mô phỏng thiết kế mô hình xe ô tô mini phục vụ học tập kết nối điều khiển iot

- Vậy nên ta có thể thấy trong việc học tập của sinh viên tại các trường đại học nếu như không có những mô hình giảng dạy để hiểu hơn về sự hoạt động của các hệ thống thì khiến sinh viên

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: : GVC ThS Phạm Minh Mận

Sinh viên thực hiện: Đào Quang Huy Mã SV: 1911504210216

1 Tên đề tài:

2 MÔ PHỎNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE Ô TÔ MINI PHỤC VỤ HỌC

TẬP KẾT NỐI ĐIỀU KHIỂN IOT

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các hệ thống thông minh trên các xe mô hình có kết nối IoT - Tài liệu tham khảo để kết nối và điều khiển dùng phần mền Altium21 - Mạch điện, thông số, kết cấu trên thân xe và các cảm biến được khảo sát

3 Nội dung chính của đồ án:

Mở đầu Chương 1 Giới thiệu tổng quan về đề tài Chương 2 Mô phỏng mô hình theo cấu hình và cách thức điều khiển IoT Chương 3 Nguyên lý hoạt động của mô hình

Chương 4.Thử nghiệm quá trình hoạt động Kết luận và định hướng phát triển

4 Các sản phẩm dự kiến

- Số bản vẽ: Ít nhất 05 A3 bản vẽ - Mô hình xe ô tô mini kết nối IoT - Sa bàn thử nghiệm mô hình để minh họa - Thuyết minh, báo cáo trình bày kết quả thực hiện

5 Ngày giao đồ án: 18/09/2023 6 Ngày nộp đồ án: 18/01/2024

LỜI NÓI ĐẦU

Cuộc sống ngày càng phát triển với sự đầy đủ về vật chất và công nghệ hiện đại Thế giới đã trải qua 4 lần phát triển từ thời xa xưa đến nay là thời đại công nghệ mới phát triển vượt bậc nên mọi người hay nói với nhau là “ Công nghệ 4.0” Vậy “Công nghệ 4.0” là gì? Đó sẽ là một câu trả lời mở bởi mỗi người mỗi ý kiến khác nhau và thời đại công nghệ 4.0 với chủ đề chính là Internet of Things (IoT) Là một mạng lưới các vật được kết nối, có thể tạo ra một hệ thống nhận thức, tự quản lý và hành động chủ yếu tập trung và kết nối, tự động hóa, máy móc dữ liệu và ảnh hưởng đến các ngành nghề và các lĩnh vực hiện nay Do đó là một sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô chúng ta không thể không quan tâm đến Vì vào thời công nghệ này công nghiệp ô tô cũng chịu ảnh hưởng và phát triển rất nhiều nếu chỉ biết đến những phần động cơ cơ khí mà không nắm bắt để tìm hiểu và phát triển theo công nghệ số thì dễ bị tuột hậu bỏ lại phía sau Do đó bản thân mỗi sinh viên phải biết nắm bắt và vận dụng xu thế mới này Để nhằm góp phần vào sự phát triển nền Công nghiệp ô tô nói chung và sự phát triển ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô nói riêng

Kể từ khi xe ô tô được phổ biến rộng rãi thì ta cũng thấy được trên xe ô tô có nhiều hệ thống an toàn tiện nghi nhưng để cho các sinh viên hiểu rõ và tại các trường có mô hình để giảng dạy cho sinh viên thì chưa được quá nhiều trường áp dụng vậy nên sinh viên phải nghiên cứu và tự tạo ra các mô hình để phục vụ học tập để thấy được rằng nếu trên xe thiếu các hệ thống an toàn tiện nghi thì sẽ dễ xảy ra các tai nạn đáng tiếc Vì vậy nên có một số hệ thống cảnh báo sẽ làm giảm và tránh các sự việc đáng tiếc không nên xảy ra và giúp cho sinh viên học tập hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của các hệ thống có trên xe

Do đó, em chọn đề tài “MÔ PHỎNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE Ô TÔ MINI KẾT NỐI ĐIỀU KHIỂN IOT PHỤC VỤ HỌC TẬP.” làm đề tài tốt nghiệp của mình Em xin chân

thành cảm ơn thầy ThS Phạm Minh Mận đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy những kiến thức để em thực hiện được đề tài này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót trong khi thực hiện đề tài, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và bạn đọc để luận án được tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn!

ii

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài “Thiết kế mô hình xe ô tô thông minh phục vụ việc học tập

có kết nối điều khiển IOT” là quá trình tìm hiểu, nghiên cứu một cách độc lập của em

dưới sự hướng dẫn và giám sát của Thầy ThS Phạm Minh Mận Đề tài này không có bất kì sự sao chép nào khác, các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực, chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, kỷ luật của bộ môn và nhà trường nếu như có vấn đề xảy ra

Sinh viên cam đoan

HUY

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi

MỞ ĐẦU 1

I Mục tiêu nghiên cứu 1

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

III Phương pháp nghiên cứu 1

IV Các nội dung chính 1

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1.Đặt vấn đề 2

1.2.Giới thiệu về mô hình xe điều khiển IoT 2

1.3.Khảo sát một số hệ thống trên xe mô hình xe ô tô mini 5

1.3.1.Hệ thống cảnh báo tiền va chạm Pre- Collision System (PCS) 5

1.3.2.Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp Brake Assist (BA) 8

1.3.3.Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường – Lane Centering Assist ( LCA) 10

Chương 2 MÔ PHỎNG MÔ HÌNH THEO CẤU HÌNH VÀ CÁCH THỨC ĐIỀU KHIỂN IOT 2.1 Mô phỏng mạch điều khiển 12

2.2 Giới thiệu các linh kiện của mạch trên xe 13

2.2.7.Động cơ DC giảm tốc + Bánh xe 25

2.2.8.Đĩa Encoder và mạch cảm biến tốc độ encoderV1 26

2.2.9.Cảm biến khoảng cách HC-SR04 27

2.3.Thiết kế khung mô hình 29

iv

2.3 Giới thiệu phần mền kết nối xe và kết nối IoT 29

2.3.1.Giao diện điều khiển xe 29

2.3.2.Giao diện kết nối điều khiển IoT 30

2.4.Mạch giám sát báo về máy tính 33

4.2.Trạng thái hoạt động của mô hình 46

4.2.1.Trạng thái xe hoạt động bình thường 46

4.2.2.Hệ thống cảnh báo tiền va chạm 47

4.2.3.Phanh khẩn cấp 47

4.2.4.Giữ làn đường 47

4.3.Thử nghiệm khi xe leo dốc 48

4.4.Đánh giá chung về đề tài 49

Kết luận 49

Định hướng phát triển 50

Tài Liệu Tham Khảo 51

Phục Lục 1

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2 1 Bảng đặc tính của Arduino Mega 14

Bảng 2 2 Đặc điểm và thôg số kỹ thuật module L298N 18

Bảng 2 3 Các chân của L298N 19

Bảng 2 4 Thông số kỹ thuật của Module Bluetooth HC06 20

Bảng 2 5 Thông số kỹ thuật của mạch hạ áp DC LM 2596 22

Bảng 2 6 Thông số kỹ thuật IC L1117 23

Bảng 2 7 Bảng chức năng của chân IC 24

Bảng 2 8 Thông số kỹ thuật 26

Bảng 2 9 Thông số kỹ thuật của mạch cảm biến tốc độ 27

Bảng 2 10 Sơ đồ chân mạch cảm biến tốc độ 27

Bảng 2 11 Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm 28

Bảng 2 12 Bảng thông số kỹ thuật arduino Nano 34

Bảng 2 13 Bảng chức năng các chân của NRF24L01 36

Bảng 3 1 Bảng Thông số kỹ thuật của pin 39

Bảng 3 2 Bảng Uhoạt động và Itiêu thụ của các linh kiện 39

Hình 1 1 Kết nối xe qua máy tính 4

Hình 1 2 Ứng dụng phân tích tình trạng đường 5

Hình 1 3 Cấu tạo của hệ thống PCS loại radar 7

Hình 1 4 Mô tả hệ thống tiền va chạm 8

Hình 1 5 Sự khác biệt khi xe có trang bị hệ thống BA 9

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống phanh khẩn cấp BA 9

Hình 1 7 Mô tả của hệ thống BA 10

Hình 1 8 Hệ thống LCA cho người lái 11

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 12

Hình 2 2 Sơ đồ bố trí linh kiện 13

Hình 2 3 Arduino mega 2560 13

Hình 2 4 Sơ đồ chân Arduno Mega 2560 15

Hình 2 5 Module điều khiển motor L298N 18

Hình 2 6 Sơ đồ mạch điện bên trong module L298N 18

Hình 2 7 Sơ đồ chân của L298N 19

Hình 2 8 Module Bluetooth HC06 20

Hình 2 21 Logo của app Bluetooth RC Controller 30

Hình 2 22 Giao diện của app bluetooth RC 30

Hình 2 23 Logo phần mền Arduino Ide` 31

Hình 2 24 Logo phần mền Visual Studio 2022 31

Hình 2 25 Sơ đồ mạch giám sát máy tính 33

Hình 2 26 Mạch in của mạch giám sát máy tính 33

Hình 3 3 Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo tiền va chạm 41

Hình 3 4 Mô phỏng hệ thống cảnh báo tiền va chạm 42

Hình 3 5 Sơ đồ khối hệ thống phanh khẩn cấp 42

Hình 3 6 Mô phỏng hệ thống phanh khẩn cấp 43

Hình 3 7 Sơ đồ khối hệ thống giữ làn 43

Hình 3 8 Sơ đồ khối của mạch trên xe 44

Hình 3 9 Sơ đồ khối mạch giám sát 45

Hình 4 1 Hình ảnh kết nối máy tính 46

Hình 4 2 Xe đã được kết nối với điện thoại 46

Hình 4 3 Giao diện hiển thị tình trạng của xe về máy tính 46

Hình 4 4 Giao diện xe trạng thái bình thường 46

viii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ECU (Electronic Control Unit) Bộ điều khiển điện tử

PCS (Pre- Collision Sysstem) Hệ thống cảnh báo tiền và chạm FCW (forward collision warning) Cảnh báo và chạm phía trước PDS (Pedestrain detection system) Hệ thống phát hiện đi bộ

LKAS (lane keeping Assist System) Hệ thống giữ làn đường

Analog: tín hiệu liên tục đại diện cho các phép đo vật lý

Digital: tín hiệu được phân tách theo thời gian t: Thời gian

Ah: Dung lượng pin V,U: Điện áp I,A: Cường độ P: Công suất 𝜂: Hệ số năng suất Fkéo

⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ : Lực kéo 𝐹 𝑚𝑎 𝑠á𝑡⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ : Lực ma sát 𝑃⃗ : 𝑇𝑟ọ𝑛𝑔 𝑙ự𝑐

𝑁⃗⃗ : 𝑃ℎả𝑛 𝑙ự𝑐 m: Khối lượng 𝛼: 𝐺ó𝑐 𝑐ủ𝑎 𝑑ố𝑐 𝜇: ℎệ 𝑠ố 𝑚𝑎 𝑠á𝑡 𝑔𝑖ữ𝑎 𝑏á𝑛ℎ 𝑥𝑒 𝑣à 𝑑ố𝑐 ( 0 − 1) g: gia tốc trọng trường

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

- Ngành công nghệ kỹ thuật ô tô tại các trường đại học hiện nay đa phần đều chưa có nhiều mô hình phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu của sinh viên Vấn đề thực tế cho ta thấy các vụ tai nạn ngoài xã hội đều có phần liên quan đến hệ thống an toàn trên chính chiếc xe

- Nếu ví động cơ là “trái tim” Dầu nhớt được xem như “ mạch máu” thì các trang bị an toàn và bộ điều khiển trung tâm ECU chính là “ đôi mắt” và “ bộ não” của xe Đi cùng với những tiến bộ về kỹ thuật, các công nghệ an toàn điện tử ngày trở nên hiện đại và phổ biến hơn Đây cũng là một trong các tiêu chí quan trọng để phân hạng xe và ảnh hưởng đến quyết định mua xe của người tiêu dùng bên cạnh các yếu tố như thiết kế, khả năng vận hành và đặc biệt là an toàn trên xe

- Vậy nên ta có thể thấy trong việc học tập của sinh viên tại các trường đại học nếu như không có những mô hình giảng dạy để hiểu hơn về sự hoạt động của các hệ thống thì khiến sinh viên rất khó tiếp cận hiểu rõ

- Từ lý do này, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình xe ô tô thông minh phục vụ việc học tập có điều khiển kết nối IOT ”

I.Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu và phát triển mô hình xe ô tô thông minh phục vụ việc học tập có điều khiển kết nối IOT Giúp cho các sinh viên khi học tập có cơ hội thấy được sự an toàn khi trên xe có hệ thống an toàn tiện nghi và báo về máy tính các hiển thị thông số làm cho sinh viên có cơ hội tìm hiểu và phát triển thêm

II.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Tất cả các sinh viên đại học cao đẳng trên cả nước + Linh kiện điện tử và các vi mạch điều khiển

+Tất cả các loại xe hiện đang có trên thị trường Việt Nam

III.Phương pháp nghiên cứu

+ Phân tích tổng hợp lý thuyết + Kham khảo tài liệu an toàn tiện nghi + Phương pháp thực nghiệm

IV.Các nội dung chính

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài - Chương 2: Mô phỏng mô hình theo cấu hình và cách thức điều khiển IoT - Chương 3: Nguyên lý hoạt động của mô hình

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

2.1 Đặt vấn đề

- Mỗi giai đoạn phát triển của lịch sử thế giới đều gắn liền với những cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật Và ngày nay, cuộc cách mạng Internet of Things đã tạo nên những thay đổi đáng kể đến cuộc sống của chúng ta và trong tương lai Với sự phát triển của Internet, Smartphone và đặc biệt là các thiết bị cảm biến, Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hướng mới của thế giới

- IoT là một mạng lưới các vật thể được gắn các cảm biến hoặc hệ thống điện tử đặc biết cho phép chúng kết nối với nhau để thu nhập và trao đổi dữ liệu Các vật thể trong mạng lưới này có thể được kết nối với mạng Internet cho mục đích điều khiển và giám sát từ xa Việc chúng ta ngồi một chỗ có thể biết được xe của mình đi được với tốc độ bao nhiêu, tổng quãng đường di chuyển, xe có bị va chạm hay không và tự giới hạn được tốc độ xe chạy, những điều này chỉ như chúng ta có thể thấy trên các phim khoa học viễn tưởng, nhưng sự thật là nó đang dần dần trở nên hiện thực gần con người bởi thực hiện với công nghệ IoT.[25]

- Trong cuộc sống hằng ngày, khi ta điều khiển phương tiện giao thông thì ta có thể thấy những điều trên thông qua bản đồng hồ taplo trên xe ô tô là điều hiển nhiên Với cuộc sống ngày càng hiện đại và khi xe ô tô của chúng ta được các đối tượng khác mượn để sử dụng thì chúng ta không thể nào biết được xe của chúng ta đang hoạt động thế nào và có bị tác động xấu gì đến xe hay không Và bản thân các bạn sinh viên tại các trường học hiện nay cũng chưa có nhiều giải pháp và cơ hội để tiếp cận được các vấn đề trên

Để giải quyết vấn đề trên, bản thân em đã lựa chọn đề tài:MÔ PHỎNG THIẾT KẾ XE Ô TÔ MINI PHỤC VỤ HỌC TẬP KẾT NỐI ĐIỀU KHIỂN IOT Ứng dụng công nghệ IoT vào công nghẹ ô tô, giúp cho chúng ta có thể biết được tình trạng xe đang hoạt động và giới hạn được tốc độ xe của bản thân ta Ngoài các chức năng như biết được tốc độ xe di chuyển, tổng quãng đường xe chạy và giới hạn tốc độ xe ở mọi nơi Ngoài ra còn có thể giúp chúng ta biết xe đã bị va chạm hay chưa và hàng loạt tính năng thông minh khác Đề tài mà bản thân em chọn trọng tâm chủ yếu thiết kế ra mô hình xe ô tô thông minh phục vụ việc học tập có kết nối điều khiển IoT để tại trường học có thể áp dụng vào việc giảng dạy cho sinh viên ngành ô tô giúp cho các sinh viên có thể hiểu rõ hơn về sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô

2.2 Giới thiệu về mô hình xe điều khiển IoT

a Khái niệm

- Internet kết nối vạn vật (IoT - Internet of things) là nền tảng tiên tiến mang đến cách tiếp cận và giải pháp mới cho những vấn đề trong quản lý, sản xuất và sinh hoạt hàng ngày Trong đó, ứng dụng công nghệ IoT đối với ngành công nghiệp ô tô là xu hướng đang được ưa chuộng trên toàn thế giới

- Internet vạn vật lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết nối, chứ không chỉ dừng lại ở phạm vi một chiếc máy tính Khi một đồ vật được kết nối với internet, nó sẽ trở nên thông minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc nhận thông tin và tự động hoạt động dựa trên các thông tin đó Các thiết bị IoT có thể là đồ vật được gắn thêm cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh (giống như các giác quan), các máy tính/bộ điều khiển tiếp nhận dữ liệu và ra lệnh cho các thiết bị khác, hoặc cũng có thể là các đồ vật được tích hợp cả hai tính năng trên.[4]

b Giới thiệu về mô hình xe mini kết nối IoT - Việc tạo ra một mô hình xe ô tô mini kết nối IoT không phải là một vấn đề đơn giản

và tốn thời gian lẫn chi phí Vì IoT là một thuật ngữ còn khá mới đối với sinh viên ngành kỹ thuật tại Việt Nam Để tạo ra được mô hình như thế này thì điều kiện để người chế tạo phải có ba điều: (1) kiến thức, (2) trải nghiệm và (3) kinh nghiệm - Để đáp ứng ba yếu tố trên cho sinh viên còn đang ngồi ghế nhà trường là điều không

hề dễ Nhưng với bản thân những gì được học và khả năng tìm hiểu tài liệu, học hỏi từ những người có kinh nghiệm thì chiếc mô hình xe ô tô mini kết nối điều khiển IoT cũng được chế tạo ra nhằm với mục đích phục vụ học tập tại trường đại học cho các sinh viên ngành kỹ thuật nói chung và ngành ô tô nói riêng

c Một số ứng dụng và quá trình kết nối IoT trên mô hình xe mini - Để cho mô hình xe có thêm nhiều tính năng và đảm bảo cho giảng dạy và học tập

đối với sinh viên ngành ô tô thì trên mô hình có ba hệ thống được gọi là hệ thống thông minh trên xe ô tô:

+ Hệ thống cảnh báo tiền va chạm- Pre- Collision System (PCS) + Hệ thống phanh khẩn cấp- Brake Assist (BA)

+ Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường- Lane Centering Assist ( LCA)

- Ngoài ba hệ thống trên thì mô hình xe mini sẽ có thêm các chức năng sau: + Hiển thị thông số: tổng quảng đường đi, vận tốc, chế độ và cảnh báo vật cản + Một chức năng cũng rất hay đó chính là giới hạn tốc độ xe

Các chức năng trên chính là việc truyền thông và sự kết nối IOT của xe báo về máy tính

d Ứng dụng của IOT trong ngành ô tô

Thời đại công nghệ kỹ thuật số đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành ô tô Lần đầu tiên người dùng được sở hữu và trải nghiệm những hành trình tuyệt vời hơn nhờ sự có mặt của Iot và loạt tính năng thông minh tân tiến nhất của thời đại 4.0

• Ứng dụng hỗ trợ phát triển hệ thống giám sát tài xế - Hệ thống giám sát người lái xe có thể cung cấp vô số điểm dữ liệu để phân tích

hành động của người lái xe và gửi cảnh báo trong trường hợp người đó buồn ngủ Thông qua các camera trong xe công suất thấp và công nghệ tầm nhìn tiên tiến, hệ thống cho phép theo dõi thời gian thực các hành động của người lái xe và gửi thông báo để ngăn chặn thảm họa

- Các lợi ích được cung cấp bởi hệ thống giám sát lái xe dựa trên AI toàn diện bao gồm phân tích hành vi của người lái, tình trạng ngồi trong cabin và giám sát vị trí lái xe

- Với phân tích hành vi của người lái xe, phần mềm hệ thống giám sát người lái xe có thể phát hiện tình trạng lái xe hấp tấp, lái xe mất tập trung, người lái xe buồn ngủ và thậm chí cả cảm xúc của người lái xe Nếu người lái xe buồn ngủ hoặc ngay cả khi anh ấy,cô ấy đang nhắn tin khi đang lái xe, hệ thống sẽ gửi thông báo (thông qua SMS, hình ảnh, âm thanh hoặc rung)

• Kết nối các phương tiện với máy tính - Đây là công nghệ quản lý phần mềm từ xa cho phép cập nhật phần sụn không dây

trên các hệ thống nhúng Ngành công nghiệp ô tô được sử dụng rộng rãi để cập nhật phần mềm ECU của xe với các tính năng mới

Hình 1 1 Kết nối xe qua máy tính - Trong quá trình cập nhật có trong ECU của xe được thay thế bằng hình ảnh Do đó,

các thay đổi mong muốn sẽ được cập nhật trong ECU thông qua kết nối từ xa • Phân tích tình trạng đường và điều hướng

Một trong những trường hợp sử dụng thú vị nhất của IoT trong lĩnh vực ô tô là phân tích tình trạng đường và hỗ trợ điều hướng Các ứng dụng điện thoại thông minh, được hỗ trợ bởi AI, có thể phát hiện tình trạng của các con đường trong thời gian thực Điều này cho phép người lái xe được cập nhật về các vụ tai nạn, đường cấm, giới hạn tốc độ, công việc xây dựng, v.v trên tuyến đường của mình Được trao quyền với dữ liệu này, người lái xe có thể chọn đi một tuyến đường thay thế để đến đích

Hình 1 2 Ứng dụng phân tích tình trạng đường

Các ứng dụng điện thoại thông minh cũng được tích hợp với một cơ sở điều hướng Điều này giúp hướng dẫn người lái xe đến đích đồng thời cung cấp con đường tối ưu nhất dựa trên điều kiện đường xá và giao thông trong thời gian thực Thông tin này có thể rất quý đối với những người lái xe đang di chuyển qua một tuyến đường không quen thuộc.[8]

• Ưu và nhược điểm của IoT - Ưu điểm

+ Truy cập thông tin từ mọi lúc, mọi nơi trên mọi thiết bị + Chuyển dữ liệu qua mạng Internet giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc + Tự động hóa các nhiệm vụ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp

- Nhược điểm + Khi nhiều thiết bị được kết nối và nhiều thông tin được chia sẻ giữa các thiết bị, thì hacker có thể lấy cắp thông tin bí mật cũng tăng lên

+ Khi nhiều thiết bị được kết nối và nhiều thông tin được chia sẻ giữa các thiết bị, thì hacker có thể lấy cắp thông tin bí mật cũng tăng lên

+ Nếu có lỗi trong hệ thống, có khả năng mọi thiết bị được kết nối sẽ bị hỏng + Vì không có tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích cho IoT, rất khó để các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau giao tiếp với nhau.[9]

2.3 Khảo sát một số hệ thống trên xe mô hình xe ô tô mini

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

- Hệ thống này thường xuất hiện trên những dòng xe ở phân khúc từ trung đến cao cấp, sử dụng kết hợp các camera, cảm biến, tín hiệu radar hay laser,… để phát hiện trước các tình huống nguy hiểm và cảnh báo người lái.Nền tảng từ Forward Collision Warning (FCW) cũng được tận dụng để phát triển hệ thống phát hiện người đi bộ Pedestrian Detection System (PDS)

- Hệ thống gửi tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh và hình ảnh trước nguy cơ tai nạn vài giây để người lái có thời gian xử lý tình huống được hiệu quả hơn Tuy nhiên, không phải lúc nào người lái cũng có thể phản ứng chính xác trước những tình huống khẩn cấp

- Hệ thống cảnh báo va chạm PCS sẽ làm các công việc sau khi phát hiện khả năng va chạm có thể xảy ra Rút dây an toàn của tài xế và hành khách trước và cảnh báo tài xế bằng tiếng chuông, hiện cảnh báo lên màn hình Sau đó hệ thống kích hoạt phanh trước va chạm khi một trong các điều kiện sau có thể xảy ra: (1) Khi va chạm chướng ngại vật trước xe hoặc xe được xác định khả năng va chạm cao,(2) khi phanh đột ngột, (3) khi bánh xe trước bị trượt so với bánh xe sau và ngược lại

- Hệ thống cảnh báo va chạm PCS sẽ không làm gì khi các điều kiện sau xảy ra:+ Tốc độ xe ngược chiều so với xe khoảng 30km/h hoặc nhỏ hơn

+ Tốc độ xe ≤ 5km/h + Dây đai an toàn của người lái không được thắt + Những đối tượng mà cảm biến không phát hiện ra được như: Vật bằng nhựa, những con vật nhỏ, hàng rào tuyết

+ Công tắc tiền va chạm ở vị trí OFF + Khi hệ thống cảnh báo tiền va chạm đang có lỗi, màn hình taplo hiển thị “ check PCS system”

+ Xe va chạm mà đối tượng nằm ngoài khu vực phát hiện của Radar và Camera nhận điện đối tượng

• Cấu tạo của hệ thống cảnh báo tiền va chạm Pre- Collision System (PCS) Cấu tạo của hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS bao gồm những thành phần chính dưới đây:

+ Cảm biến radar: Nằm ở đầu xe và thường giấu bên trong lưới tản nhiệt Nó có nhiệm vụ phát đi những đợt sóng vô tuyến ở tần số cao liên tục để phát hiện các vật thể phía trước

+ Camera: Được đặt ở phía trước xe, thường ở vị trí kính chắn gió Camera phát hiện

vật thể bằng công nghệ nhận dạng hình ảnh + Bộ xử lý trung tâm ECU: Nhận dữ liệu từ cảm biến và camera để tính toán và dự đoán khoảng cách, tốc độ tương đối giữa xe với vật thể đó

+ Hệ thống cảnh báo: Là thành phần thông báo cho người lái về khả năng va chạm, bao gồm đèn cảnh báo, âm thanh và biểu tượng hình ảnh trên bảng điều khiển

Hình 1 3 Cấu tạo của hệ thống PCS loại radar Trong một số trường hợp, hệ thống PCS có thể sử dụng cả camera và cảm biến radar để phát hiện các vật thể ở phía trước xe Điều này giúp hệ thống có độ chính xác cao hơn khi các vật thể nhỏ khó phát hiện bằng camera hoặc cảm biến radar hoạt động đơn lẻ

• Nguyên lý hoạt động - Hệ thống sử dụng camera hoặc cảm biến để phát hiện các vật thể ở phía trước xe Từ

đây, radar sẽ liên tục phát đi những đợt sóng vô tuyến ở tần số cao Khi gặp bất kỳ chướng ngại vật, chúng sẽ dội ngược lại cảm biến Nhờ đó, bộ xử lý trung tâm ECU của xe sẽ tính toán được khoảng cách và thời gian từ xe đến vật thể dựa trên tốc độ hiện tại và quá trình điều khiển của người lái

- Nhờ những thông tin mà bộ cảm biến radar gửi về, hệ thống có thể nhận biết được vị trí của phương tiện gần mình, khoảng cách cũng như vận tốc tương đối giữa hai xe một cách liên tục Nếu xác định có khả năng va chạm, PCS sẽ phát cảnh báo hoặc hỗ trợ người lái để tránh va chạm

Hình 1 4 Mô tả hệ thống tiền va chạm

- Một vài hệ thống chỉ dừng lại ở mức phát ra âm thanh hay hình ảnh cảnh báo về việc va chạm sắp xảy ra để người lái có thể can thiệp Nếu bạn không có phản ứng gì, PCS sẽ tự động can thiệp như phanh xe và đánh lái để tránh tình huống nguy hiểm

- Bên cạnh đó, hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS còn có khả năng kết hợp với các hệ thống an toàn khác như cơ cấu căng đai tự động, giúp tự siết chặt dây an toàn trước va chạm, hệ thống phát hiện người đi bộ, Nó còn kết hợp với hệ thống bảo vệ trước va chạm (Pre-Safe của Mercedes, Active Protection của BMW, ) ở những dòng xe sang đắt tiền để tự dựng thẳng tựa lưng, tựa đầu, căng đai an toàn một cách tự động, đóng toàn bộ kính và cửa sổ trời, bung túi khí để đảm bảo an toàn tối đa cho người lái cũng như hành khách bên trong.[5]

2.3.2 Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp Brake Assist (BA).

- Khi xe vận hành trong điều kiện bình thường, người lái có thể xác định được lực tác động lên bàn đạp phanh vừa đủ để đảm bảo giảm tốc an toàn Tuy nhiên trong những tình huống không kịp phản ứng hoặc chưa thể đưa ra tính toán chính xác, lực phanh không đủ mạnh khiến xe trượt dài, nguy cơ mất an toàn cao Tình huống sẽ được đảo chiều nếu hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA được kích hoạt Hệ thống này có vai trò cung cấp lực phanh giúp xe dừng lại với quãng đường phanh ngắn nhất, giảm nguy cơ va chạm giao thông

- Hệ thống BA (Brake Assist) là hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp, có nhiệm vụ hỗ trợ lực phanh trong tình huống dừng gấp, đồng thời hỗ trợ vận hành phanh khi người

lái không thể đạp đủ lực lên bàn đạp phanh, giúp giảm quãng đường phanh trong trường hợp khẩn cấp

Hình 1 5 Sự khác biệt khi xe có trang bị hệ thống BA

- Nhiều nghiên cứu cho thấy hầu hết người lái đều không đạp phanh đủ nhanh và mạnh trong những tình huống khẩn cấp, do đó công nghệ này ra đời giúp xe đạt được quãng đường phanh ngắn nhất có thể, đảm bảo an toàn cho người ngồi bên trong

• Cấu tạo hệ thống phanh khẩn cấp BA

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống phanh khẩn cấp BA 1.Cảm biến tốc độ 2.Màng gắn cảm biến 3.Xi- lanh phanh chính

7.Bộ xử lý trung tâm 8.Khoang chân không 9.Bàn phanh • Nguyên lý hoạt động

- Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA được kích hoạt tự động khi người lái đạp phanh gấp nhưng lực tác động không đủ Lúc này, cảm biến tốc độ ở bàn đạp phanh sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển trung tâm ECU Dữ liệu được ECU tiếp nhận, phân tích dựa trên tốc độ của xe và lực phanh nhằm tính toán quãng đường phanh Cơ cấu truyền phanh sẽ kích hoạt van điện, cấp khí nén vào bộ khuếch đại, giúp gia tăng lực phanh, xe giảm tốc nhanh hơn

Hình 1 7 Mô tả của hệ thống BA

- Khi hệ thống phanh khẩn cấp BA được kích hoạt, đèn báo phanh khẩn cấp sẽ hiển thị trên mặt đồng hồ táp lô xe Khi người điều khiển nhả chân phanh, hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA sẽ ngừng hoạt động.[26]

2.3.3 Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường – Lane Centering Assist ( LCA)

- Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường LCA viết tắt của Lane Centering Assist Đây là công nghệ nâng cao hơn của LKA Nếu LKA chỉ vận hành theo cơ chế phản ứng (tức điều chỉnh xe sau khi có dấu hiệu lệch ra khỏi làn đường) thì LCA lại chủ động giữ xe đi vào giữa làn

- Hệ thống giúp đảm bảo an toàn cho xe ô tô khi tham gia giao thông Giúp giảm thiểu đáng kể những tai nạn do lái xe lơ đãng di chuyển chệch làn đường

- Hệ thống sử dụng hình ảnh hoặc tín hiệu âm thanh Khi xe đi chệch làn đường sang một làn đường khác mà không có tín hiệu xin đường hệ thống sẽ hoạt động Tính năng hỗ trợ làn đường được cung cấp nhiều tính năng an toàn Bằng cách tự động điều chỉnh tay lái, giữ xe ở trung tâm của làn đường hiện tại

Hình 1 8 Hệ thống LCA cho người lái

- Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (LCA) chỉ hoạt động trong các điều kiện sau:

Tốc độ xe đảm bảo khoảng từ 70 – 180 km/h, Xe chạy trên đường thẳng hoặc có độ cua nhẹ, không bật đèn xi nhan, không đạp phanh

• Cấu tạo của hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (LCA)

- Camera được lắp ở phía trước xe - Cảm biến laser lắp ở phía trước xe - Hệ thống cảnh báo trong xe

- Hệ thống trợ lực kiểm xoát bánh xe - Hệ thống hỗ trợ đánh lái

• Nguyên lý hoạt động - Camera sẽ giám sát vạch phân cách làn đường ở hai bên hình ảnh thu thập được từ

camera Khi xe chạy gần vạch kẻ đường, hệ thống LCA sẽ kích hoạt cảnh báo Người lái nhận thông báo thông qua hình ảnh, âm thanh hoặc rung vô lăng Một số xe có thêm rung ghế lái

- Trường hợp sau khi đưa ra cảnh báo nhưng LCA không nhận được phản hồi từ người lái thì sẽ tiến hành can thiệp giữ xe chạy đúng làn đường đang đi Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường có các thành phần chính sau: hệ thống phanh, hệ thống kiểm soát động cơ, hệ thống trợ lực lái điện, hệ thống kiểm soát hành trình.[6]

Chương 2 MÔ PHỎNG MÔ HÌNH THEO CẤU HÌNH VÀ CÁCH THỨC

ĐIỀU KHIỂN IOT

2.1 Mô phỏng mạch điều khiển

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển • Nguyên lý hoạt động:

- Nguồn được cấp từ 3 viên pin 18650 cho ra điện áp 12V đi qua module giảm áp LM 2596 để đưa ra dòng điện 5V để phù hợp với các linh kiện hoạt động và cung cấp vào cho vi điều khiển (Arduino Mega 2560) và các linh kiện điện tử dùng dòng 5V khác có trong mạch

- Dòng 5V được hạ áp sẽ đi qua IC LM 1117 và IC này sẽ có nhiệm vụ xuất ra dòng 3.3V để nuôi cho NRF24L01 Có thể dùng dòng 3.3V từ vi điều khiển nhưng tránh không đủ dòng hoặc sụt áp thì sẽ dùng dòng từ nguồn đi qua IC cho đảm bảo sự hoạt động cho mô hình

- Vi điều khiển sẽ dùng 8 chân xung của Mega để pam xung cho 2 module L298N và module sẽ đưa ra các điện áp khác nhau để điều khiển cho động cơ hoạt động nhanh chậm theo yêu cầu

- Đối với module Bluetooth thì sẽ kết nối với Mega 2560 qua 2 chân là Tx (truyền dữ liệu) và Rx (nhận dữ liệu),Tx của Mega sẽ nối với Rx của Bluetooth và ngược lại để một con truyền thì qua bên kia sẽ có một con nhận

- Giao tiếp giữa NRF24L01 và Mega 2596 là qua 5 chân giao tiếp SPI (SCK, MOSI, MISO, CSN, SS), chân MISO của mega phải được nối với MISO của NRF và ngược lại vì phải có một linh kiện là truyền (Slave) và một linh kiện nhận (Mater)

- Với còi chính là nhờ vào kích mở transistor, khi có dòng điện kích thì transistor sẽ được dẫn vừa có 5V và vừa có mass thì còi sẽ được báo hú

Hình 2 2 Sơ đồ bố trí linh kiện

2.2 Giới thiệu các linh kiện của mạch trên xe

2.2.1 Arduino Mega 2560

- Arduino Mega 2560 là một bo mạch vi điều khiển dựa trên ATmega2560 Nó có 54 chân vào/ ra digital (trong đó 14 có thể được sử dụng như đầu ra PWM), 16 đầu vào analog, 4 UART (cổng nối tiếp phần cứng), bộ dao động thạch anh 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, tiêu đề ICSP, và một nút reset Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc cấp điện cho nó bằng bộ chuyển đổi AC-to-DC hoặc pin để bắt đầu Mega tương thích với hầu hết các khiên được thiết kế cho Arduino Duemilanove hoặc Diecimila

Hình 2 3 Arduino mega 2560 - Đầu tiên Arduino mega 2560 là một bo mạch được tích hợp nhiều tính năng nổi

bật Tính năng đầu tiên là thiết kế hệ thống I/O lớn với 16 bộ chuyển đổi tương tự và 54 bộ chuyển đổi digital hỗ trợ UART và các chế độ giao tiếp khác

- Thứ hai, Arduino Mega 2560 có sẵn RTC và các tính năng khác như bộ so sánh, timer, ngắt để điều khiển hoạt động, tiết kiệm điện năng và tốc độ nhanh hơn với xung thạch anh16 Mhz

- Các tính năng khác bao gồm hỗ trợ JTAG để lập trình, gỡ lỗi và xử lý sự cố Với bộ nhớ FLASH lớn và SRAM, bo này có thể xử lý chương trình hệ thống lớn một cách dễ dàng Nó cũng tương thích với các loại bo mạch khác nhau như tín hiệu mức cao (5V) hoặc tín hiệu mức thấp (3.3V) với chân nạp I/O

• Sơ lược - Vi điều khiển ATmega2560 - Điện áp hoạt động 5V - Điện áp đầu vào (khuyến nghị) 7-12V - Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V - Chân I / O số 54 (trong đó 14 cung cấp đầu ra PWM)

- Chân đầu vào tương tự 16 - Dòng DC cho mỗi I / O Pin 40 mA - Dòng DC cho 3.3V Pin 50 mA - Bộ nhớ Flash 256 KB trong đó 8 KB được bộ nạp khởi động sử dụng - SRAM 8 KB

- EEPROM 4 KB - Clock speed 16 MHz

Bảng 2 1 Bảng đặc tính của Arduino Mega

khiển)

(lập trình), SPI, I2C và USART

ngoài Nguồn ngoài (không phải USB) có thể đến từ bộ chuyển đổi AC-to-DC (wall-wart) hoặc pin

- Bộ chuyển đổi có thể được kết nối bằng cách cắm một đầu cắm trung tâm vào giắc cắm nguồn của bo mạch Đầu dẫn của pin có thể được chèn vào chân GND và chân Vin của kết nối Power Nó có thể hoạt động với nguồn cung cấp ngoại từ 6-20V Tuy nhiên, nếu được cung cấp ít hơn 7V, chân 5V có thể cung cấp ít hơn 5V và board có thể không ổn định Nếu sử dụng nhiều hơn 12V, bộ điều chỉnh điện áp có thể bị quá nhiệt và làm hỏng board Phạm vi được khuyến nghị là từ 7 đến 12 volt

- Mega2560 khác với tất cả các bo mạch trước ở chỗ nó không sử dụng chip điều khiển FTDI USB-to-serial Thay vào đó, nó có tính năng Atmega8U2 được lập trình như một công cụ chuyển đổi từ USB sang nối tiếp

Hình 2 4 Sơ đồ chân Arduno Mega 2560 + I/O - Tất cả 54 thùng kỹ thuật số trên Arduino 2560 có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra bằng cách sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() Chúng hoạt động ở điện áp 5 volt và mỗi chân có thể cung cấp và nhận tối đa 40 mA và có điện trở kéo lên bên trong (ngắt kết nối theo mặc định) là 20-50 kOhms

- Các chân sau có chức năng chuyên biệt: + Chân 2-13: chân cho phép cấp tín hiệu nguồn (PWM: điều chế độ rộng xung) + Chân 14-21: chân RX (nhận dữ liệu), TX (truyền dữ liệu) cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoại vi( LCD, module, các thiết bị về giao tiếp)

+ Chân A0-A15: chân analog cho phép thu nhận các cảm biến - Các chân nguồn như sau:

+ VIN: Điện áp đầu vào cho board Arduino khi nó sử dụng nguồn điện bên ngoài (ngược với 5 volt từ kết nối USB hoặc nguồn điện được điều chỉnh khác) Bạn có thể cung cấp điện áp thông qua pin này, hoặc, nếu cung cấp điện áp thông qua jack nguồn, truy cập nó thông qua pin này

+ 5V: Nguồn điện được điều chỉnh được sử dụng để cấp nguồn cho vi điều khiển và các thành phần khác trên bo mạch Điều này có thể đến từ VIN thông qua bộ điều chỉnh trên board, hoặc được cung cấp bởi USB hoặc nguồn 5V khác

+ 3V3: Một nguồn cung cấp 3,3V được tạo ra bởi bộ điều chỉnh trên board Dòng kéo tối đa là 50 mA

+ GND: Chân nối đất • Bộ nhớ

Bộ nhớ ATmega2560 có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ code (trong đó 8 KB được sử dụng cho bộ tải khởi động), 8 KB SRAM và 4 KB EEPROM (có thể đọc và ghi bằng thư viện EEPROM)

• Input và Output Mỗi 54 chân digital trên board arduino Mega có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead () Chúng hoạt động ở mức 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận tối đa 40 mA và có một điện trở kéo lên bên trong (ngắt kết nối theo mặc định) là 20-50 kOhms Ngoài ra, một số chân có chức năng chuyên biệt:

- Serial: 0 (RX) và 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) và 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) và 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) và 14 (TX) Được sử dụng để nhận dữ liệu nối tiếp TTL (RX) và truyền (TX) Chân 0 và 1 cũng được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB-to-TTL ATmega8U2

- External Interrupts: 2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt 4), 20 (interrupt 3), and 21 (interrupt 2) Các chân này có thể được cấu hình để kích hoạt một ngắt trên một giá trị thấp, một rising or falling edge Xem hàm attachInterrupt () để biết chi tiết

- PWM: 0 đến 13 Cung cấp đầu ra PWM 8 bit với hàm analogWrite () - SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI

bằng thư viện SPI Các chân SPI cũng bị phá vỡ trên tiêu đề ICSP, tương thích vật lý với Uno, Duemilanove và Diecimila

- Đèn LED: 13 Có đèn LED tích hợp được kết nối với chân digital 13 Khi pin có giá trị HIGH, đèn LED sáng, khi pin LOW, nó sẽ tắt

- I2C: 20 (SDA) và 21 (SCL) Hỗ trợ giao tiếp I2C (TWI) bằng thư viện Wire (tài liệu trên trang web Wiring) Lưu ý rằng các chân này không ở cùng vị trí với các chân I2C trên Duemilanove hoặc Diecimila

Tóm lại: Mega2560 có 16 đầu vào tương tự, mỗi đầu vào cung cấp 10 bit độ phân giải (tức là 1024 giá trị khác nhau) Theo mặc định, chúng đo từ mặt đất đến 5 volts, mặc dù có thể thay đổi phần trên của phạm vi của chúng bằng cách sử dụng hàm AREF pin và analogReference ()

• Có 2 chân khác trên board:

- AREF: Điện áp tham chiếu cho đầu vào tương tự Được sử dụng với AnalogReference ()

- Reset: Mang dòng này LOW để reset vi điều khiển Thường được sử dụng để thêm một nút nhấn reset để bảo vệ các khối trên board

• Giao tiếp - Arduino Mega2560 có một số phương thức để giao tiếp với một máy tính, một

Arduino, hoặc các vi điều khiển khác ATmega2560 cung cấp bốn UART phần cứng cho giao tiếp nối tiếp TTL (5V) Một ATmega8U2 trên các kênh của một trong các cổng này qua cổng USB và cung cấp một cổng com ảo cho phần mềm trên máy tính Đèn LED RX và TX trên bảng sẽ nhấp nháy khi dữ liệu đang được truyền qua chip ATmega8U2 và kết nối USB với máy tính (nhưng không cho kết nối nối tiếp trên máy tính) chân 0

- Thư viện SoftwareSerial cho phép giao tiếp nối tiếp trên bất kỳ chân digital nào của Mega2560

- ATmega2560 cũng hỗ trợ giao tiếp SPI Phần mềm Arduino bao gồm một thư viện

dây để đơn giản hóa việc sử dụng Nguồn: [10]

2.2.2 Module L298N

- L298N là module điều khiển động cơ trong các xe DC và động cơ bước Module có một IC điều khiển động cơ L298 và một bộ điều chỉnh điện áp 5V Module L298N có thể điều khiển tối đa 4 động cơ DC hoặc 2 động cơ DC với khả năng điều khiển hướng và tốc độ

- Module điều khiển động cơ L298N có IC điều khiển động cơ L298, Bộ điều chỉnh điện áp 78M05, điện trở, tụ điện, LED nguồn, jumper 5V tích hợp

- Module điều khiển motor L298N loại 1 có sẵn ốc gắn sử dụng IC điều khiển

L298N có thể điều khiển 2 động cơ một chiều hoặc 1 động cơ bước 4 pha - Module L298N loại 1:

+ Được thiết kế chắc chắn, có sẵn chỗ bắt ốc vào mô hình + Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng đỉnh đạt 2A

IC L298N được gắn với các đi-ốt trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động cơ

Hình 2 5 Module điều khiển motor L298N

- Bộ điều chỉnh điện áp 78M05 chỉ được bật khi đặt jumper Khi nguồn điện nhỏ hơn hoặc bằng 12V thì mạch bên trong sẽ được cấp nguồn bởi bộ điều chỉnh điện áp và chân 5V có thể sử dụng như một chân đầu ra để cấp nguồn cho vi điều khiển Không nên đặt jumper khi nguồn điện lớn hơn 12V và chân 5V phải được cấp riêng bằng nguồn 5V cho mạch bên trong

Chân ENA & ENB là chân điều khiển tốc độ cho Động cơ A và Động cơ B trong khi IN1 & IN2 và IN3 & IN4 là chân điều khiển hướng quay cho Động cơ A và Động cơ B [11]

- Sơ đồ mạch bên trong của module điều khiển động cơ L298N được đưa ra dưới đây:

Hình 2 6 Sơ đồ mạch điện bên trong module L298N Bảng 2 2 Đặc điểm và thôg số kỹ thuật module L298N

Module điều khiển L298N Điện áp cấp cho động cơ (Tối đa) 46V

Có tản nhiệt cho hiệu suất tốt hơn Cảm biến dòng điện cho mỗi động cơ

Có đèn báo LED bật nguồn

• Cấu hình sơ đồ chân L298N

Hình 2 7 Sơ đồ chân của L298N

Bảng 2 3 Các chân của L298N

IN1 & IN2 Các chân đầu vào điều khiển

hướng quay động cơ A IN3 & IN4 Các chân đầu vào điều khiển

hướng quay của Động cơ B

cơ A ENB

Kích hoạt tín hiệu PWM cho Động cơ B

OUT1 & OUT2 Chân đầu ra cho động cơ A

OUT3 & OUT4 Chân đầu ra cho Động cơ B

- Mạch được thiết kế có thể cấp nguồn và giao tiếp qua 3.5VDC hoặc 5VDC, thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot Bluetooth, điều khiển thiết bị qua Bluetooth,…

Hình 2 8 Module Bluetooth HC06 Bảng 2 4 Thông số kỹ thuật của Module Bluetooth HC06

Dòng khi hoạt động 100mA

Kích thước 15.2 x 35.7 x 5.6mm • Cấu hình chân của Module Bluetooth HC06

Module HC06 là thiết bị Bluetooth slave có giao thức UART Module chỉ có chân giao tiếp và chân nguồn

Hình 2 9 Sơ đồ cấu hình chân - VCC: Module HC06 có một chân nguồn duy nhất, kết nối +5V để cấp nguồn cho

thiết bị - GND: Chân nối đất chung - TXD: Giao thức giao tiếp trong thiết bị UART và chân TX là để gửi dữ liệu - RXD: Chân nhận dữ liệu trong giao tiếp UART với các thiết bị bên ngoài như

arduino hoặc vi điều khiển • Chức năng các chân và chế độ Slave của module bluetooth hc06 - VCC: nguồn dương từ 3.3-5VDC

- GND: Mass, 0VDC - RXD: Kết nối với RX của MCU - Reset: Chân khởi động lại bluetooth ( thường không sài) - Module bluetooth HC06 master / slave dùng để thiết lập kết nối Serial giữa

là module có thể hoạt động được ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE Trong khi đó, bluetooth module HC-06 chỉ hoạt động ở chế độ SLAVE

+ Ở chê độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công, bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600.[7]

2.2.4 Mạch Hạ áp DC LM2596.

- LM2596 được biết đến với định mức dòng điện cao là 3A Nó có nhiều phiên bản với điện áp đầu ra cố định như 3.3V, 5V và 12V Nổi tiếng nhất là LM2596-ADJ có điện áp đầu ra thay đổi Nó nhận điện áp đầu vào và sử dụng mạch chuyển mạch bên trong để điều chỉnh điện áp đầu ra mong muốn Nó có hiệu suất cao và tích hợp chức năng ngắt nhiệt và giới hạn dòng điện

- Có thể tùy chỉnh điện áp đầu ra bằng cách vặn núm trên thiết bị

Hình 2 10 Mạch giảm áp DC lm2596

Bảng 2 5 Thông số kỹ thuật của mạch hạ áp DC LM 2596

2.2.5 IC Lm1117

- LM1117 là một dòng IC ổn áp tuyến tính sụt thấp Nó có giá trị sụt 1,2V ở dòng tải 800mA Ở đây sụt thấp có nghĩa là thiết bị này có thể điều chỉnh điện áp ngay cả khi điện áp đầu vào gần với điện áp đầu ra

Hình 2 11 IC Lm1117 - IC ổn áp LM1117 là một IC điều chỉnh điện áp dương công suất thấp được thiết kế

để đáp ứng dòng điện đầu ra 1A và tuân thủ với thông số kỹ thuật SCSI-II Thiết bị để sử dụng trong các ứng dụng chạy bằng pin, như các đầu cuối hoạt động cho bus SCSI và máy tính xách tay LM1117 có dòng điện hoạt động rất thấp và điện áp rơi rất thấp 700mV khi đầy tải và thấp hơn khi dòng điện đầu ra giảm [13]

Hình 2 12 Sơ đồ chân của IC Bảng 2 7 Bảng chức năng của chân IC

1 Adj/ Ground Điều chỉnh điện áp đầu ra, nếu là bộ ổn áp cố

định thì nó đóng vai trò mass 2 Output Điện áp đầu ra điều chỉnh được đặt bởi chân

điều chỉnh có thể được lấy từ chân này 3 Input Điện áp đầu vào được điều chỉnh được cấp cho

+ Kết cuối, nối các dây vào trong mạch Cố định dây bằng ốc vặn + Có thể ghép nhiều cái với nhau

+ Dùng làm cọc nguồn + Dùng trong các mạch điện tử [14]

Hình 2 13 domino 2P 3.5mm

Hình 2 14 Domino 3P 3.5mm • Thông số kỹ thuật

2.2.7 Động cơ DC giảm tốc + Bánh xe

- Động cơ DC giảm tốc V1 là loại được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay cho các thiết kế Robot đơn giản Nhưng phù hợp với mục đích nghiên cứu cho có mô hình di chuyển( robot di chuyển, xe di chuyển.)

- Bánh xe V1 được thiết kế để sử dụng với động cơ giảm tốc V1 Bánh xe V1 là loại bánh được sử dụng nhiều nhất trong các thiết kế robot hiện nay [15]