BTL Đo lường tự động (BKHN): (có code) Hệ thống đo lường và cảnh báo va chạm cho xe ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Đề tài: Hệ thống đo lường cảnh báo va chạm cho xe ô tô Giáo viên hướng dẫn: TS Hán Trọng Thanh Sinh viên thực hiện: Trần Hà Thành – 20158355 Đặng Anh Minh- 20158251 Ngô Thị Ngọc Huyền – 20158168 Hà Nội, tháng 11/2019 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống Hình Hình ảnh vi điều khiển AT Mega 328 Hình Hình ảnh cảm biến đo khoảng cách Hình Hình ảnh module động điều khiển L298 10 Hình Hình ảnh pin 1,5V 9V 11 Hình Hình ảnh motor giảm tốc độ 3V-9V 12 Hình Minh họa mức độ khoảng cách 13 Hình 2 Hình ảnh minh họa cách làm việc hệ thống 14 Hình Lưu đồ thuật toán 15 Hình Mơ hình xe hồn thiện 19 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHÂN CHIA CÔNG VIỆC NỘI DUNG Chương Phân Tích Tính Tốn 1.1 Giải pháp thiết kế 1.2 Lựa chọn linh kiện Chương Thiết Kế Thực Thi 13 2.1 Thiết kế phần mềm 13 2.2 Thiết kế phần cứng 18 KẾT LUẬN 20 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 LỜI MỞ ĐẦU Phương tiện giao thông phần quan trọng sống phát triển giới Đường bộ, hàng không, đường thủy, hay loại phương tiện đem đến lợi ích riêng khơng di chuyển mà vận chuyển tải trọng lớn nhỏ khác Ở báo cáo này, chúng em chọn nói tơ, phương tiện phổ biến giới tích hợp nhiệm vụ di chuyển hay vận chuyển Ngành công nghiệp ô tô từ lâu trở thành ngành mũi nhọn cho nhiều tập đoàn, thương hiệu mang tầm cỡ quốc gia giới Có thể nói, việc thiết kế đưa ô tô với kiểu dáng thu hút, tính đem lại tiện ích cho người sử dụng đòi hỏi nhiều từ ý tưởng quy trình Cũng vậy, ô tô phương tiện phổ biến giới, khơng cung cấp cho người sử dụng công cụ di chuyển mà đem tới an tồn, bảo vệ khỏi mơi trường bên Tuy nhiên, với điều khiển phương tiện người mối nguy hiểm tiềm tàng cách thức điều khiển, hay khả điều khiển phương tiện người Những mối nguy hiểm ảnh hưởng trực tiếp tới tính mạng, nên để khắc phục cho mối nguy hiểm đó, xu hướng thời đại cơng nghiệp tơ ngày lên ô tô thông minh, hay ô tô tự lái Thế vai trò người điều khiển khơng thể bị thay Lý chọn đề tài: Được học môn Đo lường tự động điều khiển, chúng em có hội tiếp cận kiến thức cách linh kiện cảm biến kết hợp với để tạo thành hệ thống đo lường từ điều khiển yếu tố đo với độ xác cao để thay cho người việc đo yếu tố mà đo cách trực tiếp Ứng dụng kiến thức đó, với tìm hiểu phương tiện giao thông, cụ thể ô tô nói trên, chúng em muốn đưa giải pháp để khắc phục vấn đề quan trọng an toàn với việc điều khiển ô tô chống va chạm Với phạm vi tập lớn môn học, chúng em dựng mơ hình thơng số tính tốn để mơ hoạt động xe ô tô đơn giản, kèm với cảm biến để thực nhiệm vụ chống va chạm di chuyển xe Việc lựa chọn đề tài phù hợp với kiến thức chúng em học, them vào kiến thức chúng em tự thu thập hệ thống có, cách chúng vận hành, để hồn thiện sản phẩm hiểu biết chúng em PHÂN CHIA CƠNG VIỆC Bảng : Phân chia cơng việc STT Công việc Sinh viên thực Lựa chọn đề tài Cả nhóm Chuẩn bị lý thuyết Cả nhóm Tiến hành làm sản phẩm Thành, Minh Thử nghiệm Cả nhóm Đưa sản phẩm Cả nhóm NỘI DUNG Chương Phân Tích Tính Tốn 1.1 Giải pháp thiết kế 1.1.1 Sơ đồ khối Đề tài lựa chọn “Hệ thống đo lường cảnh báo va chạm cho xe ô tô” nên chức hệ thống bao gồm đo khoảng cách, tốc độ xe sau dựa vào kết trả vi điều khiển để phân tích đưa mức tốc độ an toàn mức khoảng cách định, xe vượt mức khoảng cách tối thiểu cho phép, hệ thống phanh kích hoạt Dựa vào chức nêu