Nghiên ứu và thiết kế mũ bảo hiểm cảnh báo nguy hiểm cho người lái xe

S v tai nố ụ ạn giao thông được xác định ch yủ ếu trên các "điểm đen".. Việc đề ra các điều luật tương tự như trên đã chứng minh r ng: nhìn th y hiằ ấ ện tượng nhưng chưa chắc là đã thấy

NGUYỄN VĂN TÂM

NGHIÊN C U VÀ THIỨ Ế T KẾ MŨ BẢO HIỂ M CẢNH BÁO

NGUY HIỂM CHO NGƯỜI LÁI XE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC H THỆ ỐNG ĐIỀU KHI N Ể

Hà Nội – Năm 2018

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204842671000000

2

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

NGUYỄN VĂN TÂM

NGHIÊN C U VÀ THIỨ Ế T KẾ MŨ BẢO HIỂ M CẢNH BÁO NGUY HIỂM

Chuyên ngành: ĐO LƯỜNG VÀ K THU T ĐI U KHI N Ỹ Ậ Ề Ể

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐO LƯỜNG VÀ K THU T ĐI U KHI N Ỹ Ậ Ề Ể

3

C NG HÒA XÃ H I CH Ộ Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ – ực l p T do H nh phúc – ạ

H và tên tác gi ọ ả luận văn : Nguyễn Văn Tâm

Đề tài luận văn: Nghiên c u và thi t k ứ ế ế mũ bảo hi m c nh báo nguy hi m cho ể ả ểngười lái xe

Chuyên ngành:Đo lường và k ỹthuậ điềt u khi nể

Mã số SV: CBC17025

Tác giả, Người hướng d n khoa h c và Hẫ ọ ội đồng ch m luấ ận văn xác nhận tác gi ả đã sửa ch a, b ữ ổ sung luận văn theo biên bản h p Họ ội đồng ngày 27/04/2018 v i các n i dung sau: ớ ộ

- Chỉnh sửa các lỗi chính t ảtrong bài luận văn

- Chỉnh sửa những hình nh b m trong bài luả ị ờ ận văn

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn thạc s khoa hĩ ọc: “Nghiên cứu và thi t k ế ế mũ bảo

hi m c nh báo nguy hiể ả ểm cho người lái xe” do tôi tự thiế ế dướ ự hướt k i s ng d n cẫ ủa PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng Các s li u và k t qu là hoàn toàn đúng v i th c t ố ệ ế ả ớ ự ế

Để hoàn thành luận văn này tôi chỉ ử ụ s d ng các tài liệu được ghi trong danh m c ụtài li u tham kh o và không sao chép hay s d ng b t k tài li u nào khác Nệ ả ử ụ ấ ỳ ệ ếu phát

hi n có s sao chép tôi xin ch u hoàn toàn trách nhiệ ự ị ệm

Hà Nội, ngày 30 tháng 03 năm 2018 Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tâm

5

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin được g i l i c m ơn chân ử ờ ả thành đến th y PGS.ầ TS Hoàng Sĩ

H ng ồ đã hướng d n em t n tình trong su t th i gian em làm luẫ ậ ố ờ ận văn này Thầy đã truyền đạ ạt l i cho em nh ng ki n th c, nh ng kinh nghi m nghiên cữ ế ứ ữ ệ ứu và giúp đỡ ất rnhiều để em hoàn thành tốt luận văn cao học này

Em cũng xin gử ờ ảm ơn chân thành đế ấ ải l i c n t t c nh ng th y giáo cữ ầ cô ủa trư ng ờ

Đạ ọi h c Bách Khoa Hà Nộ đã ựi tr c ti p gi ng d y ế ả ạ trong su t khóa h c, nh ng ố ọ ữ người

b n quan tâm, ạ đã động viên, chia ẻ ế thứ cũng như s ki n c kinh nghi m chuyên ngành ệtrong suốt quá trình h c t p và ọ ậ rèn luy n c a em ệ ủ

Em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên h t s c quý báu t ế ứ ừ gia đình, ừt anh Nguyễn Văn Đưa và các thành viên MANDEVICES LAB, những người luôn tạo điều

ki n nghiên cệ ứu và giúp đỡ, động viên em trong quá trình nghiên c u tứ ại trường

Do th i gian và ki n th c có h n nên không tránh kh i nh ng thi u sót nhờ ế ứ ạ ỏ ữ ế ất định

Em rất mong nh n ậ được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các b n ạ

Sau cùng em, xin g i l i ử ờ chúc ứ s c kh hỏe, ạnh phúc đế các thầy cô, gia đình và n

b n bè ạ

N Ngày 30 tháng 03 2018

n Tác giả luậ

Nguyễn Văn Tâm

6

MỤ C LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜ I CẢM ƠN 5

MỤ C LỤC 6

DANH M C T VIỤ Ừ ẾT TẮT 7

B NG TRA C U THUẢ Ứ Ậ T NGỮ ANH VI T 8Ệ DANH M C BỤ ẢNG BI U 9Ể DANH MỤC HÌNH ẢNH 10

M Ở ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ ĐẶT BÀI TOÁN 14

1.1 T ng quan v nghiên cổ ề ứu mũ bảo hi m c nh báo nguy hiể ả ểm cho người lái xe 14

1.2 Bài toán và công ngh ệ đặt ra 19

CHƯƠNG 2 THIẾT K CHI TIẾ ẾT MŨ BẢO HI M C NH BÁO NGUY HI M Ể Ả Ể CHO NGƯỜI LÁI XE 20

2.1 Sơ đồ ổ t ng quan ph n c ng h th ng 20ầ ứ ệ ố 2.2 Sơ đồ ổ t ng quan thu t toán toàn b h th ng 25ậ ộ ệ ố 2.3 Thiết kế, tính toán ph n c ng cho thiầ ứ ết bị ắn trên mũ bả g o hi m 28ể 2.4 Sơ đồ ổ t ng quan thu t toán các kh i trong h th ng 37ậ ố ệ ố 2.5 X ửlý ảnh, nh n dậ ạng các đối tượng 40

2.6 X lý thông tin trên b x ử ộ ử lý đệm 58

CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT THI T B Ế Ị VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QU 65Ả 3.1 Lắp ráp và cài đặt thiết bị 65

3.2 Kết quả 66

CHƯƠNG 4 KẾT LU N VÀ KI N NGH NH NG NGHIÊN C U TI P Ậ Ế Ị Ữ Ứ Ế THEO 71

TÀI LIỆU THAM KH O 72Ả PHỤ Ụ L C 73

7

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

VAMM Vietnam Association of Motorcycle Manufactures

RISC Reduced Instructions Set Computer

EMC Electromagnetic Compatibility

FPGA Field Programmable Gate Array

RISC Reduced Instructions Set Computer

I2C Inter Integrated Circuit

-UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

GSM Global System for Mobile Communications

8

BẢNG TRA CỨU THUẬT NGỮ ANH VIỆT

B ng 2-6: D u truy n vả ữliệ ề ới các đối tượng nh n d ng 59ậ ạ

B ng 2-7: Các thành ph n trong t p tin file WAVE 61ả ầ ậ

B ng 3-ả 1: Đánh giá với các góc nghiêng c a camera thay i so vủ đổ ới phương ngang 65

