BÁO CÁO MÔN HỌC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH Đề tài: HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÙI XE CHO XE Ô TÔ CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM HCSR04 CHƯƠNG II – CẤU HÌNH PHẦN CỨNG Chương III THIẾT KẾ THUẬT TOÁN – MÔ PHỎNG – MÔ HÌNH CHƯƠNG IV – THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM C SHARP 28 4.1) Thiết kế giao diện trên phần mềm C – Sharp (C) 4.2) Mô phỏng trên C – Sharp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA: VIỆN HÀNG HẢI BÁO CÁO MÔN HỌC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH Đề tài: HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÙI XE CHO XE Ô TÔ Tp Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2019 Mục lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 1.1) Giới thiệu cảm biến siêu âm HC-SR04 1.2) Cấu tạo cảm biến siêu âm HC SR04 1.3) Thông số kỹ thuật 1.4) Sơ đồ chân đấu nối cảm biến siêu âm với Arduino: 1.5) Nguyên lí hoạt động 1.6) Đặc tính cảm biến siêu âm HC-SR04 1.6.1 Dải đo cảm biến siêu âm HC-SR04 : 1.6.2 Điện áp vào cấp cho cảm biến hoạt động: 1.6.3 Tín hiệu đầu vào vào cảm biến : .8 1.6.4 Xử lí tín hiệu đầu cảm biến : 1.7) Ứng dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 thực tế CHƯƠNG II – CẤU HÌNH PHẦN CỨNG 10 2.1) Quy trình cơng nghệ 10 2.2 Nguyên lí hoạt động hệ thống 11 2.3 Cấu hình vi xử lý 11 2.3.1 Giới thiệu vi xử lí Arduino nano .11 2.3.2 Cấu hình vi xử lí Arduino nano 12 2.3.3 Thông số kĩ thuật 13 2.4 Cơ cấu chấp hành 14 2.4.1 Đèn báo .14 2.4.2 Còi báo 14 2.4.3 Màn hình hiển thị LCD 16x2 14 Chương III - THIẾT KẾ THUẬT TỐN – MƠ PHỎNG – 15 MƠ HÌNH .15 3.1) Lưu đồ thuật toán: .15 3.2) Mô mạch proteus 16 3.2.1 Tổng quan mô proteus: .16 3.2.2 Đánh giá mô 17 3.2.3 Các kết mô mô proteus 17 3.3 Mạch nguyên lí – mạch PCB hệ thống 22 3.4 Mạch phần cứng kết chạy phần cứng 24 CHƯƠNG IV – THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM C - SHARP 28 4.1) Thiết kế giao diện phần mềm C – Sharp (C#) 28 4.2) Mô C – Sharp 29 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời buổi công nghệ nay, việc ứng dụng máy tính vào hệ thống đo lường điều khiển xem xu phát triển đất nước Máy tính ứng dụng dây truyền sản xuất, nhà thông minh với mục đích giám sát hoạt động hệ thống qua phần mềm, từ báo hiệu, khắc phục sai sót q trình hoạt động hệ thống, từ tăng thêm độ tin cậy hệ thống Môn học Đo lường điều khiển máy tính đề cập việc ứng dụng máy tính hệ thống Ngồi ra, với phân công cô Lê Thị Ngọc Quyên, giao cho nhóm làm mơ hình thực tế việc ứng dụng cảm biến để đo lường đại lượng hiển thị hoạt động máy tính Với mục tiêu đề gồm: - Tìm hiểu giải pháp cơng nghệ cảm biến - Tìm hiểu sơ đồ giải pháp cho tốn cơng nghệ - Vẽ lưu đồ thuật tốn cho hệ thống - Mô phần mềm proteus - Viết chương trình xử lí tín hiệu cảm biến - Làm mơ hình - Mơ hiển thị hoạt động mơ hình máy tính Sau khoảng thời gian, nhóm hồn thành đa số mục tiêu đặt Tuy nhiên vài sai sót, nhóm tiếp tục hồn thiện sản phẩm để đạt nhu cầu thiết yếu tốn cơng nghệ Những thơng tin mà nhóm cung cấp hi vọng giúp ích cho bạn tiếp cận giải tốn cơng nghệ CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 1.1) Giới thiệu cảm biến siêu âm HC-SR04 - Cảm biến siêu âm HC-SR04 (còn gọi cảm biến khoảng cách, tên tiếng anh Ultrasonic Sensor), dùng để nhận biết khoảng cách từ vật thể đến cảm biến nhờ sóng siêu âm, với độ xác cao, phù hợp với ứng dụng phát vật thể đo khoảng cách từ 2cm đến 100cm Hình 1.1 Hình dạng bên ngồi cảm biến siêu âm HC-SR04 1.2) Cấu tạo cảm biến siêu âm HC SR04 Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo cảm biến siêu âm HC-SR04 - Cảm biến siêu âm HC – SR04 gồm : 1- Bộ biến âm 2- Đế nhựa tổng hợp 