguồn nhiệt tự phát mà chỉ dựa vào thân nhiệt của các thực thể khác như con người và động vật.

Hình 3.3: Cách thức hoạt động của cảm biến hồng ngoại [9]

Các nguồn nhiệt, bao gồm cả cơ thể người và động vật, phát ra tia hồng ngoại Tia hồng ngoại này được lọc và tiêu thụ bởi hai cảm biến hồng ngoại trong đầu dò, tạo ra điện áp được khuếch đại bởi transistor FET Khi một vật nóng di chuyển qua, hai cảm biến sẽ phát sinh tín hiệu, được khuếch đại để đạt biên độ đủ cao, sau đó gửi vào mạch so áp để kích hoạt thiết bị điều khiển hoặc báo động.

Hình 3.4: Quá trình nhận tín hiệu khi phát hiện có người [10]

Khi có sự chuyển động, cơ thể chúng ta phát ra tia nhiệt từ thân nhiệt Tia nhiệt này được kính Fresnel tập trung mạnh mẽ và sau đó hội tụ vào cảm biến hồng ngoại Do đó, khi chúng ta di chuyển, tín hiệu sẽ xuất hiện và được đưa vào mạch xử lý để thực hiện các tác vụ điều khiển hoặc báo động.

3.2.2.2 Cấu tạo của hệ thống cảm biến chuyển động hồng ngoại

➢ Cấu tạo gồm có: thấu kính Fresnel, bộ lọc cắt tia hồng ngoại, cảm biến pyroelectric, nắp chụp mắt cảm biến, 1 chân tín hiệu, 1 chân nguồn, 1 chân mát

Hình 3.5: Cảm biến hồng ngoại sr602 [11]

▪ Điện áp hoạt động: 5 ÷ 12V DC (khuyên dùng 5V);

▪ Dòng điện tiêu thụ: 65 mA;

▪ Điện áp đầu ra: mức cao 3,3V, mức thấp 0V;

▪ Thời gian trễ: điều chỉnh (0,3 ÷ 18 giây);

▪ Phạm vi cảm ứng: góc quét < 100° và xa 7 m;

▪ Kích thước mạch: 32*24 mm, lỗ vít 28 mm, đường kính vít 2 mm, nắp cảm ứng (đường kính) 23 mm

Cấu tạo hệ thống chiếu sáng

3.3.1 Khái quát Đèn sử dụng trên xe được phân loại theo các mục đích: chiếu sáng, tín hiệu và thông báo Ví dụ các đèn đầu được dùng để chiếu sáng khi đi vào ban đêm, các đèn xi nhan để báo cho các xe khác cũng như người đi bộ và các đèn hậu ở đuôi xe để thông báo vị trí của xe Ngoài hệ thống chiếu sáng nói chung, xe còn được trang bị các hệ thống có các chức năng khác nhau tuỳ theo từng thị trường và loại xe

3.3.1.1 Hệ thống đèn đầu Đây là hệ thống cơ bản và quan trọng nhất trên xe, nhằm đảm bảo điều kiện làm việc cho người lái ô tô nhất là vào ban đêm và bảo đảm an toàn giao thông Đèn đầu phải có cường độ sáng lớn nhưng không làm lóa mắt tài xế xe chạy ngược chiều Đèn đầu có hai chế độ: chiếu xa từ 180 ÷ 250 m và chiếu sáng gần từ 50 ÷ 75 m Đèn đầu là một trong những thiết bị tiêu thụ công suất lớn trên ô tô, ở chế độ chiếu xa là 45 ÷

70 W, ở chế độ chiếu gần là 35 ÷ 40 W

3.3.1.2 Hệ thống đèn hậu (Hậu light)

Hệ thống đèn hậu có công dụng nhận biết kích thước phía sau xe và bao gồm các đèn xi nhan, đèn phanh

Hình 3.22: Hệ thống đèn đầu [27]

Hình 3.23: Hệ thống đèn sau [27]

3.3.1.3 Đèn sương mù (Fog lamps)

Hình 3.24: Hệ thống đèn sương mù trước [28]

Trong điều kiện sương mù, việc sử dụng đèn pha chính có thể tạo ra ánh sáng chói, gây cản trở cho các phương tiện đối diện và người đi bộ Để khắc phục tình trạng này, nên sử dụng đèn sương mù, giúp giảm thiểu tình trạng chói mắt Điện áp cho đèn sương mù thường được cung cấp từ sau rơ le đèn kích thước.

