Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo có người bên trong xe khi xe không hoạt động

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo có ngư.

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo có người bên trong xe khi

xe không hoạt động

Mã số đề tài: 21/DL01

Chủ nhiệm đề tài: Đinh Hoàng Bảo Hy

Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Động lực

Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 4 năm 2022

Trước hết, chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Công nghệ Động lưc Đặc biệt là các Thầy, Cô tổ điện đã tận tình chỉ dạy và trang bị cho em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian ngồi trên ghế giảng đường, Làm nền tảng cho em có thể hoàn thành được nghiên cứu này

Em xin trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Thành Tâm đã tận tình giúp đỡ, định hướng cách tư duy và cách làm việc khoa học Đó là những góp ý hết sức quý báu không chỉ trong quá trình thực hiện nghiên cứu này mà còn là hành trang tiếp bước cho em trong quá trình học tập và lập nghiệp sau này

I Thông tin tổng quát

1.1 Tên đề tài:

1.2 Mã số:

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

Đinh Hoàng Bảo Hy Khoa Công nghệ

1.5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ 1 tháng 11 năm 2021 đến 30 tháng 6 năm 2021

1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm…

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 11 năm 2021 đến tháng 6 năm 2021

1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: Mười triệu đồng

II Kết quả nghiên cứu

• Nghiên cứu này thực hiện thiết kế chế tạo được hệ thống cảnh báo có người trong xe, hệ thống hoạt động chính xác, ổn định Ưu điểm chính của hệ thống là ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến, camera cho việc xác định có người, vật thể di chuyển trên xe, gửi hình ảnh về điện thoại thông minh, tiện ích cho người dùng Kết quả của nghiên cứu cho thấy hệ thống nhận diện người, vật thể rất hiệu quả để phát hiện sự hiện diện của người trong xe khi không có người giám sát, hạn chế xảy ra tai nạn

• This research design and manufacture a warning system for people in the vehicle, the system works accurately and stably The main advantage of the system

convenient for users The results of the study show that the person and object recognition system is very effective to detect the presence of people in the vehicle when there is no supervision, limiting the occurrence of accidents

III Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

3.1 Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)

TT Tên sản phẩm

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt được

1 Bộ hệ thống cảnh báo có

người bên trong xe khi xe

không hoạt động

- Nguồn 3-5V

- Thông báo tin nhắn

cho người có liên quan

- Điều khiển còi báo

động

- Bộ nhớ: 2GB-64-bit

LPDDR4 25,6 GB / giây

- Thông báo tin nhắn cho

người có liên quan

- Điều khiển còi báo

động

- Bộ nhớ: 2GB-64-bit

LPDDR4 25,6 GB / giây

- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo (đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính và trang cuối kèm thông tin quyết định và số hiệu xuất bản)

Ghi chú:

- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)

IV Tình hình sử dụng kinh phí

T

T Nội dung chi

Kinh phí được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí thực hiện

(triệu đồng)

Ghi chú

A Chi phí trực tiếp

V Kiến nghị ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)

Để cải thiện hơn nữa và đạt được sản phẩm thương mại cuối cùng, một số hướng phát triển được xem xét như:

• Thử nghiệm thêm phương pháp tiếp cận chi phí thấp - như vậy, việc triển khai

sẽ đánh giá, so sánh được các hệ thống khác nhau Cần phải quan sát, kiểm nghiệm

độ chính xác của hệ thống với trẻ sơ sinh, đặc biệt là khi đang ngủ;

• Phương pháp tiếp cận chi phí thấp hơn - có được các thành phần rẻ hơn với mức tiêu thụ điện năng thấp nhất và kiểm tra xem độ tin cậy của hệ thống có được duy trì hay không;

• Triển khai thuật toán tầm nhìn - với việc thu thập các hình ảnh, phương pháp thuật toán tầm nhìn được kiểm tra kĩ lưỡng, từ đó quan sát vị trí lắp đặt của camera

có góc nhìn bao quát xe hoặc tích hợp thêm một số hệ thống, cảm biến khác, để đem lại độ tin cậy cho người dùng;

• Thử nghiệm thêm giải pháp tích hợp - như đã được ý tưởng hóa ban đầu, việc ghép nối các giải pháp khác nhau được mong đợi là có độ tin cậy tốt hơn so với các cách tiếp cận khác Tích hợp thêm một số hệ thống khác như: hệ thống tự lái, nhận diện tài xế đang buồn ngủ, cảnh báo chống trộm,…

• Hoàn thiện ứng dụng trên điện thoại thông minh về giao diện và cải thiện khả năng thông báo đến người dùng;

• Ứng dụng một số mạng không dây hiện đại hơn cho hệ thống như mạng 5G, 6G, để việc truyền thông tin đến điện thoại được tối ưu hơn;

• Thực hiện kết nối không dây với camera để có thể lắp đặt ở vị trí tối ưu hơn

Bộ hệ thống cảnh báo có người bên trong xe khi xe không hoạt động

Bài báo Hội thảo khoa học trẻ IUH

Tp HCM, ngày tháng năm

Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT (ĐƠN VỊ)

