TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lí do chọn đề tài
Đáp ứng những yêu cầu về giáo dục hiện nay, việc đào tạo sinh viên được chú trọng, sinh viên không chỉ được học những kiến thức khô khan trên giảng đường mà còn được đào tạo để áp dụng những kiến thức đó vào thực tế Qua quá trình tìm hiểu, chúng em nhận thấy điểm mù trên xe ô tô là một trong những vấn đề cần quan tâm khi lưu thông trên đường Các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng có tử vong đa số nguyên nhân từ điểm mù của xe ô tô gây ra Theo thống kê của cơ quan quản lý an toàn giao thông đường cao tốc quốc gia Mỹ thì có hơn 800,000 vụ tại nạn giao thông mỗi năm là do điểm mù ô tô và chiếm 14% các vụ tai nạn giao thông, theo Europe’s Intelligent Transportation System(ITS) là một tổ chức chuyên nghiêm cứu về hệ thống giao thông thông minh ở liên minh châu Âu EU thì có tới hơn 2,000 vụ tai nạn giao thông chết người đối với người đi xe đạp tại các ngã ba, ngã tư chỉ trong năm
2015 Với sự phát triển của khoa học công nghệ, đã xuất hiện những hệ thống cảm báo điểm mù và đã được lắp đặt trên xe, điều này đóng góp một phần nào đó giúp người điều khiển xe quan sát, kiểm soát được vùng điểm mù đó.
Từ những vấn đề trên, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, chế tạo hệ thống cảnh báo điểm mù trên ô tô”, để hiểu rõ về nguyên lý hoạt đông của hệ thống này cũng như phục vụ cho quá trình học tập.
Tình hình đề tài trong và ngoài nước
- Tình hình trong nước: Hệ thống cảnh báo điểm mù được một số hãng trang bị trên một số dòng xe (Mazda, Volvo, Mercedes, Audi, …) Mặc dù có một số xe không được trang bị sẵn những vẫn có thể gắn thêm vào bằng các module bán rời ngoài thị trường.
- Tình hình ngoài nước: Hệ thống cảnh báo điểm mù đang được các hãng ô tô lớn nghiên cứu và cải tiến thêm để tránh cảnh báo nhầm, chính xác hơn, … Hệ thống cảnh báo điểm mù được trang bị hầu hết trên các loại ô tô, đặc biệt là các nước như châu Âu, Mỹ, …
Giới hạn chọn đề tài
- Tìm hiểu lý thuyết, nguyên lý hoạt động của hệ thống.
- Nghiên cứu, chế tạo hệ thống tương ứng với các chức năng hiện có trên thị trường.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Mục tiêu: Xây dựng mô hình hệ thống cảnh báo điểm mù bằng phần mềm lập trình Arduino.
- Nhiệm vụ: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống cảnh báo điểm mù từ đó xây dựng lập trình code trên phần mền Arduino đưa về mô hình thực nghiệm.
Phương pháp thực nghiệm
- Tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ trên mạng và sách giáo trình liên quan đến đề tài và phần mềm.
- Lập trình phân mềm Arduino.
- Chế tạo mô hình thực nghiệm.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khảo sát về điểm mù trên xe ô tô
2.1.1 Định nghĩa về điểm mù Điểm mù trên ô tô được hiểu là khoảng không gian mà người lái xe không thể quan sát được hay nhìn ra bên ngoài thông qua gương chiếu hậu lẫn trực tiếp khi điều khiển phương tiện lưu thông trên đường Các điểm mù thường gặp là giới hạn trông thấy qua gương chiếu hậu, điểm mù phía trước xe và điểm mù sau xe, sự nguy hiểm thể hiện đặc biệt khi người lái điều khiển xe rẽ ở các ngã tư, chuyển làn hoặc đậu xe vào bãi.
Khi đó, điểm mù khiến người điều khiển không thể nhìn thấy được những chiếc xe đang chạy cùng làn/khác làn từ phía sau, những chiếc xe đang chạy cắt qua giao lộ, khiến việc rẽ hoặc chuyển làn trở nên cực kỳ nguy hiểm do người lái không thể chủ động quan sát để xử lý tình huống Đây là 1 trong những yếu tố rất khó khắc phục với lái xe, việc triệt tiêu điểm mù là kỹ năng cần thiết của mọi lái xe bởi đó là một trong những yếu tố hết sức nguy hiểm có thể dẫn đến va quệt hoặc thậm chí là tai nạn giao thông nghiêm, trọng Đối với các xe có kích thước càng lớn thì điểm mù cũng tăng theo tỷ lệ thuận.
Nói một cách khác đó là vùng không gian bên ngoài xe ô tô bị che khuất, không nằm trong tầm nhìn của tài xế Cách nói điểm mù thì có vẻ chưa rõ nghĩa lắm, vì đó không phải là một điểm mà là một vùng Có lẽ phải là vùng mù hay vùng điểm mù có vẽ sẽ hợp lý hơn Nhiều khả năng, mọi người quen dùng với thuật ngữ điểm mù của mắt, nên cứ dùng cho tiện.
2.1.2 Các vùng mù trên ô tô Đây là những vùng mà người lái xe không thể nhìn thấy từ ghế lái xe mà họ ngồi, kể cả có quan sát qua gương chiếu hậu, có rất nhiều lý do làm giảm tầm nhìn người lái (tăng vùng mù) như thiết kế của xe (ghế cao, kính nhỏ ) hay thậm chí cả chiều cao tài xế.
