Nhận biết nồng độ cồn trên xe ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN BIẾT NỒNG ĐỘ CỒN TRÊN XE Ơ TƠ Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Sa Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Hà Văn Duẩn 1811253692 18DOTD1 Nguyễn Đình Thành 1811252781 18DOTD1 TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2022 MỤC LỤC  LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG .ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài .2 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Các kết đạt đề tài 1.7 Kết cấu đồ án CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VÀ GIẢI PHÁP 2.1 Q 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 2.2 Các phương pháp phát nồng độ cồn .13 v 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 QUYẾT 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 quang học AS608 24 3.1.3 Màn hình LCD Text 2004 mạch giao tiếp I2C 25 3.1.4 AD16 - 22SM Đèn Còi Báo Màu Vàng 28mm 12V 27 3.1.5 Đèn cảnh báo ô tô .29 3.2 Khối kiểm soát trình khởi động 32 3.2.1 Máy khởi động .32 3.2.2 Rờ le kiểm soát quá trình khởi động 37 3.3 Khối điều khiển 38 3.3.1 Vi điều khiển Arduino Nano 38 3.3.2 Cảm biến bàn đạp chân ga 47 3.3.3 Mạch relay 5V với opto cách ly 30A kích H/L 49 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ thi công sản phẩm .52 4.1 Yêu cầu chung hệ thống phát hiện, ngăn chặn cảnh báo 52 4.2 Sơ đồ khối 53 4.3 Lưu đồ thuật toán 55 4.4 Bố trí kết nối linh kiện 57 vi 4.5 Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ vị trí cảm biến hệ thống 57 4.5.1 Chọn phương pháp bố trí cảm biến nồng độ cồn .57 4.5.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ mạch 60 4.6 Các bước hoạt động mơ hình 60 4.6.1 Lắp ráp mơ hình 60 4.6.2 Nạp chương trình điều khiển cho Arduino Nano .62 4.6.3 Vận hành mơ hình 64 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 5.1 Kết luận 67 5.2 Hướng phát triển .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 vii 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 góp chung) 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 I/O AREF MCU Bộ vi điều khiển Microcontroller Unit viii 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 26 Bảng 3.2: Các chân Arduino Nano 42 Bảng 4.1: Kích thước linh kiện 57 Bảng 4.2: Cường độ dòng điện tải 60 ix 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 thơng 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) 16 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 22 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 Hình 3.6: Cảm biến nhận dạng vân tay quang học AS608 24 Hình 3.7 Sơ đồ nối dây cảm biến vân tay quang học AS608 25 x Hình 3.8: Màn hình LCD Text 2004 25 Hình 3.9: Sơ đồ chân hình LCD Text 2004 26 Hình 3.10: Mạch giao tiếp I2C 27 Hình 3.11: Sơ đồ đấu nối mạch giao tiếp I2C với LCD Text 2004 27 Hình 3.12: Đèn cịi báo AD16-22SM 28 Hình 3.13: Sơ đồ đấu nối đèn cịi báo AD16-22SM 28 Hình 3.14: Sơ đồ mạch điện đèn còi báo AD16-22SM 28 Hình 3.15: Hình ảnh đèn cảnh báo hazard ô tô 29 Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện đèn báo hazard chân 30 Hình 3.17: Cục Rơ le chân 31 Hình 3.18: Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động ô tô 32 Hình 3.19: Cơng tắc khởi động 33 Hình 3.20: Cấu tạo máy khởi động 34 Hình 3.21: Máy khởi động loại giảm tốc 34 Hình 3.22: Máy khởi động loại bánh hành tinh 35 Hình 3.23: Máy khởi động PS 35 Hình 3.24:Nguyên lý hoạt động lúc hút vào 36 Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động trình giữ 36 Hình 3.26: Nguyên lý hoạt động trình nhả 37 Hình 3.27: Sơ đồ mạch kiểm sốt khởi động 37 Hình 3.28: Arduino Nano 39 Hình 3.29: Sơ đồ chân vi điều khiển Arduino Nano 40 xi Hình 3.30: Các chân lượng vi điều khiển 44 Hình 3.31: Các chân đầu vào đầu vi điều khiển 46 Hình 3.32: Bàn đạp chân ga 47 Hình 3.33: Cấu tạo cảm biến bướm ga loại tuyến tính 48 Hình 3.34: Cấu tạo cảm biến bướm ga loại phần tử Hall 48 Hình 3.35: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp ga 49 Hình 3.36: Mạch relay 5V với opto cách ly 30A kích H/L 50 Hình 3.37: Các chân kết nối mạch relay 5V với opto cách ly 30A kích H/L 51 Hình 3.38: Sơ đồ mạch điện mạch relay 5V với opto cách ly 30A kích H/L 51 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống 53 Hình 4.2: Sơ đồ mạch điện mơ Protues 54 Hình 4.3: Sơ đồ bo mạch mô PCB layout Protues 54 Hình 4.4:Sơ đồ bo mạch hoàn thành 55 Hình 4.5: Lưu đồ thuật tốn điều khiển mạch điện hệ thống khởi động 55 Hình 4.6: Lưu đồ thuật tốn đo nồng độ cồn lúc vận hành xe 56 Hình 4.7: Lắp cảm biến phần tựa đầu 58 Hình 4.8: Lắp cảm biến gần vành lái 58 Hình 4.9: Cảm biến lắp bên ghế phụ 58 Hình 4.10:Bắt alu lên khung sắt số linh kiện 61 Hình 4.11: Cố định hồn chỉnh mơ hình 61 Hình 4.12: Đi đường điện cho mơ hình 62 Hình 4.13: Arduino IDE (Intergrated Development Environment) 63 xii Hình 4.14: Mơ hình 64 Hình 4.15: Cảm biến vân tay 64 Hình 4.16: Cảm biến nồng độ cồn 65 Hình 4.17: LCD hiển thị nồng độ cồn, đèn còi hoạt động củ đề không chạy yêu cầu không thỏa 65 Hình 4.18: Trạng thái hoạt động mạch lúc vận hành khơng có nồng độ cồn 66 Hình 4.19: Trạng thái hoạt động mạch lúc vận hành xe phát nồng độ cồn 66 xiii current_time = millis(); if (current_time-previous_time>=99) { previous_time = current_time; /////////////////////////////////////////////////////// count_time++; if(count_time>9) { count_time=0; dem+=1; } if(dem>9) { dem=0; } analogWrite(5,c); if(mode==0) { getFingerprintIDez(); if(finger.fingerID==2||finger.fingerID==6||finger.fingerID==3) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Chao Ban "); lcd.setCursor(0,1); 73 lcd.print(dem); count++; if(count>7) { count=0; mode=1; lcd.clear(); count_time=0; dem=0; } } } else if(mode==1) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Xin Doi Do con"); lcd.setCursor(3,1); lcd.print(dem); lcd.setCursor(7,1); lcd.print(mgL,2); lcd.print(" mg/L "); mode_count++; if(mode_count>=99) { mode_count=0; 74 if(mq3 100) { mode1_count=0; if(analogRead(A0)>200) // Nếu chạy mà cịn say, ga giảm mgL=0.25 { ga_update=1; ga_value=0; lcd.clear(); mode=3; }else { ga_update=1; ga_value=1; } } } else if(mode==3) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Ga Giam Do " ); lcd.setCursor(3,1); lcd.print(dem); lcd.setCursor(7,1); lcd.print( mgL); 76 lcd.print(" mg/L "); bz_update=1; bz_value=0; c ; if(c