B ng 3-ả 2: Đánh giá kết quả nh n d ng qua th nghi m 70ậ ạ ử ệ

10

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Th ị trường tiêu th xe máy t i Viụ ạ ệt Nam qua các năm 15Hình 1-2: H ệthống đèn led hiển th mị ức độ nguy hi m t ể ừ xe đang tiến đến g n 16ầHình 1-3: Mô hình h ệthống c nh báo nguy hiả ểm cho tài xế ủ c a hãng Lexus 17Hình 1-4: Hình nh trong video sau khi x lý t camera l p trên ô tô cả ử ừ ắ ủa Mobileye 18Hình 2-1: Sơ đồ ổ t ng quan ph n c ng h ầ ứ ệthống 20Hình 2-2: Raspberry Pi 3 22Hình 2-3: nh PiCamera 23ẢHình 2-4: Vi điều khi n S™32F103C8T6 24ểHình 2-5: Sim 808 24Hình 2-6: Module MPU6050 25Hình 2-7: Lưu đồ thuật toán toàn h ệthống 26Hình 2-8: B x lý trung tâm và màn hình 28ộ ửHình 2-9: Sơ đồ bus kết nối giao tiếp CSI 29Hình 2-10: Màn hình LCD 3.5 inch 29Hình 2-11: C ng ra c a Raspberry Pi 3 30ổ ủHình 2-12: Sơ đồ kh i b x ố ộ ử lý đệm 31Hình 2-13: Sơ đồ nguyên lý kh i SIM808 32ốHình 2-14: Sơ đồ nguyên lý kh i MCU 32ốHình 2-15: Sơ đồ nguyên lý kh i ngoố ại vi 33Hình 2-16: Sơ đồ nguyên lý kh i ngu n 33ố ồHình 2-17: M ch ngu n n áp 5V 34ạ ồ ổHình 2-18: M i quan h gi a giá tr ố ệ ữ ị điện cảm và dòng điệ ớn l n nh t mà ic cung ấ

cấp được 35Hình 2-19: M ch ngu n n áp 3.3V 36ạ ồ ổHình 2-20: Điện áp và dòng điện hoạ ột đ ng của một số loại đèn led 36Hình 2-21: M ch ngu n 4.3V 36ạ ồHình 2-22: M ch in thiạ ết kế trên Altium Designer 37Hình 2-23: Lưu đồ thuật toán trên bộ ử x lý trung tâm 38Hình 2-24: Lưu đồ thuật toán xử lý trên b x ộ ử lý đệm 39Hình 2-25: Ki u quét hình nh c a c m bi n 41ể ả ủ ả ếHình 2-26: Chia góc gradient thành 4 hướng 44Hình 2-27: Lấp đầ ỗy l trong nh b ng phép giãn 45ả ằHình 2-28: Loại bỏ ph n nhi u b ng phép toán co 46ầ ễ ằHình 2-29: M t gi thuy t phân loộ ả ế ại được chọn 47Hình 2-30: Gi thuy t cả ế ủa hệ qu n lý phân loả ạ ối đ i tượng 2 48Hình 2-31: Gi thuy t cả ế ủa hệ qu n lý phân loả ạ ối đ tượi ng 3 48

11

Hình 2-32: Sau khi ch n l c m t gi thuy t cu i cùng, s t h p l i c a t t c các ọ ọ ộ ả ế ố ự ổ ợ ỗ ủ ấ ả

gi thuyả ết được tính toán 49

Hình 2-33: Đặc tính biên 49

Hình 2-34: Đặc tính đường 49

Hình 2-35: Đặc tính trung tâm 50

Hình 2-36: ng d ng vào hình nh nh n d ng xe oto 51Ứ ụ ả ậ ạ Hình 2-37: Những đặc tính c a Haar 52ủ Hình 2-38: Các t ng phân loầ ại Haar 52

Hình 2-39: Hàm contours xác định đường biên trên bàn tay 53

Hình 2-40: Các điểm biên của nhận dạng đối tượng 54

Hình 2-41: Tính toán kho ng cách t ả ừ camera đến phương tiện 55

Hình 2-42: Bi u diể ễn đường th ng trong các h tẳ ệ ọa độ 57

Hình 2-43: Đồ bi u di n thị ể ễ r0 theo 0, với ( , )x y0 0 = (8,6) 57

Hình 2-44: Đồ bi u di n thị ể ễ r theo  , v 3 c p giá tri ớ ặ ( , )x y = (8,6), (4, 9), (12,3) 58

Hình 2-45: Giao ti p SPI 59ế Hình 2-46: Th nh 60ẻ ớ Hình 2-47: Giao ti p I2C 62ế Hình 2-48: C u trúc b n tin gấ ả ửi của I2C 62

Hình 2-49: C u trúc b n tin nh n cấ ả ậ ủa I2C 62

Hình 2-50: Th t g i d u c u hình và nh n t ứ ự ử ữliệ ấ ậ ừ mô đun MPU6050 63

Hình 2-51:Giao ti p UART 63ế Hình 3-1: Lắp đặt camera nghiêng 10o 65

Hình 3-2: nh xám 66Ả Hình 3-3: Lọc nhiễu b ng Gauss 66ằ Hình 3-4: Tr hai frame 66ừ Hình 3-5: Phân ngưỡng 67

Hình 3-6: Co, dãn hình thái h c 67ọ Hình 3-7: Tìm biên b ng Canny 67ằ Hình 3-8: M ng các xe chuyả ển động 68

Hình 3-9: Nh n dậ ạng, bám đối tượng 68

Hình 3-10: Nh n dậ ạng phương tiện, xác định khoảng cách và làn đường 68

Hình 3-11: Nh n d ng biậ ạ ển báo đượ ẽc r ph i 69ả Hình 3-12: Nh n d ng biậ ạ ển báo đường m t chi u 69ộ ề Hình 3-13: Nh n d ng bi n báo cậ ạ ể ấm rẽ trái 69

12

MỞ ĐẦU

Trong r t nhi u vấ ề ấn đề nóng b ng cỏ ủa đờ ối s ng xã hội, an toàn giao thông được báo chí và truyền thông đặc bi t quan tâm bệ ởi đó là vấn đề mà h ng ngày, h ng gi ằ ằ ờảnh hưởng tr c ti p n an toàn tính m ng cự ế đế ạ ủa người tham gia giao thông H ng ngày, ằkhi được nghe trong chương trình bản tin an toàn giao thông, chúng ta ph i gi t mình ả ậ

vì nh ng v tai nữ ụ ạn giao thông thương tâm xảy ra trong c ả nước và ngay gi a lòng th ữ ủ

đô, ch c r ng có ít nh t m t lắ ằ ấ ộ ần chúng ta đã phải ch ng ki n m t v va chứ ế ộ ụ ạm nào đó

hoặc chi ít là tắc đường gi ờ cao điểm

Thự ếc t các tuyến đường n i thành hi n nay vi c x y ra các v tai n n giao thông ộ ệ ệ ả ụ ạ

có gi m song còn không ph i là ít, n n tả ả ạ ắc đường thì x y ra h ng ngày, khi ả ằ huy động

lực lượng c nh sát giao thông tả ại các ngã tư trong giờ cao điểm cũng mất không ít thời gian để có th ể lưu thông một lượng xe quá lớn như vậy Có th nói an toàn giao thông ểđược xem là vấn đề nh c nh i c a xã h i Gi a lòng th -b m t cứ ố ủ ộ ữ ủ đô ộ ặ ủa đấ ướt n c mà tình hình an toàn giao thông l i là vạ ấn đề ấy lâu nay chưa đượ b c gi i quy t triả ế ệt để Các ngành các cấp có liên quan xác định vấn đề này không th gi i quy t m t s m mể ả ế ộ ớ ột chiều được, ch ỉ điều đó thôi cũng thấy tính chất khó khăn và nan giả ủi c a nó Hà Ở

N i, các "ộ điểm đen" ề v ách tắc giao thông là ngã tư Sở, ngã tư Vọng, ngã tư Đại C ồViệt - Lê Du n và các trẩ ục đường khác như Trường Chinh, Tây Sơn, Phạm Ng c ọ

Thạch ậTh t bu n m i khi tồ ỗ ắc đường, thay vì đi thẳng v nhà, chúng ta ph i ng i trên ề ả ồ

xe bus hay ngồi trên phương tiện cá nhân hàng gi ng h , nh ng c nh y quá quen ờ đồ ồ ữ ả ấthuộc với người dân Hà Nội nói riêng và các thành phố ớ l n nói chung