Phải nói thêm rằng, trong các loại phương tiện giao thông trên bộ thì xe tải lớn như container là có vùng mù lớn nhất (thường được gọi là No-Zone), tùy thuộc mỗi loại xe và kích cỡ của nó mà mỗi loại sẽ có vùng No-Zone khác nhau Các xe ô tô không mui hai chỗ ngồi nhỏ (roadster) hay xe hatchback là có vùng mù nhỏ nhất Còn các loại xe bán tải
Hình 1 Các vùng mù chính trên xe
- Điểm mù trước xe ô tô Điểm mù phía trước thường có ở những chiếc xe thiết kế gầm cao như SUV, xe bán tải, xe tải… Mặc dù xe gầm cao mang lại tầm nhìn phía trước tốt nhưng ca-pô cao cũng làm gia tăng phạm vi điểm mù phía mũi xe Những điểm mù dạng này thường gây nguy hiểm khi xe di chuyển chậm ở khu dân cư có trẻ em.
Hình 2 Vị trí điểm mù phía trước xe Những điểm mù dạng này thường gây nguy hiểm khi điều khiển xe chậm, ở khu dân cư có trẻ em Vì vậy, người lái cần quan sát vùng an toàn trước khi chuyển hướng hay di chuyển xe Với người chuyển từ xe sedan sang SUV cũng cần tập thay đổi cảm nhận điểm mù giữa 2 loại xe này. Đặc biệt, ở những góc cua tay áo nếu không có gương cầu cảnh báo bên đường, các tài xế nên bấm còi để phát tín hiệu cảnh báo mỗi khi vào cua.
- Điểm mù phía sau xe ô tô
Hình 3 Vị trí điểm mù phía sau xe Điểm mù này chính là khoảng không gian ở phía cửa sau không thể quan sát bằng mắt thường cũng như qua gương hậu Đây là khoảng mù lớn nhất khi ngồi vào vị trí lái xe, điểm mù này ngay sau xe và kéo dài đến vài mét Đây cũng là nguyên nhân của nhiều tai nạn lùi xe phải trẻ em hoặc va vào cột, đá tảng…
Cách tốt nhất để đảm bảo an toàn trong mọi trường hợp là trang bị camera lùi hoặc cảm biến lùi Còn nếu không được trang bị, người lái cần kiểm tra kỹ lưỡng phạm vi an toàn trước khi lùi xe, đặc biệt ở khu vực có dân cư hay có trẻ em.
- Điểm mù hai bên ô tô (điểm mù gương chiếu hậu):
Hình 4 Vị trí điểm mù gương chiếu hậu xe Gương chiếu hậu giúp quan sát hai bên hông xe và phía sau xe Tuy nhiên khả năng phản chiếu hình ảnh của gương chiếu hậu cũng có sự hạn chế nhất định do kích thước gương và cấu trúc xe Dù chỉnh gương chiếu hậu đúng cách thì toàn bộ khu vực hai bên hông xe và phía sau xe cũng khó thể lọt hết vào gương Điều này tạo nên điểm mù gương chiếu hậu. Đây được xem là một trong những điểm mù ô tô nguy hiểm nhất, dễ gây tai nạn nhất Điểm mù này đặc biệt nguy hiểm khi chuyển làn, chuyển hướng, quay đầu, lùi đỗ…
Nguyên nhân: Khi có xe ở phía sau bên phải hay bên trái mà không nằm tròng vùng phản chiếu của gương chiếu hậu Điều này tạo nên sự chủ quan cho tài xế khi chuyển làn rất dễ gây ra tai nạn kinh hoàng với những xe đang di chuyển trên đường cao tốc với vận tốc cao.
- Điểm mù do cột trước (cột A):
Hình 5 Vị trí điểm mù do cột A
Nguyên nhân: Do thiết kế xe dẫn đến cột trước che mất tầm quan sát của người điều khiển, tùy vào góc cua mà mà điểm mù này có thay đổi làm tài xế không quan sát kỹ có thể gây tai nạn.
Ngoài các loại điểm mù phổ biến nêu trên, các bạn sẽ thấy còn những vùng không gian khác mà ta cũng không nhìn thấy từ vị trí ghế lái, trong số dưới đây, thực ra một số điểm mù không gây nguy hiểm nhiều lắm, các bạn chỉ cần chú ý thêm vì sự an toàn cho mình và mọi người xung quanh
- Vùng sát xung quanh xe: khi tiến hay lùi xe, sẽ có một vùng hẹp ngay sát trước và sau xe ta không nhìn thấy được, kể cả có camera tiến hoặc lùi Và khi không thấy được, mà có thể gây nguy hiểm, thì cũng giống như điểm mù rồi Đang ở ngoài bước vào xe, mà không quan sát, cứ tiến hay lùi luôn là cũng dễ húc vào gạch đá.
- Phần bị gương chiếu hậu che khuất, phần này nhỏ lại nằm ngay gần cột A, nên có thể gộp chung vào với điểm mù do cột A gây ra.
- Phân dưới gầm: đây cũng là một phần điểm “mù” vì không nhìn thấy, và hiện tại cũng chưa có xe nào trang bị camera soi gầm.
