Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo quên trẻ em trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Nhanh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trương Đình Rin 1711251962 17DOTB5 Bùi Văn Trọng 1711251554 17DOTB5 TP Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Nhanh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trương Đình Rin 1711251962 17DOTB5 Bùi Văn Trọng 1711251554 17DOTB5 TP Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2021 i ii LỜI CAM ĐOAN Nhóm chúng tơi bao gồm: Bùi Văn Trọng Trương Đình Rin Cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 08 năm 2021 (Ký tên ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo quên trẻ em ô tô” trước hết em xin gửi đến quý thầy, cô giáo Viện kỹ thuật trường Đại học Công nghệ TP.HCM lời cảm ơn chân thành Đặc biệt, em xin gửi đến thầy Nguyễn Văn Nhanh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đề tài lời cảm ơn sâu sắc Cuối em xin cảm ơn nhà trường tạo cho em có hội học tập, cho em bước đời sống thực tế để áp dụng kiến thức mà thầy cô giáo giảng dạy Qua công việc thực tập em nhận nhiều điều mẻ bổ ích để trau dồi kĩ thân Vì kiến thức kĩ cịn hạn chế, q trình viết báo cáo em khơng tránh khỏi sai sót, kính mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cơ, nhà trường ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ix LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI TRONG NƯỚC 2.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Ở NƯỚC NGOÀI 2.3 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG .10 2.4 NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG 10 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 11 3.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 3.1.1 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÔ PHỎNG .11 3.1.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LỰA CHỌN LINH KIỆN .12 3.1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 12 3.1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC 12 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 14 4.1 GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH HỆ THỐNG .14 4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14 4.2.1 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 16 4.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRẺ EM TRÊN Ô TÔ BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS 18 4.3.1 CUNG CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG 18 4.3.2 MÔ PHỎNG CÁC CẢM BIẾN VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS 19 4.3.3 MÔ PHỎNG CƠ CẤU CHẤP HÀNH BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS 21 4.3.3.1 HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH 21 4.3.3.2 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 23 iii 4.3.3.3 HỆ THỐNG CÒI .23 4.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ 25 4.5 THIẾT KẾ MƠ HÌNH .27 4.5.1 CÁC THÀNH PHẦN LINH KIỆN SỬ DỤNG CHO HỆ THỐNG 27 4.5.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH 28 4.5.2.1 THIẾT KẾ KHỐI NGUỒN .28 4.5.2.2 THIẾT KẾ KHỐI CẢM BIẾN 29 4.5.2.2.1 CẢM BIẾN ỨNG LỰC ĐIỆN TRỞ 29 4.5.2.2.2 CẢM BIẾN SÓNG SIÊU ÂM 31 4.5.2.2.3 CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG HC-SR501 .34 4.5.2.3 BỘ XỬ LÝ ARDUINO .37 4.5.2.3.1 MẠCH ARDUINO UNO 37 4.5.2.3.2 PHẦN MỀM 38 4.5.2.4 THIẾT KẾ KHỐI THÔNG BÁO 39 4.5.2.4.1 MODULE SIM 800L 39 4.5.2.4.2 CÒI BÁO ĐỘNG 40 4.5.2.4.3 ĐÈN HALOGEN 41 4.5.2.5 TÍNH TỐN CƠNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG .42 4.5.3 THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ .43 4.5.4 MƠ PHỎNG VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ 47 4.5.4.1 MƠ PHỎNG VỊ TRÍ LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ 47 4.5.4.2 MƠ PHỎNG VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CẢM BIẾN FSR402 TRÊN Ô TÔ 48 4.5.4.3 MÔ PHỎNG VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI PIR HC-SR501 TRÊN Ô TÔ 49 4.5.4.4 MƠ PHỎNG VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CẢM BIẾN SĨNG SIÊU ÂM HCSR04 TRÊN Ô TÔ 50 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG,THI CÔNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CẢNH BÁO QUÊN TRẺ EM TRÊN Ô TÔ 51 5.1 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS .51 5.1.1 CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO CHO MƠ PHỎNG PROTEUS 51 iv 5.1.