Trưởng Khoa Công nghệ

Động lực

PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Vấn đề thương vong liên quan đến phương tiện giao thông là thách thức lớn đối với sức khỏe chung của xã hội Với những cải tiến về thiết kế an toàn bị động đã phát triển rõ rệt trong những năm gần đây, tuy nhiên các nghiên cứu an toàn chủ động, hệ thống cảnh báo những nguy hiểm liên quan đến mất ý thức con người vẫn còn hạn chế Thương vong con người do thiếu oxi, tăng thân nhiệt ở trong xe là những nguy

cơ xảy ra khi cửa xe đóng kín, không khí không đối lưu, nhiệt độ tăng, trong đó việc

bỏ quên trẻ em trong xe quá lâu dẫn đến tử vong là cơn ác mộng của hầu hết các bậc phụ huynh Theo báo cáo của tổ chức Kids and Cars thống kê trung bình mỗi năm có khoảng 37 trẻ em tử vong do bị bỏ quên trong xe, vô tình tự nhốt mình trong cabin, thùng xe, hoặc trong một số trường hợp trẻ em cố tình bị bỏ lại trong xe Cho dù người lớn bỏ con cái họ chỉ một vài phút, trẻ em có xu hướng đối mặt với những rủi

ro đáng tiếc có thể xảy ra, điển hình: Ở Việt Nam theo thông tin TAND quận Cầu Giấy (Hà Nội) vụ án bé Lê Hoàng L* học sinh lớp 1 Trường Gateway tử vong trên

xe đưa đón là do bỏ quên trên xe [1]; Ở Mỹ 2 trẻ nhỏ chết thương tâm trên xe ô tô dưới nắng nóng vì bị bố bỏ quên [2]

Xuất phát từ vấn đề trên nhóm đã tập trung giải quyết việc nhận diện vật thể (người, thú cưng,.) trong xe khi xe ngừng hoạt động nhanh chóng, chính xác và xử lý được những điểm mù trong xe và đưa ra sự cảnh báo kịp thời cho người lái xe Hệ thống ứng dụng trí tuệ nhân tạo(AI), cảm biến hồng ngoại và camera và sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để tiến hành lập trình, điều khiển

Phát triển hệ thống cảnh báo an toàn chủ động có khả năng nhận diện được người, vật thể trên xe khi xe ngừng hoạt động đưa ra cảnh báo kịp thời cho những người liên quan

Xây dựng được hệ thống cảnh báo trên xe thực nghiệm, đưa ra được cảnh báo nhanh, chính xác, truyền thông tin đến cho người sử dụng

Thu thập các số liệu đo được từ hệ thống như: mức tiêu thụ năng lượng, nhiệt độ,

bộ nhớ sử dụng để đưa ra cải tiến trong tương lai

- Hệ thống có thể sử dụng trong giảng dạy liên quan đến các vấn đề nghiên cứu thiết kế hệ thống an toàn trên ô tô

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Hiện nay một số hãng xe như: General Motors (GM) Audi, Hyundai, Toyota, Nissan cũng đã nghiên cứu, ứng dụng công nghệ cảnh báo có trẻ em bị để quên trên

xe

Hãng ô tô Nissan, Hyundai đã phát triển công nghệ cảnh báo cửa sau ("rear door alert"- RDA) nhằm ngăn ngừa tình trạng trẻ bị để quên trên xe Cơ chế hoạt động và tính năng tương tác báo động cho người lái xe bằng những cảm biến siêu âm, công nghệ này sẽ giúp phát hiện ra những vật chuyển động, như thú cưng, người ngồi hàng ghế phía sau khi mà lái xe đã đóng cửa rời xe Còi xe cũng sẽ vang lên và màn hình cảnh báo sẽ gửi tới điện thoại thông minh của người lái xe [3]

Các nhà khoa học ở Canada đã phát triển một loại cảm biến có thể phát hiện và báo động khi trẻ em hoặc vật nuôi bị bỏ lại một mình trong xe hơi Thiết bị sử dụng công nghệ radar và trí thông minh nhân tạo để kích hoạt báo động khi phát hiện động vật hoặc trẻ em một mình trong xe, nhóm nghiên cứu đằng sau sản phẩm cho biết thiết bị hoạt động với độ chính xác 100% Cảm biến, có kích thước chỉ hơn một inch,

sẽ được gắn vào trần xe hoặc gương chiếu hậu của xe Theo các nhà khoa học tại Đại học Waterloo ở Canada, tín hiệu radar của nó sẽ được phản xạ lại bởi người hoặc vật nuôi bên trong xe, và AI sau đó sẽ phân tích các phát hiện để xác định xem có nên tăng mức báo động hay không Thiết bị sẽ ngăn không cho cửa khóa và phát ra âm thanh báo động để cảnh báo cho người lái xe và những người trong khu vực "Nó giải quyết một vấn đề nghiêm trọng trên toàn thế giới," George Shaker, một giáo sư kỹ thuật tại trường đại học, cho biết trong một tuyên bố "Hệ thống này có giá cả phải chăng nên nó có thể trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên tất cả các loại xe." Ông nói thêm: “Không giống như camera, thiết bị này bảo vệ sự riêng tư và không có bất kỳ điểm mù nào vì radar có thể xuyên qua ghế để xác định xem có trẻ sơ sinh ngồi trên ghế ô tô quay mặt về phía sau hay không [4]

Một số nghiên cứu của các tác giả về hệ thống có liên quan như: Tác giả Norizam Sulaiman nghiên cứu về hệ thống nhận diện cảnh báo trẻ em thông qua giọng nói [5]

Tác giả Alexis D LaMott thiết kế hệ thống an toàn “ghế ô tô smartseat” để ngăn ngừa đột quỵ do nhiệt ở trẻ em [6] N M Z Hashim nghiên cứu cảm nhận chấn động cabin xe để nhận dạng trẻ em [7] Tác giả Gali Suresh nghiên cứu nhiệt độ thay đổi cabin xe [8] Các nghiên cứu của các tác giả nêu trên còn hạn chế nhất định, có những điểm mù trong xe mà hệ thống chưa nhận diện được như trẻ sơ sinh ngủ quên, nằm dưới phần sàn cabin xe

Một số các công ty, hãng xe, trường học cũng đã và đang nghiên cứu hệ thống cảnh báo có người trên xe khi xe ngừng hoạt động

Ví dụ điển hình như: hai nam sinh trường THPT Bãi Cháy (Quảng Ninh) đã sáng chế thành công thiết bị thông minh giúp cảnh báo bỏ quên trẻ em trong xe ô tô qua tin nhắn SMS và cuộc gọi Cơ chế hoạt động: Sau khi lái xe rời khỏi ghế, cảm biến siêu âm sẽ tiến hành đo khoảng cách, nếu khoảng cách lớn hơn 25cm trong 10 phút,

hệ thống sẽ bắt đầu kiểm tra cảm biến chuyển động Lúc này nếu không phát hiện thấy chuyển động, hệ thống sẽ tiến hành bật còi chip trong xe trong 2 phút để đánh thức trẻ em nếu có trẻ đang ngủ quên trên xe Sau khi bật còi 2 phút, hệ thống tắt còi

và tiến hành kiểm tra cảm biến chuyển động lần 2, nếu phát hiện có chuyển động, lập tức bật còi báo động ngoài xe và gửi tin nhắn “Có thể bạn đã để quên trẻ trong xe, vui lòng kiểm tra!” đến số điện thoại của tài xế hoặc bố mẹ (đã cài đặt sẵn) [9]

Nam sinh Trường THPT Lương Phú(Thái Nguyên) đã sáng chế thiết bị chống quên trẻ em trên ô tô Cơ chế hoạt động: Khi ô tô dừng hoạt động, thiết bị bắt đầu hoạt động nếu có người bị để quên trên xe mà đang đi lại tìm cách thoát ra thì thiết bị

sẽ nhận tín hiệu có tiếng động hoặc người di chuyển trên xe Từ đó cảm biến chuyển động sẽ nhận diện có người trên xe rồi thông báo cho arduno, và arduno sẽ chuyển

về modul sim rồi modul sim báo về cho phụ huynh, nhà trường hoặc có thể báo cho nhiều người liên quan Đồng thời, cảm biến nhiệt lúc này cũng hoạt động để đo được nhiệt độ bên trong xe, nếu vượt qua mức đã cài đặt sẽ gây nguy hiểm cho người bị quên trong xe thì cảm biến nhiệt kích hoạt điều hòa không khí để chờ người đến giải cứu [10]

2.2 Tổng quan về một số hệ thống tiềm năng:

Trong các bài nghiên cứu này, mục đích chung là giảm thiểu tử vong cho trẻ sơ sinh trong ô tô, do sự lơ là của người chăm sóc Được khái niệm hóa là một hệ thống cảnh báo cho người lái xe khi xe ngừng hoạt động

Đầu tiên là một hệ thống thử nghiệm của một tác giả [11], hệ thống bao gồm:

• Cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR);

• Một mô-đun GSM;

• Một bộ vi điều khiển PIC

Hệ thống khởi động khi xe ngừng hoạt động Sau khi khởi động và bất cứ khi nào cảm biến PIR phát hiện chuyển động, bộ điều khiển PIC sẽ gửi tín hiệu đưa ra cảnh báo và gửi thông báo cảnh báo qua mô-đun GSM

Tiếp theo là một hệ thống của một tác giả khác [12] cũng giống như hệ thống trên

là phát hiện trẻ sơ sinh trong ô tô, tuy nhiên sử dụng một loại phương pháp khác Hệ thống khác này bao gồm: hai camera, một cho hàng ghế sau, một cho hàng ghế trước

và một bộ xử lý Raspberry Pi Hệ thống này cũng tuân theo quy tắc tương tự để khởi động, yêu cầu xe phải đứng yên và tắt máy, hệ thống sẽ tự động TẮT sau ba mươi phút mà không có phát hiện người