Theo s u th ng kê cốliệ ố ủa Ủy ban an toàn giao thông Quốc gia, trong năm 2004

đã xảy ra 19.852 v tai n n giao thụ ạ ông đường b , làm chộ ết 11.319 người và b ị thương hơn 20.000 người khác S v tai nố ụ ạn giao thông được xác định ch yủ ếu trên các "điểm đen" C ả nước tính đến cuối năm 2003 mới ch có 675.000 ô tô, 11.400.000 xe máy, ỉlượng xe cơ giới ch b ng 5% so v i châu ỉ ằ ớ Âu, nhưng tỷ ệ ố ụ l s v tai n n giao thông ạđường b ộ hàng năm bằng 26% so v i c châu Âu Hớ ả ằng năm trên các tuyến đường b ộ

c a châu Âu x y ra 40.000 v tai n n giao thông, làm chủ ả ụ ạ ết 42.000 người và làm b ịthương khoảng 17.000 người T i châu Phi, t ng h p 42 n c v i kho ng 10 tri u xe ô ạ ổ ợ ướ ớ ả ệ

tô hàng năm, số người ửt vong do tai nạn đường b ộ lên đến 35.000 người và làm b ịthương 300.000 người khác Có th th y rõ mể ấ ột điều là tình hình giao thông đường b ộ

của nước ta còn nhiều bất cập

Năm 2002, nhà nước đã ban hành ậ ấlu t c m nh p kh u xe máy, ô tôậ ẩ , điều này qua thời gian đã chứng minh m t tiêu c c c a nó, chính nó làm h n ch s phát tri n c a ặ ự ủ ạ ế ự ể ủ

xã hội Như trên đã thống kê s ố lượng xe c cộ ủa nước ta ch ỉchiếm 5% so v i châu Âu ớ

mà s v tai n n l i b ng 26% so v i c cố ụ ạ ạ ằ ớ ả hâu Âu Điều này ch ng t ứ ỏ được vi c nhệ ận

13

định tình hình sai l m cầ ủa chúng ta Như đã biết, mu n nh n thố ậ ức được tình hình ph i ả

đi từ hiện tượng đến b n ch t Tính ch t c a hiả ấ ấ ủ ện tượng là phong phú và biến đổi không ng ng, chính vì v y b n ch t sâu s c bên trong phừ ậ ả ấ ắ ải được tìm hi u k ể ỹ lưỡng để

có th n m bể ắ ắt được m t cách chính xác, tránh nh ng sai lộ ữ ầm đáng tiếc Việc đề ra các điều luật tương tự như trên đã chứng minh r ng: nhìn th y hiằ ấ ện tượng nhưng chưa

chắc là đã thấy được bản ch t ấ

Có m t th c t mà chúng ta cộ ự ế ần dũng cảm nhìn nhận đó là về ệ h thống giao thông đường b cộ ủa chúng ta dưới tác động c a quy lu t phát tri n nh ng tòa nhà m c ủ ậ ể ữ ọlên như nấm san sát hai bên, những con đường mà b r ng không h ề ộ ề tương xứng v i ớ

nó, đầy nh ng c a hàng, c a hi u kinh doanh d ch v ữ ử ử ệ ị ụ khác ra vào đông đúc, người sang đường nhiều hơn

Nguyên nhân c tình tr ng gây ra tai n n giao thông: ủa ạ ạ

- Các tài xế, lái xe chưa tuân thủ quy định an toàn giao thông, điều khi n xe ểquá tốc độ, không tuân th tín hiủ ệu đèn, biển báo, đi sai làn đường, s d ng ử ụchất kích thích khi điều khiển phương tiện

- Lái xe không chú ý quan sát ho c t m nhìn b h n ch ặ ầ ị ạ ế gây khó khăn cho việc lái xe an toàn

Chính vì nh ng nhữ ận định và vấn đề nh c nh i trên v n x y ra t ng ngày, vứ ố ẫ ả ừ ới

m t s ộ ố lượng l n xe máy ớ ở nước ta gây ra nh ng hiữ ện tượng trên, em đã chọn giải pháp với đề tài: Nghiên c u và thi t k ứ ế ế mũ bảo hi m c nh báo nguy hi m cho ể ả ể người lái xe để giúp nâng cao an toàn cho người tham gia giao thông

H ệthống được thi t k s d ng camera quan sát, thu th p d ế ế ử ụ ậ ữliệu hình nh, phân ảtích và x lý th i gian th c ử ờ ự để đưa ra những r i ro có th xủ ể ảy ra, thông báo đến người lái xe tr c ti p qua âm thanh m t cách k p thự ế ộ ị ời ệ thống được cài đặt trên mũ bảo H

hi m c a m i lái xe, g m m t b x lý trung tâm nh g n v i camera, có ể ủ ỗ ồ ộ ộ ử ỏ ọ ớ thể ử x lý thông tin hình nh t i chả ạ ỗ Đồng th i khi có tai n n x y ra, h ờ ạ ả ệ thống s ki m tra mẽ ể ức

độ nguy hi m cể ủa người lái xe, n u tai n n nguy hi m đ n tính m ng, h th ng t ng ế ạ ể ế ạ ệ ố ự độbáo v trí x y ra tai nị ả ạn đến người thân H ệthống không đòi hỏi nhi u máy ề chủ ạ m nh

và phải xử lý tập trung

Bài luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan và đặt bài toán

Chương 2: Thi t k chi tiế ế ết mũ bảo hi m c nh báo nguy hiể ả ểm cho người lái xe Chương 3: Cài đặt thi t b ế ị và đánh giá kết qu ả

Chương 4: ếK t lu n và ki n ngh nh ng nghiên c u ti p theo ậ ế ị ữ ứ ế

14

CHƯƠNG 1 ỔNG QUAN VÀ ĐẶT BÀI TOÁN T1.1 Tổng quan về nghiên cứu mũ bảo hiểm cảnh báo nguy hiểm cho người lái

xe

Hiện nay, an toàn giao thông vẫn đang là vấn đề nóng b ng và nh c nhỏ ứ ối đố ới v i

xã h i, tai n n giao thông v n x y ra h ng ngày, h ng gi Trên th gi i, mộ ạ ẫ ả ằ ằ ờ ế ớ ỗi năm có 1.25 triệu người ch t vì tai n n giao thông S u thu th p t ế ạ ố liệ ậ ừ 180 nước cho th y, s ấ ốngười ch t do tai nế ạn giao thông đã lên đến mức báo động, đặc bi t là t i nhệ ạ ững nước nghèo Tai nạn giao thông đường b là th phộ ủ ạm cướ đip sinh m ng c a nhiạ ủ ều người trên th gi i hi n nay T ế ớ ệ ổchức WHO công b báo cáo trên cùng v i l i kêu gố ớ ờ ọi "hành

động kh n cẩ ấp" để đạt được mục tiêu đề ra trong Chương trình mục tiêu phát tri n b n ể ề

vững đến năm 2030, giảm m t n a s ộ ử ố thương vong do tai nạ giao thông vào năm n

2020 Báo cáo cũng nhấn mạnh đến con s 90% s v tai nố ố ụ ạn giao thông đường b xộ ảy

ra ở các nước có thu nh p th p và trung bình, mậ ấ ặc dù các nước này ch chi m 54% s ỉ ế ố

xe c trên th ộ ế giới C ụ thể, châu Âu có t l ỷ ệ ngườ ửi t vong vì tai n n giao thông thạ ấp

nhất tính theo đầu người, trong khi châu Phi chi m t l cao nh ế ỷ ệ ất.Ở nước ta, theo thống kê năm 2017, trên địa bàn c ả nước x y ra 20.280 v tai nả ụ ạn giao thông, trong đó bao g m 9.770 v tai n n giao thông t ít nghiêm tr ng tr lên và 10.310 v va chồ ụ ạ ừ ọ ở ụ ạm giao thông, làm 8.279 người chết; 5.587 người b ị thương và 11.453 người b ị thương

nh So vẹ ới năm trước, s v tai nố ụ ạn giao thông năm nay giảm 7% (s v tai n n t ố ụ ạ ừ ít nghiêm tr ng tr lên gi m 5.6%, s v va ch m giao thông gi m 8.3%); s ọ ở ả ố ụ ạ ả ố người chết

gi m 4.7%; s ả ố người b ị thương giảm 9.6% và s ố người b ị thương nhẹ gi m 12.6% ảNhững con s trên tuy có giố ảm nhưng số người chết vì tai n n giao thông vạ ẫn đang còn

là rất cao, đây cũng chính là những vấn đề làm đau đầu các nhà ch c trách trên th gi i ứ ế ớcũng như ở Vi t Nam ệ

Tai nạn giao thông x y ra ngày càng nhi u, càng nghiêm tr ng Tai nả ề ọ ạn để ạ l i cho

xã h i nh ng h u qu n ng n : hàng chộ ữ ậ ả ặ ề ục ngàn người ch t mế ỗi năm, đa phần là nh ng ữngười tr tu i.ẻ ổ Vậy, nguyên nhân chính bắt nguồn từ đâu? Cần làm rõ để thoát khỏi tình trạng nguy hiểm này!

