Nghiên cứu giải pháp an toàn khi người điều khiển ô tô có nồng độ cồn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP AN TOÀN KHI NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ CÓ NỒNG ĐỘ CỒN Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn ThS Huỳnh Quang Thảo Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Trần Hoài Nam 1711250519 17DOTA1 Phùng Ngọc Duy 1711250562 17DOTA2 TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP AN TOÀN KHI NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ CÓ NỒ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP AN TỒN KHI NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN Ơ TƠ CĨ NỒNG ĐỘ CỒN Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: ThS Huỳnh Quang Thảo Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Hoài Nam 1711250519 17DOTA1 Phùng Ngọc Duy 1711250562 17DOTA2 TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP AN TỒN KHI NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN Ơ TƠ CĨ NỒNG ĐỘ CỒN Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: ThS Huỳnh Quang Thảo Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Hoài Nam 1711250519 17DOTA1 Phùng Ngọc Duy 1711250562 17DOTA2 TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2021 MỤC LỤC  LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ix LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: Giới thiệu đề tài 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu .3 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu .5 1.6 Các kết đạt đề tài 1.7 Kết cấu đồ án .5 Chương 2: Tổng quan giải pháp 2.1 Qúa trình chuyển hóa đồ uống có cồn thể 2.1.1 Đồ uống có cồn 2.1.2 Chuyển hóa rượu thể người chế gây độc 2.1.3 Ảnh hưởng cồn đến khả điều khiển an toàn người lái xe .8 iii 2.1.3.1 Ảnh hưởng của cồn làm giảm hiệu quả phanh 10 2.1.3.2 Thời gian phản xạ ảnh hưởng hai xe chạy bám .12 2.2 Các phương pháp phát nồng độ cồn 13 2.2.1 Phương pháp đo nồng độ cồn mẫu máu 14 2.2.2 Phương pháp đo nồng độ cồn qua thở 14 2.2.3 Phương pháp phát nồng độ cồn qua tiếp xúc với da 15 2.2.4 Phương pháp phát trạng thái say rượu thông qua hành vi .17 2.2.5 Phương pháp phát trạng thái say rượu thông qua phản ứng nét mặt mắt người điều khiển xe 17 Chương 3: Phương pháp giải đề tài 20 3.1 Khối phát cảnh báo 20 3.1.1 Chọn cảm biến nồng độ cồn 20 3.1.2 Cảm biến nhận dạng vân tay điện dung R503 .24 3.1.3 Mạch giải mã điều khiển cảm biến vân tay K215 V1.2 25 3.1.4 Màn hình LCD Text 2004 mạch giao tiếp I2C .26 3.1.5 AD16 - 22SM Đèn Còi Báo Màu Vàng 28mm 12V .29 3.2 Khối kiểm soát trình khởi động 30 3.2.1 Máy khởi động 30 3.2.2 Rờ le kiểm soát trình khởi động 35 3.3 Khối điều khiển .36 3.3.1 Vi điều khiển ATmega 328P-PU MVi 36 3.3.2 Cảm biến bàn đạp chân ga .39 iv 3.3.3 Bộ nguồn chuyển mạch Swiching mode Power Suppy (SMPS) .42 3.3.4 Mạch Relay Với Opto Cách Ly Kích H/L (5VDC) 44 3.3.5 Mạch relay 5V với opto cách ly 30A kích H/L 46 3.3.6 Mạch giảm áp DC-DC Buck XL4015 có hiển thị 5A 48 Chương 4: Quy trình thiết kế 51 4.1 Yêu cầu chung hệ thống phát hiện, ngăn chặn cảnh báo 51 4.2 Sơ đồ khối 52 4.3 Lưu đồ thuật toán 53 4.4 Sơ đồ bố trí mơ hình .55 Chương 5: Thi công sản phẩm 58 5.1 Bố trí kết nối linh kiện .58 5.