Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH NHẬN DẠNG HÀNH VI LÁI XE VÀ CẢNH BÁO NGƯỜI LÁI GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: NGUYỄN NHƯ THUẦN LÊ MINH TUẤN S K L0 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH NHẬN DẠNG HÀNH VI LÁI XE VÀ CẢNH BÁO NGƯỜI LÁI NGUYỄN NHƯ THUẦN 17145367 SVTH: LÊ MINH TUẤN MSSV: 17145382 GVHD: THS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: MSSV: Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Điện Tử Ơ Tơ TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Như Thuần MSSV: 17145367 ( E-mail:17145367@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0964065077 ) Lê Minh Tuấn MSSV: 17145382 ( E-mail:17145382@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0398198882 ) Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Mã ngành đào tạo:……… Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ đào tạo:…………… Khóa: 2017 - 2021 Lớp: 171451A, 171451B Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu mạng CAN ô tô - Nghiên cứu Module, linh kiện điện tử mạch - Nghiên cứu lập trình Arduino, lập trình Webserver - Thiết kế mạch - Xây dựng thuật toán cảnh báo truyền liệu lên webserver - Viết thuyết minh cho đề tài Sản phẩm đề tài: - Module “ECU main” nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái - Quyển thuyết minh đề tài Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 31/3/2021 Ngày hồn thành nhiệm vụ: 24/8/2021 TRƯỞNG BỘ MƠN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn: Điện tử Ơ tơ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên Nguyễn Như Thuần MSSV: 17145367 Hội đồng:………… Họ tên sinh viên Lê Minh Tuấn MSSV: 17145382 Hội đồng:………… Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ tên GV hướng dẫn: ThS Nguyễn Trọng Thức Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận: Được phép bảo vệ Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn : Điện tử Ơ tơ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên Nguyễn Như Thuần MSSV: 17145367 Hội đồng………… Họ tên sinh viên Lê Minh Tuấn MSSV: 17145382 Hội đồng………… Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ tḥt Ơ tơ Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận: Được phép bảo vệ Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Điện Tử Ơ Tơ XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái Họ tên sinh viên: Nguyễn Như Thuần Lê Minh Tuấn MSSV: 17145367 MSSV: 17145382 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hướng dẫn: Giảng viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo nhiều hội, môi trường cho em học tập nghiên cứu trường Đồ án hôm thành cơng tốt đẹp, nhóm nhận nhiều giúp đỡ từ thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Với quan tâm, chu đáo, ân cần bảo thầy để nhóm em hoàn thành tốt đẹp đồ án tốt nghiêp, đề tài: “Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái” Và đặc biệt em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Th.S Nguyễn Trọng Thức, giảng viên môn Điện tử Ơ tơ, khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh – người tận tình hướng dẫn Chỉ ưu điểm nhược điểm, đề xuất gợi ý phương pháp cách trực quan giúp nhóm dễ hình dung tiếp cận để hoàn thành đồ án tốt Xin chân thành cảm ơn thầy Cuối cùng, nhóm gửi lời cảm ơn đến gia đình đặc biệt ba mẹ Luôn ủng hộ động viên cho gặp khó khăn Để có ngày hơm cơng lao to lớn ba mẹ Nhóm xin chân thành cảm ơn sâu sắc, mong ba mẹ mạnh khỏe Trong trình làm đề tài, hạn chế kinh nghiệm trình độ chun mơn, thời gian thực có hạn nên sai sót khơng thể tránh khỏi hạn chế, thiếu sót trình thực Để hồn thành tốt, em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy sai sót để đồ án hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 06 năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Như Thuần Lê Minh Tuấn i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC ii DANH MỤC VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH v DANH MỤC CÁC BẢNG viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .3 1.2 Mục tiêu 1.3 Phương pháp nghiên cứu .4 1.4 Ý nghĩa thực 1.5 Giới hạn đề tài 1.6 Các vấn đề nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN NHẬN DẠNG LÁI XE VÀ GIAO TIẾP MẠNG TRÊN XE 2.1 Nhận dạng hành vi phân tích lái xe 2.1.1 Nhận dạng hệ thống lái 2.1.2 Nhận dạng tay lái xe 10 2.1.3 Nhận dạng hành dộng đánh lái 11 2.1.4 Thuật toán AdaBoost [2] 13 2.2 Phương pháp phân tích hành vi người lái thuật toán 15 2.2.1 Thuật toán say xỉn 15 2.2.2 Adaboost nhận dạng hành vi lái 17 2.2.3 Lựa chọn thuật tốn để phân tích hành vi người lái 19 2.3 Giao tiếp OBD2 thông qua mạng CAN 20 2.3.1 Tìm hiểu mạng CAN 20 2.3.2 Tìm hiểu OBD2 22 2.4 Giao tiếp liệu thông qua mạng LAN 30 2.4.1 Tìm hiểu Web Server 30 2.4.2 NodeMCU Esp8266 30 2.4.3 Giao thức HTTP 31 ii Trạng thái xảy phát tình trạng Say xỉn người điều khiển lái xe Esp8266 đọc tốc độ góc theo phương Z để phát xe có đánh lái hay khơng Cứ lần lạng lác khoảng thời gian nhỏ 2500 ms (2,5 giây) tăng biến k +1 Khi phát lần lạng lách xảy khoảng thời gian nhỏ 30000 ms (30 giây) Điều xảy đồng nghĩa với có tình trạng say xỉn trình lái, bật cảnh báo sáng đèn cho tài xế thông báo lên web server cho chủ xe 4.4.2 Thuật tốn cảnh báo Adaboost Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán cảnh báo Adaboost 52 Trạng thái xảy Esp8266 nhận thông tin từ xe cụ thể tốc độ xe, tốc độ động cơ, độ mở bướm ga, tính tốn tải động Sau tổng hợp tính tốn dựa theo tḥt tốn Adaboost cho giá trị Rcz, Rjz Phương pháp tính tốn thể cơng thức (10) (11): Rcz ( t ) = cs (t ) zs (t ) 220 8000 (10) [3] Với Rcz ( t ) tỷ lệ tương đối tốc độ xe tốc độ động cơ, cs (t ) tốc độ xe thời điểm t với vân tốc tối đa 220, zs(t ) tốc độ động thời điểm t với tốc độ tối đa động 8000 R jz ( t ) = zs ' ( t ) jq '(t ) max ( jq ') max ( zs ') (11) [3] Với R jz ( t ) tỷ lệ tương đối vị trí bướm ga tốc độ động cơ, jq '(t ) khoảng thay đổi vị trí bướm ga thời điểm t, zs ' ( t ) khoảng thay đổi tốc độ động thời điểm t, max ( jq ') max ( zs ') khoảng thay đổi lớn vị trí bướm ga tốc độ động Khi giá trị Rjz, Rcz vượt ngưỡng gắn nhãn lable -1 Cứ vậy 15 lần, lable nhỏ đồng nghĩa xảy trạng thái lái bất thường, bật cảnh báo đèn còi cho tài xế thông báo lên Web server cho chủ xe 53 4.4.3 Thuật tốn trạng thái bất thường Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán trạng thái bất thường rẽ Các trạng thái kết hợp tín hiệu tốc độ góc từ cảm biến gia tốc tín hiệu xi nhan thơng qua mạng CAN Qua bước phân tích, đánh giá, phát trạng thái bất thường q trình rẽ, thơng báo lên server 54 Hình 4.9: Lưu đồ thuật toán trạng thái tăng tốc phanh Các trạng thái kết hợp tín hiệu gia tốc dọc từ cảm biến gia tốc tín hiệu phanh thơng qua mạng CAN để phân tích, xử lý đánh giá trạng thái phanh đột ngột tăng tốc đột ngột 55 4.5 Thực nghiệm xe 4.5.1 Tiến hành nạp chương trình Cáp với đầu OBDII đực đầu DP9 (hình 4.1) Hình 4.10: Cáp chuyển đổi OBD2 sang DB9 Cáp nạp Code Hình 4.11: Cáp nạp chương trình 56 Tiến hành setup hộp lên xe Ta gắn hộp vị trí cố định xe, vị trí mà tài xế dễ thấy Sau tiến hành kết nối wifi cho module Kiểm tra cài đặt mềm cách nhấn nút reset để reset lại hệ thống 4.5.2 Trích xuất liệu thơng qua cổng OBD2 Nhóm thực trích xuất liệu xe Honda City 2016 kết cho hình 4.3 Hình 4.12: Kết liệu CAN đọc Kết sau phân tích nhóm trích xuất liệu cần thiết cho việc tính tốn tḥt (hình 4.4) 57 Hình 4.13: Trích xuất liệu cần thiết 4.5.3 Kết thử nghiệm thực tế Hình 4.14: Đồ thị gia tốc xe tăng tốc Hình 4.15: Đồ thị gia tốc xe phanh đột ngột 58 Hình 4.16: Đồ thị tốc độ góc xe thẳng Hình 4.17: Đồ thị tốc độ góc xe lạng lách Hình 4.18: Đồ thị tốc độ góc xe quay vịng 59 Hình 4.19: Đồ thị tốc độ góc xe rẽ 4.6 Thực nghiệm mạch giả lập 4.6.1 Thiết kế mạch giả lập Do điều kiện tình hình dịch khó khăn Nhóm tự tạo mơ hình mơ mạng CAN gồm liệu nhóm cần Nhằm mục đích thực việc phân tích, kiểm tra tḥt tốn, kiểm tra chương trình cách dễ dàng hơn, tốn Hình 4.20: Thiết bị mơ liệu mạng CAN 60 Hình 4.21: Sơ đồ mạch thiết bị mơ Để gia lập tín hiệu CAN Ta sử dụng MCP2515 giao tiếp SPI qua Arduino nano để gửi tín hiệu CAN Ta dung thiết bị điện tử với chức Biến trở RPM giả lập tốc độ động gửi ID: 0x1DC Biến trở giả lập tốc độ xe gửi ID: 0x158 Biến trở giả lập bàn đạp ga gửi ID: 0x130 Biến trở giả lập tính tốn tải động gửi ID: 0x17D Công tắc giả lập công tắc bàn đạp phanh gửi ID: 0x17C Công tắc trạng thái giả lập đèn xi nhan gửi ID: 0x294 LCD module mô dung để hiên thị tín hiệu ES (Engine Speed): Tốc độ động CS (Car Speed): Tốc độ xe GP (Gas Pedal): Bàn đạp ga L (Load): Tải động 61 4.6.2 Thực nghiệm giao tiếp mạch giả lập mạch ECU main cảnh báo Sau kết nối mạch giả lập ECU cảnh báo, nhóm thực việc kiểm tra tốc độ gửi nhận liệu mạng CAN có ổn định khơng Sau thực việc thay đổi thông số liệu từ mạch giả lập để kiểm tra chỉnh sửa thuật toán Cuối thực kiểm tra chỉnh sửa giao diện web, tốc độ truyền liệu lên web Hình 4.22: Kết nối mạch giả lập ECU main cảnh báo Hình 4.23: Hiển thị web 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau tháng nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp, cố gắng nhóm với hướng dẫn tận tình GVHD ThS Nguyễn Trọng Thức, nhóm thực hồn thành đưa sản phẩm cuối thử nghiệm thành công điều kiện thực tế Trong thời gian thực đề tài, chúng em hoàn thiện mặt kiến thức lập trình Đề tài mang lại cho chúng em trải nghiệm mới, kiến thức mà trình tự tìm hiểu, tự nghiên cứu có Đây tiền đề quan trọng để thành viên nhóm tích lũy kiến thức mới, kĩ chuẩn bị hành trang bước vào doanh nghiệp Nhóm xây dựng hệ thống cảnh báo người lái gởi liệu lên webserver • Tốc độ động đồ thị khoảng thay đổi tốc độ động • Tốc độ xe đồ thị khoảng thay đổi tốc độ xe • Vị trí bàn đạp ga • Tín hiệu phanh • Tín hiệu xi nhan • Đồ thị tốc độ góc gia tốc góc xe • Hiển thị cảnh báo lái bất thường Tuy nhiên hạn chế tài liệu mạng CAN mà nhóm không thực hãng xe khác đồng thời hạn chế mặt kiến thức mà nhóm đưa liệu lên Webserver mà chưa đưa lên Host 5.2 Hướng phát triển Về đề tài nhóm thực nhóm sử dụng liệu tốc độ góc gia tốc góc Module MPU6050 tích hợp với liệu mạng CAN Điều khiến cho việc đánh giá hành vi người lái thật chưa hồn hảo Chính thế, nhóm đưa hướng phát triển cho đề tài là: 63 • Sử dụng liệu cảm biến gia tốc xe thay MPU6050 • Thử nghiệm nhiều dịng xe khác • Tích hợp thêm GPS • Cải thiện băng thông để truyền liệu webserver nhanh • Đưa webserver lên Host để truy cập web từ xa 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Vehicle Steering Recognition System Based on Low-Cost Smartphone Sensors, internet: https://www.mdpi.com/14248220/17/3/633/htm?fbclid=IwAR2ZxPKTRTQ1lUr1dqozAYDaYyN_duWbLY5Nl1ku7DkAFTtzIZD3ThWd4I#sec3dot5dot4-sensors-17-00633 [2] Shi-Huang Chen, Jeng-Shyang Pan, and Kaixuan Lu: Driving Behavior Analysis Based on Vehicle OBD Information and AdaBoost Algorithms [3] Hệ thống canbus oto, internet: https://machdienlythu.vn/hack-he-thong-can-bus-treno-to/ [4] Tạp chí khoa học cơng nghệ, internet: http://www.khcn.vimaru.edu.vn/ [5] Esp8266 projects, internet: https://lastminuteengineers.com/electronics/esp8266-projects/ [6] Esp8266 pinout, internet: https://components101.com/development-boards/nodemcuesp8266-pinout-features-and-datasheet [7] Module mcp2515, internet: https://linhkien888.vn/module-can-bus-mcp2515-giao-tiepspi [8] Nhận dạng giám sát hành vi lái, internet: https://www.advantech.com.vn/resources/news/trek-132-modun-nhan-dang-giam-sat-hanhvi-lai-xe 65 ... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH NHẬN DẠNG HÀNH VI LÁI XE VÀ CẢNH BÁO NGƯỜI LÁI NGUYỄN... 17145382 Hội đồng:………… Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ tên GV hướng dẫn:... HỒN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch nhận dạng hành vi lái xe cảnh báo người lái Họ tên sinh vi? ?n: Nguyễn Như Thuần Lê Minh Tuấn MSSV: 17145367 MSSV: 17145382 Ngành: Công nghệ Kỹ
Ngày đăng: 11/08/2022, 20:18
Xem thêm:
