Đồ án hỗ trợ lùi xe cho xe ô tô và container môn kỹ thuật đo 2Lời nói đầuChương I . Giới thiệu cảm biến siêu âm HC SR0441.1 Cấu tạo cảm biến1.2 Thông số kĩ thuật1.3 Sơ đồ chân1.4 Nguyên lí hoạt động1.5 Ứng dụng của cảm biến siêu âm HC – SR041.5.1 Dải đo của cảm biến siêu âm HC – SR0481.5.2 Điện áp vào cấp cho cảm biến hoạt động1.5.3 Tín hiệu đầu vào ra của cảm biến1.5.4 Xử lý tín hiệu đầu ra của cảm biến1.5.5 Ứng dụng của cảm biến trong thực tếChương II. Cấu hình phần cứng92.1 Quy trình công nghệ92.2 Cấu hình vi xử lí 2.2.1 Giới thiệu vi sử lí Arduino nano 2.2.2 Cấu hình vi sử lí Arduino nano 2.2.3 Thông số kĩ thuật11 2.3 Cơ cấu chấp hành12 2.3.1 Đèn báo 2.3.2 Còi báo 2.3.3 Màn hình hiển thị LCD 2.3.4 Nút nhấn12Chương III. Thiết kế chương trình giám sát và điều khiển13 3.1 Lưu đồ thuật toán 3.2 Phần mềm mô phỏng proteus 3.3 Đánh giá mô phỏng, mô hình thực tế Kết luận Tài liệu tham khảo20 Phụ lục
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐO II Đề tài: HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÙI XE CHO XE Ơ TƠ Tp Hồ Chí Minh, Tháng 11 năm 2018 Mục lục Lời nói đầu Chương I Giới thiệu cảm biến siêu âm HC SR04 1.1 Cấu tạo cảm biến 1.2 Thông số kĩ thuật 1.3 Sơ đồ chân 1.4 Nguyên lí hoạt động 1.5 Ứng dụng cảm biến siêu âm HC – SR04 1.5.1 Dải đo cảm biến siêu âm HC – SR04 1.5.2 Điện áp vào cấp cho cảm biến hoạt động 1.5.3 Tín hiệu đầu vào cảm biến 1.5.4 Xử lý tín hiệu đầu cảm biến 1.5.5 Ứng dụng cảm biến thực tế Chương II Cấu hình phần cứng 2.1 Quy trình cơng nghệ 2.2 Cấu hình vi xử lí 10 2.2.1 Giới thiệu vi sử lí Arduino nano 10 2.2.2 Cấu hình vi sử lí Arduino nano 10 2.2.3 Thông số kĩ thuật 11 2.3 Cơ cấu chấp hành 12 2.3.1 Đèn báo 12 2.3.2 Còi báo 12 2.3.3 Màn hình hiển thị LCD 12 2.3.4 Nút nhấn 12 Chương III Thiết kế chương trình giám sát điều khiển 13 3.1 Lưu đồ thuật toán 13 3.2 Phần mềm mô proteus 14 3.3 Đánh giá mơ phỏng, mơ hình thực tế 14 Kết luận 19 Tài liệu tham khảo 20 Phụ lục 20 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời buổi công nghệ nay, thiết bị điện tử - tự động hóa ngày phát triển, địi hỏi xác tốc độ xử lí thơng tin thiết bị điện tử cao Trong môn học phần giải vấn đề Để thiết bị tự động hóa hoạt động cần có tham gia cảm biến nhằm đo lường giá trị thực tế để chuyển giá trị analog digital Vậy ngun lí mơn học Kỹ Thuật Đo – Đại lượng điện cung cấp từ tổng quan chi tiết đa số loại cảm biến thực tế nhóm cung cấp vài thơng tin mơ hình thực tế loại cảm biến cảm biến siêu âm HC - SR04 gồm nội dung sau: *Nguyên lí hoạt động cảm biến siêu âm HC-SR04: Để đo khoảng cách, cảm biến siêu âm phát xung ngắn khoảng micro giây từ chân trig Sao cảm biến tạo xung HIGH chân Echo nhận tín hiệu trở 𝐿0 = 𝑣𝑡𝑐𝑜𝑠𝜃 v : vận tốc sóng siêu âm ( 343 m/s khơng khí ) t : thời gian từ lúc phát đến lúc thu *Các thông số cảm biến siêu âm HC – SR04: -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 *Giải pháp cơng nghệ ứng dụng với cảm biến * Sơ đồ giải thuật cho tốn cơng nghệ *Mơ phần mềm proteus *Chương trình xử lí tín hiệu cảm biến *Mơ hình *Các mạch hỗ trợ, Vi xử lí Arduino nano *Các cấu chấp hành: Đèn Led, phanh, còi *Các thiết bị giám sát: Màn hình hiển thị LCD Sau khoảng thời gian, nhóm hồn thành đa số mục tiêu đặt Tuy nhiên cịn vài sai sót, nhóm tiếp tục hồn thiện sản phẩm để đạt nhu cầu thiết yếu toán 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 cảm biến siêu âm HC SR04 1.1) Cấu tạo cảm biến siêu âm HC SR04 Hình 1.1 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 