Có m t s ý ki n cho r ng: tai n n x y ra do s ộ ố ế ằ ạ ả ố lượng phương tiện cá nhân vẫn còn tăng mạnh đặc bi t là các loệ ại xe máy, phương tiện thi u an toàn trong các lo i ế ạphương tiện lưu thông trên đường b Theo th ng kê c a Hi p h i các nhà s n xu t xe ộ ố ủ ệ ộ ả ấmáy (VAMM), doanh s bán hàng toàn th ố ị trường trong năm 2017 đạ ầt g n 3.3 tri u xe ệcác loại, tăng 4.8% so với năm 2016 Thị trường tiêu th xe máy nhi u nh t l i là các ụ ề ấ ạ

15

nước nghèo, các nước đang phát triển, ch y u phân b châu Phi và châu Á, nh ng ủ ế ố ở ữnơi có tỷ ệ ả l x y ra tai n n giao thông cao ạ

Hình 1-1: Th ị trường tiêu th xe máy t i Viụ ạ ệt Nam qua các năm

Có ý ki n khác l i cho r ng: Tai n n xế ạ ằ ạ ảy ra do người điều khiển phương tiện có ý thức kém, không tôn tr ng lu t giao thông, s dọ ậ ử ụng bia rượu khi điều khi n xe, ch y ể ạ

xe quá tốc đ cho phép, phóng nhanh vượt ẩộ u và nhi u nguyên nhân ch quan khác ề ủ

T t nhiên m i tai nấ ọ ạn đều được gây ra bởi người điều khiển phương t ện, nhưi ng tai n n không ch chi ph i b i các nguyên nhân ch quan mà còn b ạ ỉ ố ở ủ ị tác động b i các ởnguyên nhân khách quan và chính y u t khách quan m i là nhân t quan tr ng trong ế ố ớ ố ọ

 Thiế ị ả t b c nh báo nguy hi ểm cho người đi xe đạ p (Backtracker)

Mới đây một nhóm thi t k tế ế ại Stellenbosch, Nam Phi đã giới thi u b ệ ộ thiế ịt b phát tín hi u radar giúp c nh b o nguy hiệ ả ả ểm cho người đi xe đạp g i là Backtracker ọ

B ộthiế ịt b Backtracker bao g m hai mô-ồ đun Một thi b g n phía sau, có m t anten ết ị ắ ở ộradar 24GHz, m t b x lý ARM, s d ng k t nộ ộ ử ử ụ ế ối bluetooth để giao ti p v i ph n còn ế ớ ầ

lại, được g n trên tay lái Khi có m t chi c xe khác ti n l i g n trong kho ng cách ắ ộ ế ế ạ ầ ả140m, h ệthống radar s phát hi n và g i tín hiẽ ệ ử ệu đến thi t b hi n th ế ị ể ị phía trước Thiết

b này s cị ẽ ảnh báo người lái xe thông qua một hàng đèn LED Các đèn LED hiển th ịnày s giúp cẽ ảnh báo người lái xe rằng đang có một chi c xe khác ti n l i g n, qua ế ế ạ ầ

16

mức độ hiển th ị cũng giú ngườp i lái xe biết được kho ng cácả h cũng như hướng c a ủchi c xe kia.ế

Hình 1-2: H ệthống đèn led hiển thị ức độ m nguy hi m t ể ừ xe đang tiến đến g n ầ

Backtracker có th ể đượ ạc s c thông qua m t c ng USB, v i th i gian s d ng lên ộ ổ ớ ờ ử ụ

đến 8 tiếng Người lái cũng có thể thay th thi t b ế ế ị phía trước b ng chi c smartphone ằ ế

c a mình, vủ ới kế ốt n i bluetooth và một ứng d ng có s n ụ ẵ

Hiệ ạn t i thi t b này vế ị ẫn đang trong quá trình hoàn thành và huy động vốn để có

thể đưa vào thương mại hóa Theo k ho ch c a nhóm ế ếế ạ ủ thi t k , thi t b này có th ế ị ểđược bán ra v i m c giá kho ng 199 USD ớ ứ ả

 Ưu, nhược điểm c a gi i pháp: ủ ả

 Ưu điểm:

- Thiết bị nh g n, lỏ ọ ắp đặt dễ dàng

- Khoảng cách phát hiện phương tiệ ừn t xa

 Nhược điểm:

- S dử ụng đèn led thông báo gây khó khăn cho việc vừa quan sát, v a lái xe ừ

- Giá thành cao so với sản ph m l p trên m t chiẩ ắ ộ ếc xe đạp

- Chưa áp dụng đố ới các phương tiệi v n có kh ả năng cao xảy ra va ch m, tai ạnạn giao thông như ô tô, xe máy

 H ệ thố ng c nh báo nguy hi m m i cho tài x c a Lexus v ả ể ớ ế ủ ới các tính năng

thông minh và hoàn toàn ch ng (áp d ng trên ô tô) ủ độ ụ

H ệ thống s dử ụng 6 camera để quản lý gương mặ ủa ngườt c i lái xe N u có mế ột chướng ng i vạ ật trên đường đi mà người lái xe quay hướng khác, không chú ý, xe s t ẽ ự

động d ng l i ừ ạ

H ệ thống này cũng kế ợt h p v i g i t a trên gh cho m i hành khác nhớ ố ự ế ỗ ằm đảm

b o gi m thi u nguy hi m n u có s va ch m t phía bên hông hay t phía sau xe ả ả ể ể ế ự ạ ừ ừ

17

Khi xe được khởi động, h th ng t ệ ố ự động xác định v trí cị ủa các đặc điểm trên gương mặt người lái xe như mắt, mũi và miệng; đồng th i ờ đo chiều r ng c a m t s ộ ủ ộ ốđặc điểm cũng như xác định đường tâm trên gương mặt Khi xe đang di chuyển, n u ếđầu người lái xe xoay m t góc rộ ộng hơn 15o so với hướng chuyển động c a xe và có ủ

m t ch ng ng i vộ ứ ạ ật ở phía trước, h ệthống s t ng kích ho t chuông báo PCS và s ẽ ự độ ạ ẽtác động lên thắng xe để ả c nh báo nguy hi m ể

Hình 1-3: Mô hình h ệthố ng c nh báo nguy hi m cho tài x c a hãng Lexus ả ể ế ủ

N u nh ng tín hiế ữ ệu báo động này không có tác dụng đố ới v i tài xế, hệ thống PCS

s gài th ng và th t ch t dây an toàn cẽ ắ ắ ặ ủa người ngồi phía trước

Bên cạnh giám sát gương mặt tài x ế và con đường phía trước, Lexus LS cũng có chức năng cảnh báo nguy hiểm bên hông Theo đó, hệ ố th ng camera g n bên hông xe ắ

s giám sát liên t c xung quanh phía sau xe N u phát hi n m t va ch m có th x y ra, ẽ ụ ế ệ ộ ạ ể ả

g i tố ựa lưng ghế ẽ ự độ s t ng di chuy n lên hay xuể ống để ạ t o thành miếng đệm cho hành khách, ngăn chặ ổn thương đần t u khi tai n n x y ra ạ ả

 Ưu, nhược điểm c a gi i pháp: ủ ả

18

Thiết Mobileye được Isarel phát triển đang r t th nh hành nhiấ ị ở ều nước trên th ế

gi i S n phớ ả ẩm được nhi u chính ph h ề ủ ỗ trợ để đưa vào quy đị nh b t buắ ộc đối v i ớngườ ử ụng ô tô để ải s d gi m thi u tai n n giao thông ể ạ

Thiế ị ẽt b s luôn theo dõi và tính toán giúp c nh báo tả ới người lái xe tới 2.7s trước khi va chạm