- Phần trên nóc: xe chỉ di chuyển theo phương ngang, song song với mặt đường, nên phần “mù” này không ảnh hưởng.
Các tính năng của hệ thống cảnh báo điểm mù hiện nay
Tùy theo mỗi hàng mà hệ thống cảnh báo điểm mù có các tên gọi khác khác nhau:
Mazda, Toyota: Blind Spot Monitoring(BMS).
Volvo: Blind Spot Information System.
Các tính năng cảnh báo điểm mù ở các hãng là tương tự nhau, tùy theo mức độ an toàn mà từng hãng sẽ có thêm sự can thiệp vào các hệ thống khác để giúp cho người lái xe điều khiển xe một cách an toàn hơn.
Các tính năng cảnh báo điểm mù được trang bị trên các hãng xe trên thị trường:
Chỉ hoạt động khi hệ thống bật ON và một số hãng xe thì cần thêm điều kiện là xe phải đạt được vận tốc nhất định do hãng thiết lập (15km/h, 20km/h, 30km/h) thì mới kích hoạt được hệ thống.
Các mức độ cảnh báo: hình ảnh (đèn led), âm thanh.
Khi bật kích hoạt hệ thống: cảnh báo sẽ sáng 1 vài giây và còi sẽ kêu lên để biết là hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
Khi xe ở vận tốc thấp hơn vận tốc cài đặt:
- Khi có phương tiện tiến vào vùng mù lúc này hệ thống sẽ cảnh báo cho người lái bằng cách làm sáng đèn phía bên cảm biến phát hiện được phương tiện
- Khi xe đang di chuyển và có xe tiến vào vùng mù, đông thời đèn xinhan đang được bật, lúc này hệ thống sẽ phát ra cảnh báo bằng cách nhấp nháy đèn
Khi vận tốc xe lớn hơn vận tốc cài đặt:
- Khi có phương tiện tiến vào vùng mù lúc này hệ thống sẽ cảnh báo cho người lái bằng cách làm sáng đèn phía bên cảm biến phát hiện được phương tiện.
- Khi xe đang di chuyển và có xe tiến vào vùng mù, đông thời đèn xinhan đang được bật, lúc này hệ thống sẽ phát ra cảnh báo băng tiếng còi và đèn cảnh báo sẽ nhấp nháy
- Nguyên lý hoạt động của tính năng này là quét Radar về hai bên, và phía sau xe, giúp bạn biết được có xe nào đang chạy cùng làn với mình hay không, từ đó giúp bạn chuyển làn an toàn Đồng thời, khi có xe vượt lên phía trước hệ thống sẽ đưa cảnh báo đèn led để chúng ta xử lý tình huống.
- Một số hãng xe được trang bị hệ thống cảnh báo điểm mù can thiệp cả vào hệ thống phanh ABS giúp cho người lái xe chuyển làn an toàn khi phát hiện xe trong vùng mù (Mercedes, …)
Chức năng cảnh báo phương tiện cắt ngang khi lùi:
- Khi đang lùi xe trong các khu vực chật hẹp hoặc trong các bãi đỗ xe, tình huống các phương tiện đi vào vùng mù phía sau đuôi xe là rất nguy hiểm, chức năng này cho phép và phát hiện các phương tiện đang di chuyển vào vùng mù và cảnh báo cho người lái xe biết và xử lý kiệp thời.
Chức năng giúp mở của xe an toàn:
-Khi người lái xe mở cửa xe trong trường hợp thiếu quan sát thì rất gây nguy hiểm cho các phương tiện di chuyển từ phía sau lên, chính vì vậy hệ thống sẽ quét các phương tiện đang tiến lên từ phía sau và cảnh báo cho người lái giúp người lái mở cửa một cách an toàn.
Giải pháp cho các xe không trang bị hệ thống cảnh báo điểm mù
Người lái xe ô tô cần chỉnh gương chiếu hậu phù hợp với góc nhìn của mình Nếu lái xe bình thường thì nên chỉnh gương hướng rộng để quan sát nhiều về hai bên hông xe Còn nếu lùi đỗ thì nên chỉnh gương hướng hẹp để dễ dàng quan sát góc sau và lốp xe sau Hiện nay đa số xe ô tô đều được trang bị gương chỉnh điện nên việc chỉnh gương cũng đã nhanh chóng và dễ dàng hơn Nhưng nhược điểm là góc quan sát chỉ tăng thêm được ít, trong một số tình huống nhất định vẫn không thể phát hiện được các phương tiện trong vùng mù.
Lắp gương cầu lồi ô tô giúp người lái có được vùng quan sát động hơn và tốt hơn, nhất là khu vực góc phần tư phía sau xe Lợi ích là chi phí thấp phù hợp cho các xe bình dân, nhưng nhược điểm là hình ảnh quan sát nhỏ và vẫn không thể bao quát hết các vùng mù phía bên hông và phía sau xe.
Hình 6 Gương cầu lồi lắp trên xe
Hình 7 Gương cầu lồi 2 góc nhìn trên ô tô
Sử dụng cảm biến lùi ô tô giúp phát hiện và ra tín hiệu cảnh báo nếu xe có khoảng cách gần với những vật cản xung quanh trong quá trình lùi đỗ Cảm biến lùi giúp người lái lùi xe dễ dàng và an toàn hơn, khắc phục các điểm mù trước xe, sau xe cũng như ở các góc xe Hầu hết các xe ô tô hiện nay đều được nhà sản xuất trang bị sẵn tính năng này Nhược điểm của sử dụng cảm biến lùi đó là khoảng cách cảnh báo ngắn và không có tác dụng khi xe di chuyển ở tốc độ cao.