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 52 5.2 MƠ HÌNH VẬT LÝ 54 5.2.1 CODE ARDUINO CHO MƠ HÌNH VẬT LÝ 54 5.2.2 HỆ THỐNG HOẠT ĐỘNG 55 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN 59 6.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỒ ÁN 59 6.1.1 KẾT QUẢ CỦA ĐỒ ÁN THỰC HIỆN 59 6.1.2 KIẾN THỨC THU ĐƯỢC 59 6.2 KẾT LUẬN .60 6.2.1 ƯU ĐIỂM 60 6.2.2 NHƯỢC ĐIỂM 60 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 63 v Hình 3: Mơ hình mơ Proteus hoạt động theo TH1  Trường hợp 2: Cảm biến lực không chịu lực tác động Vì cảm biến PIR cấp nguồn Khi cảm biến PIR phát thân nhiệt cuộn dây relay cấp nguồn Cảm biến sóng siêu âm phát có thay đổi khoảng cách trần ô tô ghế ngồi tiếp mass cho cịi tơ Cả tín hiệu cảm biến PIR HC-SR04 đồng thời cho Module sim gửi tin nhắn gọi đến số điện thoại cài đặt, hệ thống motor hạ kính hệ thống chiếu sáng hoạt động 53 Hình 4: Tồn hệ thống mơ Proteus hoạt động 5.2 MƠ HÌNH VẬT LÝ 5.2.1 CODE ARDUINO CHO MƠ HÌNH VẬT LÝ Tương tự chương trình mơ phần mềm Proteus, mơ hình vật lý hoạt động cần phải nạp code arduino Arduino IDE cho board Arduino Uno Hình 5: Nạp chương trình Arduino cho mơ hình 54 Sau kết nối board Arduino Uno với máy tính cáp USB, ấn vào nút “Upload” phần mềm Arduino IDE “Done uploading” phần mềm cập nhật cho hệ thống xong Hình 6: Kết nối board Arduino Uno với máy tính 5.2.2 HỆ THỐNG HOẠT ĐỘNG Hình 7: Khơng có trẻ em bên xe 55 Trường hợp 1: Khi tiếp điểm khóa vị trí OFF, tài xế ngồi vị trí mình, giá trị analog cảm biến FSR402 Arduino nhận, nên hệ thống cảnh báo khơng hoạt động Hình 8: Giá trị analog cảm biến FSR402 Trường hợp 2: Hình 9: Trường hợp trẻ em bị bỏ lại xe 56  Khi cảm biến FSR402 khơng có lực tác dụng, cảm biến PIR phát thân nhiệt, cảm biến sóng siêu âm HC-SR04 phát thay đổi khoảng cách hệ thống cảnh báo hoạt động Hình 10: Hệ thống hoạt động  Module Sim800L hoạt động gửi tin nhắn để số điện thoại cài đặt phần code Hình 11: Tin nhắn thơng báo gửi đến 57  Cịi báo động hệ thống hoạt động tài xế quay trở lại tắt hệ thống Hình 12: Hệ thống tắt sau nhận lệnh hủy 58 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN 6.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỒ ÁN 6.1.1 KẾT QUẢ CỦA ĐỒ ÁN THỰC HIỆN Vì lý khách quan, nên mơ hình vật lý khơng hoàn thành theo kế hoạch, chưa phải sản phẩm đưa vào sử dụng, thiết bị đảm bảo hoạt động theo nguyên lý hoạt động, tín hiệu cảm biến, module phù hợp theo code lập trình Kết thu tiến hành nạp code vào mạch khảo sát hoạt động thực tế thiết bị:  Cảm biến lực FSR402 hoạt động ổn định nhạy, không bị lỗi, bật tắt relay theo quy định  Cảm biến siêu âm HC-SR04 cảm biến PIR HC-SR501 hoạt động tín hiệu, hoạt động điều kiện “and” code lập trình  Cơ cấu cảnh báo: gửi tin nhắn Module sim, âm phát từ còi buzzer hoạt động tốt, liên tục nhận thông tin phù hợp 6.1.2 KIẾN THỨC THU ĐƯỢC Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài, q trình làm việc chúng tơi trau dồi biết thêm kiến thức mới, hiểu sâu kiến thức đa học:  Biết cách lập trình Arduino, tổng hợp chương trình phức tạp từ chương trình đơn giản, tài liệu từ nhiều nguồn từ ngôn ngữ khác nhau, giao tiếp Arduino với máy tính nhanh sử dụng đa số chức Arudino IDE  Hiểu áp dụng số linh kiện qua trọng lĩnh vực tự động transistor NPN, PNP, diode, relay Biết nguyên lý hoạt động loại cảm biến với tín hiệu khác như: hồng ngoại, sóng siêu âm, lực  Làm quen với ứng dụng IoT vào đời sống, cách thức nhận truyền liệu không dây thông qua Module sim 59  Nâng cao kỹ mềm: làm việc nhóm, phân chia nhiệm vụ, xây dựng kế hoạch, tìm kiếm tài liệu… 6.2 KẾT LUẬN Với mục tiêu đưa ra, đề tài giải phần lớn yêu cầu lập trình điều khiển phận điều khiển “Hệ thống cảnh báo quên trẻ em ô tô” Cảnh báo trường hợp trẻ em bị bỏ lại ô tô hệ thống chiếu