3- Phần giảm âm 4- Cáp điện 5- Vỏ kim loại 6- Vỏ bọc 1.3) Thông số kỹ thuật: -Nguồn làm việc: 3.3V – 5V (chuẩn 5V) -Dịng tiêu thụ : 2mA -Tín hiệu đầu xung: HIGH (5V) LOW (0V) -Khoảng cách đo: 2cm – 100cm -Độ xác: 0.5cm -Góc quét tốt : 30° 1.4) Sơ đồ chân đấu nối cảm biến siêu âm với Arduino: - Cảm biến siêu âm gồm chân : + Chân 𝑉𝑐𝑐 : chân cấp nguồn +5V + Chân Trig: chân phát tín hiệu + Chân Echo: chân nhận tín hiệu + Chân GND: chân nguồn âm Hình 1.3 Sơ đồ chân đấu nối với Arduino 1.5) Nguyên lí hoạt động : - Để đo khoảng cách, cảm biến siêu âm phát xung ngắn khoảng micro giây từ chân trig Sau cảm biến tạo xung HIGH chân Echo nhận tín hiệu trở 𝐿0 = 𝑣𝑡𝑐𝑜𝑠𝜃 (1.1) với v : vận tốc sóng siêu âm ( 343 m/s khơng khí ) t : thời gian từ lúc phát đến lúc thu Hình 1.4 Ngun lí hoạt động cảm biến siêu âm 1.6) Đặc tính cảm biến siêu âm HC-SR04 1.6.1 Dải đo cảm biến siêu âm HC-SR04 : - Cảm biến siêu âm HC-SR04 phát khoảng cách từ vật thể đến đầu cảm biến khoảng từ 2cm – 100cm 1.6.2 Điện áp vào cấp cho cảm biến hoạt động: - Điện áp hoạt động 5V/DC cấp vào chân Vcc cảm biến 1.6.3 Tín hiệu đầu vào vào cảm biến : - Tín hiệu vào : điện áp - Tín hiệu : tần số 1.6.4 Xử lí tín hiệu đầu cảm biến : - Tín hiệu cảm biến tần số, từ tần số ta suy thời gian ( cách ta lập trình cho Arduino đếm thời gian nhận xung từ cảm biến gửi thông qua chân mà kết nối, thời gian đếm “t” ) sau từ “t” đếm, suy khoảng cách công thức (1.1) 1.7) Ứng dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 thực tế - Cảm biến siêu âm sử dụng nhiều khu vực nhà máy công nghiệp; dây chuyền sản xuất, khu vực bệnh viện… Hình 1.5 Ứng dụng thực tế cảm biến siêu âm CHƯƠNG II – CẤU HÌNH PHẦN CỨNG 2.1) Quy trình cơng nghệ Hình 2.1 Sơ đồ khối thể quy trình công nghệ hệ thống 10 3.2) Mô mạch proteus 3.2.1 Tổng quan mô proteus: - Mạch mô lại dựa phần mềm Protues 8.6: Hình 3.2 Tổng quan mạch mơ - Các linh kiện mạch mô bao gồm: + cảm biến siêu âm SONAR1 SONAR2 + Vi điều khiển Arduino UNO + Màn hình hiển thị LCD1 + Các thiết bị thị: còi báo BUZZER, đèn D1, D2 + Nút nhấn, điện trở 16 + Các đồng hồ đo điện áp, biến trở + I2C PCF857 3.2.2 Đánh giá mơ - Nhìn chung mơ hình thực tế nhóm hồn thành đa số mục tiêu đặt cho tốn cơng nghệ nhóm ( hiển thị khoảng cách lùi xe cho tài xế, vùng lùi an toàn, nguy hiểm báo hiệu có vật cản nằm gần thiết bị LCD, đèn LED còi) Để cải tiến hồn thiện nhóm dùng đến hai cảm biến để phòng trường hợp vật cản nằm điểm mù cảm biến Tuy nhiên việc xử lí thơng tin cịn chậm chất lượng cảm biến mà nhóm sử dụng chưa có độ tin cậy cao giá thành rẻ nên tránh việc lấy mẫu thông tin xử lý chậm khiến cho khoảng cách hiển thị LCD chưa liên tục 3.2.3 Các kết mô mơ proteus ❖ Ngun lí hoạt động mạch mơ phỏng: -Tín hiệu giả định: tín hiệu điện áp Tín hiệu điện áp tượng trưng cho khoảng cách từ vật thể đến đuôi xe - Khi thay đổi điện áp biến trở (thay đổi R thay đổi U) tượng trưng cho khoảng cách vật cản đến đầu cảm biến (kí hiệu d) thay đổi cảm biến đo khoảng cách, từ thực cấu chấp hành - Ban đầu khởi động hệ thống , hình LCD hiển thị : “xin chao! Nhom 5! DO LUONG” - Khi d ≥ 50cm (bằng cách điều chỉnh tăng giá trị điện trở tăng điện áp đặt vào cảm biến), hình LCD hiển thị “an tồn” - Khi 10cm < d < 50cm, hình LCD hiển thị “khoang cach:” “d” (với d khoảng cách từ đuôi xe đến đầu cảm biến), đồng thời đèn vàng sáng - Khi d ≤ 10cm, hình LCD hiển thị: “nguy hiem”, còi kêu, đèn đỏ sáng 17 ❖ Các hình ảnh kết mơ proteus: - Khi khởi động hệ thống: Hình 3.3 Hình ảnh mô khởi động cách nhấn nút nhấn 18 - Khi khoảng cách từ vật cản đến đuôi xe (đầu cảm biến) nằm khoảng cách an toàn (d > 50cm) Hình 3.4 Hình ảnh mơ d > 50cm 19 - Khi khoảng cách từ vật cản đến đuôi xe (đầu cảm biến) nằm khoảng 10cm