Hình 1-4: Hình nh trong video sau khi x lý t camera l p trên ô tô c a Mobileye ả ử ừ ắ ủ

Mobileye có các chức năng cơ bản:

- C nh báo va chả ạm phía trước

- Cảnh báo sai làn đường, cảnh báo người đi bộ và xe đạp, tính toán kho ng ảcách và giám sát thời gian va ch m vạ ới phương tiện phía trước

- Đọc biển giới hạ ốn t c độ và bi n báo giao thông ể

- Áp dụng m t số phương thứộ c điều khi n xe t ng.ể ự độ

 Nhược điểm:

- Chỉ ớ m i áp dụng cho ô tô, chưa phổ biến trên xe máy-phương tiện gây ra tai

n n giao thông cao ạ ởViệt Nam

- Mới chỉ ả c nh báo trên hình ảnh, chưa đưa ra cảnh báo c ụthể ằ b ng âm thanh

Hiện nay ệt Nam cũng như trên thế ới, các phương tiện giao thông đang ở Vi gi

dần được trang b nh ng công ngh tiên tiị ữ ệ ến, trong đó có camera hành trình giám sát giao thông nhưng hầu như vẫn còn có nhi u b t c p, ho c camera trang b v i m c ề ấ ậ ặ ị ớ ụđích quay lại hành trình của người lái xe, ho c là có tác d ng ch ặ ụ ỉ đường, hoặc là đưa ra

19

nh ng nh n diữ ậ ện như biển báo, tín hiệu đèn mà chưa có mộ ảt c nh báo c ụ thể những nguy hiểm cho người dùng

1.2. Bài toán và công nghệ đặt ra

Hiện nay, vi c lệ ắp đặt camera trên các h ệ thống phương tiện giao thông còn hạn chế, ch y u vủ ế ẫn là giám sát hành trình mà chưa có mộ ảnh báo nào cho ngườt c i lái xe khi có nguy hi m sể ắp đến g n, m c dù b não cầ ặ ộ ủa con ngườ ớ ốc đội v i t hoạt động rất cao nhưng không phải lúc nào cũng tập trung để lư ng h t m i vờ ế ọ ấn đề trên đường, chính vì th ế ý tưởng đưa ra của em là thi t k "mế ế ột con m t th 3ắ ứ ",là người tr ợ lái đắc

lực cho người lái xe Người điều khiển phương tiện không còn c m giác m t mả ệ ỏi căng thẳng khi điều khiển, điều mà trước đây họ thường xuyên g p ph i và giám sát và ặ ả để

c nh báo nh ng nguy hiả ữ ểm đến gần

Trên th gi i hi n nay, m t s hãng xe t hành ế ớ ệ ộ ố ự như Google, Nuro vẫn đang trong quá trình th nghi m, yêu cử ệ ầu người lái xe ph i lả ập trình cho quãng đường của mình, điề ấu y gây nhi u b t l i n u quãnề ấ ợ ế g đường di chuy n b ể ị thay đổi so v i d ki n, ớ ự ếhơn nữa giá thành d ki n cự ế ủa chúng cũng không hề ẻ r

T nhừ ững ưu, nhược điểm c a các h ủ ệ thống trên, mục tiêu trong đề tài này là thiế ế ột k m t thi t b gế ị ắn trên mũ bảo hi m (là m t v t không th ếu đố ớể ộ ậ ểthi i v i chi c xe ếmáy), có th c nh báo nguy hiể ả ểm đến gần cho người lái xe, ngoài ra h ệ thống còn có chức năng phát hiện nguy hi m khi có s c , sẵể ự ố n sàng báo v trí tai nị ạn cho người thân ngay tức thì ớ v i chi phí th p, hoấ ạt động ổn định, hiệu năng cao

Trong đề tài này, em s chú tr ng vào ph n gi i pháp và xây d ng ph n m m x ẽ ọ ầ ả ự ầ ề ử

lý trên m t platform máy tính nhúng nh g n, hiộ ỏ ọ ệu năng cao, cùng với đó là thiế ết k

m t b x lý ph giúp cho vi c truyộ ộ ử ụ ệ ền thông và tăng tốc độ ế k t n i các chố ức năng khác

Giớ ại h n ph m vi tài Nghiên c u và thi t k ạ đề ứ ế ế mũ bảo hi m c nh báo nguy hi m ể ả ểcho người lái xe:

- Thiế ế ột k m t thi t b ế ị được g n tr c tiắ ự ếp trên mũ bảo hiểm cho người điều khi n xe máy ể

- Hoạ ột đ ng tại các làn đường có chi u r ng t ề ộ ừ 5 mét đến 10 mét

- Mật độ xe lưu thông trên làn đường nh ỏ hơn 60% (so với mật độ phương tiện

tối đa trên đường)

- Tốc đ xe mà người lái điềộ u khi n không l n ể ớ hơn 80 km/h

20

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHI TIẾT MŨ BẢO HIỂM CẢNH BÁO NGUY

HIỂM CHO NGƯỜI LÁI XE

Sau m t th i gian tìm hi u các nghiên c u và s n ph m v các thi t b h lái ộ ờ ể ứ ả ẩ ề ế ị ỗ trợ

xe an toàn cho người lái xe trên đường bộ, em đã xây dựng và thi t k m t thi t b g n ế ế ộ ế ị ắlên mũ bảo hi m, thi t b ể ế ị đưa ra những c nh báo âm thanh v nh ng nguy hi m có kh ả ề ữ ể ảnăng xảy ra t ừ các phương tiện phía trước Nội dung đề tài gi i h n b ng vi c tớ ạ ằ ệ ập trung phát tri n ph n m m và thi t k m t s m ch ph n c ng h cho thi t b ể ầ ề ế ế ộ ố ạ ầ ứ ỗtrợ ế ị hoạt

động ổn định hơn

2.1. Sơ đồ tổng quan phần cứng hệ thống

Sơ đồ ổ t ng quan ph n c ng h th ng (Hình 2-1) g m: Camera và b x lý trung ầ ứ ệ ố ồ ộ ửtâm được đặt ngay trên mũ bảo hi m ngườể i lái xe Camera làm nhiêm v thu nh n hình ụ ậảnh, sau đó đưa những hình ảnh đó vào bộ ử x lý trung tâm qua bus CSI n i gi a ố ữchúng D u hình ữ liệ ảnh được b x lý trung tâm, t ộ ử ừ đây bộ ử x lý trung tâm s nhẽ ận

d ng các biạ ển báo, đèn tín hiệu, các phương tiện và khoảng cách đến các phương tiện,

n u kho ng cách này nh ế ả ỏ hơn khoảng cách an toàn thì s ẽ đưa ra những c nh b o, tín ả ả

hi u cệ ảnh báo được truyền đến b x ộ ử lý đệ Đồm ng th i hình ờ ảnh này cũng được lưu trữ, giúp người dùng có th xem l i qua màn hình 3.5 inch ể ạ

Hình 2-1: Sơ đồ ổ t ng quan ph n c ng h ầ ứ ệthố ng

K t n i v i b x lý trung tâm là b x ế ố ớ ộ ử ộ ử lý đệm có chức năng chấp hành nh ng ữtín hi u t b x lý trung tâm, t ệ ừ ộ ử ừ đó đưa ra những âm thanh c nh báo phù h p Cùng ả ợ

với đó, bộ ử lý đệ x m này còn có chức năng phát hiện nh ng tai n n nguy hi m có th ữ ạ ể ể

x y ra b ng vi c giao ti p v i c m bi n góc nghiêng, sau khi nhả ằ ệ ế ớ ả ế ận được giá tr góc s ị ẽphân tích

21

Giao ti p v i b x ế ớ ộ ử lý đệm là m t module có chộ ức năng đọc đượ ọa độc t GPS,

đồng th i có th có kh ờ ể ả năng gọi điện, g i tin nhử ắn SMS báo thông tin địa điểm khi

x y ra tai nả ạn cho người thân

B x ộ ử lý đệm kết nối với loa, phát ra âm thanh c nh báo khi có nguy hi m x y ra, ả ể ả

