Hệ thống hỗ trợ giám sát an toàn trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT AN TOÀN TRÊN Ô TÔ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S ĐỖ NHẬT TRƯỜNG Sinh viên thực hiện MSSV Lớp NGUYỄN LÊ QUANG LINH 1711251373 17DOTB5 ĐINH TẤN PHÁT 1711251106 17DOTB4 HUỲNH CHÁNH TÍNH 1711251135 17DOTB4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 092021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT AN TOÀN TRÊN Ô TÔ NGÀNH CÔNG NGHỆ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT AN TỒN TRÊN Ơ TƠ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S ĐỖ NHẬT TRƯỜNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: NGUYỄN LÊ QUANG LINH 1711251373 17DOTB5 ĐINH TẤN PHÁT 1711251106 17DOTB4 HUỲNH CHÁNH TÍNH 1711251135 17DOTB4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT AN TOÀN TRÊN Ô TÔ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S ĐỖ NHẬT TRƯỜNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: NGUYỄN LÊ QUANG LINH 1711251373 17DOTB5 ĐINH TẤN PHÁT 1711251106 17DOTB4 HUỲNH CHÁNH TÍNH 1711251135 17DOTB4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2021 LỜI CẢM ƠN  Báo cáo tốt nghiệp chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô với đề tài “Hệ thống hỗ trợ giám sát an tồn tơ” kết q trình cố gắng khơng ngừng thành viên nhóm giúp đỡ, động viên khích lệ thầy cô, bạn bè người thân Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới người giúp đỡ nhóm thời gian học tập nghiên cứu vừa qua Qua báo cáo này, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Kỹ Thuật Hutech, thầy cô trường Đại học Công nghệ TP.HCM tận tâm dạy bảo truyền đạt kiến thức quý báu thời gian chúng em theo học trường Điều đặc biệt tạo điều kiện cho chúng em mở rộng kiến thức để cọ xát với thực tế Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn tận tình bảo thầy Đỗ Nhật Trường người truyền dạy kiến thức thực tiễn trang bị cho chúng em kiến thức kinh nghiệm thực tế để ứng dụng suốt q trình hồn thành báo cáo tốt nghiệp Trong trình thực Báo cáo tốt nghiệp, nhận thấy chúng em cố gắng kiến thức hạn hẹp nên nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung để luận hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử hình thành phát triển xe tự lái 1.1.1 Xe " Chrysler Imperial " năm 1958 1.1.2 Xe không người lái Google năm 2009 1.1.3 Xe không người lái Tesla năm 2015 1.2 Các hệ thống có thị trường 1.3 Nhận xét 12 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 13 2.1 Các giải pháp có 13 2.2 Ý tưởng thiết kế 13 2.2.1 Kế hoạch thiết kế 13 2.2.2 Ý tưởng 13 2.2.3 Lựa chọn phương án thiết kế 14 2.3 Cấu trúc đề tài: 15 2.4 Các tính đề tài: 15 2.4.1 Hệ thống hỗ trợ giữ đường: 15 2.4.2 Hệ thống nhận biết tín biển báo giao thơng 17 2.4.3 Hệ thống kiểm sốt hành trình tự động (ACCS) 19 2.5 Nhận xét 21 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 22 3.1 Tình trạng thực tiễn 22 3.2 Tính chung hệ thống hỗ trợ giám sát an toàn 23 3.3 Các hạn chế gặp phải, cách khắc phục sơ đồ………………………24 3.3.1 Tính cảnh báo chệch đường 24 3.3.2 Tính nhận biết biển báo giao thơng 26 3.3.3 Tính phanh khẩn cấp gặp vật cản 28 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 31 4.1 Tổng quan mô hình 31 4.2 Các phần cứng 33 4.2.1 Raspberry Pi 33 4.2.2 Arduino Uno 36 4.2.3 Camera Raspberry Pi V2 38 4.2.4 Loa Buzzer 39 4.2.5 Mạch động L298N 39 4.3 Phần mềm: 42 4.4 Các tính xe mơ hình 42 CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH .51 5.1 Thi cơng 51 5.2 Nhận xét 64 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN .65 6.1 Kết đạt 65 6.2Những khó khăn q trình thực đồ án 65 6.3Định hướng phát triển 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 PHỤ LỤC 67 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Con đường phát triển xe tự lái Hình 1.2: Xe Chrysler Imperial năm 1958………………………………………….2 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lí hoạt động xe Auto-pilot năm 1958 Hình 1.4: Đồng hồ taplo hiển thị tốc độ xe………………………………… Hình 1.5: Điều chỉnh tốc độ mong muốn Cruise control bước 2…………….…3 Hình 1.6: Điều chỉnh tốc độ mong muốn Cruise control bước 3……………….4 Hình 1.7: Xe tự trì tốc độ sau cài đặt Cruise control………………… … Hình 1.8: Ơng Sebastian Thrun đưa dự án xe không người lái Google….5 Hình 1.9: Map giao thơng xe tự lái………………………………………….…6 Hình 10: Cơng nghệ ứng dụng xe WAYMO……………………….…6 Hình 1.11: Mẫu Tesla S ứng dụng cơng nghệ tự lái Tesla……… …… Hình 1.12: Các cảm biến ứng dụng mẫu Model S………………………… …8 Hình 1.13: Bảng đồng hồ taplo mẫu Model S……………………… …… …8 Hình 1.14: Mơ tình xe chệch đường …………………….…….…9 Hình 1.15: Hệ thống hỗ trợ giữ đường giúp xe chạy ban đầu……….10 Hình 1.16: Đèn tự động bật/tắt theo điều kiện ánh sáng………………… ………10 Hình 1.17: Hệ thống cảnh báo va chạm phía trước…………… .11 Hình 1.18: Xe tự phanh khẩn cấp………………………………………………….12 Hình 2.1: Sơ đồ khối cấu trúc hoạt động đề tài……………………………….15 Hình 2.2: Cách thức hoạt động Lane keeping……………………………… 16 Hình 2.3: Sơ đồ hoạt động hệ thống………………………………………… 16 Hình 2.4: Dữ liệu hình ảnh biển báo lưu trữ……………………………… 17 Hình 2.5: Một số biển sai lệch bị che khuất…………………………………18 Hình 2.6: Nhận dạng hình ảnh biển báo………………………………………… 19 Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động hệ thống Traffic signs……………………………19 Hình 2.8: Sử dụng Camera xác định phương tiện phía trước…………………… 20 Hình 2.9: Các cảm biến sử dụng chức ACCS………………… 20 Hình 2.2: Xe giao tiếp với vật thể xung quanh……………………………………21 Hình 2.3: Xe kết hợp tất chức để di chuyển đường…………… 21 Hình 3.1: Một số vụ tai nạn xe chưa trang bị hệ thống an tồn…………… 22 Hình 3.2: Tình trạng mặt đường nay…………………………………………24 Hình 3.3: Những tình biển giáo bị che khuất………………………………26 Hình 3.4: Tai nạn liên hồn xe phang gấp…………………………………… 28 Hình 4.1: Tổng quan mạch Raspberry…………………………………………….34 Hình 4.2: Mạch Arduino Uno…………………………………………………… 36 Hình 4.3: Camera Raspberry Pi………………………………………………… 38 Hình 4.4: Loa Buzzer nối dây……………………………………….… 39 Hình 4.5: Loa Buzzer 5V……………………………………………….…………40 Hình 4.6: Mạch động L298N thích chi tiết………………………….….41 Hình 4.7: Giao diện hệ điều hành Raspberry Pi……………………………….… 42 Hình 4.8: Mơ hình đường đi……………………………………………………….43 Hình 4.9: Hình ảnh khơng gian màu HSV………………………………… 43 Hình 4.10: Xác định đường Lane……………………………………………….…44 Hình 4.11: Xác định đường viển ngồi Lane……………………………….…44 Hình 4.12: Vạch phân đường………………………………………………….45 Hình 4.13: Các phân đoạn dịng phát Hough Transform………… 45 Hình 4.14: đường phân phát hiện……………………………………… 46 Hình 4.15: đường chỉnh màu xanh giữa…………………………………….47 Hình 4.16: Các góc chụp camera truyền về……………………………….… 48 Hình 4.17: Vùng nhận diện biển báo camera…………………………………48 Hình 4.18: Xe di chuyển bình thường khơng có vật cản………………………… 49 Hình 4.19: Khi gặp vật cản phía trước đầu xe…………………………………… 49 Hình 4.20: Khi gặp vật cản khoảng cách nguy hiểm……………………………50 Hình 5.1: Mơ hình mặt đường 51 Hình 5.2: Lắp khung xe……………………………………………………… ….52 Hình 5.3: Kết nối dây……………………………………………………… ……52 Hình 5.4: Kết nối Camera (trái) đèn Led (phải)……………………………… 53 Hình 5.5: Mơ hình hồn chỉnh…………………………………………………….53 Hình 5.6: Cấp nguồn cho xe tự hành……………………………………… …… 54 Hình 5.7: Các cửa sổ thơng báo……………………………………………………54 Hình 5.8: Chạy thẳng…………………………………………………………… 55 Hình 5.9: Xe lệch phải…………………………………………………………….55 Hình 5.10: Xe lệch trái…………………………………………………………….56 Hình 5.11: Hình ảnh thử nghiệm lần 1…………………………………………….57 Hình 5.12: Hình ảnh thử nghiệm lần 2…………………………………………….57 Hình 5.13: Mơ hình đường có biển báo vào hầm……………………………….…59 Hình 5.14: Kiểm tra khả nhận diện biển báo……………………………… 59 Hình 5.15: Đèn sáng nhận diện biển báo vào hầm………………………59 Hình 5.16: Kết camera truyền máy tính………………………………… 60 Hình 5.17: Tiến hành chạy thử………………………………………………….…60 Hình 5.18: Camera nhận diện biển báo………………………………….… 61 Hình 5.19: Tốc độ giảm gặp vật cản……………………………………….….62 Hình 5.20: Led sáng phát âm cảnh báo…………………………….……62 Hình 5.21: Xe chủ động dừng để tránh va chạm……………………………….….63 LỜI MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết đề tài  Đặt vấn đề - Ngành công nghiệp sản xuất ô tô nước ta ngày ngành quan trọng kinh tế quốc dân Phát triển công nghiệp ô tô động lực sức mạnh giúp đất nước hoàn thành cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước trở thành nước phát triển Trong 20 năm trở lại đây, ngành cơng nghiệp tơ có thay đổi lớn lao Hệ thống điện điện tử có bước phát triển vượt bậc, ứng dụng rộng rãi hệ thống xe, có hệ thống giám sát an tồn tô Việc nghiên cứu phát triển hệ thống giám sát an tồn tơ có ý nghĩa quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế - Cách vài năm, cơng nghệ an tồn tơ dường thứ xa xỉ, gần thấy xe sang Nhưng nay, công nghệ ngày phổ biến Những cơng nghệ an tồn ngày phát triển thông minh hơn, giúp giảm thiểu tối đa nguy xảy tai nạn chấn thương lái xe Tuy nhiên sử dụng xe biết tính - Chính vậy, nhóm chúng em mạnh dạn lựa chọn đề tài “Hệ thống hỗ trợ giám sát an tồn tơ” sau xét đến tính khả thi đề tài, với mục đích thiết kế mơ hình phục vụ cho việc học tập ứng dụng vào thực tiễn  Tầm quan trọng đề tài - Hiện nay, ô tô đời nhà sản xuất trang bị hệ thống an toàn tiêu chuẩn như: túi khí bảo vệ người lái hành khách, dây đai an tồn hay cơng nghệ chống bó cứng phanh ABS, Tuy nhiên, điều kiện giao thông ngày đông đúc, phát triển công nghệ, tiêu chuẩn an tồn tơ người tiêu dùng nâng lên Tốc độ phát triển công nghệ biến ô tô ngày trở nên thơng minh, có tính khơng hỗ trợ đắc lực cho tài xế việc lái xe, mà cịn góp phần đảm bảo an tồn lưu thơng - Theo tạp chí Forbes, khơng người tiêu dùng sẵn sàng bỏ thêm chi phí để sở hữu tính an tồn cho xe Trong đó, có tính hỗ trợ đắc i lực cho tài xế việc lái xe, góp phần đảm bảo an tham gia giao thông người tiêu dùng mua ô tô quan tâm Bên cạnh đó, số khảo sát Viện Bảo hiểm an toàn đường cao tốc Mỹ (IIHS) rõ, kể từ tính an tồn hỗ trợ người lái trang bị ô tô, giảm thiểu số lượng vụ tai nạn xảy năm Mỹ - Vì thế, nội dung đề tài thích hợp để giải vấn đề  Ý nghĩa đề tài - Mơ hình hệ thống hỗ trợ giám sát an tồn tô giúp hỗ trợ đắc lực cho tài xế việc lái xe, góp phần đảm bảo an tồn lưu thơng - Mơ hình hóa hệ thống hỗ trợ giám sát an tồn tơ giúp nâng cao hiểu biết sinh viên hệ thống điều khiển tơ - Là mơ hình giúp cho khóa sau tham khảo phát triển thêm tính vượt bậc cho hệ thống - Giúp chúng em hoàn thành báo cáo để tốt nghiệp  Lí chọn đề tài - Trong sống xã hội nay, nhu cầu lái xe lại để làm việc, du lịch, vận chuyển hàng hóa, … ngày trở nên phổ biến Khi thành phố phát triển, dân số lưu lượng phương tiện giao thông tăng lên, đồng thời sinh số hệ lụy như: tai nạn giao thơng, tình trạng kẹt xe diễn nhiều Do đó, xe tự hành nhu cầu cần thiết - Đã có khơng vụ tai nạn xảy lưu thông, phần lớn nguyên nhân chủ quan tài xế gây để góp phần khắc phục vấn đề này, nhiều thương hiệu ô tô lớn trang bị cho xe tính an tồn cần thiết để giảm thiểu tối đa tình xấu xảy - Xe tự hành giúp giảm đáng kể tai nạn giao thơng tình trạng kẹt xe, giúp cho hoạt động người trở nên thoải mái tiện lợi Chính lí mà ngày khơng có hãng tơ lớn như: Testla, BMW, Audi…mà cịn có tập đồn lớn lĩnh vực cơng nghệ Google đầu tư nghiên cứu chế tạo xe thông minh đáp ứng nhu cầu người ii PHỤ LỤC  Code Raspberry cho hệ thống giữ đường nhận biết biển báo giao thông #include #include #include #include #include #include using namespace std; using namespace cv; using namespace raspicam; // Image Processing variables Mat frame, Matrix, framePers, frameGray, frameThresh, frameEdge, frameFinal, frameFinalDuplicate, frameFinalDuplicate1; Mat ROILane, ROILaneEnd; int LeftLanePos, RightLanePos, frameCenter, laneCenter, Result, laneEnd; RaspiCam_Cv Camera; stringstream ss; vector histrogramLane; vector histrogramLaneEnd; Point2f Source[] = {Point2f(65,145),Point2f(320,145),Point2f(40,195), Point2f(345,195)};//40 360 10 390 Point2f Destination[] = {Point2f(100,0),Point2f(280,0),Point2f(100,240), Point2f(280,240)}; //Machine Learning variables CascadeClassifier Stop_Cascade, Object_Cascade, Traffic_Cascade; Mat frame_Stop, RoI_Stop, gray_Stop, frame_Object, RoI_Object, gray_Object, frame_Traffic, RoI_Traffic, gray_Traffic; vector Stop, Object, Traffic; int dist_Stop, dist_Object, dist_Traffic; void Setup ( int argc,char **argv, RaspiCam_Cv &Camera ) { Camera.set ( CAP_PROP_FRAME_WIDTH, ( "-w",argc,argv,400 ) ); Camera.set ( CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, ( "-h",argc,argv,240 ) ); Camera.set ( CAP_PROP_BRIGHTNESS, ( "-br",argc,argv,50 ) ); Camera.set ( CAP_PROP_CONTRAST ,( "-co",argc,argv,50 ) ); Camera.set ( CAP_PROP_SATURATION, ( "-sa",argc,argv,50 ) ); Camera.set ( CAP_PROP_GAIN, ( "-g",argc,argv ,50 ) ); Camera.set ( CAP_PROP_FPS, ( "-fps",argc,argv,0)); } void Capture() { Camera.grab(); Camera.retrieve( frame); cvtColor(frame, frame_Traffic, COLOR_BGR2RGB); cvtColor(frame, frame_Stop, COLOR_BGR2RGB); // cvtColor(frame, frame_Object, COLOR_BGR2RGB); cvtColor(frame, frame, COLOR_BGR2RGB); } void Perspective() { line(frame,Source[0], Source[1], Scalar(0,0,255), 2); line(frame,Source[1], Source[3], Scalar(0,0,255), 2); 67 line(frame,Source[3], Source[2], Scalar(0,0,255), 2); line(frame,Source[2], Source[0], Scalar(0,0,255), 2); Matrix = getPerspectiveTransform(Source, Destination); warpPerspective(frame, framePers, Matrix, Size(400,240)); } void Threshold() { cvtColor(framePers, frameGray, COLOR_RGB2GRAY); inRange(frameGray, 230, 255, frameThresh); Canny(frameGray,frameEdge, 900, 900, 3, false); add(frameThresh, frameEdge, frameFinal); cvtColor(frameFinal, frameFinal, COLOR_GRAY2RGB); cvtColor(frameFinal, frameFinalDuplicate, COLOR_RGB2BGR); //used in histrogram function only cvtColor(frameFinal, frameFinalDuplicate1, COLOR_RGB2BGR); //used in histrogram function only } void Histrogram() { histrogramLane.resize(400); histrogramLane.clear(); for(int i=0; i