ta thiết kế sơ đồ khối sau: Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống Với khối vi điều khiển trung tâm, tất liệu trả từ khối chức khác đưa qua để xử lý tính tốn trước, sau liệu phản hồi gửi tới khối chức khác 1.1.2 Phân tích chức nhiệm vụ khối Ở phần 1.1.1, báo cáo đưa nhìn tổng quan hệ thống, phần này, báo sâu vào phân tích chức năng, cách thức hoạt động nhiệm vụ khối hệ thống • Nguồn Phần nguồn hệ thống cần cung cấp cho hệ thống điện áp ổn định “sạch” để tồn hệ thống hoạt động cách an tồn trơn chu Vì vậy, cần phải chia phần nguồn thành điện áp khác nhau, cho động vi xử lý, khối cần điện áp dòng điện rộng cao khối lại để làm chuyển động xe hạn chế tốc độ xe, hai phần nguồn dành cho khối lại khối lại chi hoạt động mức điện áp định • Động Động sử dụng khơng có chức tạo cơng để giúp cho xe chuyển động mà cần phải tích hợp them chức đo tốc độ xe giúp đơn giản hóa xe giúp ta quan sát dễ hoạt động xe xe không di chuyển Điều giúp ích nhiều qua trình thiết kế hồn thiện hệ thống • Cảm biến khoảng cách Cảm biến khoảng cách có chức nhiệm vụ đo khoảng cách trả tín hiệu cho vi điều khiển dung biến đổi tốn học thuật tốn lập trình để lấy kết cuối khoảng cách xe vật cản đằng trước • Vi điều khiển Là “bộ não” toàn hệ thống, vi điểu khiển có chức nhiệm vụ thu nhận thông tin gửi đến từ khối chức xung quanh, xử lý theo thuật tốn lập trình sẵn phản hồi tín hiệu điều khiển đến khối xung quanh • Đèn báo hiệu Báo hiệu mức an toàn cảnh báo nguy hiểm xe 1.2 Lựa chọn linh kiện 1.2.1 Bộ vi điều khiển Đây vi điều khiển phổ biến với mức giá phải mà đảm bảo đầy đủ chức sử dụng hệ thống, vậy, ATMega 328 lựa chọn làm trung tâm cho toàn hệ thống Hình Hình ảnh vi điều khiển AT Mega 328 1.2.2 Cảm biến khoảng cách Để đo khoảng cách, nhóm chúng em lựa chọn cảm biến SRF 05 với chức đặc điểm sau: Nguyên lý hoạt động cảm biến SRF05 đơn giản, cảm biến phát vài xung song âm, sau thu nhận xung phản xạ đưa liệu để xác định khoảng cách SRF05 sử dụng song siêu âm 40KHz hoạt động khoảng cách lý tưởng tối đa 5m Hình Hình ảnh cảm biến đo khoảng cách Với chân chức bao gồm Vcc, chân nguồn cung cấp điện áp cho toàn cảm biến hoạt động, mức điện áp yêu cầu 5V Để đo khoảng cách, chân Trig phát xung ngắn (5us), sau cảm biến tạo xung với mức logic chân Echo nhận xung phản xạ chân này, chiều rộng xung với thời gian song siêu âm phát từ cảm biến quay trở lại, qua biết thời gian song siêu âm quay trở lại biến đổi toán học để khoảng cách đo Chân Out thực chức chân Trig Echo Chân GND chân đất cảm biến Như với chân chức nêu trên, cảm biến có kiểu hoạt động, kiểu sử dụng chân Trig Echo kiểu sử dụng chân Out Vì sử dụng chân Out chân chức nên cách đo lập trình để lấy kết phức tạp nên hệ thống chọn kiểu đo 1.2.3 Module động điều khiển L298 Hình Hình ảnh module động điều khiển L298 • Module L298 điều khiển động DC động bước, có lỗ nằm góc thuận tiện cho người sử dụng cố định vị trí module.Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC điều khiển với dòng đỉnh đạt 2A IC L298N gắn với ốt board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động • Tóm tắt qua chức chân L298: o chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 nối với chân 5, 7, 10, 12 L298 Đây chân nhận tín hiệu điều khiển 10 o chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với chân INPUT) nối với chân 2, 3, 13, 14 L298 Các chân nối với động o Hai chân ENA ENB dung để điều khiển mạch cầu H L298 Nếu mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, mức logic “0” mạch cầu H khơng hoạt động • Điều khiển chiều quay với L298: o -Khi ENA = 0: Động không quay với đầu vào o -Khi ENA = 1: o + INT1 = 1; INT2 = 0: động quay thuân o + INT1 = 0; INT2 = 1: động quay nghịch o + INT1 = INT2: động dừng tức 1.2.4 Nguồn Hình Hình ảnh pin 1,5V 9V Nguồn 6V lấy viên pin 1.5V Nguồn giúp cho khối mạch hoạt động ổn định mà không bị thiếu hụt nguồn thời gian dài qua giúp cho khối hoạt động ăn khớp với hệ thống hoạt động cách ổn định trơn chu Nguồn 9V lấy pin 9V để cấp nguồn cho vi điều khiển 11 1.2.5 Motor DC3v-6v Hình Hình ảnh motor giảm tốc độ 3V-9V Với giá thành rẻ, dễ sử dụng nên lựa chọn motor để thiết kế mô hình nhỏ phù hơp Thơng số kỹ thuật : • Điện áp hoạt động:3V~ 9V DC (Hoạt động tốt từ - 8V) • Mơmen xoắn cực đại: 800gf cm 1:48 (3V) • Tốc độ khơng tải:125 Vòng/ Phút (3V) • (Với bánh 66mm: 26m/1p) • 208 Vòng/ Phút (5V) • (Với bánh 66mm: 44m/1p) • Dòng khơng tải: 70mA (250mA MAX) 12 Chương Thiết Kế Thực Thi 2.1 Thiết kế phần mềm 2.1.1 Nguyên lý Ở tập lớn này, chúng em sử dụng hệ thống để cảnh báo chống va chạm phía trước xe theo hướng thẳng yếu tố lựa chọn để đo điều khiển khoảng cách (không bao gồm yếu tố điều kiện mặt đường,…) Nguyên lý chung để thiết kế hệ thống chống va chạm sử dụng cảm biến để đo khoảng cách, dựa vào khoảng cách để đưa định điều chỉnh tốc độ để giữ khoảng cách an tồn Hình Minh họa mức độ khoảng cách Mức khoảng cách chia làm mức, mức an toàn (safety distance), mức cảnh báo (warning distance) , mức giảm tốc độ (decelaration distance) mức nguy hiểm (emergency distance) Tùy vào tốc độ tối đa, khả giảm tốc dừng mà loại xe đạt mà mức khoảng cách thay đổi khác Tại mức an toàn, người lái xe điều khiển bình thường, chưa có tác động hay cảnh báo khoảng cách xe phía trước hay vật cản Khi người lái xe tăng tốc, phương tiện phía trước họ giảm tốc, xe vào khoảng mức giảm cảnh báo , đèn cảnh báo (xe giữ mức tốc độ đó) lên yêu cầu xe giảm tốc độ để trì an tồn Khi người lái tiếp tục tăng tốc độ đồng nghĩa với việc xe vào khoảng mức giảm tốc độ, 13 tốc độ xe bị đưa xuống mức thấp để giữ khoảng an toàn cách sử dụng áp chế tốc độ động xe giảm xuống Ở mức giảm tốc độ này, người lái xe trì tốc độ thấp không vượt tốc độ cho phép Khi gặp trường hợp người lái xe tiếp tục di chuyển mà chưa nhận thấy khoảng cách nguy hiểm, phương tiện phía trước phanh đột ngột, lúc xe vào mức khoảng cách nguy hiểm xe bị áp chế dừng lại, không cho phép người lái xe di chuyển xe 2.1.2 Thuật toán Dựa vào nguyên lý phân tích trên, ta đưa cách để thu nhận liệu từ cảm biến khoảng cách để xử lý, với mức ngưỡng, điều chỉnh tốc độ động Distance V Car / Object Engine (velocity) Distance sensor Velocity Distance Compare to Distance Levels Hình 2 Hình ảnh minh họa cách làm việc hệ thống Ở tập này, chúng em đưa mức khoảng cách là: • Khoảng cách an toàn (Safety distance) : distance > 75cm • Khoảng cách cảnh bảo (Warning distance ) : 50 ≤ distance < 75cm • Khoảng cách giảm tốc độ (Decelaration distance) : 25cm ≤ distance < 50cm • Khoảng cách nguy hiểm (Emergency distance) : distance < 25cm 14 Lưu đồ thuật tốn: Hình Lưu đồ thuật tốn 2.1.3 Mã nguồn chương trình • Thiết lập thông số ban đâu: #define trigpin // digital pin #define echopin // digital pin #include SoftwareSerial Blue(12, 13); int led1 = A0; int led2 = A1; int led3 = A2; int led4 = A3; int ena = 5; int enb = 6; int in1 = 8; int in2 = 9; int in3 = 10; int in4 = 11; 15 float