âm thanh này s l y d ẽ ấ ữ liệu được lưu trữ ẵ s n trong th ẻnhớ micro SD n m trên b ằ ộ điều khiển đệm, th nh này s ẻ ớ ẽchứa các file d ữliệu âm thanh định d ng WAVE ạ

2.1.1 Phân tích lựa chọn bộ xử lý trung tâm

Đố ớ ệ ối v i h th ng của đề tài này, b x lý trung tâm là trái tim c a h th ng Có ộ ử ủ ệ ố

m t s l a chộ ố ự ọn như: Máy tính PC, FPGA, máy tính nhúng Các ưu, nhược điểm của chúng được trình bày trong b ng 2-1 ả

B ng 2-1: B ng so sánh các b x lý trung tâm ả ả ộ ử

B x lý trung tâm ộ ử Máy tính PC FPGA Máy tính nhúng Kích thước To, cồng k nh ề Nhỏ ọ g n Nhỏ ọ g n

Tốc độ x ửlý Cao Cao Trung bình

Tiêu th ụ điện năng Cao Thấp Thấp

Giá thành Cao Cao Thấp

 Máy tính PC r t c ng k nh, không th t t i các tuyấ ồ ề ể đặ ạ ến đường, tiêu th nhiụ ều điện năng và giá thành tương đối cao

 FPGA kh ả năng xử lý tín hi u t t, nhanh, tuy nhiên giá thành là khá cao Giá ệ ốchỉ riêng một con chip FPGA đã từ 10-30$

 Máy tính nhúng Raspberry Pi có kích thướ ấc r t nh g n, tiêu th ỏ ọ ụ ít điện năng

mà giá thành l i khá r ạ ẻ

Do đó, đề tài s d ng máy tính nhúng ử ụ Raspberry Pi, với kích thướ ấc r t nh g n, ỏ ọchạy h ệ điều hành m linux, tở ốc độ ử x lý vừa đủ, mà giá thành l i khá r ( giá ch -ạ ẻ ỉ3040$) Raspberry Pi th c hi n thu th p thu li u t camera, x lý s u ngay t i hiự ệ ậ ệ ừ ử ố liệ ạ ện trường mà không c n truy n v trung tâm giám sát ầ ề ề

a. Giới thiệu chung về Raspberry Pi

Raspberry Pi là một máy tính có kích thước nh g n ch b ng m t chi c th ỏ ọ ỉ ằ ộ ế ẻATM, được phát tri n t i Anh b i Raspberry Pi Foundation, phiên bể ạ ở ản đầu tiên ra đời vào năm 2012, với mục đích ban đầu là thúc đẩy vi c gi ng d y v khoa h c máy tính ệ ả ạ ề ọ

cơ bản trong các trường h c Raspberry Pi ch y h ọ ạ ệ điều hành Linux Phiên bản đầu bao g m b x ồ ộ ử lý ARM1176 700MHz, 256MB RAM Tháng 2 năm 2015, thế ệ h thứ

22

hai được phát hành với nhân ARM Cortex A7 900MHz và 1GB RAM Đến tháng 1 năm 2016, phiên bản m i nh t và m nh nh t hi n nay cớ ấ ạ ấ ệ ủa Raspberry được phát hành Raspberry Pi 3 ra m t v i nhi u cài ti n m i, tích h p wifi s n trên bo m ch, nhân ắ ớ ề ế ớ ợ ẵ ạARM Cortex A53 1.2GHz, 1GB RAM Do đó, hệthống l a ch n dùng b x lý trung ự ọ ộ ửtâm là Raspberry Pi 3

Trên bo m ch Raspberry Pi 3 có CPU, GPU, RAM, khe c m microSD, wifi, ạ ắ

ethernet, bus CSI camera và 4 cổng USB 2.0 (Hình 2-2)

Raspberry Pi s d ng lõi ARM ch không phử ụ ứ ải x86 như của Intel, do đó nó sử

d ng t p l nh rút g n RISC và tiêu th ụ ậ ệ ọ ụ điện năng rất th p Toàn b m ch hoấ ộ ạ ạt động

với nguồn 5v, 700mA tức chỉ tiêu hao 3.5W mỗi giờ

2.1.2 Phân tích lựa chọn c amera

Để thu nh n hình nh giao thông, ta c n có camera S d ng camera cho ậ ả ầ ử ụRaspberry Pi, ta có m t s l a ch n là: Picamera hoộ ố ự ọ ặc USBcamera Picamera được nối

 B x ộ ử lý đệm yêu c u có th d dàng giao ti p v i b x lý trung tâm, tầ ể ễ ế ớ ộ ử ốc độ

x lý nhanh, ti t kiử ế ệm năng lượng, mức điện áp hoạt động tương thích vớ ội b

x lý trung tâm, có kh ử ả năng đọc file âm thanh t ừ thẻ nh ớ và phát được âm thanh đó Từ nh ng yêu c u trên, em l a chữ ầ ự ọn vi điều khi n S™32F103C8T6 ểlàm bộ ử x lý trung tâm cho b x lý đ m ộ ử ệ

 Một số thông s v ố ề vi điều khi n S™32F103C8T6 ể

24

Hình 2-4: Vi điều khi n S™32F103C8T6 ể+ S™32F103C8T6: Là dòng vi điều khi n 32bit v i lõi ARM cortex M3 cể ớ ủa hãng ST Microelectronic

 Yêu c u module nh gầ ỏ ọn, đáp ứng được yêu c u tr v ầ ả ề được giá tr tị ọa độ GPS,

có chức năng GSM, gửi SMS, GPRS, v i các chớ ức năng trên, em lựa ch n ic ọSim808 đáp ứng được các yêu c u trên, d dàng giao ti p vầ ễ ế ới bộ ử lý đệm x

 Một số thông s v ic sim808: ố ề

Hình 2-5: Sim 808

+ H 3 công ngh tiên ti n: GSM/GPRS, GPS, Bluetooth ỗtrợ ệ ế

+ Thiết kế ẵ s n khe c m sim, antenna connector, antenna bluetooth ắ

+ Thiết kế nhỏ ọ g n, linh ki n t t, tính toán ch ng nhi u ệ ố ố ễ ESD

+ Hoạ ộng đượt đ c với ngu n 3.4-4.4 ồ V

25

2.1.5 Module cảm biến góc nghiêng

 Chức năng: Phát hiện ra nh ng tai n n nguy hi m khi xữ ạ ể ảy ra, khi người lái xe b ịngã, d u góc nghiêng tr v ữliệ ả ề thay đổi, b ộnhớ đệm đưa ra phân tích từ đ ó gửi tin nh n SMS v tắ ề ọa độ GPS, gọi điện v ề cho người thân thông qua module sim808

 Hiện nay trên th trư ng có r t nhi u module v c m bi n góc nghiêng, do yêu ị ờ ấ ề ề ả ế

c u c a bài toán không quá cao nên em l a ch n module c m bi n góc nghiêng ầ ủ ự ọ ả ếMPU6050 v i giá thành r , nh g n ớ ẻ ỏ ọ

 Một số thông s v c m bi n góc nghiêng MPU6050: ố ề ả ế

Hình 2-6: Module MPU6050

+ Module tích h p 6 tr c c m bi n g m: con quay h i chuy n 3 tr c, cợ ụ ả ế ồ ổ ể ụ ảm

bi n gia t c 3 trế ố ục

+ MPU-6050 còn có 1 đơn vị tăng tốc ph n c ng chuyên x lý tín hi u (DSP) ầ ứ ử ệ

do c m bi n thu th p v và tính toán khi c n thiả ế ậ ề ầ ết, điều này làm gi m bả ớt đáng kể ph n x lý tính toán cầ ử ủa vi điều khi n, c i thi n tể ả ệ ốc độ ử x lý và cho

ra ph n hả ồi nhanh hơn Đây là điểm khác bi n c a MPU-6050 v i các lo i ể ủ ớ ạ

cảm biến gia t c và gyro khác ố

+ Điện áp ho t đ ng 3.3V ạ ộ

2.2. Sơ đồ tổng quan thuật toán toàn bộ hệ thống

Khi bắt đầu, camera s thu nh n hình nh, hình nh mà camera lẽ ậ ả ả ấy có độ phân

gi i 1280 720, tả  ốc độ 30 khung hình/giây, hình nh s ả ẽ được lưu dưới d ng ma trạ ận điể ảm nh Tuy nhiên n u h ế ệthống l y toàn b hình ấ ộ ảnh kích thước 1280720 để ử x lý thì s làm gi m tẽ ả ốc độ ử x lý c a h ủ ệ thống, và hình ảnh cũng sẽ chứa nhi u d ề ữliệu dư

thừa không c n thiầ ết Do đó hệ ốth ng ch cỉ ắt ra khung hình có độ phân gi i 480 320 là ả 