Hình 8 Cảm biến siêu âm trên ô tô
Sử dụng camera ô tô được đánh giá là một trong các cách khắc phục điểm mù ô tô hiệu quả Hiện nay có nhiều loại camera ô tô Trong đó phổ biến nhất là camera lùi, camera
360 Loại camera này giúp xoá điểm mù khu vực xung quanh xe Thông qua hình ảnh từ camera, người lái có thể quan sát được toàn bộ khu vực xung quanh xe Nhược điểm là khoảng cách quan sát ngắn, chỉ phù hợp trong trường hợp lùi xe.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐIỂM MÙ
Các thiết bị- linh kiện thực hiện mô hình
- Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng bo mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital IO và 16 chân analog IO) Đặc biệt bộ nhớ flash của MEGA được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của UNO R3 Điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến bo mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự
Bảng 1 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560
Chip xử lý ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào (đề nghị) 7V-15V Điện áp vào (giới hạn) 6V-20V
Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA
Cổng giao tiếp USB, ICSP, SPI, I2C và USART.
Bộ Timer 2 (8bit) + 4 (16bit) = 6 Timer
54 chân digital : từ 0-53 (trong đó có 15
Số chân digital chân có thể được sủ dụng như những chân PWM là từ chân số 2 → 13 và chân 44 45 46).
Số chân Analog 16 chân vào analog (từ A0 đến A15).
6 ngắt ngoài: chân 2 (interrupt 0), chân 3
Số chân ngắt (interrupt 1), chân 18 (interrupt 5), chân 19
Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino cơ bản, linh hoạt và phổ biến Khi mới bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng ArduinoUNO Arduino UNO R3 SMD cổng micro USB dùng cổng micro usb Tiện lợi cho các bạn dùng cáp micro usb Dễ sử dụng Đặc biệt không lo xung đột cổng usb như các loại thông dụng.
Bảng 2 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini - B USB và sử dụng chip CH340 để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lập cổng COM như trên Arduino Uno hay Arduino Mega, nhờ vậy giá thành sản phẩm được giảm mà vẫn giữ nguyên được tính năng, giúp Arduino giao tiếp được với máy tính, từ đó thực hiện việc lập trình.
Bảng 3 Thông số kỹ thuật Arduino Nano
IC nạp và giao tiếp UART CH340 Điện áp hoạt động 5V-DC Điện áp đầu vào khuyên dùng 7-12V - DC Điện áp đầu vào giới hạn 6-20V - DC
Số chân Digital I/O 14 (trong đó có 6 chân PWM)
Số chân Analog 8 (độ phân giải 10 bit, nhiều hơn Arduino
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40mA
Bộ nhớ flash 32KB với 2KB dùng bởi bootloader
Cảm biến siêu âm HC-SR04
- Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình.
- Cách thức hoạt động: Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds - us) từ chân Trig Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)) Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.
Bảng 4 Cảm biến siêu âm HC-SR04
Thông số kỹ thuật Điện áp 5V DC
Khoảng cách đo 2cm - 450 cm
- Cảm biến vật cản Radar Microwave Doppler HB100 with Amplifier Circuit được bổ sung thêm mạch khuếch đại tín hiệu giúp bạn có thể kết nối ngay cảm biến HB100 với Vi Điều Khiển để sử dụng (cảm biến HB100 xuất ra tín hiệu rất nhỏ cần phái có mạch khuếch đại mới sử dụng được với Vi Điều Khiển).
- Cảm biến vật cản Radar Microwave Doppler HB100 sử dụng sóng Microwave tần số
19 đâm xuyên cao có thể xuyên qua tấm nhựa hoặc gỗ mỏng, thường được ứng dụng trong các ứng dụng an ninh cần phát hiện vật chuyển động: chống trộm, máy ATM,
Hình 14 Cảm biến vật cản Radar Microwave Doppler HB100 with Amplifier Circuit
Bảng 5 Thông số kĩ thuật cảm biến vật cản Radar Microwave Doppler HB100 with
Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 5VDC
Sử dụng sóng Microwave tần số 10.525GHz (an toàn cho người).
Dòng tiêu thụ (chế độ CW): 37mA (Typical), Max 60mA
Khoảng cách phát hiện: (nhỏ nhất 2m, lớn nhất 16m)
Tần số cài đặt chính xác: 3MHz
Công suất đầu ra: 13dBm EIRP
Dòng điện trung bình (5%DC): 2mA. Độ rộng xung (Min.): 5uSec
Thông số nhận Độ nhạy (10dB S/N tỉ lệ) băng thông 3Hz tới 80Hz: -86dBm độ nhiễu 3Hz tới 80Hz: 10uV ăng ten: 8dBi độ rộng chiều dọc: 36 độ độ rộng chiều ngang: 72 độ
Mạch hạ áp DC LM2596S
- Mạch hạ áp DC LM2596S 3A nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%) Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor, robot,
Hình 15 Mạch hạ áp DC LM2596S 3A
Bảng 6 Thông số kĩ thuật mạch hạ áp DC LM2596S 3A
Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V. Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V.