Giải pháp này có mức tiêu thụ dòng điện cao hơn so với giải pháp dựa trên cảm biến, tuy nhiên nó sẽ TẮT sau ba mươi phút nếu không phát hiện chuyển động, cho phép quản lý năng lượng tiêu thụ tốt hơn Vì lý do nhiệt độ bên trong xe tăng cao trong những ngày nắng nóng có nguy cơ gây tử vong do say nắng Vì vậy hệ thống đáp ứng yêu cầu nhận dạng nhanh

Đầu vào của hệ thống này là video, do đó, nó yêu cầu sức mạnh xử lý cao hơn,

do đó cần có Raspberry Pi và xử lý hình ảnh dựa trên một thuật toán phát hiện chuyển động đơn giản Các quy trình thử nghiệm được thực hiện trong các điều kiện ánh sáng khác nhau để cải thiện thêm độ tin cậy của hệ thống Về hiệu suất của hệ thống, các tác giả tuyên bố rằng nó có thể phát hiện sự hiện diện của con người trong vòng chưa đầy ba phút

Thứ ba một nghiên cứu của tác giả giới thiệu một hệ thống nhận dạng giọng nói [13] Giải pháp này yêu cầu rằng mọi tiếng ồn cần được phân biệt với tiếng khóc của

trẻ em, đòi hỏi một thuật toán nhận dạng mẫu giọng nói có khả năng cần sức mạnh

xử lý tương tự như máy ảnh, với nhiều nhược điểm hơn Hệ thống này không đáng tin cậy khi trẻ đang ngủ, và ngay cả khi trẻ thức, hệ thống này vẫn cần trẻ khóc Nếu trẻ lớn hơn, thậm chí có thể không khóc, khiến giải pháp này không hiệu quả

Cuối cùng là một giải pháp khác để giảm thương vong trong ô tô của một tác giả

sử dụng một cảm biến tần số vô tuyến có khả năng phát hiện hô hấp cũng như nhịp tim của trẻ sơ sinh hoặc trẻ em đang ngủ [14] Khó khăn chính của phương pháp này

là phân biệt tiếng ồn xung quanh với nhịp tim hoặc nhịp thở của trẻ sơ sinh

Trên ô tô để hiểu biết được chi tiết từng vị trí lắp đặt của hệ thống trong xe thì sơ

đồ mạch điện giúp tra cứu các bộ phận trên xe một cách nhanh chóng và chính xác

Để bố trí, lắp đặt và thử nghiệm hệ thống trên xe cần phải nắm rõ về các bộ phận trên

xe cũng như về sơ đồ mạch điện của hệ thống điện thân xe trên ô tô Đồng thời tìm hiểu về các tín hiệu đầu vào như khóa cửa, khóa kính và các tín hiệu đầu ra như chuông báo động, đèn cảnh báo

Hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên ô tô là một phương tiện cần thiết giúp tài xế

có thể nhìn thấy trong điều kiện tầm nhìn hạn chế, dùng để cảnh báo các tình huống dịch chuyển để mọi người xung quanh nhận biết Ngoài chức năng trên, hệ thống chiếu sáng còn hiển thị các thông số hoạt động của các hệ thống trên ô tô đến tài xế thông qua bảng tableau và soi sáng không gian trong xe Đồng thời được ứng dụng vào hệ thống cảnh báo có người bên trong xe khi xe không hoạt động để cảnh báo, báo động cho người lái xe hay mọi người xung quanh biết có người hoặc vật nuôi bị

bỏ quên trên xe giúp giải cứu kịp thời

Hệ thống khoá cửa, khóa kính đảm bảo an toàn và thuận lợi cho người sử dụng

xe khi khoá cửa và khóa kính, còn được ứng dụng vào hệ thống cảnh báo có người

bên trong xe khi xe không hoạt động để xử lý các tín hiệu đầu vào giúp hệ thống có thể nhận diện được có người hay vật nuôi trên xe

Môn học trang bị cho sinh viên kiến thức về các linh kiện điện tử thụ động như: điện trở, tụ điện, cuộn cảm, biến áp, rơle…, cơ chế hoạt động của các chất bán dẫn,

và linh kiện điện tử tích cực như: Diode, Bjt, Fet, Src, Triac, Diac Bênh cạnh đó sinh viên được trang bị kỹ năng: biết cách nhận dạng, tra cứu, kiểm đo thử tất cả các linh kiện điện tử thông dụng đây là hành trang cần thiết để sinh viên vận dụng kiến thức vào trong nghiên cứu này, để có thể so sánh, lựa chọn các linh kiện phù hợp với

hệ thống, đạt được kết quả tối ưu nhất về yêu cầu một hệ thống hoạt động hiệu quả, tiết kiệm, an toàn