Hình 3.25: Hệ thống đèn sương mù sau [28]

Đèn sương mù phía sau là thiết bị quan trọng giúp các phương tiện phía sau nhận biết trong điều kiện tầm nhìn hạn chế Đèn này hoạt động với điện áp lấy từ đèn cốt, và được trang bị một đèn báo trên táp lô để thông báo cho tài xế khi đèn sương mù phía sau đang bật.

3.3.1.4 Hệ thống đèn xi nhan và đèn báo nguy

Hệ thống tín hiệu giúp người lái xe thông báo về việc rẽ và tình trạng hư hỏng của xe, nhằm cảnh báo các phương tiện khác, đặc biệt trong trường hợp xe bị chết máy giữa đường.

3.3.1.5 Hệ thống cảnh báo đèn phía sau

Người lái xe thường không nhận ra khi đèn hậu hoặc đèn phanh bị cháy Để khắc phục vấn đề này, hệ thống cảnh báo đèn phía sau sẽ thông báo cho người lái thông qua một đèn báo trên bảng đồng hồ táp lô Hệ thống này được điều khiển bởi cảm biến hư hỏng đèn, thường được lắp đặt trong khoang hành lý Rờ le báo hư hỏng đèn sẽ xác định tình trạng đèn bằng cách so sánh điện áp khi đèn hoạt động bình thường và khi có sự cố hở mạch.

3.3.1.6 Hệ thống DRL (Đèn chạy ban ngày - Daytime Runing

Hình 3.26: Đèn xi nhan bên phải [31] Hình 3.27: Đèn xi nhan bên trái [30]

Hệ thống này cho phép đèn đầu hoặc cả đèn đầu và đèn hậu tự động sáng khi động cơ khởi động vào ban ngày, giúp tăng khả năng nhận diện cho các phương tiện khác.

Hình 3.29: Hệ thống chuông nhắc nhở [33]

Tại một số quốc gia, luật pháp yêu cầu xe phải trang bị hệ thống đèn chạy ban ngày (DRL) vì lý do an toàn Việc sử dụng đèn liên tục với cường độ sáng cao như ban đêm có thể làm giảm tuổi thọ của bóng đèn Để tăng cường độ bền cho đèn, mạch điện được thiết kế để giảm cường độ sáng khi hệ thống DRL hoạt động.

Hình 3.31: Đèn pha bên phải [34] Hình 3.32: Đèn pha bên trái [34]

❖ Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có các bộ phận sau đây:

Bảng 2: Bảng vị trí các đèn ở trên xe

1 Đèn đầu, đèn sương mù phía trước;

2 Cụm đèn phía sau, đèn sương mù phía sau;

3 Công tắc điều khiển đèn và độ sáng: công tắc đèn xi nhan, công tắc đèn sương mù phía trước và phía sau;

4 Đèn xi nhan và đèn báo nguy;

5 Công tắc đèn báo nguy hiểm;

6 Bộ nhấp nháy đèn xi nhan;

7 Cảm biến báo hư hỏng đèn;

9 Cảm biến điều khiển đèn tự động;

10 Công tắc điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu;

11 Bộ chấp hành điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu;

14 Đèn chiếu sáng khoá điện

Có hai loại hệ thống đèn hậu: loại đèn hậu được nối trực tiếp vào công tắc điều

Hình 3.33: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu [35] khiển đèn và loại có rờ le đèn hậu

Khi công tắc điều khiển đèn được vặn về vị trí “HẬU”, thì các đèn hậu bật sáng

- Loại có rờ le đèn hậu

Khi công tắc điều khiển đèn được đặt ở vị trí “HẬU”, dòng điện sẽ đi vào cuộn dây của rờ le đèn hậu, kích hoạt rờ le và làm cho đèn sáng lên.