Dòng đáp ứng tối đa 3A.
Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm
- Chữ trắng, nền xanh dương
- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
Bảng 7 Thông số kĩ thuật LCD 1604
Thông số kĩ thuật Điện áp hoạt động 5V
5 Chọn thanh ghi đọc/ viết dữ liệu
Bảng 8 Các linh kiện khác
Còi Điện áp hoạt động: 5V
Led Điện áp hoạt động: 5V
Dòng hoạt động: 25mA công tắc Nhận tín hiệu Điện trở 330 ôm
Dây dẫn Kết nối các linh kiện
Nút nhấn Nhận tín hiệu
Tính toán, thiết kế hệ thống cảnh báo điểm mù
3.2.1 Tính toán sơ bộ góc đặt cảm biến
Thông số của góc nhìn gương bên trái
24 song với mặt phẳng trung tuyến theo chiều dọc xe đi qua điểm ngoài cùng ở bên trái xe và bắt đầu từ khoảng cách 10 m phía sau điểm quan sát của người lái.
Thông số của góc nhìn gương bên phải
Trong trường hợp các có trọng lượng tối đa không quá 2 tấn, gương được thiết kế sao cho người lái có thể quan sát được phần đường nằm ngang, phẳng rộng 4 m được giới hạn ở bên trái bởi mặt phẳng song song với mặt phẳng trung tuyến theo chiều dọc xe và đi qua điểm ngoài cùng ở bên phải của xe và bắt đầu từ khoảng cách 20 m phía sau điểm quan sát của người lái ( theo quy chuẩn QCVN 33:2011/BGTVT gương chiếu hậu dùng cho ô tô)
Hình 17 Tính toán điểm mù
Vậy vùng mù gương chiếu hậu là vùng trong khoảng từ 0 đến 76÷79 độ so với phương ngang của điểm quan sát của người lái.
Gọi x là khoảng cách từ vị trí điểm quan sát của người lái đến vị trí đặt cảm biến.
Cảm biến thứ nhất được đặt sao cho hướng quét vuông góc với trục dọc thân xe, hoạt động nếu khoảng cách nhỏ hơn OA=3,5m.
Cảm biến thứ hai được đặt sao cho hướng quét hợp với trục dọc thân xe một góc β:
Do góc quét của cảm biến HB-100 là 72 độ, mà góc quét tổng của 2 cảm biến siêu âm là 82 độ nên ta có thể ước lượng góc đặt của cảm biến HB-100 là 41 độ của phương vuông góc với mặt phẳng radar so với phương dọc của xe
Do vùng điểm mù gương chiếu hậu bên trái và bên phải sai lệch rất thấp (khoảng 3,9%) nên vị trí đặt cảm biến hai bên có thể như nhau.
=> Ta có góc đặt cảm biến:
- OA là đường thẳng đi qua tâm cảm biến siêu âm 1 hợp với phương dọc của xe 1 góc
- OB là đường thẳng đi qua tâm cảm biến siêu âm 2 hợp với phương dọc của xe 1 góc khoảng 23 độ.
- OC là đường thẳng đi qua tâm cảm biến radar 1 hợp với phương dọc của xe 1 góc khoảng 41 độ.
- Tương tự ta lắp đối xứng cho bên còn lại
3.2.2 Các phương pháp đo và cách tính giá trị đo
Ta có công thức Doppler:
V = Vận tốc của vật thể F t = Tần số phát c = Tốc độ ánh sáng (3x10 8 m/s) Ѳ = Góc giữa hướng di chuyển của vật thể so với trục của module
Nếu vật thể di chuyển thẳng hướng trục của HB100 (Ѳ = 0, F t = 10.525 Ghz) thì công thức trở thành:
F d = 19.49V (V có đơn vị km/h) hay 32.36V (V có đơn vị dặm/h)
Hệ số chuyển đổi cho các tần số khác như sau:
Tần số (Ghz) F d (V có đơn F t (V có đơn vị km/h) vị dặm/h)
Tính toán cảm biến siêu âm:
S = 2D = quãng đường đi của sóng phát ra và quay về = khoảng cách đến vật thể v = vật tốc âm thanh (343.2 m/s) t = thời gian sóng phát ra và quay về
3.2.3 sơ đồ khối thuật toán của hệ thống
Sáng đèn báo Nháy đèn báo trái trái
Tắt nháy cảnh báo trái
3.2.4 Sơ đồ mạch điện của hệ thống cảnh báo điểm mù
Hình 18 Sơ đồ mạch điện của hệ thống
Sơ đồ nối dây của hệ thống:
Bảng 9 Sơ đồ nối dây Arduino ADK
Arduino ADK Chân kết nối
3 Cực dương LED cảnh báo bên trái
4 Cực dương LED cảnh báo bên phải
5 Chân TRIG cảm biến siêu âm bên trái
6 Chân ECHO cảm biến siêu âm 1 bên trái
7 Chân ECHO cảm biến siêu âm 2 bên trái
8 Chân TRIG ccảm biến siêu âm bên phải
9 Chân ECHO cảm biến siêu âm 3 bên phải
10 Chân ECHO cảm biến siêu âm 4 bên phải
36 Cực âm LED xinnhan phải
37 Cực âm LED xinnhan trái
38 Chân ON công tắc xinhan phải
39 Chân ON công tắc xinhan trái
46 Chân NC công tắc mở cửa
47 Cực dương LED xinhan trái, phải
48 Chân ON công tắc chuyển số D
49 Chân ON công tắc chuyển số R
Bảng 10 Sơ đồ nối dây Arduino UNO
Arduino Uno Chân kết nối
7 Chân OUT cảm biến radar bên phải
Bảng 11 Sơ đồ nối dây Arduino NANO
Chân Arduino Nano Chân kết nối
7 Chân OUT cảm biến radar bên trái
Bảng 12 Sơ đồ nối dây các chân khác
Chân kết nối Chân kết nối
Cực âm LED cảnh báo bên trái, phải
Chân COM công tắc xinhan, công tắc mở cửa, công tắc chọn số D-R, chân số 1 biến GND - DC LM 2596S trở 2K ôm Chân 1, chân 3, chân 5, chân 16 LCD
Chân 2, chân 15 LCD Chân 5V (ADK)
Hình 19 Module cảm biến bên trái
Module cảm biến bên trái bao gồm: cảm biến siêu âm HC-SR04 1, cảm biến siêu âm HC-SR05 2, cảm biến radar HB 100.