Đầu tiên, với cảm biến PIR có tác dụng phát hiện chuyển động của các đối tượng

bằng cách so sánh nhiệt độ của xe khác với nhiệt độ của trẻ Tuy nhiên độ tin cậy của

nó khá thấp đặc biệt là trong mùa hè

Vì mọi vật thể có nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối đều phát ra bức xạ nhiệt

mà mắt thường không thể quan sát được - bức xạ hồng ngoại Nếu nhiệt độ mục tiêu trở nên quá gần với môi trường xung quanh, độ tin cậy của cảm biến giảm đáng kể, không thể phân biệt cái này với cái kia Tiếp theo là nhiệt độ bên trong xe tăng lên nhanh chóng do bức xạ mặt trời và khi nó nằm trong phạm vi nhiệt độ cơ thể người, việc phát hiện người không chính xác Cuối cùng là trong trường hợp có sự chênh lệch nhiệt độ, cảm biến hồng ngoại sẽ chỉ được kích hoạt nếu phát hiện chuyển động Điều này có nghĩa là nếu một cơ thể đang bất động, như một đứa trẻ đang ngủ, có thể

sẽ không được phát hiện được

Hình 2.1 Cảm biến chuyển động PIR [15]

Tiếp theo, với cảm biến sóng liên tục, được xem là cảm biến hiệu quả nhất cấu

trúc của nó được mô tả trong Hình 2.1 [15] Loại cảm biến này cho phép phát hiện

nhịp đập của tim, có thể phân biệt nó với các loại tiếng ồn khác, chẳng hạn như tiếng mưa Nguyên tắc hoạt động dựa vào việc phản ánh một tín hiệu đến mục tiêu, sử dụng hiệu ứng Doppler và lọc sóng nhận được để loại bỏ nhiễu, thu được một sóng có thể

quan sát được, như trong Hình 2.2 Tuy nhiên cảm biến sóng có một nhược điểm là

liên quan đến sức khỏe của trẻ em Theo tiêu chuẩn IEEE về mức độ an toàn liên quan đến việc con người tiếp xúc với trường điện từ tần số vô tuyến, 3kHz đến 300gHz [16] mức mật độ công suất tối đa cho con người tiếp xúc là 10mW/cm2 Vì loại cảm biến này sử dụng năng lượng phát ra, nên có một mối lo ngại về công suất của tín hiệu phát ra không được vượt quá 10mW / cm2 [16] [17] Tiếp xúc với bức xạ công suất cao trong thời gian dài có thể dẫn đến ngộ độc bức xạ

Trong Bảng 2.1, là kết quả nghiên cứu của một nhóm tác giả ở trường đại học

Porto về so sánh tổng quan, trong đó cảm biến PIR có thể coi là lựa chọn tốt nhất Tuy nhiên, camera dường như có độ tin cậy cao đưa ra những cảnh báo chính xác

Với cảm biến sóng như đã trình bày là về các biến chứng sức khỏe, tuy nó là lựa chọn đáng tin cậy nhất, nhưng vẫn là nguy hiểm nhất

Bảng 2.1 So sánh tổng quan các loại cảm biến

Năng lượng tiêu thụ Giá Độ tin cậy

Thông qua Bảng 2.1 chúng tôi quyết định chọn camera là tín hiệu đầu vào cho hệ

thống, tích thêm cảm biến hồng ngoại cho việc xác định, nhận diện người trên xe

Bảng 2.2 Bảng so sánh bộ xử lý trung tâm

Jetson Nano Raspberry Pi 4B

GPU NVIDIA Maxwell w/128

CUDA core@921 Mhz

Broadcom Videocore Vl (32-bit)

Tốc độ truyền dữ

liệu, tốc độ đọc bảng

USB 3.0 ssd: 288.4 MB/s Micro SD: 62.5 MB/s

USB 3.0 ssd: 265.2

MB/s Micro SD: 40.8 MB/s

Bên cạnh đó Jetson Nano được hỗ trợ bởi NVIDIA JetPack Bao gồm các gói hỗ trợ board và thư viện phần mềm, cho phép phát triển tích hợp các model vào sản phẩm nghiên cứu

Python là ngôn ngữ lập trình bậc cao cho các mục đích lập trình đa năng Python được sử dụng trong việc lập trình từ những ứng dụng đơn giản nhất cho đến những thuật toán nâng cao phức tạp Python được sáng tạo bởi Guido van Rossum vào cuối những năm 1980s

Python trở thành sự lựa chọn hoàn hảo dành cho các lập trình viên từ trình độ mới bắt đầu cho đến nâng cao Python là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đa năng,

sở hữu cấu trúc dữ liệu cấp cao mạnh mẽ và hệ thống thư viện lớn Python sử dụng

cơ chế cấp phát bộ nhớ tự động với cú pháp đơn giản và được sử dụng để phát triển website, application hay xây dựng các ứng dụng trí tuệ nhân tạo

NVIDIA JetPack SDK là giải pháp toàn diện nhất để xây dựng các ứng dụng AI Tất cả các mô-đun Jetson và bộ công cụ dành cho nhà phát triển đều được hỗ trợ bởi JetPack SDK

JetPack SDK bao gồm gói trình điều khiển Jetson Linux mới nhất (L4T) với hệ điều hành Linux với các thư viện tăng tốc CUDA-X và APIs cho học sâu (Deep Learning), thị giác máy tính (Computer Vision), tăng tốc máy tính và đa phương tiện