sáng, cịi, tin nhắn sms hạ kính ô tô nâng cao khiến cho khả trẻ bị ngộp, sốc nhiệt 0% 6.2.1 ƯU ĐIỂM  Giải yêu cầu đặt đề tài  Phần cứng thiết kế đơn giản, dễ sử dụng  Các thông số đo đạc sát với thực tế  Chi phí thiết bị hợp lý đáp ứng đầy đủ tính 6.2.2 NHƯỢC ĐIỂM Dù nhóm nghiên cứu cố gắng hồn thành đề tài cách tốt nhiên hệ thống vài khuyết điểm sau:  Vì đề tài nguyên cứu nên hoạt động cảm biến chưa phải tốt  Thiết bị thực tế chưa thực gọn gàn, chưa thuận tiện cho việc áp dụng ô tô  Vì kiến thức, thời gian kinh phí hạn chế nên mơ hình khơng tối ưu 100% 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Với mong muốn hệ thống nhóm nghiên cứu ứng dụng tốt rộng rãi thực tế Nhóm đưa số hướng phát triển cho để tài dựa khuyết điểm có hệ thống nhóm thiết kế Dưới số hướng phát triển: 60  Sử dụng cảm biến cơng nghiệp có độ xác cao để cải thiện tính xác hệ thống  Sử dụng phương thức giao tiếp tiên tiến để giao thực việc giao tiếp xử lý Arduino với xe ô tô module sim  Cải tiến mơ hình thành module tích hợp để giảm kích thước hệ thống, giúp đơn giản cho việc lắp đặt đem lại tính thẩm mĩ cho hệ thống 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Hùng Kim Khánh Giáo Trình Vi Điều Khiển NXB Đại học Công nghệ Tp.HCM.2008 Nguyễn Văn Nhanh, Nguyễn Văn Bản Giáo Trình Hệ thống điện-điện tử tô NXB Đại học Công nghệ Tp.HCM.2017 Nguyễn Ngọc Anh, Võ Ngọc Bích Giáo Trình Kỹ Thuật Điện Tử NXB Đại học Công nghệ Tp.HCM.2015 Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu, Vi điều khiển ứng dụng Arduino dành cho người tự học, NXB Bách Khoa Hà Nội.2018 Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung, Lập trình điều khiển với Arduino, NXB Khoa học Kỹ Thuật.2016 TS.Trương Đình Nhơn, KS.Phạm Quang Huy, Hướng Dẫn Sử Dụng Arduino, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.2017 https://www.hyundainews.com/en-us/releases/2383 http://arduino.vn/reference https://www.youtube.com/watch?v=dfGScD0UKZM https://github.com/Chams123456/FSR/blob/main/fsr_arduino_1.ino https://www.arduinoplatform.com/ https://www.tinkercad.com/things/38yTXjxY4x3-exquisite-lahdikasi/editel?tenant=circuits https://espace.edu.vn/module-arduino-va-thu-vien/sim800l-module-gsmnhan-tin-va-goi-dien-gia-re/ https://components101.com/sensors/fsr400-force-sensor https://datasheetspdf.com/pdf/1380136/ETC/HC-SR04/1 10 https://mlab.vn/index.php?_route_=18496-huong-dan-su-dung-modulecam-bien-chuyen-dong-hc-sr501.html 11 https://www.thegioiic.com/ 62 PHỤ LỤC PHỤ LỤC CODE ARDUINO Bộ xử lý Arduino hệ thống cảnh báo quên trẻ em ô tơ hoạt động nhờ vào chương trình lập trình Chương trình Arduino viết C C++ phần mềm Arduino IDE Sau chương trình Arduino hệ thống: #include #include SoftwareSerial sim(5, 4); int _timeout; String _buffer; int gtcb; #define buzzer 10 #define ir Sim800l Sim800l; 10 String textSms; 11 String number = "+84338499472"; 12 uint8_t index1; 13 int demSms = 0; 14 int trigPin = 6; 15 int echoPin = 7; 16 int buzzernegative = 8; 17 int value = 0; 18 int fsrPin = A0; 19 int relaypin = 11; 20 int motor = 13; 21 long duration, distance; 22 // 23 void setup() { 24 Serial.begin(9600); 63 25 pinMode(trigPin,OUTPUT); 26 pinMode(echoPin,INPUT); 27 pinMode(buzzernegative,OUTPUT); 28 pinMode(relaypin, OUTPUT); 29 pinMode(fsrPin, INPUT); 30 pinMode(motor, OUTPUT); 31 _buffer.reserve(50); 32 sim.begin(9600); 33 Sim800l.begin(); 34 pinMode(buzzer, OUTPUT); 35 pinMode(ir, INPUT); 36 delay(1000); 37 Sim800l.delAllSms(); 38 Serial.println("");} 39 // 40 void loop() { 41 value = analogRead(fsrPin); 42 if (value == 0) { 43 digitalWrite(relaypin, LOW);} 44 else{ 45 digitalWrite(relaypin, HIGH);} 46 Serial.print("Analog reading from FSR: "); 47 Serial.println(value); 48 delay(10000); 49 digitalWrite(trigPin,LOW); 50 delayMicroseconds(5); 51 digitalWrite(trigPin,HIGH); 52 delayMicroseconds(10); 53 digitalWrite(trigPin, LOW); 64 54 digitalWrite(echoPin,LOW); 55 duration = pulseIn(echoPin,HIGH); 56 distance = duration*0.0343/2; 57 Serial.print(distance); 58 Serial.print("cm"); 59 Serial.println(); 60 if(distance