Hình 20 Module cảm biến bên phảiModule cảm biến bên phải bao gồm: cảm biến siêu âm HC-SR04 3, cảm biến siêu âmHC-SR05 4, cảm biến radar HB 100.
Hình 21 Bộ xử lí chính
Bộ xử lí trung tâm bao gồm: Arduino ADK, Arduino Uno, Arduino Nano, LCD, đèn báo, còi và các công tắc trạng thái khác, …
Hình 22 LCD hiển thị tốc độ mô phỏng của xe
LCD sẽ hiện thị tốc độ mô phỏng của xe để kích hoạt các chức năng của hệ thống.
Hoạt động của hệ thống
- Khi bật nguồn hệ thống lúc này dòng điện sẽ được cung cấp đến các vi điều khiển, các cảm biến và các thiết bị, đồng thời lúc này hai đèn cảnh báo của hệ thống sáng lên và có
2 tiếng bíp để thông báo rằng hệ thống đã được bật.
- Trên màn hình LCD sẽ hiện các thông số : tốc độ hiện tại của xe, tốc độ chênh lệch giữa phương tiện đang đi vào vùng mù bên phải so với xe mình và tốc độ chênh lệch giữa phương tiện đang đi vào cùng mù bên trái so với xe mình.
- Hệ thống sẽ được kích hoạt nếu như xe đạt được tốc độ quy định là 30 Km/h.
- Chức năng cảnh báo điểm mù :
Khi có phương tiện đi cùng chiều tiến vào vùng mù với tốc độ thấp lúc này hệ thống sẽ thu thập dữ liệu từ cảm biến radar và cảm biến siêu âm, hệ thống sẽ so sánh phương tiện đã vào vị trí cách xe 3m hay chưa, nếu đã vào vùng cảnh báo hệ thống sẽ phát ra cảnh báo bằng việc sáng đèn led cảnh báo bên phía tương ứng trong 1 giây sau đó đèn cảnh báo sẽ tự tắt.
Khi phương tiện đi cùng chiều tiến vào vùng mù với tốc độ cao, lúc này cảm biến radar sẽ thu tập dữ liệu và so sánh, nếu sự chênh lệch lớn hơn 20 Km/h thì ngay lập tức hệ thống sẽ cho đèn led cảnh báo bên phía tương ứng sáng 1 giây rồi tắt mà không cần dữ liệu từ cảm biến siêu âm.
Khi có phương tiện đi ngược chiều gần với xe thì lúc này do cảm biến siêu âm phát hiện được phương tiện nằm trong vùng cảnh báo nên sẽ bật đèn cảnh báo sáng, nhưng hệ thống sẽ tiếp tục kiểm tra bằng cảm biến siêu âm dể đo độ dịch chuyển của cảm biến siêu âm là 1,5m/s ( gần 50 Km/h) và cảm biến radar cũng đo sự chênh lệch giữa 2 xe là 50 Km/h nếu 2 kết quả đúng thì lúc này hệ thống sẽ lập tức tắt đèn cảnh báo.
- Chức năng hỗ trợ chuyển làn :
Khi người lái xe bật xinhan muốn chuyển làn, lúc này nếu hệ thống sẽ dùng cảm biến siêu âm để phát hiện ra có phương tiện đang tiến vào vùng mù với tốc độ thấp thì lập tức hệ thống sẽ phát ra cảnh báo bằng cách nháy đèn cảnh báo liên tục và phát ra 3 tiếng bíp. Đồng thời lúc này bên phía còn lại chức năng cảnh báo điểm mù vẫn hoạt động bình thường.
Nếu trường hợp khi bật xinhan chuyển làn nhưng cảm biến radar phát hiện có phương tiện di chuyển chênh lệch vân tốc với xe 20 Km/h thì lập tức hệ thống cho phát cảnh báo bằng cách nháy đèn và 3 tiếng bíp mà không cần đến dữ liệu của cảm biến siêu âm.
- Chức năng cảnh báo phương tiện cắt ngang khi lùi :
Khi xe chuyển sang số lùi (số R) thì chức năng này được kích hoạt, khi cảm biến siêu âm phát hiện có phương tiện đang tiến lại gần (khoảng 3m) thì lúc này hệ thống sẽ phát ra cảnh báo bằng cách làm nháy liên tục đèn cảnh báo bên tương ứng đông thời kèm theo tiếng bip của còi.