Nó cũng bao gồm các mẫu, tài liệu và công cụ dành cho nhà phát triển cho cả máy tính chủ và bộ công cụ dành cho nhà phát triển, đồng thời hỗ trợ các SDK cấp cao hơn như DeepStream để phân tích video trực tuyến và Isaac cho robot

Firebase là một dịch vụ database thời gian thực miễn phí (100MB), rất phù hợp

để lưu trữ dữ liệu trong các dự án nhỏ như đồ án môn học, luận văn Với Firebase, chúng ta dễ dàng lưu trữ giá trị nhiệt độ, độ ẩm, hình ảnh một cách dễ dàng Đối với lĩnh vực Internet of Things, Firebase giúp bạn dễ dàng làm một bản cơ sở dữ liệu đơn giản mà không yêu cầu bạn biết bất cứ một thứ gì về cơ sở dữ liệu

 Firebase là một nền tảng để phát triển ứng dụng di động và trang web Nền tảng này bao gồm các API đơn giản, không cần backend hay server

 Firebase là một dịch vụ hệ thống backend được Google cung cấp sẵn cho ứng dụng Dịch vụ này giúp bạn phát triển, triển khai và mở rộng quy mô của ứng dụng Mobile nhanh hơn Dù bạn sử dụng Android hay IOS, Firebase vẫn có thể hỗ trợ tốt

Các chức năng của firebase:

 Realtime Database: hỗ trợ đồng bộ hóa dữ liệu của người dùng kể cả khi không có kết nối mạng, tạo nên trải nghiệm xuyên suốt bất chấp tình trạng kết nối internet của người sử dụng Dù Android, IOS, web, c++, unity, và

cả xamarin, Reatime Database của Firebase vẫn hỗ trợ tốt

 Crashlytics: Hệ thống theo dõi và lưu trữ thông tin lỗi của ứng dụng đang chạy trên máy người dùng Nhờ Crashlytics, developer có thể nắm bắt và

xử lý kịp thời các lỗi chính của ứng dụng

 Cloud Firestore: Lưu trữ và đồng bộ dữ liệu giữa người dùng và thiết bị

sử dụng cơ sở dữ liệu noSQL được lưu trữ trên hạ tầng Cloud

 Authentication: bảo mật và đơn giản hóa quá trình quản lý người dùng Firebase Auth cung cấp nhiều phương pháp để xác thực Bao gồm email

và mật khẩu, các nhà cung cấp bên thứ ba và sử dụng trực tiếp hệ thống tài khoản hiện tại của bạn

 Test Lab: hỗ trợ chạy thử nghiệm tự động và tùy chỉnh cho ứng dụng của bạn trên cả các thiết bị ảo lẫn vật lý do Google cung cấp

 Các công cụ khác như: Performance Monitoring, Cloud Storage, Cloud Functions, …

Trong chương này, một số cơ sở lý thuyết và các hệ thống liên quan được phân tích để trình bày các điểm xuất phát tiềm năng cũng như cung cấp một cái nhìn tổng quan về những hạn chế của chúng

Như đã trình bày, sử dụng nhận dạng giọng nói để phát hiện tiếng khóc của trẻ

sơ sinh, nó đòi hỏi hệ thống có bộ xử lí mạnh và nó tự động TẮT nếu đứa trẻ im lặng

Tuy nhiên, nếu hệ thống này tích hợp thêm một số giải pháp để nâng cấp độ tin cậy

và khả năng sử dụng của hệ thống

Thứ hai cũng có thể thấy một xu hướng trong các hệ thống mà phần lớn các tác giả sử dụng nhiều, đó là camera và cảm biến chuyển động PIR Vì những lựa chọn này đáng tin cậy hơn so với một số hệ thống khác

Để làm rõ hơn cái nhìn tổng quan về tài liệu cũng như lựa chọn các vật liệu,

phương pháp của hệ thống Trong phần Mục tiêu và phương pháp, chúng tôi sẽ cung

cấp một cái nhìn tốt hơn về ưu và nhược điểm của hệ thống Cũng như một số thuật toán tầm nhìn đã được trình bày, nhằm cung cấp rõ hơn về các giải pháp tầm nhìn trong việc nhận diện người đưa ra cảnh báo và liệu hệ thống này thực sự là một lựa chọn đáng tin cậy hay không

3 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Phát triển hệ thống cảnh báo an toàn chủ động có khả năng nhận diện được người, vật thể trên xe khi xe ngừng hoạt động đưa ra cảnh báo kịp thời cho người liên quan Xây dựng được hệ thống cảnh báo trên xe thực nghiệm, đưa ra được cảnh báo nhanh, chính xác, truyền thông tin đến cho người sử dụng

Thu thập các số liệu đo được từ hệ thống như: mức tiêu thụ năng lượng, nhiệt độ,

bộ nhớ sử dụng để đưa ra cải tiến trong tương lai

Trong suốt phần Tổng quan tài liệu, một số tài liệu, cở sở lý thuyết đã được trình

bày nhằm mục đích cải tiến hệ thống an toàn chủ động trên xe ô tô Một số các giải pháp của các tác giả trước đây được chọn để làm xuất phát điểm cho nghiên cứu này Tuy nhiên, việc lựa chọn các thành phần của hệ thống cần phải xem xét ưu nhược điểm vốn có của chúng Trong chương này, chúng tôi đưa ra một số các công nghệ tiềm năng sử dụng hiện nay và những ưu điểm của chúng, dựa trên các nền tảng bộ môn linh kiện điện tử đã được học và thông qua các diễn đàn nước ngoài để làm cơ

sở tiến hành lựa chọn các linh kiện điện tử, mô-đun phù hợp với yêu cầu của hệ thống, đảm bảo cho hệ thống hoạt động chính xác, tốc độ xử lý nhanh, mức tiêu thụ năng lượng thấp

Phần lựa chọn mô đun, linh kiện được chia làm năm phần chính:

 Sơ đồ thuật toán hệ thống;

 Tín hiệu đầu vào;

 Đơn vị điều khiển;

 Kỹ thuật giao tiếp;

 Phương pháp bảo vệ hệ thống

Sau đây chúng tôi sẽ phân tích chi tiết hơn về các thành phần đã chọn cũng như trình bày quá trình cải tiến, phát triển hệ thống

3.3 Sơ đồ thuật toán mô hình

Để đảm bảo cho việc phát hiện/nhận diện người hoặc vật thể chính xác, việc lựa chọn các linh kiện, mô-dun là quan trọng để làm tăng số lượng các tính năng, như RAM, tốc độ xử lí các tác vụ điều khiển lập trình, có thể chạy được các thuật toán nhận dạng hình ảnh hoặc thị giác, cấu trúc hệ thống được xây dựng bao gồm:

- Một Camera IMX219-160IR tích hợp cảm biến hồng ngoại

- Một bộ xử lý trung tâm Jetson Nano

- Một Wireless NIC For Jetson Nano, WiFi/Bluetooth

- Một SIM7600G-H 4G/3G/2G/GNSS Module cho Jetson Nano

Trong nghiên cứu này sử dụng camera, cảm biến hồng ngoại làm tín hiệu ngõ vào xác nhận người vì khả năng nhận dạng hiệu quả, tin cậy Tuy nhiên vấn đề cần giải quyết là tiết kiệm mức tiêu thụ năng lượng, vì vậy hệ thống chỉ hoạt động trong vòng 5 phút khi không phát hiện người bên trong xe

Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán mô hình

Khi ô tô đã tắt động cơ, cửa đóng, kính đóng hệ thống sẽ tự khởi động trong vòng

2 phút Camera được kết nối với bộ xử lý Jetson Nano, bộ xử lý này sẽ xử lý thông tin tầm nhìn do camera cung cấp Mặt khác, cảm biến hồng ngoại được tích hợp với camera kết nối với bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ phân tích tín hiệu camera trong các điều kiện thiếu sáng, đủ sáng Cuối cùng, mô-đun SIM7600G-H được kết nối với

bộ xử lý Jetson Nano Vì máy ảnh tiêu thụ nhiều năng lượng hơn các cảm biến khác

và vì chỉ cần một khung hình là đủ để phát hiện có người bên trong xe nên không cần phải BẬT máy ảnh mọi lúc

Bộ xử lý sẽ nhận diện người thông qua camera, cảm biến hồng ngoại, thực hiện cảnh báo khi phát hiện người trong xe Để đảm bảo cho việc phát hiện toàn diện, cảnh báo tối ưu, nghiên cứu tích hợp thêm mô-đun SIM7600G-H 4G/3G/2G/GNSS để gửi thông báo đến điện thoại thông minh, giải pháp này không phụ thuộc vào khoảng cách giữa người lái và phương tiện

Cùng với sự phát triển của các cảm biến khác, camera là một lựa chọn tốt sử dụng thị giác máy tính để phát hiện sự hiện diện người, vật thể trong xe ô tô Việc tích hợp camera vào các phương tiện giao thông đã tăng lên trong thập kỷ qua, mang lại lợi ích cho cả những cải tiến về thuật toán, sự phát triển của ngành ô tô và sự cạnh tranh của các thương hiệu Vì phạm vi ứng dụng của camera không bị giới hạn trong ngành công nghiệp ô tô, nên việc cải tiến của nó mang lại lợi ích cho mọi lĩnh vực ứng dụng đột phá Những chiếc xe hiện đại đã được cài đặt một số ứng dụng camera như: hệ thống đỗ xe tự động, cùng với các ứng dụng đang được nghiên cứu như phát hiện tài

xế buồn ngủ hoặc phát hiện sự hiện diện bên trong Dựa vào camera để nhận dạng đối tượng độ tin cậy của phương pháp này đã được nâng cao trong thập kỷ qua do các thuật toán tầm nhìn khác nhau, chẳng hạn như R-CNN hoặc YOLO Tuy nhiên, máy ảnh yêu cầu công suất xử lý cao, do đó dẫn đến mức tiêu thụ tổng thể tăng lên tuy nhiên vấn đề này có thể cải tiến bằng một số lập trình tự động cho hệ thống, đem lại

sự hiệu quả, độ tin cậy cao cho người sử dụng

Camera được ứng dụng nhằm thu thập hình ảnh, video của toàn bộ khoang nội thất bên trong xe Với yêu cầu đặt ra của hệ thống về khả năng nhận diện cả ngày và

