Nghiên cứu mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm

Nghiên cứu mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS Cảm biến siêu âm Ardunio Led Loa ...

TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

-    -

BÀI TẬP LỚN CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ

Hà Nội - 2023

LỜI NÓI ĐẦU vi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM 1

1.1 Giới thiệu về hệ thống cảnh báo va chạm 1

1.2 Lịch sử và xu thế phát triển 2

1.2.1 Lịch sử phát triển 2

1.2.2 Xu thế phát triển trong tương lai 3

1.3 Mục đích nghiên cứu hệ thống cảnh báo va chạm 3

1.4 Cấu tạo của hệ thống cảnh báo va chạm 4

1.4.1 Cảm biến siêu âm 4

3.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng proteus 23

3.1.1 Các tính năng của phần mềm Proteus 23

3.1.2 Ưu và nhược điểm của Proteus 26

3.2 Các bước chuẩn bị mô phỏng 27

3.2.1 Các linh kiện cần dùng để mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm 27

3.2.2 Kết nối các linh kiện trên phần mềm Proteus 30

3.2.3 Chương trình mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm 31

3.3 Kết quả mô phỏng 35

3.4 Kết luận chương 3 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MÊM PROTEUS VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 39

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hệ thống cảnh báo va chạm 2

Hình 1.2: Cảm biến siêu âm HC-SR04 4

Hình 1.3: Cấu tạo cảm biến siêu âm 5

Hình 1.4: Cách thức hoạt động của cảm biến sóng âm 6

Hình 1.5: Arduino UNO R3 7

Hình 1.6: Cấu tạo Arduino UNO R3 8

Hình 1.7: Sơ đồ chân Arduino 10

Hình 1.8: Màn hình LCD 16×2 12

Hình 1.9: Biến trở 13

Hình 1.10: Cấu tạo biến trở 14

Hình 1.11: Cấu tạo đèn LED 15

Hình 1.12: Nguyên lý làm việc của hệ thống cảnh báo va chạm 18

Hình 2.1: Lược đồ thời gian 20

Hình 2.2: Lưu đồ thuật toán 21

Hình 3.7: Biến trở trong Proteus 28

Hình 3.8: Đèn LED trong Proteus 29

Hình 3.9: Cảm biến siêu âm 29

Hình 3.10: Chuông cảnh báo 29

Hình 3.11: Mạch hệ thống cảnh báo va chạm trên Proteus 30

Hình 3.12: Chương trình mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm 32

Hình 3.13: Trường hợp khoảng cách an toàn 35

Hình 3.14: Trường hợp khoảng cách nguy hiểm 36

Hình 3.15: Trường hợp khoảng cách rất nguy hiểm 36

Hình 3.16: Giao diện phần mềm Proteus 39

Hình 3.17: Chương trình thiết kế trên Proteus 40

Hình 3.18: Giao diện chương trình ISIS 40

Hình 3.19: Biểu tượng chọn linh kiện 41

Hình 3.20: Biểu tượng mở thư viện linh kiện 41

Hình 3.21: Thư viện linh kiện trên Proteus 42

Hình 3.22: Di chuyển linh kiện ra ngoài màn hình 43

Hình 3.23: Chức năng di chuyển linh kiện - Block Move 44

Hình 3.24: Thay đổi giá trị cho linh kiện 45 Hình 3.25: Kiểm tra lỗi 46 Hình 3.26: Mạch sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh 47

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Chân cảm biến HC-SR04 6 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật Atmega328P 9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PCS Pre - Collision System Hệ thống cảnh báo tiền va chạm

LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng

VCC Voltage at the common

collector Điện áp tại đầu thu chung VDD Voltage at drain Điện áp tại chân nguồn

vi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nghành công nghiệp ô tô hiện nay đang phát triển mạnh mẽ, là một trong những nghành nghề quan trọng thúc đẩy nền kinh tế Việt Nam Kết hợp với sự phát triển của các công nghệ điện – điện tử, việc chế tạo hay điều khiển một chiếc ô tô ngày nay đã trở nên dễ dàng và an toàn hơn rất nhiều Trong đó phải kể đến hệ thống cảnh báo va chạm được trang bị trên những chiếc xe hiện nay, hệ thống liên tục theo dõi quá trình điều khiển của người lái cũng như các điều kiện xung quanh xe như xe phía trước, phía sau, người đi bộ và những chướng ngại vật khác,…để phát hiện sớm các nguy cơ gây tai nạn, từ những biện pháp cảnh báo, can thiệp nhằm ngăn chặn hoặc giảm thiểu tối đa những thiệt hại có thể xảy ra Đây cũng là nội dung nghiêm cứu của chúng em Trong nội dung nghiêm cứu này chúng em sử dụng phần mềm proteus để mô phỏng mạch và dùng phần mềm Arduino để viết chương trình điều khiển hệ thống

Qua quá trình học tập trong trường Đại học công nghiệp Hà Nội khoa công nghệ ô tô, chúng em đã trang bị cho mình các kiến thức về điện – điện tử trên ô

tô và hoàn thành Bài tập lớn môn Cơ điện tử ô tô với đề tài “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm”

Nội dung bài tập lớn gồm 3 chương:

CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống cảnh báo va chạm CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 3: Mô phỏng hệ thống cảnh báo va chạm trên phần mềm Proteus Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm Minh Hiếu – giảng viên bộ môn Chuyên đề hệ thống truyền lực ô tô Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội

Nhóm sinh viên thực hiện Nhóm 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM 1.1 Giới thiệu về hệ thống cảnh báo va chạm

Ngày nay, ở nước ta dưới thời của cuộc cách mạng công nghệ số (cách mạng 4.0) mọi ngành nghề đều đua nhau phát triển đặc biệt là các khối ngành về khoa học, công nghệ và kỹ thuật Ngành công nghiệp ô tô cũng không phải là một ngoại lệ, theo thống kê vào tháng 6 năm 2020 thì Việt Nam có hơn 350 doanh nghiệp sản xuất liên quan đến ô tô, với tổng công suất lắp ráp thiết kế khoảng 680.000 xe/năm Trong số 350 doanh nghiệp sản xuất liên quan đến ô tô đó, có hơn 40 doanh nghiệp sản xuất, láp ráp ô tô; 45 doanh nghiệp sản xuất khung gầm, thân xe, thùng xe; 214 doanh nghiệp sản xuất linh kiện, phụ tùng, phụ trợ ô tô với sản lượng sản xuất, lắp ráp đáp ứng khoảng 70% nhu cầu xe dưới 9 chỗ trong nước Dự kiến ngành công nghiệp ô tô sẽ phát triển bùng nổ vào năm 2025 Đi đôi với sự phát triển đó thì các hệ thống đảm bảo an toàn cho người sử dụng ô tô cũng rất quan trọng Bên cạnh các tính năng an toàn tiêu chuẩn trên xe như: Dây đai an toàn, túi khí, phanh ABS thì còn có thêm các trang bị điện tử thông minh như: Hệ thống kiểm soát hành trình (Cruise Control), Hệ thống phanh tự động (Auto Emergency Brake - AEB), Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist – BA), Hệ thống cảnh báo va chạm (Pre - Collision System - PCS) Trong đó hệ thống cảnh báo va chạm được đánh giá cao và được các hãng xe lớn chú trọng phát triển bởi vì lợi ích mà nó mang lại là rất lớn, nó không chỉ làm giảm thiểu các vụ tai nạn giao thông do người lái mất tập trung, phương tiện, người đi bộ hay vật cản xuất hiện đột ngột,… mà còn làm giảm căng thẳng và lo lắng cho người lái, đồng thời góp phần xây dựng một môi trường giao thông thông minh và hiệu quả hơn, mang lại lợi ích to lớn cho cả người lái và xã hội Với những phân tích như trên thì nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn hệ thống cảnh báo va chạm (Pre- Collision System) làm đề tài báo cáo Vậy hệ thống cảnh báo va chạm được hiểu là gì?