- Chức năng giúp mở cửa an toàn :
Khi hệ thống nhận được tín hiệu LOW ở công tắc cửa, lúc này hệ thống sẽ dùng cảm biến radar để kiểm tra xem có phương tiện đang di chuyện lại gần xe hay không, hệ thống phát hiện có phương tiện di chuyển lại gần thì lúc này sẽ phát ra cảnh báo bằng cách nháy đèn cảnh báo và kèm theo 2 tiếng bíp.
- Tính năng tắt cảnh báo đối với xe đi ngược chiều :
Khi có xe đi ngược chiều ở phía bên trái và tiến vào vùng mù, thì trong trường hợp này thỏa điều kiện cảnh báo điểm mù nhưng đối với xe ngược chiều thì không cần cảnh báo vì vậy hệ thống sẽ tính toán chuyển vị của xe trong 1 khoảng thời gian nhất định và em thử đó có phải là xe ngược chiều hay không, nếu là xe đi ngược chiều thì sau khi hệ thống bật đèn cảnh báo thì sẽ tắt ngay để tránh cảnh báo nhầm.
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Thực nghiệm hoạt động của hệ thống
Mô hình được thử nghiệm ở điều kiện tĩnh, khoảng cách cảnh báo của cảm biến siêu âm chúng em điều chỉnh là ở mức 10cm để phù hợp với điều kiện hiện tại và tốc độ mô phỏng để kích hoạt hệ thống là 30 Km/h.
Hệ thống ban đầu khi được khởi động LCD sẽ hiển thị các thông số như: vận tốc mô phỏng của xe, tốc độ mà cảm biến radar bên trái và bên phải đo được, khoảng cách mà 4 cảm biến siêu âm đo được.
Hệ thống sẽ không được kích hoạt khi chưa đủ vận tốc cài đặt, tốc độ hiện tại trênLCD hiển thị là 13 Km/h < 30 Km/h => hệ thống chưa kích hoạt.
Chức năng cảnh báo điểm mù
Khi hệ thống đạt được vận tốc cho phép thì hệ thống sẽ bắt đầu kích hoạt 42 Km/h
>30 Km/h cảm biến bên trái đang phát hiện có vật thể nằm trong vùng cảnh báo 6 cm < 10 cm lúc này hệ thống bật đèn cảnh báo bên trái.
Hình 24 Chức năng cảnh báo điểm mù
Nếu phát hiện cùng lúc có nhiều vật thể vào vùng cảnh báo từ 2 phía thì hệ thống vẫn cảnh báo bình thường, cảm biến siêu âm bên trái đo được 9 cm < 10 cm và cảm biến bên phải đo được là 7 cm < 10 cm.
Hình 25 Chức năng cảnh báo điểm mù
Chức năng cảnh báo khi chuyển làn
Khi bật công tắc xi nhan chuyển làn cộng với việc cảm biến đo được có vặt thể đang nằm trong vùng cảnh báo thì lúc này đèn cảnh báo bên tương ứng sẽ nhấp nháy kèm theo 2 tiếng bíp Nếu có xe ở phía bên còn lại thì hệ thống vẫn sẽ cảnh báo như bình thường.
Hình 26 Chức năng cảnh báo khi chuyển làn
Chức năng cảnh báo phương tiện cắt ngang khi lùi
Khi gạt công tắc chuyển số chuyển từ số D sang R, vận tốc cài đặt của xe sẽ không còn được cài đặt là 30 Km/h mà đổi thành > 0 Km/h, nếu cảm biến đo được có vật thể đang nằm trong vùng cảnh báo thì hệ thống sẽ cho nhấp nháy đèn với bên tương ứng kèm theo tiếng bíp liên tục.
Hình 27 Chức năng cảnh báo phương tiện cắt ngang khi lùi
Chức năng cảnh báo mở cửa an toàn
Khi nhấn giữ công tắc mở cửa xe tương ứng với việc cửa xe đang mở, nếu cảm biến phát hiện có vật thể đang nằm trong vùng cảnh báo thì hệ thống lập tức làm nhấp nháy đèn cảnh báo bên phía bên trái và kết hợp với 2 tiếng bíp.
Hình 28 Chức năng cảnh báo khi mở cửa
Mô hình được thực nghiệm ở điều kiện thực tế, khoảng cách cảnh báo của cảm biến siêu âm chúng em điều chỉnh là ở mức 300 cm và tốc độ mô phỏng để kích hoạt hệ thống là
30 Km/h Do điều kiện không cho phép nên góc đặt cảm biến được đặt theo sự ước lượng và độ cao đặt cảm biến cao bằng yên xe máy (~ 60 cm). Ở chế độ khi mới khởi động, hệ thống sẽ cho kích hoạt các đèn cảnh báo và tiếng bip để kiểm tra hệ thống, vận tốc hiện tại được điều chỉnh 16 Km/h chưa đạt yêu cầu > 30 Km/h hệ thống chưa được kích hoạt.