đêm thì Camera IMX219-160IR là linh kiện phù hợp cho việc nhận diện, kết hợp với cảm biến hồng ngoại, đảm bảo đầy đủ tính năng, độ tin cậy, hiệu quả cho hệ thống

Hình 3.2 Camera IMX219-160IR

Các thành phần cảm biến, camera đã thảo luận trong mục 3.2 yêu cầu một bộ xử

lý mạnh để xử lý chính xác các tín hiệu đầu ra của chúng Để đưa ra các tín hiệu đúng, chính xác cần các bộ xử lý khác nhau nên cần xem xét các lựa chọn bộ xử lý phù hợp

Trong mục 3.2, đề cập camera yêu cầu một bộ xử lí có công suất cao, đặc biệt là

nhận dạng mẫu và các giải pháp dựa trên thị giác Trường hợp áp dụng này là tín hiệu nhận từ camera, cảm biến hồng ngoại cho việc nhận diện người trong xe Qua quá trình nghiên cứu nhóm quyết định chọn bộ xử lí Jetson Nano cho bộ điều khiển chính của hệ thống Có một số sự lựa chọn bộ xử lí như: ATmega2560 [18], left, and

Raspberry Pi 4 [19], tuy nhiên về các chức năng, tốc độ xử lí đã so sánh ở Phần 2,

việc lựa chọn Jetson Nano nó có các ưu điểm hơn một số bộ xử lý khác như bộ nhớ RAM, chíp xử lý chuyên dùng cho trí tuệ nhân tạo AI cần thiết để có thể chạy các thuật toán nhận dạng hình ảnh hoặc thị giác

Hình 3.3 Máy tính nhúng Jetson Nano

Hình 3.4 Thành phần của Jetson Nano

Thiết bị NVIDIA® Jetson Nano ™ là một máy tính AI nhỏ dành cho các nhà sản xuất, người học và nhà phát triển để sẵn sàng bắt đầu xây dựng các ứng dụng AI thực

tế, rô bốt AI Với khả năng thực hiện 19.2 tỷ phép tính trên một giây để chạy các thuật toán AI hiện đại một cách nhanh chóng, với một CPU quad-core 64-bit ARM, một NVIDIA GPU 128-core được tích hợp trên board mạch, cũng như bộ nhớ RAM 4GB Có thể chạy song song nhiều mạng neural và xử lý đồng thời một số cảm biến

có độ phân giải cao Jetson Nano cũng được hỗ trợ bởi NVIDIA JetPack

Sử dụng với NVIDIA Jetson Nano AI Computer, phù hợp cho các dự án AI như:

- Face recognition (Nhận diện khuôn mặt);

- Road mark detection (Phát hiện vạch kẻ đường);

- License plate recognition (Nhận dạng biển số)

Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo Jetson Nano

( Nguồn developer.nvidia.com)

Hình 3.6 Sơ đồ các chân của J41

( Nguồn developer.nvidia.com) Tất cả ngoại trừ các chân giao tiếp I2C trên tiêu đề đều được kết nối trực tiếp với mô-đun Jetson Nano Các chân 3 và 5 (chân I2C SDA) và chân 27 và 28 (chân I2C SCL) I2C được kết nối với một bộ dịch chuyển mức trung gian để thay đổi điện áp

từ 1,8V trên mô-đun thành 3,3V trên giao diện I2C tiêu chuẩn Các chân 8 và 10 lần lượt là các chân của bộ phát (TX) và bộ thu (Rx) của UART Bo mạch cũng cung cấp hai nguồn điện 3.3V (chân 1 và 17) và hai nguồn 5V (chân 2 và 4) J41 Expansion cũng có nhiều chân nối đất J41 Expansion có 2 kênh PWM được kết nối trực tiếp với

bộ điều khiển phần cứng PWM Nó không hỗ trợ bất kỳ PWM nào do phần mềm tạo

ra Thật không may, mô-đun Nano vốn không được định cấu hình để xác định kết nối với phần cứng PWM Do đó, để sử dụng phần cứng PWM, hệ thống PinMux phải được định cấu hình để cung cấp chức năng cho các chân PWM

3.6 Bộ xử lý tín hiệu cảnh báo

Mạch Waveshare Relay Expansion Board giúp Jetson Nano có thể điều khiển đóng ngắt tải AC/DC trực tiếp qua Relay, mạch có thiết kế cách ly quang bằng Opto PC817 và Transistor tới các chân tín hiệu giúp chống nhiễu và bảo vệ chân GPIO của Jetson Nano

Hình 3.7 Mạch Waveshare Relay Expansion Board

Hình 3.8 Các thành phần mô-đun Relay

1 40 chân PIN GPIO

2 Các tiếp điểm chuyển tiếp điều khiển

3 Relay điều khiển