distancem; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(trigpin, OUTPUT); pinMode(echopin, INPUT); pinMode(ena, OUTPUT); pinMode(enb, OUTPUT); pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(in3, OUTPUT); pinMode(in4, OUTPUT); pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); pinMode(led4, OUTPUT); digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(led4, LOW); analogWrite(ena, 0); analogWrite(enb, 0); delay(1000); } • So sánh khoảng cách với mức ngưỡng để điều chỉnh tốc độ void loop() { int duration, distance; digitalWrite(trigpin, HIGH); delayMicroseconds(1000); digitalWrite(trigpin, LOW); duration = pulseIn(echopin,HIGH); distance = ( duration / 2) / 29.1; Serial.print(distance); Serial.println("cm"); delay(1000); 16 distance = map(distance, , 197, , 255 ); if( (distance < 0) ) { distance = 0; } else if( (distance >= 0) && (distance 25) && (distance 50) && (distance 75 ) { analogWrite(ena, 255); analogWrite(enb, 255); digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); digitalWrite(in3, LOW); digitalWrite(in4, HIGH); digitalWrite(led1, HIGH); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(led4, LOW); } } 2.2 Thiết kế phần cứng 2.2.1 Mơ hình xe hồn thiện 18 Hình Mơ hình xe hồn thiện 2.2.2 Kết thu • Về mặt thiết kế sản phẩm: Mạch thiết kế đơn giản, cho phép hiển thị giá trì cần đo điều khiển, chế điều kiển phù hợp với kích thước mơ hình Chức đo, điều chỉnh tốc độ mức khoảng cách hoạt động tốt trình thử nghiệm Tuy chức hạn chế việc tránh va chạm phía trước Cơ chế phanh hoạt động chưa hiệu mong muốn • Hướng phát triển: Sản phẩm dừng lại mức chức đơn giản nên hướng phát triển sản phẩm rộng Các chức them vào mở rộng cảm biến khoảng cách xung quanh xe để đưa cảnh báo tốt Trên thực tế, việc áp dụng chế phanh phụ thuộc nhiều vào tốc độ xe tại, quán tính, ma sát mặc đường, tải trọng xe, thời gian để dừng xe hiệu quả, ta them thơng số để tính tốn, đưa chế giảm tốc phanh hiệu 19 KẾT LUẬN Qua tập lớn này, chúng em có hội nâng cao hiểu biết kiến thức hệ thống điều khiển, tự động điều khiển lĩnh vực khác nói chung ngành cơng nghiệp tơ nói riêng Quá trình thực hiện, đo đạc thử nghiệm mơ hình đem lại cho chúng em nhiều trải nghiệm học thực tế Mặc dù sản phẩm đưa chưa có thiết kế đẹp, chưa đem lại chức với độ xác cao, chúng em hy vọng nghiên cứu làm bước đà cho phát triển thêm sau chúng em nói riêng, hay bạn sinh viên khác có u thích nói chung Chúng em xin cảm ơn Thầy tạo điều kiện cho sinh viên thực đề tài vơ bổ ích kèm với kiến thức cần thiết môn học đo lường tự động điều khiển Do thời gian, kiến thức kinh nghiệm nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi thiếu xót q trình thực hiện, chúng em mong nhận đánh giá bảo Thầy để hoàn thiện Chúng em xin cảm ơn Thầy! 20 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) http://arduino.vn/ 2) Wikipedia 21 ... thiết kế 1.1.1 Sơ đồ khối Đề tài lựa chọn Hệ thống đo lường cảnh báo va chạm cho xe ô tô nên chức hệ thống bao gồm đo khoảng cách, tốc độ xe sau dựa vào kết trả vi điều khiển để phân tích đưa... phần 1.1.1, báo cáo đưa nhìn tổng quan hệ thống, phần này, báo sâu vào phân tích chức năng, cách thức hoạt động nhiệm vụ khối hệ thống • Nguồn Phần nguồn hệ thống cần cung cấp cho hệ thống điện... khiển tơ chống va chạm Với phạm vi tập lớn môn học, chúng em dựng mô hình thơng số tính tốn để mơ hoạt động xe ô tô đơn giản, kèm với cảm biến để thực nhiệm vụ chống va chạm di chuyển xe Việc lựa