Hình 29 Thực nghiệm chức năng kích hoạt hệ thống
Thực nghiệm chức năng cảnh báo điểm mù
Do điều kiện thực nghiệm nên chức năng này chỉ thực nghiệm dối với module cảm biến bên trái Các cảm biến siêu âm 1,2 và cảm biến radar cùng hoạt động ở chức năng này.
Vận tốc lúc này được điều chỉnh lên mức 52 Km/h đạt được ngưỡng kích hoạt của vận tốc, lúc này có phương tiện 1 đang tiến vào vào vùng mù khoảng cách thực tế giữa phương tiện và cảm biến ~2,5m, cảm biến radar không trả về vận tốc của phương tiện, cảm biến siêu âm 1 trả về giá trị là 157cm và cảm biến siêu âm 2 trả về giá trị là 212 cm Đạt được điều kiện cảnh báo có phương tiện nằm trong vùng < 300 cm, hệ thống bật đèn cảnh báo bên trái và sáng trong 1s.
Hình 30 Thực nghiệm chức năng cảnh báo điểm mù
Phương tiện 2 đang tiến vào vùng cảnh báo điểm mù, khoảng cách thực tế giữa phương tiện với cảm biến ~ 1.5m Lúc này cảm biến radar đọc được tốc độ của phương tiên là 30 Km/h, và cảm biến siêu âm 1 đo đucợ khoảng cách là 156 cm, cảm biến siêu âm 2 đo được khoảng cách là 154 cm Thỏa điều kiện cảnh báo < 300 cm, hệ thống cho bật đèn cảnh báo và sáng trong 1s.
Hình 31 Thực nghiệm chức năng cảnh báo điểm mù Đối với phương tiện là xe máy hệ thống có phần đo không chính xác Phương tiện
3 đang tiến vào vùng cảnh báo khoảng cách thực tế của phương tiên với cảm biến ~2,7m Cảm biến radar không đo được giá trị vận tốc của phương tiện, các cảm biến siêu âm 1 và 2 cũng không đo được khoảng cách của phương tiện, đèn cảnh báo không sáng Hệ thống hoạt động chưa chính xác trong trường hợp này.
Hình 32 Thực nghiệm chức năng cảnh báo điểm mù
Thực nghiệm chức năng cảnh báo khi chuyển làn Ở chức năng này tất cả các cảm biến cùng hoạt động để hỗ trợ cảnh báo
Khi gạt công tắc xinhan sang bên trái đèn xinhan lúc này được bật, có phương tiện đang tiến vào vùng cảnh báo, khoảng cách thực tế giữa phương tiện và cảm biến ~ 2m, cảm biến radar không đo được giá trị vận tốc của phương tiện, cảm biến siêu âm 1 đo được khoảng các của phương tiện là 182 cm, cảm biến siêu âm 2 đo được khoảng cách của phương tiện là 196 cm.Đạt được điều kiện cảnh báo nê hệ thống chớp đèn kèm theo 2 tiếng bíp.
Hình 33 Thực nghiệm chức năng cảnh báo khi chuyển làn
Phương tiện 2 là xe máy đang tiến vào vùng cảnh báo, khoảng cách thực tế giữa phương tiện và cảm biến là ~ 2.4m, cảm biến radar đo được vận tốc của phương tiện là 29 Km/h, cảm biến siêu âm đo được là 223 cm, cảm biến siêu âm 2 không đo được khoảng cách với phương tiện Điều kiện đo được phù hợp, hệ thống bật đèn cảnh báo nhấp nháy kèm theo
Hình 34 Thực nghiệm chức năng cảnh báo khi chuyển làn
Kết luận và đề nghị
Do mô hình chỉ dừng lại ở mức phục vụ cho việc khảo sát các tính năng của hệ thống cảnh báo điểm mù nên vẫn còn nhiều hạn chế:
- Dùng Doppler Radar không thực sự phù hợp với yêu cầu của đề tài Nguyên nhân do hiệu ứng Doppler chỉ có thể đo được vận tốc của vật thể chuyển động, cũng không thể xác định được khoảng cách vật thể Ngoài ra radar này không thể xác định được chiều của chuyển động.
- Chúng em đã thử phương án khác để khắc phục vấn đề trên như sau: dùng chế độ phát xung cho radar, đo thời gian từ lúc sóng radar phát ra và thu về để tính toán Tuy nhiên phương án này lại dẫn đến vấn đề: không có vi điều khiển có thể đo được khoảng thời gian quá ngắn này (ví dụ một vật cách radar 3m thì theo công thức S = c.t thời gian cần đo là 20 nano giây).
- Độ chính xác của radar và cảm biến siêu âm tương đối thấp Dẫn đến việc xác định chiều của chuyển động không chính xác, không đáp ứng được tính năng không cảnh báo khi có phương tiện đi ngược chiều.
- Hệ thống vẫn còn sử dụng nhiều cảm biến và nhiều vi điều khiển,
- Tốc độ giao tiếp và xử lý của các vi điều khiển còn khá chậm.
Nếu có thể phát triển thêm cho hệ thống nhóm chúng em xin đề nghị cải thiện các phần như sau :
- Cải thiện phần cứng như: cảm biến, bộ điều khiển, màn hình hiển thị, …
- Cải thiện thuật toán của hệ thống tốt hơn để nhận diện chính xác và nhanh hơn.
- Xây dựng giao điện trực quan hơn để người điều khiển phương tiện có thể dễ dàng quan sát làm chủ được vùng có điểm mù.