26

chứa vừa đủ ữ ệ d li u của đoạn đường c n x lý D li u hình nh s ầ ử ữ ệ ả ẽ được Raspberry

l y và s d ng cho: ấ ử ụ

 Video sẽ được hiện lên trên màn hình, kích thước 3.5 inch

 Nhận d ng biạ ển báo, đèn tín hiệu, phương ện lưu thông trên đường, người đi ti

bộ: Sử ụ d ng thu t toán Haar cascades ậ

 Tính toán kho ng cách t ả ừ camera đến phương tiện đang di chuyển: S d ng ử ụphương pháp tam giác đồng d ng ạ

 Nhận d ng v ch phân cách: s d ng hàm Hough line Transform ạ ạ ử ụ

Hình 2-7: Lưu đồ thu t toán toàn h ậ ệthố ng

27

Hình ảnh sau khi nhận đượ ừc t camera s ẽ được truyền đến b x lý trung tâm, ộ ửhình nh này s ả ẽ được x lý b ng các thu t toán nh n d ng, tính toán ra các thông s ử ằ ậ ậ ạ ốnhư khoảng cách, góc l ch gi a các phương ti n, v ệ ữ ệ ị trí xe trong làn đường

N u các con s ế ố tính toán vượt quá ngưỡng cho phép thì b x ộ ử lý đưa ra những tín

hi u cệ ảnh báo đến b x ộ ử lý đệm, nh ng c nh báo này bao g m: Chữ ả ồ ạy sai làn đường, vượt đèn đỏ, nh ng c nh báo nguy hi m nữ ả ể hưng khoảng cách của phương tiện đến các

B ng 2-2ả : Quy định v kho ng cách giề ả ữa hai phương tiện tương ứng v i tớ ốc độ di chuy n ể

Tố c đ lưu hành (km/h) ộ Khoảng cách an toàn tối thiểu (m)

Căn cứ vào quy định v luề ật an toàn giao thông đường b và gi i hộ ớ ạn quy định

của bài toán, khoảng cách an toàn mà em ch n là kho ng cách không nh ọ ả ỏ hơn 35m.Sau khi b x ộ ử lý đệm nhận được thông tin t b x lý trung tâm, s phát ra ừ ộ ử ẽ

nh ng âm thanh cữ ảnh báo tương ứng qua loa, các d u cữ liệ ảnh báo được lưu trong thẻ

nh Micro SD ớ

B x ộ ử lý đệm cũng có chức năng đọc d ữ liệu v góc nghiêng t c m biề ừ ả ến MPU6050, góc nghiêng này chính là thông s bi n tr ng thái cố để ế ạ ủa người lái xe N u ếgóc nghiêng này l ch quá nhi u so vệ ề ới phương ngang ban đầu ( > 45o), thì người lái xe

có kh ả năng bị ngã v i t l xác xu t cao, tín hi u c u cớ ỷ ệ ấ ệ ầ ứu cũng được phát qua loa Ngoài ra m t tin nh n SMS v v trí x y ra tai n n (t module GPS) s ộ ắ ề ị ả ạ ừ ẽ được gửi đến người thân của người lái xe, giúp cho các tình hu ng x u có th x y ra v i t l th p ố ấ ể ả ớ ỷ ệ ấ

nhất, kịp th i trách tai nờ ạn đáng tiếc

Sau khi có tổng quan sơ đồ ph n c ng và ầ ứ thuật toán toàn h ệthống Chương tiếp theo, em phân tích lý thuyết, chi tiết lưu đồ thuật toán cho hệ thống

28

2.3. Thiết kế, tính toán phần cứng cho thiết bị gắn trên mũ bảo hiểm

2.3.1 Bộ xử lý trung tâm

B x lý trung tâm s d ng máy tính nhúng Raspberry Pi 3, m i hình nh thu ộ ử ử ụ ọ ả

thậ ừ camera đều đượp t c máy tính nhúng x lý, d ệử ữli u thông tin s ẽ được truy n thông ề

đến b x lý đ m ộ ử ệ

Hình 2-8: B x lý trung tâm và màn hình ộ ử

B x ộ ử lý trung tâm chính là “trái tim” của h ệthống, m i x lý d u l n, tính ọ ử ữ liệ ớtoán ph c tứ ạp đều do b x ộ ử lý trung tâm đảm nhiệm Trên b x lý trung tâm phộ ử ải đảm

bảo được các giao tiếp:

 V i mớ odule camera: đảm b o cho vi c thu th p hình nh luôn ả ệ ậ ả ổn định với độphân gi i cao nh ả ất

 V i màn hình 3.5 inch: giúp cho hình ớ ảnh được hi n thể ị, người dùng có th ểxem lại hành trình quãng đường đi của mình

 V i b x m: Truy n thông các b n tin v ớ ộ ửlý đệ ề ả ềthông tin, cảnh báo để ị k p thời

x ửlý

a. Giao tiếp module camera

Trong đề tài này, em s dử ụng PiCamera để thu th p hình nh vậ ả ới độ phân gi i ả8Mpx, hình ảnh đầu ra là HD (1280x720), tốc độ hình 30 fps

29

B x lý trung tâm giao ti p v i module PiCamera b ng chu n giao ti p CSI ộ ử ế ớ ằ ẩ ế

Hình 2-9: Sơ đồ bus k t n i giao ti p CSI ế ố ếCSI (Camera Serial Interface) là m t chu n giao ti p gi a m t b x lý và mộ ẩ ế ữ ộ ộ ử ột camera Trong đó gồm có:

 Giao ti p I2C: ế c u hình camera t b x lý, các thông s ấ ừ ộ ử ố như độ phân gi i, ảkhông gian màu, phóng to hình nh sả ố…

 Giao ti p song song: ế D u hình nh s ữ liệ ả ẽ được truy n qua các bus d u ề ữ liệ(data lane) song song theo dây xung nh p (clock), các dây này là các tín hi u vi sai ị ệTùy theo s ố lượng bus d ữliệu mà người ta chia chu n giao ti p CSI thành 3 loẩ ế ại: CSI-

1, CSI-2, CSI-3

b Giao tiếp với màn hình 3.5 inch

Loại màn hình s dử ụng trong đề tài này là màn hình LCD cảm ứng c a hãng ủwaveshare

Hình 2-10: Màn hình LCD 3.5 inch

30

Một số thông s c a màn hình: ố ủ

B ng 2-3: Thông s màn hình LCD 3.5 inch ả ốSTT Thông số màn hình Giá tr /lo i giao tiị ạ ếp

c Giao tiếp với bộ xử lý đệm

Để ả gi m th i gian truy n thông tin t b x ờ ề ừ ộ ử lý trung tâm đến b x ộ ử lý đệm, em

lựa chọn truyền thông SPI Chi ti t truy n thông SPI s chi ti t phế ề ẽ ế ở ần 4, chương 2

Hình 2-11: C ng ra c a Raspberry Pi 3 ổ ủ

2.3.2 Bộ xử lý đệm

a. Sơ đồ khối của bộ xử lý

31

Hình 2-12: Sơ đồkhố ộ ử lý đệ i b x m

- B x ộ ử lý đệm g m 5 ph n chính: ồ ầ

+ B x ộ ử lý trung tâm: Vi điều khi n S™32F103C8T6 ể

+ Khối nguồn: Cung c p ngu n cho c h ấ ồ ả ệthống, ngu n 5V, ngu n 3.3V ồ ồ+ Kh i giao ti p SPI vố ế ới Raspberry Pi

+ Kh i GPS, GSM: S d ng sim 808, v i giao th c UART ố ử ụ ớ ứ

+ Khối cảm bi n góc nghiêng: S d ng module MPU6050 v i giao th c I2C ế ử ụ ớ ứ+ Kh i âm thanh g m th nh Micro SD, s d ng giao ti p SPI, loa phát ra ố ồ ẻ ớ ử ụ ế

âm thanh c nh báo, s dả ử ụng xung PWM 16 bit để ạ t o âm thanh

b Thiết kế sơ đồ nguyên lý

T nh ng phân tích t ph n 2.1 và 2.2ừ ữ ừ ầ , em đã thiế ế sơ đồt k nguyên lý c a b x ủ ộ ử

lý đệm trên ph n m m Altium Designer g m các kh i: ầ ề ồ ố

33

Hình 2-15: Sơ đồ nguyên lý kh i ngoố ại vi

 Khối ngu n ồ

Khối nguồn g m có: ồ

 Mạch buck hạ áp từ ngu n pin 7.4V xu ng 5V c p ngu n cho raspberry pi 3 ồ ố ấ ồ

 Mạch buck hạ áp từ 5V xu ng 3.3V c p ngu n cho kh i MCU ố ấ ồ ố

 Mạch ổn áp 4.3V c p ngu n cho kh i SIM808 ấ ồ ố

Hình 2-16: Sơ đồ nguyên lý kh i ngu n ố ồ

 Tính toán khố i ngu n cho b x lý đ m ồ ộ ử ệ

B x ộ ử lý đệm s d ng nguử ụ ồn 3.3V cho vi điều khi n S™32F103C8T6, module ểMPU6050,…, sử ụ d ng ngu n 4.3V cho Sim808, cùng v i ngu n 5V b x lý trung ồ ớ ồ ộ ửtâm

Toàn b h ộ ệ thống s d ng ngu n pin 7.4V/2.2Ah, v i dòng tiêu th trung bình ử ụ ồ ớ ụ

của các khối chi tiết như sau:

34

B ng 2-4: Thông s nguả ố ồn điện, dòng điện s d ng c a các kh i trong thi t bử ụ ủ ố ế ị

ổn áp ngu n LM2576, cho dòng ho t đồ ạ ộng lên đến 3A

Khối b x ộ ử lý đệm gồm: vi điều khi n S™32F103C8T6, sim808 và ểMPU6050 v i t ng dòng tiêu th là: 0.6A Theo datasheet c a ic LM2576 có ớ ổ ụ ủ

mạch như hình 2-17

Hình 2-17: M ch nguạ ồn ổ n áp 5V

Các thông s linh ki n c a m ch ngu n n áp 5V v i ic LM2576: ố ệ ủ ạ ồ ổ ớ

 Cuộ ản c m: Giá tr c a cu n c m phị ủ ộ ả ải được ch n sao cho ọ dòng điện ic LM2576 cung c p ấ cao hơn dòng điện c a t i hoủ ả ạt động, ở đây giá trị dòng mà ic LM2576 cấp được là 1.15 x Iload, t c là dòng t i mà ic LM2576 cung c p cứ ả ấ ần

lớn hơn 0.69A

35

Hình 2-18: M i quan h ố ệgiữ a giá tr ị điện cảm và dòng điệ ớn l n nh t mà ic cung cấ ấp được

T hình 2-18, lừ ựa chọn giá tr ị điện c m c a cu n dây là 150µH ả ủ ộ

 T u ra: Giá tr t ụ đầ ị ụ điện đầu ra cùng v i giá tr c a cuớ ị ủ ộn cảm xác định cặp cực

c a vi c chuy n m ch trong m ch buck ủ ệ ể ạ ạ (mạch h áp)ạ Để m ch hoạ ạt động n ổđịnh thì cho phép điện áp đầu ra sai s 1%, v i giá tr t ố ớ ị ụ điện n m trong d i t ằ ả ừ100µF đến 470µF v i lo i t nhôm (đ xu t c a hãng TI) ớ ạ ụ ề ấ ủ

 Đi-ốt: Để ạ m ch hoạt động t t thì ố dòng điện mà đi ố- t chịu được ph i lả ớn hơn 1.2

lần dòng điệ ả ứ ớn hơn 0.72A.n t i, t c l Ngoài ra, mạch nên được thi t k ế ế để chịu được dòng quá t i, ng n m ch nên em l a chả ắ ạ ự ọn dòng mà đi ố- t chịu được là 3A Đi- t c n l a chố ầ ự ọn là đi ốt schottky để- chịu đượ ầc t n s ố đóng cắt cao (52KHz- theo datasheet ic LM2576) Vì vậy em lựa chọn đi ố- t 1N5822

 T ụ điện đầu vào: Theo datasheet LM2576, c n có m t t phân cầ ộ ụ ực đầu vào làm

phẳng điện áp, theo đề xuất tụ điện này có giá tr 100µF ị

Mạch nguồ ổn n áp 3.3 V:

 B x ộ ử lý đệm: S d ng m ch h áp t 5V xu ng 3.3V, dòng t i 0.3A Em lử ụ ạ ạ ừ ố ả ựa chọn ic ngu n chính là AMS1117, cho dòng hoồ ạt động n 0.8đế A, điện áp đầu

ra dao động t ừ 3.267V đến 3.333V

36

Hình 2-19: M ch nguạ ồn ổ n áp 3.3V

Hình 2-20: Điện áp và dòng điệ n hoạt động c a m t số ại đèn ledủ ộ lo

Trong m ch s dạ ử ụng led đỏ để báo nguồn, điện áp hoạt động: 2.4V, dòng điện

20mA, khi đó có điện tr R16 đư c tính: ở ợ

R16 = 3.3 2.4 45

20

V V mA



Do không có điện tr ở 45Ω nên lựa chọn điện tr thay th ở ế 47Ω

 Sim 808: Do sim 808 không th s d ng ngu n 5V (dể ử ụ ồ ải điện áp t 4.1-4.6V), vì ừ

v y không th dùng các lo i ic nguậ ể ạ ồn thông thường, để giảm kích thước và

khối lượng c a b x ủ ộ ử lý đệm, em ch n diode zenọ ner 4.3V để ạ h áp t 5V ừ

xu ng, c p ngu n cho sim 808 ố ấ ồ

Hình 2-21: M ch ngu n 4.3V ạ ồ

c Thiết kế mạch in

Hình 2-22: M ch in thi t k trên Altium Designer ạ ế ế

2.4. Sơ đồ tổng quan thuật toán các khối trong hệ thống

2.4.1 Lưu đồ thuật toán thiết bị cảnh báo nguy hiểm cho người lái xe

a. Lưu đồ thuật toán bộ xử lý trung tâm

38

Hình 2-23 : Lưu đồ thu t toán trên b x lý trung tâm ậ ộ ửKhi bắt đầu, camera s thu nh n hình nh, hình nh mà camera lẽ ậ ả ả ấy có độ phân

gi i HD (1280x720), hình ả ảnh được resize v ề kích thước 480 320 d dàng x  để ễ ử lý,

tốc độ 30 khung hình/giây, hình ảnh được bi u diể ễn dướ ại d ng ma tr n Ma tr n này s ậ ậ ẽđược Raspberry l y và s d ng x lý hình nh trích xu t thông tin, ph n m m x ấ ử ụ ử ả ấ ầ ề ử lý

ảnh s nh n d ng các bi n bẽ ậ ạ ể ảo, đèn tín hiệu, người đi bộ, phương tiện tham gia giao thông, v ch k ạ ẻ đường Hình ảnh sau khi được x lý và trích xu t các thông tin c n ử ấ ầthiế để đưa ra đánh giá vềt kho ng cách t ả ừ camera đến phương tiện, n u kho ng cách ế ảnày nh ỏ hơn ngưỡng an toàn ho c ặ những bi n báo c nh báo nguy hi m hoể ả ể ặc đi sai làn đường thì những thông tin này s ẽ được truy n đ n b x lý đ m x ề ế ộ ử ệ để ửlý

Việc x hình ử lý ảnh phân gi i th p giúp cho tđộ ả ấ ốc độ ử lý được tăng lên mộ x t cách đáng kể, không x y ra các hiả ện tượng khung hình b rung l c khi x lý dị ắ ử ẫn đến