1.2) 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 qt tốt : 30° 1.3) Sơ đồ chân Hình 1.2 Sơ đồ chân đấu nối với Arduino 1.4) Nguyên lí hoạt động : Để đo khoảng cách, cảm biến siêu âm phát xung ngắn khoảng micro giây từ chân trig Sao 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 1.3 Nguyên lí hoạt động cảm biến siêu âm 1.5) Ứng dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 1.5.1 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 1.5.2 Điện áp vào cấp cho cảm biến hoạt động: - Điện áp hoạt động 5V/DC cấp vào chân Vcc cảm biến 1.5.3 Tín hiệu đầu vào cảm biến : - Tín hiệu vào : điện áp - Tín hiệu : tần số 1.5.4 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) 1.5.5 Ứng dụng cảm biến thực tế : - Cảm biến siêu âm sử dụng nhiều khu vực nhà máy công nghiệp; dây chuyền sản xuất, khu vực bệnh viện… Hình 1.4 Ứng dụng thực tế cảm biến siêu âm Chương Cấu hình phần cứng 2.1) Quy trình cơng nghệ Hình 2.1 Sơ đồ khối thể quy trình cơng nghệ hệ thống 2.2 Cấu hình vi xử lý 2.2.1 Giới thiệu vi xử lí Arduino nano - Board Arduino Nano V3 phiên nhỏ gọn board Arduino, đầy đủ tính năng, thiết kế dựa vi điều khiển ATmega32P So với mạch Arduino Uno R3 hàm chức mạch Arduino Nano V3 giống nhau, chúng xây dựng dựa Atmega 328 Có điểm khác biệt cần quan tâm mạch là, Arduino Nano V3 bổ xung thêm chân đọc tín hiệu ADC A6, A7 2.2.2 Cấu hình vi xử lí Arduino nano Hình 2.2 Sơ đồ chân Arduino nano - Có 30 chân vào/ra đánh số thứ tự từ đến 13, ngồi cịn có chân nối đất ( GND ) chân điện áp tham chiếu ( AREF) -Vi điều khiển AVR : xử lí trung tâm tồn board mạch Với mẫu Arduino nano khác chip khác Ở Arduino nano V3.0, sử dụng chip ATMega328 - Arduino nano V3.0 có 14 chân digital để đọc xuất tín hiệu Chúng có hai mức điện áp 0V 5V với dòng điện vào/ra tối đa 40mA 10 2.3 Cơ cấu chấp hành Hình 2.4 Hình ảnh cấu chấp hành 2.3.1 Đèn báo - Bao gồm đèn: + LED PHẢI : led báo khoảng cách an toàn ( từ 10cm đến 50cm ) + LED TRÁI : led báo khoảng cách nguy hiểm ( từ 2cm đến 10cm ) 2.3.2 Còi báo: -Dùng để báo hiệu xe vào khoảng cách an toàn ( tần số còi báo lớn vật cản gần đến khoảng cách nguy hiểm cịi tắt) 2.3.3 Màn hình hiển thị LCD 16x2: - Dùng để hiển khoảng cách xe vật cản, cảnh báo cho tài xế biết vào khu vực nguy hiểm 2.3.4 Nút nhấn: - Thể cho xe lúc vào chế độ lùi 12 Chương III Thiết kế chương trình giám sát điều khiển 3.1 Lưu đồ thuật tốn : Bắt đầu Khoảng cách an tồn : d(at) = 600cm Khoảng cách nguy hiểm : d(nh) = 30cm Khoảng cách đo : d ( d = : khoảng cách ban đầu ) Thời gian chích mẫu : t ( t=0 : thời gian ban đầu ) Lùi xe = nút nhấn F Tắt cấu chấp hành Lùi xe = T Bật cảm biến lùi Thu nhập liệu d = ( t/2/29,412)cm F d < d(at) T F d < d(nh) T Phanh xe Exit T F Kết thúc Bật thiết bị cảnh báo : còi kêu, led sáng , hình LCD hiển thị khoảng cách Hình 3.1 Hình ảnh lưu đồ thuật toán hệ thống 13 3.2 Phần mềm mô protues: - Mạch mô lại dựa phần mềm Protues 8.6: Hình 3.2 Tổng quan mạch ngun lí 3.3 Đánh giá mơ phỏng, mơ hình thực tế Nhìn chung mơ hình thực tế nhóm hoàn 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 thơng tin xử lý cịn chậm khiến cho khoảng cách hiển thị LCD chưa liên tục 14 *Hình ảnh mơ thực tế kết quả: Hình 3.3 Hình ảnh khởi động hệ thống 15 Hình 3.4 Hình ảnh xe khoảng cách an tồn 16 Hình 3.5 Hình ảnh hệ thống xe khoảng cách nguy hiểm 17 Hình 3.6 Hình ảnh hệ thống xe cách vật cản 19cm 18 *Hình ảnh proteus chạy: Hình 3.5 Hình ảnh hệ thống chạy proteus -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 khoảng cách từ vật cản đến đầu cảm biến thay đổi cảm biến đo khoảng cách, từ thực cấu chấp hành - Khi khởi động hệ thống nút nhấn, hình LCD hiển thị : “xin chao ! Nhom KTD !” Khi khoảng cách từ 10cm – 50cm, hình LCD hiển thị “an tồn”, cịi kêu kêu to khoảng cách từ cảm biến đến vật thể gần Khi khoảng cách nhỏ 10cm, LED TRÁI sáng lên, còi tắt, LCD hiển thị “nguy hiem” 19 Kết luận: -Kết thu từ mơ sang mơ hình thực tế nhóm có số kết luận sau: + Do góc quét cảm biến SR04 30 độ , mô hình thực tế cảm biến lại đặt gần nên có chồng chéo góc khiến cho việc hiển thị vật cản bên trái phải chưa xác + Để phát triển tốn cơng nghệ áp dụng cho nhu cầu thực tế cần sử dụng cảm biến thiết bị phần cứng có chất lượng tốt + Lắp cảm biến cho khơng có chồng lấn góc qt để hiển thị vật cản bên giúp cho tài xế thuận tiện việc lùi xe Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình cảm biến – Phan Quốc Phơ ( Chủ biên ) – Nguyễn Đức Chiến [2] https://svtdhnlu.com/cam-bien/cam-bien-khoang-cach-hc-sr04-cam-bien-sieuam.html [3] http://laptrinhdieukhien.com/san-pham/man-hinh-lcd-16x2/ [4] https://www.24h.com.vn/o-to/cam-bien-lui-tren-xe-oto-la-gic747a1004933.html Phụ lục #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2); const int trig1 = 5; const int echo1= 6; const int trig2 = 7; const int echo2 = 8; const int buzz=2; unsigned long duration1; unsigned long duration2; 20 int distance1; int distance2; int t=0; int led1 =3;// t nam khoang 10 den 50 den vang sang int led2 =4; // t be hon 10 den sang int buttonA=9; int buttonPushCounterA = 0; // số lần button A nhấn int buttonStateA = 0; // trạng thái button A int lastButtonStateA = 0; // trạng thái trước button A void khoangcach1(); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(trig1,OUTPUT); pinMode(echo1,INPUT); pinMode(trig2,OUTPUT); pinMode(echo2,INPUT); pinMode(buzz,OUTPUT); pinMode(led1,OUTPUT); pinMode(led2,OUTPUT); pinMode (buttonA,INPUT); lcd.begin(16, 2); lcd.init(); //Khởi động hình Bắt đầu cho phép Arduino sử dụng hình, giống dht.begin() chương trình lcd.backlight(); //Bật đèn 21 lcd.print("xin chao !"); //Xuất chữ Hello world, mặc định sau init trỏ cột hàng (trong C, khác với quy ước tiếng Việt, số bắt đầu số 0, bạn cần hiểu rằng, ta kẻ bảng có hàng 16 cột góc bên trái (0,0) tương tự với ô khác, ta tăng dần giá trị lên! lcd.setCursor(0,1); //Đưa trỏ tới hàng 1, cột lcd.print("Nhom KTD !");// Bạn thấy hình chứ? delay(600); lcd.clear();//Xóa hìnhơ } void loop() { buttonStateA = digitalRead(buttonA); if (buttonStateA != lastButtonStateA) { if (buttonStateA == HIGH) { buttonPushCounterA++; Serial.println("Dang nhan nut A"); Serial.print("So lan nhan button A la: "); Serial.println(buttonPushCounterA); } else { Serial.println("off"); } } 22 lastButtonStateA = buttonStateA; if (buttonPushCounterA % == 0) { khoangcach1(); } else { digitalWrite(buzz,0); digitalWrite(led1,LOW); digitalWrite(led2,LOW); lcd.clear();//Xóa hình //lcd.noDisplay(); } } void khoangcach1() { digitalWrite(trig1,0); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig1,1); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig1,0); duration1 = pulseIn(echo1,HIGH); distance1 = int(duration1/2/29.412); digitalWrite(trig2,0); delayMicroseconds(2); 23 digitalWrite(trig2,1); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig2,0); duration2 = pulseIn(echo2,HIGH); distance2 = int(duration2/2/29.412); if(distance1