2

Hình 1.1: Hệ thống cảnh báo va chạm

Hệ thống cảnh báo va chạm (Pre-Collision System) là một đột phá trong lĩnh vực an toàn giao thông, là công nghệ an toàn được trang bị trên ô tô nhằm phát hiện và cảnh báo cho tài xế về nguy cơ xảy ra va chạm Hệ thống này hoạt động dựa trên các cảm biến được đặt ở phía trước đầu xe, phát ra sóng radio hoặc sóng hồng ngoại để phát hiện các chướng ngại vật Khi phát hiện có chướng ngại vật, hệ thống sẽ phát ra cảnh báo bằng âm thanh, hình ảnh hoặc cả hai

1.2 Lịch sử và xu thế phát triển

1.2.1 Lịch sử phát triển

Hệ thống cảnh báo va chạm được phát triển lần đầu tiên vào năm 1990 bởi công ty Autoliv Tuy nhiên, hệ thống này chỉ được sử dụng trên các dòng xe cao cấp và có giá thành rất cao Đến năm 2003, Mercedes-Benz đã giới thiệu hệ thống Pre - Safe trên dòng sedan cao cấp S-class Hệ thống này không chỉ cảnh báo cho tài xế mà còn có thể phanh để tránh va chạm Kể từ đó, hệ thống cảnh báo va chạm đã được phát triển và phổ biến rộng rãi trên các dòng xe ô tô Thậm chí giữa các hãng xe còn diễn ra một cuộc đua thực sự về công nghệ mang đến nhiều lợi ích cho người dùng Ví dụ có thể kể đến hãng xe Mazda với công nghệ an toàn của gói i-Activesense Hệ thống này sử dụng sóng radar milimet và camera để hỗ trợ quá

trình điều khiển giúp người lái kiểm soát hành trình, nguy hiểm, làn đường, Hãng xe Toyota cũng đã cho ra mắt gói công nghệ an toàn TSS (Toyota Safety Sense) vào tháng 3/2015, trong đó có hệ thống cảnh báo tiền va chạm (PCS) được kết hợp bởi camera 360 độ cùng với cảm biến va chạm xung quanh xe được coi là điểm nhấn về công nghệ an toàn trên hãng xe này

1.2.2 Xu thế phát triển trong tương lai

Hệ thống cảnh báo va chạm đang ngày càng được cải tiến và nâng cao tính năng Các hệ thống hiện đại có thể phát hiện được nhiều loại chướng ngại vật hơn, bao gồm người đi bộ, xe đạp, xe máy, Ngoài ra, các hệ thống này còn có thể tự động phanh để tránh va chạm trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả khi tài xế không phản ứng

Dưới đây là một số xu thế phát triển của hệ thống cảnh báo va chạm trong tương lai:

- Tăng khả năng phát hiện chính xác chướng ngại vật: Các hệ thống cảnh báo va chạm hiện đại sử dụng nhiều cảm biến hơn, giúp phát hiện được nhiều loại, chướng ngại vật hơn, bao gồm cả các vật thể nhỏ, và ở xa

- Kết hợp với hệ thống phanh lái để đưa ra hướng xử lý tối ưu nhất để giảm thiểu nguy hiểm cho người lái và xe

- Tích hợp với các hệ thống an toàn khác: Các hệ thống cảnh báo va chạm sẽ được tích hợp với các hệ thống an toàn khác, chẳng hạn như hệ thống hỗ trợ giữ làn đường, hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp, để tăng cường khả năng bảo vệ cho người lái và hành khách

1.3 Mục đích nghiên cứu hệ thống cảnh báo va chạm

Hệ thống cảnh báo va chạm là một trong những đột phá về công nghệ an toàn trên xe hơi, nó góp phần phát triển xe tự hành một cách toàn diện trong tương lai với những ưu điểm có thể kể đến như:

- Có độ nhạy cao nên thòi gian phản hồi, độ chính xác gần như tuyệt đối khi sai số chỉ rơi vào khoảng là 0.15% trong khoảng cách 2m

Tuy nhiên, bài tập lớn này tập chung nghiên cứu các chế độ lựa chọn cảnh báo khi đi trên đường cao tốc hoặc đường đô thị, với vận tốc cao và vận tốc thấp Hệ thống sẽ hiển thị khoảng cách an toàn khác nhau trong từng trường hợp đảm bảo rằng hệ thống làm việc tối ưu nhất, chính xác nhất, người lái và xe được an toàn Khi vượt quá khoảng cách an toàn cho phép, hệ thống sẽ đưa ra các tín hiệu cảnh báo bằng ánh sáng để cho người lái có thể kết hợp phanh để tránh va chạm phải chướng ngại vật phía trước và bật tín hiệu để xe phía sau đang đi tới kịp thời né trành nếu có xảy ra va chạm

1.4 Cấu tạo của hệ thống cảnh báo va chạm

Cấu tạo hệ thống bao gồm: cảm biến sóng siêu âm, model Arduino, màn hình hiển thị LCD, biến trở và đèn led

1.4.1 Cảm biến siêu âm

Hình 1.2: Cảm biến siêu âm HC-SR04

Cảm biến siêu âm bao gồm bộ phận có thể phát ra sóng siêu âm bởi một đầu dò công suất nhỏ có khả năng phát ra tín hiệu Đầu dò siêu âm có nhiều dạng khác nhau được chia thành đầu dò thẳng (sóng dọc) và đầu dò ngang (sóng ngang), đầu dò sóng bề mặt, đầu dò kép (1 cái phát tín hiệu – 1 cái nhận tín hiệu) …Tuỳ vào mục đích sử dụng người ta chọn đầu dò cảm biến siêu ậm phù hợp nhất Tất cả đều có chung cấu tạo cảm biến siêu âm như sau:

Cấu tạo của cảm biến siêu âm:

– Máy phát: Rung bằng máy rung (thường được làm từ chất liệu gốm có đường kính khoảng 15 mm) để tạo sóng siêu âm và lan truyền vào không khí

– Máy thu: Khi máy rung nhận sóng siêu âm, nó tạo ra rung động cơ học tương ứng theo sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của máy thu

Hình 1.3: Cấu tạo cảm biến siêu âm

- Điều khiển: Điều khiển truyền siêu âm của máy phát bằng cách sử dụng mạch tích hợp và đánh giá xem máy thu có nhận được tín hiệu (sóng siêu âm) và kích thước của tín hiệu thu được hay không

6

- Nguồn điện: Cảm biến siêu âm thường được cung cấp bởi nguồn điện DC bên ngoài với điện áp là PCB ± 10% hoặc 24 V ± 10% và được cung cấp cho cảm biến thông qua mạch ổn áp bên trong

Nguyên lý hoạt động: Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên quá trình phát và thu nhận tín hiệu; hệ thống cảm biến sẽ liên tục phát ra các sóng âm có tần số cao hơn mức mà con người có thể nghe và có tốc độ lan truyền nhanh, mạnh Khi các sóng âm này gặp phải bề mặt vật cản như chất rắn hay chất lỏng thì sẽ tạo ra các bước sóng phản xạ lại Thiết bị cảm biến sẽ tiếp nhận sóng phản xạ, phân tích và xác định chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản

Hình 1.4: Cách thức hoạt động của cảm biến sóng âm

Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là Vcc, Trig, Echo, GND

Bảng 1.1: Chân cảm biến HC-SR04

Trig Chân Digital Output

Để đo khoảng cách, cảm biến sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds - µs) 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

1.4.2 Ardunio

- Khái niệm Arduino: Arduino là nền tảng mã nguồn mở giúp con người xây dựng các ứng dụng điện tử có khả năng liên kết, tương tác với nhau tốt hơn Arduino có thể xem như một chiếc máy tính thu nhỏ giúp người dùng lập trình, thực hiện các dự án điện tử không cần tới công cụ chuyên biệt phục cho quá trình nạp code

Hình 1.5: Arduino UNO R3

Cấu tạo Arduino:

8

Hình 1.6: Cấu tạo Arduino UNO R3

Cấu tạo Arduino UNO R3 gồm có: 1 cổng USB, 1 cổng cấp nguồn điện, chân reset, chân nguồn 3.3 V, chân nguồn 5V, chân nối đất, nguồn vào, 5 chân tín hiệu Analog (0-5), IC điều khiển Atmega 328p, chân ICSP của Atmega 328p, nút reset, cổng vào (RX), cổng ra (TX), chân tín hiệu số (2-13)

Trong đó bộ phận quan trọng nhất là IC điều kiển Atmega 328

Thông số kỹ thuật

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật Atmega328P

Chân I/O digital 14 (có 6 chân xuất xung PWM)

Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega328P:

10

Hình 1.7: Sơ đồ chân Arduino

- Digital: Các chân I/O digital (chân số 2 – 13) được sử dụng làm chân nhập,

xuất tín hiệu số thông qua các hàm chính: pinMode (), digitalWrite (), digitalRead () Điện áp hoạt động là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dòng quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiển

- Analog: Uno có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10

bit (0 – 1023) Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặc định) tương ứng với 1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead()

- PWM: các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức năng cấp xung PWM

(8 bit) thông qua hàm analog Write()

- UART: Atmega328P cho phép truyền dữ liệu thông qua hai chân 0 (RX) và

5V’ có thể thấp hơn 5V và mạch có thể hoạt động không ổn định; nếu nguồn cấp lớn hơn 12V có thể gấy nóng bo mạch hoặc phá hỏng

Các chân nguồn trên Uno:

- Pin: chúng ta có thể cấp nguồn cho Uno thông qua chân này Cách cấp nguồn này ít được sử dụng

- 5V: Chân này có thể cho nguồn 5V từ bo mạch Uno Việc cấp nguồn vào chân này hay chân 3.3 V đều có thể phá hỏng bo mạch

- 3.3V: Chân này cho nguồn 3.3 V và dòng điện maximum là 50mA - GND: chân nối đất

1.4.3 Màn hình hiển thị LCD

Nhiệm vụ của khối hiển thị là nhận tín hiệu từ vi điều khiển để hiển thị tốc độ, độ rộng xung, chiều quay của động cơ lên màn hình LCD.Hiện nay trên thị trường có nhiều loại LCD với mẫu mã và hình dạng khác nhau Dựa trên kích cỡ và hiển thị có thể chia LCD ra làm hai loại chính: LCD hiển thị kí tự (Character LCD) có các kích cỡ: 16x1, 16x2, 16x4… Mỗi kí tự được tạo thành bởi một ma trận các điểm sáng kích thước 5x7 hoặc 5x10 điểm ảnh LCD hiển thị đồ họa (Graphic LCD) đen trắng hoặc màu, gồm các kích thước 1.47 inch (128x128 điểm ảnh), 1,8 inch (128x160 điểm ảnh), 2 inch (176x220 điểm ảnh), 2,2 inch (240x320 điểm ảnh), 2,4 inch (240x320 điểm ảnh), 3,5 inch (320x240 điểm ảnh), 4,3 inch (480x272 điểm ảnh ), 7 inch (800x480 điểm ảnh), 8 inch (800x600 điểm ảnh) Loại LCD này được dùng nhiều trong điện thoại di động, máy ảnh số, camera

12

Hình 1.8: Màn hình LCD 16×2

- Ý nghĩa các chân của LCD:

+ Chân VCC, VSS cấp dương nguồn +5V và nối đất tương ứng Chân VEE được dùng để điều khiển độ tương phản cho LCD

+ Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có 2 thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn 2 thanh ghi này như sau: nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi đến một lệnh như xóa màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng… Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD

+ Chân đọc/ghi RW: Đầu đọc/ghi cho phép người dùng gửi thông tin trên LCD Khi RW = 0 thì ghi, RW = 1 thì đọc

+ Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó, khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một mức xung từ cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân chốt dữ liệu Xung này phải rộng tối thiểu 450ns

+ Chân D0 ÷ D7: đây là 8 chân ghi dữ liệu 8 bit, dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung các thanh ghi trên LCD Để hiển thị các chữ cái và con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, từ a đến z và các con số từ 0 đến 9 đến các chân này khi RS = 1

Cũng có các mã lệnh mà có thể gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ Chúng ta cũng dùng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin hay không Cờ bận là D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và RS = 0 như sau: nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận bằng 1) thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên

1.4.4 Biến trở

Hình 1.9: Biến trở

Biến trở là thiết bị có điện trở thuần biến đổi được theo ý muốn của người dùng Chúng có thể dùng trong mạch điện với tác dụng giúp thực hiện điều chỉnh các hoạt động của mạch điện Có thể thay đổi điện trở của thiết bị bằng cách thay đổi chiều dài dây dẫn hoặc có những tác động khác như: nhiệt độ, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,…Nói cách khác, ngoài điện trở có giá trị không thể thay đổi thì có một số loại điện trở có giá trị thay đổi được đó chính là biến trở

14

Đơn vị đo của biến trở là: Biến trở có đơn vị đo là ohm (Ω), đây là đơn vị được đặt theo tên của nhà vật lý học người Đức Georg Simon Ohm

Cấu tạo biến trở

Hình 1.10: Cấu tạo biến trở

- Một con chạy hay chân chạy: có khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng

- Cuộn dây: làm bằng chất liệu hợp kim, điện trở suất của nó lớn

- Chân ngõ ra: Gồm 3 chân hay là 3 cực Tất cả các cực đều được làm bằng chất liệu kim loại hoàn toàn Trong đó, có 2 cực được cố định ở 1 đầu của điện trở Cực được mọi người trong ngành gọi là cần gạt Cần gạt được nằm ở trên dải điện trở, chúng quyết định giá trị của biến trở

- Dây cuốn: Hầu như các hãng đều lựa chọn dây Nichrome bởi chúng có độ cách điện cao Vì thế mà loại dây này được ưu tiên sử dụng cho những ứng dụng công suất lớn, yêu cầu độ chính xác tối đa Tuy nhiên, độ phân giải nhiên liệu của loại dây này lại chưa được tốt

- Biến trở than là vật liệu phổ biến bởi nó được hình thành từ carbon nên có mức giá thành khá rẻ Nhờ đó mà các hãng có thể được sản xuất với số lượng lớn Nhưng người dùng cần cân nhắc bởi độ chính xác của chung không cao

Nguyên lý hoạt động:

Đúng như tên gọi của nó là làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển hay các núm vặn Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi Do đó có thể tăng âm để thay đổi âm lượng hoặc trong chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng của đèn

1.4.5 Đèn LED

Hình 1.11: Cấu tạo đèn LED

Bản chất của LED là một đi-ốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt (kênh P) đến K-tốt (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng, các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thuộc vào tạp chất trong chíp bán dẫn LED phân thành ba loại chính theo dải công suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn

16

- Lăng kính – Ánh sáng đèn LED là ánh sáng hướng Góc phân bố ánh sáng

tiêu chuẩn của đèn LED là 180 độ và ánh sáng phát ra vào khoảng nửa trên của bóng đèn Đối với một số đèn LED, góc phân bố có thể điều chỉnh được, có chùm hẹp, rộng khách nhau Góc chiếu sáng có thể được thay đổi bằng lăng kính Lăng kính Polycarbonate được ưu tiên sử dụng vì chúng ít cản ánh sáng và tương đối dễ sản xuất Chất lượng bề mặt và hình dáng của lăng kính rất quan trọng để đảm bảo sự lan truyền của ánh sáng và để hạn chế tổn thất trong sản lượng ánh sáng

- Chip LED (phần sáng) – Là bộ phận phát ra ánh sáng cho đèn

- Lớp bề mặt (Substrate material)– Thường là một lõi kim loại PCB được sử

dụng để gắn đèn LED Bên cạnh việc cung cấp bề mặt để gắn chip LED Lõi kim loại còn dùng giúp chuyển nó vào bộ tản nhiệt với bề mặt tiếp xúc rộng hơn

- Lớp tiếp xúc (Interface materials) – Thông thường là keo hoặc dầu mỡ tản

nhiệt Phần này được sử dụng để tối đa tiếp xúc khi gắn lớp bề mặt vào bộ phần tản nhiệt giúp tối đa hóa việc truyền tải nhiệt

- Bộ tản nhiệt – Bộ phận tản nhiệt có 2 loại Tản nhiệt chủ động, thường là

quạt dùng để lưu thông không khí (Ứng dụng lắp trong đèn Highbay SH-HB2 ) Tản nhiệt bị động sử dụng vây kim loại để làm tiêu tán nhiệt Tản nhiệt chủ động thường giải nhiệt tốt hơn, nhưng trong hầu hết các ứng dụng, tản nhiệt bị đồng là đủ để giúp cho bộ đèn có nhiệt độ hoạt động tốt nhất

- Vỏ bóng đèn - đó là để bảo vệ cho các bộ phận bên trong đèn Vì phần vỏ có

ảnh hưởng tới chất lượng ánh sáng truyền ra bên ngoài và để giảm nhiệt tốt nên người ta thường sử dụng các vật liệu như nhựa PC làm phần vỏ, nhôm để làm phần đui đèn

+ Nguyên lý hoạt động của đèn LED

Nguyên lý hoạt động của đèn LED là dựa trên công nghệ bán dẫn Khối bán dẫn loại P chứa nhiều loại lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (Chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển

động khuyếch tán sang khối N Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hường kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

Mức năng lượng, màu sắc của LED phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn Do đó, tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau, tức màu sắc của LED sẽ khác nhau

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Màu sắc ánh sáng của LED do chất liệu của liên kết bán dẫn PN quyết định Khi khoảng trống giữa liên kết PN với các chất liệu khác nhau, khoảng trống càng lớn, năng lượng do điện tử và lỗ trống kết hợp với nhau tạo ra năng lượng ánh sáng càng lớn Năng lượng dưới dạng ánh sáng cũng chính là màu của ánh sáng mà mắt thường thấy được, ánh sáng màu xanh dương, màu tím mang năng lượng nhiều nhất, màu đỏ, màu cam mang năng lượng ít nhất, các nhà sản xuất ứng dụng các chất liệu cho liên kết PN khác nhau sẽ nhận được các LED có màu sắc khác nhau

1.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cảnh báo va chạm

Hệ thống cảnh báo va chạm hoạt động thông qua cảm biến siêu âm Các cảm biến này thường được đặt ở đầu xe và liên tục phát sóng radar

Khi gặp chướng ngại vật, sóng radar sẽ dội ngược lại cảm biến Căn cứ vào thời gian sóng di chuyển và dội ngược lại, bộ xử lý trung tâm ECU của xe sẽ tính được khoảng cách, thời gian từ xe đến vật chướng ngại Khi khoảng cách giữa hai xe không đảm bảo an toàn, hệ thống này có khả năng đưa ra cảnh báo cho tài xế

18

Hình 1.12: Nguyên lý làm việc của hệ thống cảnh báo va chạm

Hệ thống an toàn trên xe ôtô không chỉ giới hạn ở việc cảnh báo va chạm phía trước Khi khoảng cách giữa hai xe không đảm bảo an toàn, hệ thống này có khả năng đưa ra cảnh báo cho tài xế

Tuy nhiên, nếu tài xế không phản ứng kịp thời hoặc không thể kiểm soát tình huống, hệ thống có thể tự động can thiệp thông qua các công nghệ khác như hệ thống phanh tự động hoặc căng dây an toàn tự động để giảm thiểu mức độ nghiêm trọng của va chạm

Ngoài ra, nhiều hãng xe hiện nay còn trang bị cho các mẫu xe cao cấp có khả năng cảnh báo và phát hiện va chạm từ phía sau và từ bên hông xe Điều này tạo ra một lớp bảo vệ đặc biệt hữu ích trong tình hình di chuyển trong khu vực giao thông đông đúc

1.6 Kết luận chương 1

Hệ thống cảnh báo va chạm, một công nghệ tiên tiến được tích hợp trên ô tô, với mục tiêu giảm thiểu tai nạn giao thông và giảm độ nghiêm trọng của các vụ va chạm Trên chương một đã tìm hiểu về sự phát triển của hệ thông va chạm từ lúc Mercedes trang bị cho các xe dòng cao cấp S-class năm 2003 cho đến hiện nay hệ thống cảnh báo va chạm có thể coi là một trang bị không thể thiếu trên các

mẫu xe hiện đại của các hãng xe và một vài dự đoán về sự phát triển của hệ thống va chạm trên những chiếc xe không người lái Trên chương một cũng giới thiệu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Trong hệ thống cảnh báo va chạm, cảm biến siêu âm đóng vai trò rất quan trọng, nó giúp phát hiện ra chưỡng ngại vật và tính toán khoảng cách gửi về arduino, aduino sẽ sử dụng các thuật toán để đưa ra cảnh báo an toàn cho người lái Tất cả những hoạt động của cảm biến hay aduino đều hoạt động đều dựa trên các cơ sở lý thuyết ở chương kế tiếp

Lược đồ thời gian

Hình 2.1: Lược đồ thời gian