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ vị trí cảm biến hệ thống 59 5.2.1 Chọn phương pháp bố trí cảm biến nồng độ cồn 59 5.2.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ mạch 61 5.3 Các bước hoạt động mơ hình 62 5.3.1 Lắp ráp mơ hình 62 5.3.2 Nạp chương trình điều khiển cho Arduino R3 64 5.3.3 Vận hành mơ hình 65 Chương 6: Kết luận hướng phát triển 68 6.1 Kết luận 68 6.2 Hướng phát triển 69 v TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 PHỤ LỤC 71 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT  Từ viết tắt Tên đầy đủ AVR AVR Microcontrollers Chú thích Vi điều khiển AVR IDII Interraction Design Instistute Ivrea Thiết kế tương tác Ivrea LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng ARM Acorn RISC Machine Vi xử lý cấu trúc 32-bit Input/Output Tín hiệu vào/ra GND Ground Mức điện áp chuẩn để đo điện áp cao hay thấp Vcc Voltage common collector Điện áp cao (điện áp gópchung) Analog Reference Điện áp mẫu TTL Transistor-Transistor Logic Logic chuẩn bán dẫn ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển tương tự sang số IDE Integrated Development Environment Trình soạn thảo, biên dịch nạp chương trình cho Arduino Bộ vi điều khiển I/O AREF MCU Microcontroller Unit vii DANH MỤC CÁC BẢNG  Bảng 1.1: Các đề tài nghiên cứu tương đồng Bảng 2.1: Độ rượu số loại đồ uống Bảng 3.1: Các chân hình LCD Text 2004 27 Bảng 5.1: Kích thước linh kiện 58 Bảng 5.2: Cường độ dòng điện tải 61 viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH  Hình 2.1: Khoảng cách an tồn xe chạy đường dừng hẳn phanh tính toán 10 Hình 2.2: Thời gian phản xạ ảnh hưởng đến trình chậm tác dụng phanh 11 Hình 2.3: Sơ đồ ảnh hưởng nồng độ cồn máu đến thời gian phản xạ 12 Hình 2.4: Phương trình tính thời gian an tồn hai phương tiên 12 Hình 2.5: Mối tương quan khoảng cách xe thời gian phản ứng 13 Hình 2.6: Thiết bị kiểm tra nhanh nồng độ cồn thở 14 Hình 2.7: Phát nồng độ cồn mồ hôi nhờ cảm biến tiếp xúc với mô da 15 Hình 2.8: Xác định lượng cồn máu thông qua tiếp xúc da 16 Hình 2.9: Thiết bị phát nồng độ cồn qua tiếp xúc với da (Cảm biến bố trí tay nắm cần điều khiển chuyển số, hãng Nissan) 17 Hình 2.10: Thiết bị phát nồng độ cồn qua mồ hôi (tiếp xúc với da) 17 Hình 2.11: Phát trạng thái say rượu qua quan sát nét mặt 18 Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động cảm biến kiểu quang phổ 20 Hình 3.2: Cảm biến đo nồng độ cồn kiểu bán dẫn (bên trái), Thiết bị đo nồng độ cồn kiểu Fuel cell (bên phải) 22 Hình 3.3: Hình dạng kết cấu kích thước hình học cảm biến 23 Hình 3.4: Sơ đồ mạch điện cảm biến 23 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối chân cảm biến nồng độ cồn MQ3 24 ix Hình 3.6: Cảm biến nhận dạng vân tay điện dung R503 25 Hình 3.7: Mạch giải mã điều khiển cảm biến vân tay K215 V1.2 25 Hình 3.8: Sơ đồ mạch giải mã điều khiển cảm biến vân tay K215 V1.2 26 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối mạch