Hình 3.34: Hệ thống đèn hậu [40]

3.3.3.2 Hệ thống đèn đầu a Sơ đồ công tắc điều khiển đèn loại dương chờ

Hình 3.35: Sơ đồ công tắc điều khiển đèn đầu loại dương chờ [42]

Nguyên lý hoạt động: Khi bật công tắc LCS (Light Control Switch) ở vị trí Hậu

Dòng điện đi từ:  ắc quy đến W1 đến A2 đến A11 đến mát, cho dòng từ:  ắc quy đến cọc 4, 3’ đến cầu chì đến đèn đến mát, đèn rờ mi sáng

Khi công tắc được bật ở vị trí ĐẦU, mạch đèn đờ mi vẫn hoạt động bình thường với dòng điện từ ắc quy đi qua các điểm W2, A13, A11 đến mát Rờ le sẽ đóng hai tiếp điểm 3 và 4, tạo dòng điện từ ắc quy đến cầu chì và đèn đầu hoặc đèn cốt Nếu công tắc đảo pha ở vị trí HU, đèn đầu sẽ sáng, trong khi ở vị trí HL, đèn cốt sẽ được kích hoạt.

Khi bật đèn FLASH, ắc quy sẽ được kết nối từ W2 đến A14, A12, A9 và mát, khiến đèn đầu sáng lên Điều này cho thấy đèn flash không bị ảnh hưởng bởi vị trí của công tắc LCS Đối với loại công tắc âm chờ, đèn báo pha được kết nối với tim đèn cốt Do công suất bóng đèn rất nhỏ (< 5W), tim đèn cốt sẽ hoạt động như dây dẫn để đèn báo pha sáng lên khi đèn pha được bật.

Rờ le 5 chân có thể được sử dụng để thay thế cho công tắc chuyển đổi pha cốt, giúp tăng độ bền cho công tắc nhờ vào dòng điện nhỏ đi qua cuộn dây của rờ le Dưới đây là sơ đồ công tắc điều khiển đèn loại âm chờ.

Hình 3.36: Sơ đồ mạch điều khiển đèn kiểu âm chờ [43]

Nguyên lý hoạt động của hệ thống được kích hoạt khi công tắc LCS ở vị trí ĐẦU, làm cho đèn đờ mi sáng Đồng thời, dòng điện từ ắc quy sẽ đi qua các điểm W2, A13, A11 và đến mát, khiến rờ le đóng hai tiếp điểm 3.

Khi công tắc chuyển pha ở vị trí HL, dòng điện từ ắc quy đi qua tiếp điểm 4, 5 của Dimmer Rờ le và đến cầu chì, làm cho đèn cốt sáng lên Ngược lại, khi công tắc ở vị trí HU, dòng điện đi qua cuộn W3 đến A12 và mát, làm cho tiếp điểm 4 tiếp xúc với tiếp điểm 3, từ đó dòng điện tiếp tục đến cầu chì và đèn đầu, khiến đèn đầu sáng lên Đồng thời, đèn báo pha cũng sáng do được mắc song song với đèn pha.

3.3.4 Hệ thống đèn tín hiệu

3.3.4.1 Hệ thống đèn xi nhan có công tắc báo nguy rời

Hình 3.37: Mạch điện hệ thống đèn xi nhan có công tắc báo nguy rời [44]

3.3.4.2 Hệ thống đèn xi nhan điều khiển bằng bộ tích hợp

Hình 3.38: Mạch điện hệ thống đèn xi nhan điều khiển bằng bộ tích hợp [45]

Nguyên lý hoạt động của đèn xi nhan là khi công tắc được bật, đèn xi nhan bên trái và bên phải sẽ nhấp nháy để thông báo cho người tham gia giao thông Hệ thống cũng phát ra âm thanh để xác nhận rằng đèn xi nhan đang hoạt động, giúp người lái dễ dàng nhận biết.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

THI CÔNG MÔ HÌNH

ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN