Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Thiết kế chế tạo hộp đen Ô tô

Đây chính là thiết bị khởi tổ của loại thiết bị theo dõi hành trình có kết cấu như một chiếc đồng hồ “Autorex –Uhr” được lắp trên các xe ô tô sau này.. QuyTheo định EEC 561/2006 có hiệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

HUỲNH TRUNG ĐỨC

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỘP ĐEN Ô TÔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô-Máy kéo

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, ngày 02 tháng 02 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Huỳnh Trung Đức Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1978 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo MSHV: 01307721

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

tác giả đã lĩnh hội nhiều kiến thức rất quý báu của Thầy Cô làm cơ sở cho tác giả nghiên cứu và tiếp cận thêm rất nhiều lĩnh vực khoa học mới Tác giả chân thành cảm ơn đến các cá nhân, tập thể đã hết lòng giúp đỡ tác giả hoàn thành đề tài luận văn:

- Xin cảm ơn Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng và TS Phan Trung Hiếu đã

hướng dẫn, chỉ bảo tận tình giúp tác giả hoàn thành luận văn

- Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao đẳng Nghề An Giang đã tạo điều kiện cho tác giả theo học lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô-máy kéo

- Xin cảm ơn quý Thầy Cô trong Ban Giám hiệu, Phòng sau Đại học, Khoa Kỹ thuật Giao Thông trường Đại Học Bách khoa đã trang bị cho tác giả kiến thức nền tảng giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp

- Xin cảm ơn Thầy Cô phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tác giả hoàn thiện nội dung luận văn này

- Xin cảm ơn Thầy Cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh, các bạn đồng nghiệp và các bạn sinh viên Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã hướng dẫn tác giả thực nghiệm để hoàn thành sản phẩm của luận văn

- Xin cảm ơn gia đình và vợ con đã động viên, tạo điều kiện về mặt tinh thần và vật chất cho tác giả hoàn thành luận văn

TP Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 11 năm 2009

Học viên

-ZY - Ngày nay, ngành công nghệ ô tô Việt Nam ngày càng phát triển nên có nhiều xe lưu thông trên đường làm số tai nạn giao thông ngày càng cao là điều không thể tránh Hơn nữa, khi có tai nạn xãy ra thì các cơ quan điều tra các vụ tai nạn cũng không có đủ thông tin xác nhận hiện trường tai nạn lỗi do người lái hay do trục trặc kỹ thuật Ngoài ra, các nhà quản lý muốn quản lý đội xe của mình tốt hơn Do đó,

việc thiết kế chế tạo hộp đen cho ô tô với chi phí thấp để trang bị cho các cơ sở điều hành, quản lý xe, cơ quan chức năng hậu kiểm là mục tiêu của đề tài Đề tài “Thiết

kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” bao gồm các nội dung sau:

1 Nghiên cứu lý thuyết các thiết bị ghi thông tin trên xe, lý thuyết vi điều khiển, bộ chuyển đổi ADC, ngôn ngữ lập trình C

2 Dùng ngôn ngữ C viết chương trình điều khiển cho hộp đen 3 Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô

4 Thực nghiệm kiểm tra trên xe cụ thể

Nowadays, the automobile industry in Vietnam is more and more developed, so there are more vehicles on the road This increases traffic accidents Furthermore, when accidents occur, policemen investigating the accident do not have enough information to confirm the scene of the accident which is due to whether the drivers’ errors or technical difficulties Besides, the management teams desire to manage their cars better Therefore, designing and manufacturing the black boxes for automobiles with low cost to equip the agency operating and managing automobiles, and the office functioning the post-check are the objectives of the

project The project "Design and manufacture black boxes for automobiles"

includes the following:

1 Study the theory of the device used to record information on the automobile, the microcontroller, the ADC converter and the C programming language 2 Use C language to write programs to control black boxes

3 Design and manufacture black boxes for automobiles

4 Test experimentally on a specific automobile

-

Nội dung Trang Trang bìa Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Mục lục CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Giới hạn của đề tài 2

1.3 Mục đích nghiên cứu 2

1.4 Đối tượng nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp và phương tiện thực hiện 2

1.6 Kế hoạch thực hiện 3

1.7 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 4

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

2.3 Tính cấp thiết, tính mới và khả năng áp dụng thực tế của đề tài 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỘP ĐEN 21

3.1 Thiết kế khối điều khiển 21

3.1.1 Yêu cầu thiết kế 21

3.1.2 Cơ sở thiết kế 21

3.1.2.2 Giới thiệu vi điều khiển ATmega8 38

3.1.2.2.1 Đặc điểm của ATmega8 38

3.1.2.2.2 Sơ đồ chân của ATmega8 40

3.1.2.2.3 Sơ đồ khối của Atmega8 41

3.1.2.2.4 Mô tả chức năng các chân Atmega8 42

3.2 Cấu tạo và sơ đồ khối của hộp đen 44

4.3 Cách lắp đặt và an toàn sử dụng hộp đen trên xe 58

4.4 Giới thiệu thiết bị hộp đen 59

4.5 Kết nối thiết bị 60

4.6 Giao diện vẽ đồ thị 61

4.7 Tiến hành thử nghiệm trên xe Toyota Innova 62

4.7.1 Đo công suất tiêu thụ 62

4.7.2 Kết quả thử nghiệm 63

4.7.3 Đánh giá các kết quả thử nghiệm 74

5.1 Kết luận 75

5.2 Đề nghị 75

5.3 Hướng phát triển của đề tài 76

Tài liệu tham khảo 77

Lý lịch trích ngang 79

Phụ lục 80

BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Sắp xếp các chân của bộ so sánh Analog 33

Bảng 3.2: Các thanh ghi điều khiển bộ biến đổi ADC 35

Bảng 3.3: Sự sắp xếp các chân lối vào của bộ biếm đổi ADC 35

Bảng 4.1: Số liệu khi chạy ở tốc độ 80 km/h 69

Bảng 4.2: Số liệu tốc độ xe 72

Bảng 4.3: Số liệu tốc độ động cơ 73

Bảng 4.4: Số liệu độ mở bướm ga 74

HÌNH ẢNH Hình 2.1 Thiết bị giám sát bằng cơ khí 5

Hình 2.2 Thiết bị giám sát điện tử 7

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống tìm lại dữ liệu đụng xe CDR của Vetronix 8

Hình 2.4 Hộp đen ôtô ở Anh sẽ áp dụng vào năm 2013 10

Hình 2.5 Hộp đen thông minh quản lý ô tô – XBX-A 13

Hình 2.6 Thiết bị Smart Black Box 14

Hình 2.7 Tổng quan hệ thống 16

Hình 2.8 Các thông tin trạng thái của xe 17

Hình 3.1 So sánh thời gian thực thi lệnh giữa các bộ vi xử lý 23

Hình 3.2 Kiến trúc của bộ xử lý AVR 25

Hình 3.3 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ 26

Hình 3.5 Các port đọc và ghi 29

Hình 3.6 Kết nối SRAM ngoài với bộ vi điều khiển 31

Hình 3.7 Sơ đồ khối của bộ so sánh Analog 32

Hình 3.8 Sơ đồ khối bộ biến đổi ADC 34

Hình 3.9 Sơ đồ khối của bộ định thời Watchdog 37

Hình 3.10 Sơ đồ chân Atmega8 40

Hình 3.11 Sơ đồ khối vi điều khiển Atmega8 41

Hình 3.12 Sơ đồ khối hộp đen 44

Hình 3.13 Sơ đồ khối của mạch điều khiển 45

Hình 3.14a Sơ đồ thiết kế hộp đen ô tô 46

Hình 3.14b Sơ đồ thiết kế hộp đen ô tô 47

Hình 3.15 Sơ đồ bố trí linh kiện 48

Hình 3.16 Sơ đồ mạch in lớp dưới 49

Hình 3.17 Sơ đồ mạch in lớp trên 50

Hình 3.18 Sơ đồ cấu tạo vi mạch hộp đen 51

Hình 3.19 Sơ đồ mạch điện nguồn của hộp đen 52

Hình 3.20 Sơ đồ mạch điện realtime 52

Hình 3.21 Sơ đồ mạch điện giao tiếp RS232 53

Hình 3.22 Sơ đồ mạch điện giao tiếp thẻ nhớ 53

Hình 3.23 Sơ đồ chuẩn giao tiếp thẻ nhớ 54

Hình 3.24 Sơ đồ mạch điện cảm biến gia tốc 54

Hình 3.25 Sơ đồ mạch đọc ADC 55

Hình 3.26 Khởi động chương trình CodeVision AVR cho Atmega8 56

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP

1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, chúng ta đang tiến bước vào thế kỷ mới, thế kỷ của nền kinh tế tri thức Với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhiều sản phNm công nghệ cao được tích hợp với mật độ ngày càng nhỏ và tinh vi đã ra đời N gành công nghệ ôtô cũng không đứng ngoài sự phát triển đó Ô tô trở thành phương tiện giao thông chính và phổ biến nhất Hầu hết ôtô ngày nay đều trang bị các hệ thống điện - điện tử hiện đại và khá phức tạp với sự có mặt của các bộ vi xử lý để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống như hệ thống phun xăng, hệ thống phanh chống hãm cứng, hệ thống kiểm soát khí thải, hệ thống an toàn lái xe vào ban đêm, hệ thống cảnh báo khoảng cách Giá thành của các hệ thống điện và điện tử đã chiếm 30 – 40% giá thành của xe

N goài ra, do ngành công nghệ ô tô Việt N am ngày càng phát triển nên có nhiều xe lưu thông trên đường làm số tai nạn giao thông ngày càng cao là điều không thể tránh khỏi nhất là vào các dịp tết, lễ hội, … N guyên nhân chủ yếu là do tài xế chạy quá tốc độ, vượt Nu, quay vòng không đúng với luật định, … Hơn nữa, cảnh thường gặp tại khu vực xung quanh các bến xe là tình trạng xe khách dừng đỗ, đón trả khách tùy tiện trên đường gây nguy hiểm cho chính hành khách cũng như người tham gia giao thông là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến các vụ ùn tắc giao thông, nhất là vào giờ cao điểm

Trong thực tế, việc lưu thông trên đường ngày càng nhiều tai nạn là không thể tránh khỏi Hơn nữa, khi có tai nạn xãy ra thì các cơ quan điều tra các vụ tai nạn cũng không có đủ thông tin xác nhận hiện trường tai nạn lỗi do người lái hay do trục trặc kỹ thuật N goài ra, các nhà quản lý muốn quản lý đội xe của mình tốt hơn

Thấy được vấn đề này kèm với sự hướng dẫn của thầy PGS-TS Đỗ Văn Dũng và

TS Phan Trung Hiếu, tác giả quyết định chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

1.2 Giới hạn đề tài: Trong phạm vi thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn cũng như những kinh nghiệm về lập trình vi điều khiển nên đề tài chỉ giới hạn trong nhiệm vụ ghi lại ba thông số sau:

- Tốc độ động cơ; - Tốc độ xe; - Số lần đạp phanh trong hộp đen 1.3 Mục đích nghiên cứu:

Thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” nhằm các mục đích chính

sau: - Giúp công tác nghiên cứu điều tra xe bị tai nạn dễ dàng - Giúp các công ty vận tải quản lý và điều hành tốt hơn - Công tác kiểm tra tốc độ xe và lái xe của người tài xế đúng với luật định - Giảm thiểu số lần vi phạm hoặc giảm tai nạn giao thông

1.4 Đối tượng nghiên cứu: - Đề tài được nghiên cứu dựa trên các loại thiết bị ghi thông tin trên xe - N ghiên cứu lý thuyết về vi điều khiển, mạch điều khiển và viết chương trình giao diện vẽ đồ thị bằng phần mềm Visual C++

1.5 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu:

¾ − Tham khảo tài liệu: đọc nhiều tài liệu của các tác giả khác nhau, các tài liệu trên mạng, tạp chí điện tử, sách báo, … N goài ra, để thực hiện có hiệu quả, tác giả còn trao đổi với bạn bè, học tập kinh nghiệm ở thầy cô và những người đi trước

− Thực nghiệm: thiết kế bo mạch, viết chương trình đọc dữ liệu và ghi dữ liệu từ các tín hiệu, thực nghiệm kiểm tra, so sánh kết quả kiểm tra với thiết bị khác và hoàn tất chương trình điều khiển

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Phương tiện nghiên cứu: ¾

− Phương tiện sử dụng để thu thập tài liệu: mạng Internet, máy tính PC, … − Phương tiện phục vụ thí nghiệm: máy tính PC, mạch nạp vi điều khiển, máy đo xung, thẻ nhớ SD/MMC và một số linh kiện khác

1.6 Kế hoạch nghiên cứu: Đề tài được thực hiện theo trình tự thời gian như sau:

Chọn đề tài, chính xác hóa đề tài −

Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu thực hiện, phân tích tài liệu liên hệ

− − Lập đề cương chi tiết

− Triển khai, thực hiện đề tài Thiết kế, chế tạo hộp đen

Chương 1: Dẫn nhập Chương 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 3: Thiết kế chế tạo hộp đen Chương 4: Thử nghiệm hộp đen ô tô Chương 5: Kết luận và đề nghị

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Thiết bị giám sát đầu tiên là thiết bị được lắp và sử dụng trên phương tiện giao thông đường sắt vào năm 1835 Thiết bị này được hình thành từ ý tưởng của Max Maria von Weber Đến năm 1902, một kỹ sư người Đức là Otto Schulze đã đăng ký bằng sáng chế cho loại thiết bị ghi tốc độ dựa trên hiệu ứng của dòng điện Phu-cô Loại thiết bị này được sử dụng trên các xe của hãng ô tô E Seignol ở Frankfurt/Main năm 1908 Sự phát triển có tính đột phá phải kể tới loại thiết bị của hãng Kienzle do kỹ sư Paul Riegger thiết kế vào thập niên 20 của thế kỷ trước Đây chính là thiết bị khởi tổ của loại thiết bị theo dõi hành trình có kết cấu như một chiếc đồng hồ “Autorex –Uhr” được lắp trên các xe ô tô sau này Thiết bị Kienzle cho phép ghi lại hành trình vận hành xe dưới dạng đồ thị Quãng đường – Thời gian

Ở Đức, việc bắt buộc các xe kinh doanh vận tải có khối lượng toàn bộ trên 7,5 tấn phải trang bị “Thiết bị giám sát” đã được quy định trong Luật An toàn giao thông công bố ngày 19-12-1952 Hiện nay, việc trang bị thiết bị giám sát đã được quy định bắt buộc cho tất cả các loại xe tải có khối lượng toàn bộ từ 3,5 tấn và xe khách trên 9 chỗ ngồi kinh doanh vận tải

Từ năm 1985, theo Quy định EEC 3821/85 thì việc trang bị thiết bị giám sát đã trở thành yêu cầu bắt buộc đối với tất cả các nước thành viên thuộc Liên hiệp châu Âu (EU)

Tuy nhiên, cũng theo quy định trên, một số loại xe dưới đây không bắt buộc phải trang bị thiết bị giám sát:

- Xe chở khách theo tuyến có chiều dài tuyến không lớn hơn 50 km; - Xe có vận tốc lớn nhất không lớn hơn 40 km/h;

- Xe vận chuyển vì mục đích nhân đạo, xe cứu thương, xe cứu hộ, xe cứu hỏa; - Xe phục vụ mục đích an ninh, quốc phòng;

- Xe chạy thử phục vụ nghiên cứu, phát triển mẫu xe mới

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Thiết bị giám sát có 2 loại chính là thiết bị giám sát cơ khí và thiết bị giám sát điện tử

a Thiết bị giám sát cơ khí:

Thiết bị giám sát cơ khí có kết cấu giống như một chiếc đồng hồ Bộ phận chính của loại thiết bị này gồm một tấm giấy hình tròn (đĩa giấy) có thể quay theo trục đồng hồ thời gian, một đầu ghi có khả năng dịch chuyển trong phạm vi đĩa giấy; Độ dịch chuyển của đầu ghi tùy thuộc vào tốc độ chạy xe Khi đĩa giấy quay hết một vòng thì tương đương với một khoảng thời gian là 24 giờ Việc kiểm chuNn và niêm phong đối với thiết bị này được thực hiện 2 năm một lần Ngoài ra, khi có sự thay đổi về cỡ lốp hoặc tiến hành sửa chữa các bộ phận khác có liên quan tới thông số đầu vào của thiết bị thì đều phải kiểm chuNn lại

Hình 2.1 Thiết bị giám sát bằng cơ khí

Nhược điểm cơ bản của loại thiết bị này dễ bị làm sai lệch các thông tin hiển thị so với thực tế Một số cách thức làm sai lệch kết quả ghi hay được lái xe áp dụng như: làm cong thanh gắn đầu ghi hoặc đặt một vật mềm cản trở khả năng dịch chuyển của đầu ghi nhằm giảm bớt tốc độ ghi trên giấy; làm sai lệch điện áp cấp cho đồng hồ để thay đổi về thời gian; tráo đổi đĩa giấy khác… Ngoài ra, việc lưu trữ, tra cứu dữ liệu chạy xe khi cần thiết cũng rất khó khăn và tốn nhiều thời gian

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

b Thiết bị giám sát điện tử:

Ngày nay, trên hầu hết các xe lưu hành ở châu Âu đều lắp thiết bị giám sát điện tử Với loại thiết bị này, về cơ bản đã loại trừ được các nhược điểm nêu ở trên của loại thiết bị giám sát cơ khí

QuyTheo định EEC 561/2006 có hiệu lực thi hành từ ngày 1-5-2006 thì tất cả các xe thuộc đối tượng phải trang bị thiết bị giám sát, khi đăng ký lưu hành mới đều phải lắp loại thiết bị giám sát điện tử; Loại thiết bị này phải có khả năng lưu trữ được thông tin của tối thiểu 365 ngày và cho phép kết xuất dữ liệu theo yêu cầu quản lý Các thông tin chính được lưu trữ trong thiết bị giám sát gồm: Ngày sản xuất của thiết bị và của đầu cảm biến tốc độ; Số khung/số nhận dạng (VIN) của xe ô tô; Các bộ phận an toàn; Các sự cố đặc biệt như: quá số vòng quay, các lần làm sửa đổi số liệu; Thống kê các lỗi trong thiết bị hoặc trong thẻ truy cập cấp cho lái xe; Nhận dạng người lái và việc vận hành xe của người lái (thời gian lái, nghỉ, dừng…); Tốc độ chạy xe; Quãng đường chạy xe; Thông tin về cơ sở sửa chữa và các lần hiệu chỉnh thiết bị; Thông tin về các lần bị kiểm tra, kết xuất dữ liệu Một số yêu cầu chính về kỹ thuật đối với thiết bị giám sát như:

- Có thể chỉnh đặt được giờ theo giờ gốc quốc tế;

chỉnh- Việc tự lại thời gian chỉ cho phép tối đa là 1 phút/mỗi tuần Trường hợp cần điều chỉnh lớn hơn mức trên thì phải đưa tới cơ sở hiệu chỉnh được cơ quan có thNm quyền đánh giá công nhận;

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Hình 2.2 Thiết bị giám sát điện tử

Hãng General Motors đã dùng thiết bị ghi dữ liệu (gọi là EDR) vào những năm 1990 Đặc trưng của việc ghi dữ liệu này là định vị vị trí hành khách trên xe giống như hộp đen của máy bay Thiết bị EDR ghi thông tin về hệ thống túi khí và dữ liệu khác có liên quan đến tai nạn xe Thông tin được ghi có thể thay đổi, nhưng thông thường thì ghi lại tốc độ xe trước khi xảy ra tai nạn, ghi lại quá trình phanh và vị trí bướm ga

Từ năm 1998, tập đoàn General Motor cùng với tập đoàn Vetronix và cơ quan an toàn giao thông quốc tế (NHTSA) đã đồng ý phối hợp thành lập bộ phận tìm lại dữ liệu Gần đây, Vetronix đã đưa ra hệ thống tìm lại dữ liệu đụng xe (CDR) và đang làm giấy chứng nhận sử dụng

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Ở thời điểm này, khoảng 95% xe GM dùng hệ thống tìm lại dữ liệu Mặc dù dữ liệu này có thể không có giá trị trên tất cả các xe, nhưng hầu hết chúng có ích như một bộ phận chứng cứ để đánh giá trong việc tìm lại tình hình xảy ra tai nạn

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống tìm lại dữ liệu đụng xe CDR của Vetronix

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Hiện nay, các loại hộp đen được chế tạo ngày càng nhiều nhằm phục vụ tốt cho việc quản lý, điều hành của các nước và được bán ra thị trường thế giới Các tính năng kinh tế kỹ thuật rất tốt phù hợp với mục đích, yêu cầu và luật định Các nước đã sản xuất như: Thái Lan, Trung Quốc, Nhật, Mỹ, Úc, … Các hộp đen của họ sản xuất ra với mục đích chính là góp phần làm giảm thiểu số lần tai nạn, góp phần thúc đNy nền kinh tế của đất nước họ phát triển

Chẳng hạn cách hành xử hộp đen của hãng GM: dữ liệu sẽ được ghi trong khoảng 20 giây khi có tai nạn xảy ra (thường 10 giây trước khi đụng và 10 giây sau khi đụng) Ngoài ra, hộp đen còn ghi lại sự thay đổi vận tốc xe như khi xe giảm tốc đột ngột mà không bị đụng thì được ghi lại hoặc sẽ được xóa trong bộ nhớ sau khi khởi động lại 250 lần (khoảng 60 ngày chạy thông thường) Dữ liệu sẽ được ghi lại như sau:

− Tốc độ xe (5 giây trước khi đụng) − Tình trạng phanh (5 giây trước khi đụng) − Trạng thái công tắc dây đai của tài xế (mở/tắt) − Tình trạng túi khí của khách (làm việc/không làm việc) − Thời gian từ xe đụng đến khi túi khí làm việc

− Tốc độ động cơ (5 giây trước khi đụng) − Vị trí bướm ga (5 giây trước khi đụng) − Trạng thái đèn báo SIR (mở/tắt) − Thời gian từ xe đụng đến thời gian thay đổi vận tốc lớn nhất − Đếm chu trình đánh lửa vào lúc điều tra

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Sau đây là mô hình sử dụng hộp đen ô tô ở nước Anh sẽ áp dụng vào năm 2013:

Hình 2.4 Hộp đen ôtô ở Anh sẽ áp dụng vào năm 2013

Hộp đen ôtô sẽ theo dõi mỗi quãng đường đi và ghi lại tốc độ vượt mức cho phép Những mẫu xe được gắn hệ thống hộp đen này sẽ sinh ra một xung chỉ rõ vị trí, tốc độ và hướng di chuyển của xe

Các tài xế sẽ phải cNn trọng trong mỗi bước di chuyển của mình vì lúc đó hộp đen sẽ là “nhân chứng” không thể chối cãi

Ngoài ra, tại Hàn Quốc việc gia tăng số lượng taxi được gắn thiết bị ghi hình hay hộp đen đã gây nên các cuộc tranh luận về việc xâm phạm đời tư Hộp đen sẽ giúp phòng chống tội phạm liên quan đến taxi và được dùng làm bằng chứng trong các vụ tai nạn giao thông

Trong quá khứ, taxi đã từng được gắn một chiếc hộp đen ghi lại nhật ký hành trình đơn giản của xe nhưng đây là lần đầu tiên thiết bị ghi hình CCTV được sử dụng cho taxi Về bản chất, hộp đen là máy/thiết bị ghi tự động và cấu trúc bên

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

trong của nó thường được giữ bí mật Hộp đen taxi là thiết bị ghi nhận diễn biến hành trình của xe Nó không chỉ có tác dụng ghi hình giống như CCTV (hệ thống mạch kín) mà nó còn có tác dụng lưu giữ phần ghi dữ liệu tai nạn và dữ liệu ghi âm Hộp đen taxi bắt đầu được sử dụng từ năm 2008 tại các thành phố quanh thủ đô Seoul Incheon đã lắp đặt thiết bị này cho 5.000 taxi Trong năm nay, thành phố Seoul dự kiến sẽ lắp hộp đen cho khoảng 22.000 xe và tỉnh Gyeonggi sẽ lắp cho 34.000 xe

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều ý kiến phản đối cho rằng thiết bị này có thể xâm phạm đến đời tư như ghi âm, ghi hình các cuộc gọi quan trọng liên quan đến công việc của khách hàng và những việc mang tính riêng tư bên trong ôtô Bên cạnh đó, nó còn giám sát mọi hành động của tài xế

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Hộp đen thực chất là bộ phận cảm ứng, là thiết bị ghi lại các thông số kỹ thuật trong quá trình hoạt động của phương tiện giao thông Chẳng hạn, đối với máy bay hộp đen có thể giúp trung tâm điều khiển biết được độ cao bay, tốc độ, toạ độ và vật cản Đối với phương tiện ô tô, hộp đen ghi lại tốc độ, thời gian, số lần mở cửa, số lần dừng và tình trạng hành khách trên xe Với tác dụng đó hộp đen đã được các nước phát triển đưa vào sử dụng, quản lý các phương tiện giao thông rất hữu hiệu Thông qua hộp đen chủ doanh nghiệp, các nhà chức trách không cần cử người đi cùng nhưng vẫn biết được việc chấp hành các quy định của lái xe Đặc biệt khi có sự cố tai nạn bất thường người ta có thể mở hộp đen để biết nguyên nhân xảy ra, phục vụ rất tốt cho công tác điều tra Thực tiễn còn khẳng định, hộp đen còn góp phần tăng cường công tác giám sát hoạt động của lái xe, của phương tiện giao thông giúp Luật giao thông đường bộ thực hiện nghiêm túc hơn, hạn chế tai nạn đáng tiếc xảy ra Vì thế không ít tổ chức cá nhân coi đó là một trong những công cụ cực kỳ quan trọng và không thể thiếu được trong quản lý các phương tiện giao thông hàng không, đường bộ và đường thuỷ Đến thời điểm này rất nhiều nước trên thế giới đã

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

đưa vào luật, quy định các phương tiện giao thông khi đưa vào hoạt động bắt buộc phải gắn "hộp đen" Nếu phương tiện nào chưa gắn "hộp đen" chưa cho lưu hành.

Tại Việt Nam hiện nay, việc sản xuất “hộp đen” phục vụ cho ngành công nghệ ô tô với mục đích kiểm soát an toàn giao thông là một vấn đề mới nên chưa có đơn vị, công ty nào sản xuất mà chỉ có một ít đơn vị nhập linh kiện, thiết bị từ nước ngoài về lắp cho vài đơn vị kinh doanh vận tải để họ quản lý và điều hành đội xe của họ

Cho đến thời điểm hiện tại, cả nước có khoảng 10 nhà cung cấp thiết bị hộp đen Tuy nhiên, các nhà sản xuất vẫn phải nhập linh kiện từ nước ngoài và tự viết phần mềm sử dụng thiết bị theo điều kiện giao thông của Việt Nam

Mặt khác, các thiết bị hộp đen trên thị trường chưa được kiểm định bởi một tổ chức, đơn vị nào Hầu như các nhà sản xuất tự đưa ra thông số kỹ thuật như thiết bị đảm bảo không ảnh hưởng đến nguồn điện của xe, tự động hoạt động được khi máy xe đã tắt, thích ứng trong điều kiện môi trường nóng Nm của Việt Nam, truyền tin 15 giây với giá thành 300 – 400 USD/hộp đen/xe

Tuy nhiên, theo một số chủ doanh nghiệp vận tải thì có nhiều công ty đến "chào giá" hộp đen với giá rất mềm, chỉ khoảng 3 đến 5 triệu đồng/chiếc Từ đó cho thấy, chất lượng của các hộp đen sẽ rất khác nhau, cũng giống như mũ bảo hiểm, nếu không quản lý được thì người dân sẽ chỉ thực hiện để đối phó

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Chẳn hạn như hộp đen của công ty Vecom

Hình 2.5: Hộp đen thông minh quản lý ô tô – XBX-A

Thiết bị này có những tính năng cực mạnh giúp hỗ trợ chủ phương tiện quản lý xe của mình mọi lúc mọi nơi Không chỉ giúp thông báo vị trí xe, thiết bị còn cho phép chủ phương tiện kiểm soát số km đi trong ngày của xe, thời gian đến và đi cũng như thông báo khi xe chạy quá tốc độ cho phép Hiện nay, thiết bị này được nhiều công ty như công ty taxi Mailinh, tập đoàn đa quốc gia Unilever và các cá nhân lựa chọn và sử dụng

Thiết bị hộp đen xe hơi Smart Black Box của hãng KCI COMMUNICATIONS: Smart Black box là thiết bị lưu trữ thông tin về trạng thái của ôtô nhằm phục vụ điều tra sau tai nạn, giống như hộp đen cho máy bay Thiết bị này sẽ gắn sau kính chắn gió của ôtô, phía trên đầu của người lái xe Đây là một thiết bị đa nhiệm, vừa có tính năng của một thiết bị định vị toàn cầu GPS, vừa có thể lưu trữ thông tin về tốc độ, âm thanh, hình ảnh và quãng đường mà xe đi qua, đo lực va chạm Bằng cơ chế chu kỳ, Smart Black Box sẽ lưu dữ liệu trước khi xảy ra tai nạn 15 giây và sau khi xảy ra tai nạn trong vòng 5 giây Thực tế, dữ liệu được lưu trữ trong vòng 15 giây, sẽ tự xóa và khởi động một chu kỳ ghi nhớ mới Đến khi

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

xảy ra tai nạn, một cảm biến va chạm sẽ chuyển chế độ ghi/xóa theo chu kỳ này sang chế độ lưu trữ liên tục, kéo dài thêm 5 giây nữa Theo KCI Communications (USA), mọi thông tin được lưu trữ trong một thẻ nhớ dạng SD Một bộ phận quan trọng khác trong Smart Black Box là hệ thống GPS Chính thiết bị này giúp các điều tra viên có cái nhìn rõ về diễn biến của vụ tai nạn, nếu xảy ra, gồm các thông tin: vị trí, thời gian Ngoài ra trong Smart Black Box còn có các bộ phận như ghi âm, ghi hình (camera), cảm biến va chạm, cảm biến tốc độ Đặc điểm như sau:

Hình 2.6: Thiết bị Smart Black Box

− Camera màu với độ phân giải cao (640x480)

− Mẫu mã đẹp, nhỏ gọn, chắc chắn

− Hỗ trợ nhiều phụ kiện lắp đặt

− Hệ thống ghi tín hiệu video an toàn, 30FPS

− Tích hợp cảm biến va chạm 3 chiều của hãng Axis

− Lưu hình ảnh 15 giây trước khi có tai nạn một cách chính xác

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

− Có thể in ra được các thông số về tai nạn

− Hướng dẫn cài đặt bằng nhiều thứ tiếng: Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Ý, Hà Lan…

− Kèm theo thẻ nhớ SD 2GB, hỗ trợ mở rộng card lên đến 16GB

− Nhiệt độ hoạt động: - 200C – 800C Hệ thống quản lý phương tiện giao thông ứng dụng công nghệ GPS – GSM của công ty điện tử Bình Anh như sau:

Hệ thống gồm 2 phần chính

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Hình 2.7: Tổng quan hệ thống

Hộp đen đa năng: là một thiết bị điện tử chuyên biệt (gọi là hộp đen đa năng) được lắp đặt trên các xe cần giám sát Thiết bị này sẽ thu thập thông tin về tọa độ của xe qua hệ thống định vị vệ tinh GPS, thu thập nhiều thông tin trạng thái khác của xe như: vận tốc, quãng đường, nhiệt độ, tình trạng đóng/mở cửa, tắt bật điều hòa, tắt bật động cơ, tình trạng nhiêu liệu,… qua các cảm biến được lắp trên xe

Các thông tin này sau đó được hộp đen đa năng truyền lên mạng Internet thông qua mạng viễn thông di động GSM bằng dịch vụ GPRS

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Hình 2.8: Các thông tin trạng thái của xe

Ngoài các chức năng chính trên, hộp đen đa năng còn có các chức năng mở rộng khác:

- Chức năng phát ra âm thanh chào mừng hành khách khi lên và xuống xe trên xe taxi; phát các bài hát, các lời giới thiệu về địa danh, vùng miền mà xe đang đi qua trên xe khách đường dài, xe du lịch (thay hướng dẫn viên du lịch); hoặc phát âm thanh về điểm dừng đỗ cho hành khách xe buýt

- Chức năng cảnh báo tại chỗ cho lái xe khi xe đi quá tốc độ cho phép, mức nhiên liệu thấp, hoặc cửa mở khi chạy, …

- Có khả năng kết nối với camera trên xe để truyền hành ảnh của xe về trung tâm

- Nút phát tín hiệu khNn cấp cho lái xe khi xảy ra sự cố

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Do ngành công nghệ ô tô Việt Nam ngày càng phát triển nên có nhiều xe lưu thông trên đường làm số tai nạn giao thông ngày càng cao là điều không thể tránh khỏi nhất là vào các dịp tết, lễ hội, … Nguyên nhân chủ yếu là do tài xế chạy quá tốc độ, vượt Nu, quay vòng không đúng với luật định, … Hơn nữa, cảnh thường gặp tại khu vực xung quanh các bến xe là tình trạng xe khách dừng đỗ, đón trả khách tùy tiện trên đường gây nguy hiểm cho chính hành khách cũng như người tham gia giao thông là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến các vụ ùn tắc giao thông, nhất là vào giờ cao điểm Có thể thấy rõ nhất của tình trạng trên tại các tuyến đường xung quanh bến xe Miền Tây, bến xe chợ Lớn và bến xe Miền Đông

Trước thực trạng trên, Luật Giao thông đường bộ mới đã có quy định phương tiện kinh doanh vận tải phải gắn thiết bị giám sát hành trình (thường gọi “hộp đen”) trên xe khách theo quy định Mục đích trước hết của hộp đen là thiết bị giúp tài xế lái xe an toàn, giúp định vị vị trí xe đang ở đâu, trên tuyến đường nào, điều kiện kỹ thuật của xe có đảm bảo không, xe chở bao nhiêu khách, … Đồng thời cảnh báo cho tài xế nếu xe chạy quá tốc độ, tình trạng kỹ thuật của xe đảm bảo, …

Nhằm chế tạo “Hộp đen” phục vụ các mục đích nêu trên tác giả đã quyết định

chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” kèm với sự hướng dẫn của thầy

PGS-TS Đỗ Văn Dũng và TS Phan Trung Hiếu, gồm các chức năng sau:

• Ghi tốc độ động cơ • Ghi tốc độ xe • Ghi số lần đạp phanh của người tài xế Tuy nhiên, nghiên cứu trên chỉ là bước thử nghiệm cho việc thiết kế chế tạo, lắp đặt hộp đen cho ô tô Vì thế, tính hoàn thiện của kết quả nghiên cứu còn hạn chế

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

2.3 Tính cấp thiết, tính mới và khả năng áp dụng thực tế của đề tài Hiện nay, trên cả nước có 1.036 doanh nghiệp tham gia vận tải hành khách trên khắp các tuyến Bắc - Nam, trong đó có khoảng 800 doanh nghiệp tham gia vào hiệp hội vận tải hành khách với khoảng 32.000 phương tiện các loại

Trong khi đó, mỗi năm cả nước xảy ra khoảng 15.000 vụ tai nạn giao thông làm khoảng 11.000 người chết, thiệt hại về tài sản ước tính khoảng gần 900 triệu USD Trong số đó, tai nạn giao thông do xe khách chiếm tỷ lệ rất lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản

Chính vì vậy, gắn thiết bị hộp đen trên các phương tiện vận tải hành khách là việc làm thực sự cần thiết Bởi qua thiết bị này, người chủ doanh nghiệp có thể quản lý được hoạt động của các phương tiện đang lưu thông trên đường, biết được lái xe có hành vi gây nguy hiểm cho những người tham gia giao thông như: đón trả khách không đúng tuyến, phóng nhanh, vượt Nu, không đóng cửa khi xe chạy… Đặc biệt, khi áp dụng với xe buýt, hiệu quả của việc quản lý tăng lên rõ rệt Đồng thời, hộp đen cũng chính là bằng chứng giúp cho các cơ quan chức năng xác định đúng trong công tác điều tra tai nạn khi không có đủ thông tin và là biện pháp hữu hiệu ngăn chặn những tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra

Điểm mới của luận văn: Tác giả nghiên cứu đề tài luận văn có những điểm mới so với các thiết bị ghi dữ liệu của các công ty trong và ngoài nước như:

- Chế độ ghi dữ liệu liên tục và thời gian lấy mẫu nhanh (100ms) làm tăng độ chính xác của thiết bị

- Thiết bị làm việc ổn định và phù hợp với điều kiện giao thông, điều kiện khí hậu nóng Nm ở Việt Nam

- Giá thành rẻ hơn so với các doanh nghiệp trong và ngoài nước - Có thể ứng dụng rộng rãi cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Đây là một đề tài nghiên cứu có khả năng áp dụng cho nhu cầu thực tiễn xã hội, nhằm khắc phục tình trạng giảm thiểu số lần tai nạn giao thông Đây là điều được nhiều người mong đợi Đồng thời, tạo tiền đề cơ sở cho nghiên cứu phát triển hoàn thiện thêm các chức năng cho hộp đen để góp phần thúc đNy nền kinh tế nước nhà phát triển

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỘP ĐEN

3.1 Thiết kế khối điều khiển: 3.1.1 Yêu cầu thiết kế:

Do mạch thiết kế có đoạn chương trình xử lý với thuật toán khác nhau, hao tốn nhiều bộ nhớ khi hiển thị… do đó các yêu cầu điều khiển đặt ra là:

- Tùy theo loại tín hiệu mà mạch tự động lập các thông số ban đầu, nhận tín hiệu vào, chuyển đổi ADC, lưu dữ liệu, so sánh dữ liệu, tạo các tín hiệu dạng xung và hiển thị kết quả trên laptop PC hoặc ghi dữ liệu vào thẻ nhớ

- Nguồn 5V cấp cho vi mạch phải ổn định và chống nhiễu tốt, có chức năng bảo vệ khi quá áp hoặc các xung điện cảm ứng

- Sử dụng AVR vì nó có giao thức nạp nối tiếp Người lập trình có thể thử nghiệm nạp trực tiếp nhiều lần trên bo mạch mà không cần tháo lắp vi điều khiển sang mạch khác để nạp chương trình

3.1.2 Cơ sở thiết kế 3.1.2.1 Giới thiệu tổng quát về họ vi điều khiển AVR

3.1.2.1.1 Đặc điểm họ vi điều khiển AVR AVR là tên của một loạt các bộ vi điều khiển do công ty Atmel sản xuất, có kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer) là một kiến trúc phổ biến trong của các bộ xử lý hiện đại với những đặc tính sau:

1 Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạp, lưu trữ và 32 thanh ghi đa năng

2 Kiến trúc bộ nhớ kiểu đường ống cho phép làm tăng tốc độ xử lý lệnh 3 Có chứa bộ phận ngoại vi ngay trên chip bao gồm các cổng I/O số, các bộ

biến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời UART, bộ định thời RTC, bộ điều chế độ rộng xung PWM,.v.v Đặc điểm này được xem là nổi bật so với nhiều vi điều khiển khác vì trong khi các bộ vi xử lý khác phải tự tạo ra bộ

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

truyền nhận UART hoặc giao diện SPI bằng phần mềm thì trên vi điều khiển AVR đã được tích hợp sẵn:

− Có 48 đường dẫn I/O lập trình được − Bộ truyền nhận UART lập trình được − Một giao diện SPI đồng bộ

− Bộ timer/Counter 8 bit − Một bộ timer/Counter 16 bit với chức năng so sánh và bắt mẫu − Gồm bốn lối ra điều biến độ rộng xung PWM

− Một đồng hồ thời gian thực (RTC-Timer) − Một bộ biến đổi ADC 10 bit có đến 8 kênh lối vào − Một bộ phát hiện trạng thái sụt điện áp nguồn nuôi − Một bộ so sánh Analog

− Một bộ định thời Watchdog 4 Hầu hết các lệnh chỉ trừ lệnh nhảy và nạp/lưu trữ đều được thực hiện trong

một chu kì xung nhịp 5 Hoạt động với tốc độ đồng hồ đến 20 MHz So với các họ vi điều khiển khác

thì vi điều khiển họ ATMEL có tần số xung nhịp cho phép tương đối cao, cụ thể là từ 0 đến 20MHz tùy theo từng loại cụ thể Xung nhịp do bộ dao động tạo ra cũng chính là xung nhịp của hệ thống, không phải qua bộ chia tần như trong trường hợp các vi điều khiển ra đời trước đó, nên kéo theo tốc độ xử lý lệnh cao

6 Khả năng thực hiện lệnh trong một chu kì xung nhịp AVR có khả năng đạt đến tốc độ xử lý 20 MPIS (triệu lệnh trong một giây) Các vi điều khiển SX cũng có tần số xung nhịp cao hơn ở các vi điều khiển AVR nhưng lại có dòng tiêu thụ tương đối lớn, ngoài ra lại không có các bộ phận ngoại vi trên chíp rất tiện dụng cho người dùng như vi điều khiển AVR Chính các bộ phận ngoại vi tích hợp đã góp phần làm tăng tốc độ xử lý lệnh tính chung cho cả hệ thống

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Hình 3.1 So sánh thời gian thực thi lệnh giữa các bộ vi xử lý

7 Bộ nhớ chương trình và dữ liệu được tích hợp ngay trên chíp AVR có tới 3 công nghệ bộ nhớ khác nhau:

Bộ nhớ EPROM xóa được kiểu Flash (luôn luôn lập trình mới được) dùng cho mã chương trình mà người dùng có thể lập trình được

Bộ nhớ EPROM hay PROM xóa được bằng điện, nhưng nội dung bộ nhớ vẫn giữ nguyên sau khi tắt điện áp nguồn Chương trình người dùng có thể được lập trình trong thời gian thực, khi hệ thống đang hoạt động

Bộ nhớ RAM tĩnh (SRAM) dùng cho các biến, nội dung của bộ nhớ sẽ mất đi khi tắt điện áp nguồn Ngoài ra, vi điều khiển AVR có tới 32 thanh ghi làm việc đa năng, tất cả đều được nối trực tiếp với khối ALU (đơn vị logic số học) và được trao đổi trực tiếp trên vùng địa chỉ bộ nhớ, cụ thể là 32 ô đầu tiên của bộ nhớ (0x00 đến 0xFF) tương ứng với thanh ghi làm việc đa năng R0-R31

8 Khả năng lập trình được trong hệ thống Do cách thiết kế và công nghệ bộ nhớ được sử dụng mà các vi điều khiển có thể được lập trình ngay khi đang còn cấp nguồn trên bản mạch Không cần phải nhấc vi điều khiển ra ngoài bản mạch như nhiều họ vi điều khiển khác Các cổng giao tiếp RS-232 và SPI cho phép thao tác dễ dàng thực hiện trên hệ thống

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

9 Có tốc độ xử lý lớn hơn 12 lần so với các vi điều khiển CISC thông thường 10 Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao, chẳng hạn như ngôn ngữ C 11 Tất cả các vi điều khiển đang lưu hành trên thị trường đều được chế tạo bằng

công nghệ CMOS 0.6 μm 12 Điện áp làm việc cho phép từ 2.7V đến 6V 13 Một kiến trúc đơn giản và hợp lý sẽ giúp người dùng tìm hiểu dễ dàng trong

thời gian ngắn 14 Tập lệnh AVR có tới 113 lệnh cho phép lập trình một cách dễ dàng và đơn

giản bằng hợp ngữ, nhưng cấu trúc của bộ xử lý Atmel còn cho phép lập trình bằng ngôn ngữ C

3.1.2.1.2 Cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển AVR a Tổng quan về kiến trúc:

Các thanh ghi đa năng truy cập nhanh gồm 32 thanh ghi 8 bit được truy cập trong một chu kì xung nhịp Điều này có nghĩa là trong 1 chu kì xung nhịp ALU thực hiện được một phép toán: hai toán hạng được xuất từ các thanh ghi đa năng, phép toán được thực hiện và kết quả được lưu trở lại vào tập các thanh ghi 6 trong số 32 thanh ghi này có thể dùng làm con trỏ địa chỉ gián tiếp 16 bit để định địa chỉ không gian dữ liệu và cho phép tính địa chỉ hiệu dụng Một trong 3 con trỏ địa chỉ cũng được dùng làm con trỏ địa chỉ cho chức năng tìm kiếm bảng hằng số Các thanh ghi có chức năng bổ xung này là các thanh ghi 16 bit X, Y, Z

ALU: Hỗ trợ các chức năng số học và chức năng logic giữa các thanh ghi Các phép toán trong thanh ghi cũng được thực hiện trong ALU

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

Hình 3.2: Kiến trúc của bộ xử lý AVR

Ngoài chế độ định địa chỉ gián tiếp thanh ghi, chế độ định địa chỉ bộ nhớ thông thường cũng có thể được dùng trong tập các thanh ghi đa năng Nguyên nhân là các thanh ghi đa năng được gán 32 địa chỉ thấp nhất trong không gian dữ liệu từ $00 đếm $1F nên chúng được truy cập những vị trí thông thường

Không gian bộ nhớ vào ra chứa 64 bit địa chỉ cho các chức năng ngoại vi của CPU như các thanh ghi điều khiển, bộ Timer/Counter, bộ ADC và chức năng I/O khác Bộ nhớ I/O có thể truy cập trực tiếp hoặc như các vị trí trong không gian dữ liệu ngay sau các vị trí của tập các thanh ghi đa năng từ địa chỉ $20 đến $5F

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

AVR sử dụng kiến trúc Harvard với bộ nhớ và bus riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Bộ nhớ chương trình được thực thi với một đường ống hai tầng Trong khi một lệnh đang được thực thi thì lệnh tiếp theo được nhập vào bộ nhớ chương trình Giải pháp này cho phép vác lệnh được thực thi trong mọi chu kì xung nhịp Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ Flash lập trình được

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

đọc/ghi trong không gian vào/ra Bộ nhớ SRAM có thể được truy cập dễ dàng thông qua 5 chế độ định địa chỉ được cung cấp trong kiến trúc AVR

Các không gian nhớ trong kiến trúc AVR được định địa chỉ theo kiểu ánh xạ bộ nhớ tuyến tính đều

Khối ngắt mềm dẻo có các thanh ghi điều khiển trong không gian vào ra và một bit cho phép ngắt toàn cục trong thanh ghi trạng thái Mỗi ngắt đều có một vector ngắt riêng Các ngắt có thứ tự ưu tiên tương ứng với thứ tự vector ngắt của chúng, địa chỉ của vector ngắt càng thấp thì thứ tự ưu tiên càng cao

b Các thanh ghi đa dụng: Tất cả các bộ vi điều khiển AVR đều có 32 thanh ghi đa năng Một số trong các thanh ghi này còn có các chức năng bổ sung Tất cả thanh ghi được đặt tên từ R0 đến R31, tệp thanh ghi được tách thành hai phần, mỗi phần có 16 thanh ghi đánh số từ R0 đến R15 và R16 đến R31 Tất cả các lệnh thao tác trên các thanh ghi đều có thể truy cập trực tiếp và truy cập trong chu trình đơn đến tất cả các thanh ghi, nhưng có một ngoại lệ là các lệnh SBCI, SUBI, CPI, ANDI và ORI cũng như WI, các lệnh này chỉ tác động đến các thanh ghi từ R16 đến R31

Các thanh ghi R0 và R26 đến R31 có các chức năng bổ sung Thanh ghi R0 được sử dụng trong các lệnh nạp bộ nhớ chương trình LPM (Load Program Memory), trong khi các thanh ghi R26 đến R31 được sử dụng làm các thanh ghi con trỏ như trong hình minh họa bên dưới Các thanh ghi con trỏ này được sử dụng trong nhiều lệnh gián tiếp trong thanh ghi

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Hình 3.4: Tập thanh ghi của vi điều khiển AVR

c Cổng ra vào: Tất cả các vi điều khiển AVR đều có một lượng lớn các cổng vào ra nằm trong khoảng 3 bit trên vi điều khiển loại 90S2313 đến 48 bit loại Mega103 Tất cả các cổng vào/ra của vi điều khiển AVR đều chịu được dòng điện đến 20mA nên rất thích hợp với việc điều khiển trực tiếp các LED vì không cần đến các mạch đệm bổ sung

Tất cả các cổng vào/ra đều có 3 địa chỉ vào/ra đi kèm với chúng, ba địa chỉ vào ra đều cầm được đặt cấu hình cho các bít riêng biệt thành lối vào hoặc thành lối ra, địa chỉ khác được cần đến để xuất dữ liệu và địa chỉ thứ 3 dùng để đọc dữ liệu về (lối vào)

Các cổng được đánh số DDRx, PORTx, PINx cho một cổng x cho trước Cổng DDRx là thanh ghi hướng dữ liệu, khi thực thi mức “1” vào một bit tương ứng thì bit tương ứng của PORT đó sẽ trở thành bit lối ra và ngược lại