giải mã điều khiển cảm biến vân tay K215 V1.2 26 Hình 3.10: Màn hình LCD Text 2004 27 Hình 3.11: Sơ đồ chân hình LCD Text 2004 27 Hình 3.12: Mạch giao tiếp I2C 28 Hình 3.13: Sơ đồ đấu nối mạch giao tiếp I2C với LCD Text 2004 29 Hình 3.14: Đèn cịi báo AD16-22SM 29 Hình 3.15: Sơ đồ đấu nối đèn còi báo AD16-22SM 29 Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện đèn còi báo AD16-22SM 30 Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động ô tô 30 Hình 3.18: Cơng tắc khởi động 31 Hình 3.19: Cấu tạo máy khởi động 32 Hình 3.20: Máy khởi động loại giảm tốc 32 Hình 3.21: Máy khởi động loại bánh hành tinh 33 Hình 3.22: Máy khởi động PS 33 Hình 3.23:Nguyên lý hoạt động lúc hút vào 34 Hình 3.24: Nguyên lý hoạt động trình giữ 34 Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động trình nhả 35 Hình 3.26: Sơ đồ mạch kiểm soát khởi động 35 x - Trong trình vận hành phương tiện cảm biến nồng độ cồn MQ3 hoạt động liên tục Khi phát nồng độ cồn từ cảm biến truyền tín hiệu đến Arduino R3, Arduino R3 phân tích tính tốn thực đóng relay để đèn còi AD16 – 22SM hoạt động hiển thị lượng nồng độ cồn đo lên LCD Arduino R3 thực băm xung chân 5, để giảm điện áp cấp cho cảm biến bàn đạp chân ga từ 5V xuống 1.2V (giảm nhỏ giọt 0.01V để đảm bảo an toàn cho người lái phương tiện lưu thơng) Khi tắt ổ khóa điện tồn hệ thống thực lại từ đầu để khởi động củ đề Hình 5.12: Trạng thái hoạt động mạch lúc vận hành khơng có nồng độ cồn Hình 5.13: Trạng thái hoạt động mạch lúc vận hành xe phát nồng độ cồn 67 Chương 6: Kết luận hướng phát triển 6.1 Kết luận Qua nội dung trình bày trên, luận văn hòan thành mục tiêu nghiên cứu đưa ra: - - - - - Nghiên cứu chọn phương pháp phát nồng độ cồn vùng khơng gian người lái (vị trí khơng gian quanh ghế ngồi người lái buồng điều khiển) qua hai biện pháp kết hợp: đo trực tiếp nồng độ cồn thở người lái trước cho phép khởi động động kiểm tra thường xuyên nồng độ cồn vùng không gian quanh ghế ngồi người lái Phương pháp nhiều quốc gia sử dụng nhiều hãng xe giới chế tạo hệ thống lắp xe hãng Xây dựng thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị phát nồng độ cồn (bao gồm việc chọn lắp cảm biến báo nồng độ cồn, thiết kế chế tạo mạch điện tử điều khiển, thiết bị gá lắp…) thiết bị hệ thống làm việc xác, ổn định, tin cậy, phù hợp với điều kiện cơng nghệ chế tạo nước, có giá thành rẻ hệ thống nhập ngoại Đã sử dụng biện pháp ngăn chặn cảnh báo Với biện pháp nâng cao tính an tồn giao thông cho xe ngăn chặn hành vi lái xe tình trạng say rượu bia Hệ thống phát cảnh báo thiết kế, chế tạo sở linh kiện thiết bị mua nước Các biện pháp ngăn chặn cảnh báo cho phép theo dõi, phát suốt trình lái xe tình trạng lái xe sử dụng đồ uống có cồn; cung cấp thơng tin tình trạng lái xe có nồng độ cồn thở kịp thời mạch điều khiển điện tử để đưa biện pháp vận hành an toàn cho người lái Hệ thống phát cảnh báo nồng độ cồn chế thử hoạt động có hiệu cao, thực phù hợp với khả công nghệ, linh kiện vật tư nước Hệ thống hoạt động không làm ảnh hưởng đến làm việc, tiện nghi người lái không can thiệp vào kết cấu hệ thống xe Lắp đặt hệ thống nhanh gọn Các kết nghiên cứu đồ án phát triển ứng dụng rộng rãi xe tải lắp ráp nước hệ thống chuẩn xe dạng trang bị bổ sung cho xe tơ nói chung 68 6.2 Hướng phát triển Do kiến thức điện tử hạn chế, thiết bị dù đảm bảo ưu cầu đề tài đồ án đo cảnh báo xác nồng độ cồn thở Tuy nhiên thiết bị chưa thực ưu việt, chưa tích hợp cơng nghệ kỉ nguyên công nghệ 4.0 Để xây dựng thiết bị hoàn hảo chặng đường dài, thúc đẩy công nghệ giúp cho ý tưởng để tài có tảng để phát triển hoàn thiệt thêm Trong đồ án, thiết bị phát triển thêm tính như: kết nối với smart phone, kết nối đồng liệu trực tiếp lên server quản lý, giao tiếp với phương tiện giao thông thông minh để đảm bảo an tồn… Như đề cập đề tài có quan tâm lớn từ xã hội Có thể phát triển thành thiết bị nhỏ gọn tích hợp phương tiện giao thơng, đo nồng độ cồn, can thiệp vào q trình vận hành xe để đảm bảo an toàn phát nồng độ cồn Rất mong có tham gia, góp ý thầy bạn để đề tài hoàn thiện vào ứng dụng thực tế 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] ThS Dương Kim Anh, Vẽ AUTOCAD, Đại học Công nghệ Tp.HCM [2] ThS Nguyễn Thị Ngọc Anh, ThS Võ Thị Bích Ngọc, Kỹ thuật điện tử, Đại học Cơng nghệ Tp.HCM [3] ThS Phạm Bá Khiển, Cơ học máy, Đại học Công nghệ Tp.HCM [4] TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu, Hệ thống an tồn ổn định tô, Đại học Công nghệ Tp.HCM [5] ThS Phạm Quốc Phương, Vi điều khiển, Đại học Công nghệ Tp.HCM [6] http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi [7] https://oto.edu.vn/tim-hieu-chi-tiet-cam-bien-vi-tri-ban-dap-ga/ [8] https://mlab.vn/index.php?_route_=20449-huong-dan-su-dung-modulecam-bien-nong-do-con-mq-3.html [9] https://iotmaker.vn/lcd-text-lcd2004.html [10] https://bachkhoadientu.vn/tim-hieu-co-ban-ve-nguon-xung-.html [11] https://iotmaker.vn/mach-chuyen-doi-i2c-cho-lcd.html [12] https://linhkienthanhcong.vn/mach-ha-ap-dc-dc-buck-5a-xl4015-vo-nhuamica [13] https://news.oto-hui.com/may-khoi-dong-phan-loai-nguyen-ly-hoat-dong/ [14] http://mt.gov.vn/tk/tin-tuc/61625/cong-bo-ket-qua-nghien-cuu-anh huongcua-uong-ruou bia-den-dieu-khien-xe.aspx 70 PHỤ LỤC  PHỤ LỤC A: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN lcd.print("Hello, world!"); Serial.begin(9600); pinMode(11,OUTPUT);// bàn đạp ga (kích mức thấp) pinMode(12,OUTPUT);// bàn đạp ga (kích mức thấp) pinMode(2,OUTPUT); // Củ đề nổ (kích mức cao) pinMode(9,OUTPUT); // Cịi báo động (kích mức thấp) pinMode(10,OUTPUT);// Cịi báo động (kích mức thấp) pinMode(5,OUTPUT); //PWM tăng giảm điện áp ga pinMode(6,OUTPUT); //PWM tăng giảm điện áp ga digitalWrite(11,1); digitalWrite(12,1); digitalWrite(9,1); digitalWrite(10,1); } void loop() { int mq3 = analogRead(A0); Serial.println(mq3); current_time = millis(); if (current_time-previous_time>=100) { previous_time = current_time; 71 if(mode==0) { mode_count++; if(mode_count>=100) { mode_count=0; if(mq3 100) { mode1_count=0; if(analogRead(A0)>500) // Nếu chạy mà cịn say, ga giảm { ga_update=1; ga_value=0; mode=2; }else { ga_update=1; ga_value=1; } } } else if(mode==2) { c ; if(c